CN104578485B - 通风结构及电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通风结构及电机。本发明提供的通风槽钢，其包括通风槽钢本体，所述通风槽钢本体包括径向导风段和侧向导风段，所述侧向导风段与所述径向导风段的下风端相接，在所述侧向导风段上设有导风面，所述导风面分布在所述径向导风段的延长线的两侧，所述导风面可将流过所述径向导风段的下风端的气体向所述径向导风段的延长线的两侧导引。本发明提供的通风槽钢，其在径向导风段的下风端设计的侧向导风段可以将冷却气体向通风槽钢的两侧导引，这样就可以利用通风槽钢使冷却气体冲刷通风槽钢两侧绕组的下风侧的端面，从而对绕组的下风侧有针对性地冷却，降低该局部热点的温度。

Description

通风结构及电机

技术领域

本发明涉及电机的冷却，尤其涉及通风结构及电机。

背景技术

电机(包括电动机和发电机)在运行时，会在线圈、铁心等部件上产生能量损耗，这部分损耗最终将以热能的形式散发出去，如果电机的通风设计不合理，会导致电机的温升过高或者局部温升不均匀。温升过高会导致绝缘老化，长时间运行时会使绝缘电气性能下降，而局部温升不均匀会产生很大的热应力，造成电机结构上的永久性损害，最终导致电机故障。因此降低电机的温升对于提高电机的安全余量、延长电机的使用寿命和减少电机的维护成本都具有重要意义。

径向通风冷却形式是中小型发电机的常用冷却形式之一，这种冷却方式可增加散热面积，提高发电机的功率密度，因此得到了广泛的应用。为了实现径向通风，电机的铁心一般被分成多个铁心段，在相邻的铁心段之间沿电机的径向设有通风槽钢(或称为通风条)，通风槽钢在对各铁心段起到支撑作用的同时，将相邻铁心段之间的空间分隔成通风沟(或称为径向通风道)，该通风沟便可用来进行径向通风以对铁心和绕组进行冷却散热。目前普遍采用的通风槽钢一般为传统的条形通风槽钢和工字形通风槽钢，条形通风槽钢的横截面呈矩形，工字形通风槽钢的横截面呈“工”字形或者接近于“工”字形。

在实现上述技术方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

传统通风槽钢及通风结构的设计并未特别关注通风槽钢对冷却气体的冷却效果造成的影响。传统的通风槽钢在相邻铁心段之间只起到支撑和隔出通风沟的作用，而由于冷却气体与绕组、铁心及通风槽钢的热交换，在流经通风沟时，冷却气体的温度是逐渐升高的，这样绕组的冷却效果在径向上是不均匀的，绕组上会存在局部热点，越靠近下风侧温度越高，特别是绕组下风侧的端面不能得到冷却气体的直接冲刷，这样不利于保障电机的使用寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种可对绕组的下风侧有针对性地冷却的通风结构及电机。

为了实现上述目的，本发明提供了一种通风结构，其包括至少两个铁心段，所述铁心段包括轭部和连接在所述轭部上的多个齿部，同一铁心段上的相邻的齿部之间构成用于容纳绕组的槽，在相邻的铁心段之间设有通风槽钢，所述通风槽钢包括通风槽钢本体，所述通风槽钢本体包括径向导风段和侧向导风段，所述侧向导风段与所述径向导风段的下风端相接，在所述侧向导风段上设有导风面，所述导风面分布在所述径向导风段的延长线的两侧，所述导风面可将流过所述径向导风段的下风端的气体向所述径向导风段的延长线的两侧导引；所述通风槽钢的径向导风段位于所述相邻的铁心段的对应的齿部之间，所述通风槽钢的侧向导风段位于所述相邻的铁心段的轭部之间。

优选地，其中所述侧向导风段可以一体地连接在所述径向导风段的下风端上。

进一步地，其中所述侧向导风段可以包括两个弯折段，所述导风面分布在所述两个弯折段上。

进一步地，其中所述径向导风段可以包括两个条型段，所述两个条型段之间留有间隔，所述两个弯折段分别一体地连接在所述两个条型段的下风端上。

进一步地，其中所述两个条型段的上风端之间的距离可以小于、等于或大于所述两个条型段的下风端之间的距离。

优选地，其中相互连接的所述弯折段与所述条型段之间的夹角可以为120°～160°。

优选地，其中所述侧向导风段的中部与所述径向导风段的下风端之间可以留有间距，所述导风面设置在所述侧向导风段的面向所述径向导风段的侧面上。

优选地，其中所述径向导风段的上风端位于头部上，所述头部的宽度可以沿向着上风端的方向逐渐变小。

优选地，其中在所述径向导风段的侧面上可以设有多个齿。

优选地，所述径向导风段和/或所述侧向导风段可以包括多片叠在一起的冲片。

本发明提供了一种电机，其包括上述的通风结构。

本发明提供的上述通风槽钢的主要有益效果在于：其在径向导风段的下风端设计的侧向导风段可以将冷却气体向通风槽钢的两侧导引，这样就可以利用通风槽钢使冷却气体冲刷通风槽钢两侧绕组的下风侧的端面，从而对绕组的下风侧有针对性地冷却，降低该局部热点的温度。

本发明提供的上述通风结构和上述电机可以承接通风槽钢的上述优点，能对绕组的下风侧有针对性地冷却，降低该局部热点的温度，提高电机的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一的通风槽钢的结构示意图；

图2为本发明实施例二的通风槽钢的结构示意图；

图3为本发明实施例三的通风槽钢的结构示意图；

图4为本发明实施例四的通风槽钢的结构示意图；

图5为本发明实施例五的通风槽钢的结构示意图；

图6为本发明实施例六的通风槽钢的立体爆炸示意图；

图7为本发明实施例七的通风结构的立体示意图；

图8为本发明实施例七的通风结构的剖视示意图；

图9为本发明实施例八的通风槽钢的制造方法的流程图；

图10为本发明实施例九的通风槽钢的制造方法的流程图。

附图标号说明：

1-通风槽钢；11-通风槽钢本体；111-径向导风段；1111-条型段；112-侧向导风段；1121-导风面；1122-弯折段；113-冲片；1131-条型段冲片部；1132-弯折段冲片部；121-上风端；122-下风端；13-齿；2-铁心段；21-齿部；22-轭部；3-绕组；4-槽楔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的通风槽钢、其制造方法、通风结构及电机进行详细描述。

实施例一

如图1所示，其为本发明实施例一的通风槽钢的结构示意图。本发明实施例一的通风槽钢，其包括通风槽钢本体11，通风槽钢本体11包括径向导风段111和侧向导风段112，侧向导风段112与径向导风段111的下风端122相接(径向导风段111具有上风端121和下风端122，上风端121为对应冷却气体上游的一端，下风端122为对应冷却气体下游的一端)，在侧向导风段112上设有导风面1121，导风面1121分布在径向导风段111的延长线的两侧，导风面1121可将流过径向导风段111的下风端122的气体向径向导风段111的延长线的两侧导引。

本发明实施例一的通风槽钢不同于常用的传统“工”字形通风槽钢和条形通风槽钢，其在径向导风段111的下风端设计的侧向导风段112可以将冷却气体向通风槽钢的两侧导引，这样就可以利用本实施例的通风槽钢使冷却气体冲刷通风槽钢两侧绕组的下风侧的端面，从而对绕组的下风侧有针对性地冷却，降低该局部热点的温度。具体原理为：在进行径向通风时，冷却气体会经径向导风段111的上风端分别流入径向导风段111两侧的通风沟中，在冷却气体流过径向导风段111的下风端122后，导风面1121会分别对两侧的冷却气体进行导引，使冷却气体“转弯”，转向通风槽钢的两侧，该转弯后的气流便可对绕组的下风侧的端面进行冲刷，从而对该局部热点有针对性的冷却。

本实施例中的“延长线”可以理解为中心线的延长线。值得一提的是，由于气流本身具有连续性，本实施例中的“相接”不应限制性地解释为“相连接”，其含义既包含“相连接”的情况，又包含“隔有间距”的情况，即侧向导风段112可以与径向导风段111的下风端122隔有间距。而无论是“相连接”还是“隔有间距”，冷却气体的流动均是连续的，其均能够从径向导风段111的下风端122流到侧向导风段112，这一点将在后续说明中得到体现。

除了具有上述特点之外，本实施例的通风槽钢还具有其他特点，以下分别进行说明。

在本实施例中，侧向导风段112一体地连接在径向导风段111的下风端122上，且径向导风段111是一体结构，侧向导风段112也是一体结构，因此，整个通风槽钢本体11是整体一体的结构，这种整体一体的结构可以采用压模形式，一次挤压成型。

本实施例中，侧向导风段112是关于径向导风段111对称的，该对称结构达到的导风效果也是对称的，并且对称结构也具有美感。具体地，本实施例的侧向导风段112呈等腰梯形，导风面1121分成两个部分，分别位于在该等腰梯形结构的两个侧面上。

本实施例中，在径向导风段111的侧面上设有多个齿13，采用齿13可以有效地打破径向导风段111与流过通风沟的冷却气体之间的边界层，显著地增大冷却气体的紊流程度，使冷却气体与径向导风段111及其侧边的绕组充分地接触，从而加强冷却气体的冷却能力，强化冷却散热效果，另外齿13也加大了径向导风段111的边界，增加了其散热面积，可以强化径向导风段111本身的散热，而且齿形结构本身也易于制造。具体地，齿13的形状不限于图中所示的形状，可以为三角形齿、波浪形齿、矩形齿或者梯形齿等。本实施例进一步在导风面1121上也设置了齿，导风面1121上的齿也可以起到扰乱气流而强化冷却效果、增加散热面积的作用。

本实施例中的径向导风段111的上风端121位于头部上，该头部的宽度沿向着上风端121的方向逐渐变小，这种设计可以带来很好的导风效果，降低风阻，可实现在对电机冷却系统阻力增加不大的情况下有效地降低电机绕组的温度。具体地，径向导风段111的上风端121的端顶两侧的面可以为平面，这两个平面之间具有夹角。在本实施例中，这个夹角为锐角。不过，这个夹角也可以设计为钝角，而锐角比钝角的导风效果更好。除此之外，径向导风段111的上风端121的端顶两侧的侧面也还可以设计为曲面，例如椭圆弧面，即径向导风段111的头部的轮廓线可以为椭圆弧，这样也可以起到降低风阻的作用。

实施例二

如图2所示，其为本发明实施例二的通风槽钢的结构示意图。本实施例的径向导风段111同样是一体的结构。本实施例的侧向导风段112同样一体地连接在径向导风段111的下风端122上，不同的是，本实施例的侧向导风段112不再是一体结构，而是包括两个弯折段1122，导风面1121分布在这两个弯折段1122上，这种结构相比实施例一可以减轻通风槽钢的重量。

实施例三

如图3所示，其为本发明实施例三的通风槽钢的结构示意图。本实施例的侧向导风段112同样一体地连接在径向导风段111的下风端122上，且侧向导风段112同样包括两个弯折段1122，不同的是，本实施例的径向导风段111不再是一体结构，本实施例的径向导风段111包括两个条型段1111，两个条型段1111之间留有间隔，两个弯折段1122分别一体地连接在两个条型段1111的下风端122上。这样整个通风槽钢被一分为二，可以增加通风槽钢与冷却气体的接触面积，加强对通风槽钢的散热效果，同时两个条型段1111之间的通路也可以起到降低风阻的作用。优选地，相互连接的弯折段1122与条型段1111之间的夹角(对应图中的标注θ)可以为120°～160°。

本实施例同样在径向导风段111的侧面上设有多个齿13，由于采用了分体设计，本实施例的齿13设置在条型段1111的与间隔相对的侧面上。为了降低风阻，本实施例中径向导风段111的头部的宽度同样是沿向着上风端121的方向逐渐变小的，径向导风段111的上风端121的端顶两侧的面为同样平面，由于采用了分体设计，这两个平面分别设置在两个条型段1111上。

本实施例中的两个条型段1111的上风端121之间的距离(对应图中的标注a)与两个条型段1111的下风端122之间的距离(对应图中的标注b)是相等的。不过，也可以根据绕组的重点散热部位是位于铁心的槽口还是槽底，调整两个条型段1111的位置，使两个条型段1111的上风端121之间的距离小于或者大于两个条型段1111的下风端122之间的距离。

实施例四

如图4所示，其为本发明实施例四的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与之前实施例的主要区别在于：本实施例的侧向导风段112不再是一体地连接在径向导风段111上，本实施例的侧向导风段112的中部与径向导风段111的下风端122之间留有间距(对应图中的标注e)，导风面1121设置在侧向导风段112的面向径向导风段111的侧面上，这里侧向导风段112的导风面1121同样可以起到将冷却风向两侧导引的作用。这种一长一短的分体结构具有结构简单、易于加工、可降低生产成本的作用。优选地，本实施例中的间距e可以为2mm～10mm。具体地，本实施例中的侧向导风段112呈直条状，其垂直于径向导风段111。

实施例五

如图5所示，其为本发明实施例五的通风槽钢的结构示意图。本实施例的通风槽钢与实施例四的通风槽钢的区别在于：本实施例的侧向导风段112呈向径向导风段111凸出的弯折状，其导风面1121同样可以起到将冷却风向两侧导引的作用。可见，侧向导风段112可以设计为带有一定的弧度或者是转折结构。

实施例六

如图6所示，其为本发明实施例六的通风槽钢的立体爆炸示意图。本实施例的通风槽钢与之前实施例的通风槽钢的区别在于：本实施例的径向导风段111和/或侧向导风段112包括多片叠在一起的冲片113。采用叠在一起的冲片结构，适于实现大批量生产，可大幅节约生产成本。具体地，可以先根据需要的形状冲出冲片，然后将多片冲片迭压成型即可得到径向导风段111和/或侧向导风段112，例如，若最终的通风槽钢厚8mm，可以先冲出八片冲片，每片冲片厚1mm，然后将它们迭压(或称为叠压)成一个通风槽钢。

具体地，对于径向导风段111和侧向导风段112为一体结构的通风槽钢(如实施例一和实施例二)，它们的冲片也是一体的，即该冲片上具有径向导风段冲片部和侧向导风段冲片部。对于径向导风段111和侧向导风段112非一体的通风槽钢(如实施例四和实施例五)，它们的冲片也是非一体的，即径向导风段111和侧向导风段112可以各自由多片冲片迭压成型。对于如实施例三中采用分体设计且弯折段1122一体地连接在条型段1111上的通风槽钢，多片冲片113可以分为两组，每片冲片113上可以具有条型段冲片部1131和弯折段冲片部1132。

前面对本发明各实施例的通风槽钢进行了说明，根据前面的说明可知，本发明提供的通风槽钢，其结构具有较大的灵活性，例如，通风槽钢可以做成整体形式，也可以做成分体形式；可以在通风槽钢本体的两侧开齿，齿的形状不限于图中所示的形状；通风槽钢的顶部可以呈锐角或弧形；径向导风段的上部宽度和下部宽度可以相同，也可以不同，并可以根据绕组的重点散热部位是槽口还是槽底而进行调整；侧向导风段可以呈直条状，也可以呈弯折状。本发明提供的通风槽钢，其结构本身易于实现，这样的话就可以在此基础上很容易地对通风槽钢的设计进行调整，使其满足各种实际的冷却散热要求。

基于本发明中有些实施例提供的通风槽钢具有弯折结构的特点，本发明提供的通风槽钢也可以被称为“弯折通风槽钢”，不过，值得一提的是，这里的“通风槽钢”是电机冷却技术领域约定俗成的叫法，它不同于其他领域中的截面呈槽型的“槽钢”钢材，而且其材料本身也并不限于“钢”，除了可以是金属以外，其材料还可以是具有较高导热系数的非金属。下面将对本发明实施例的通风结构进行说明。

实施例七

如图7和图8所示，其中图7为本发明实施例七的通风结构的立体示意图，其示出了从通风结构的外部进行观察时的状态，图8为本发明实施例七的通风结构的剖视示意图，其示出了从通风结构的内部进行观察时的状态，本发明实施例的通风结构，其包括至少两个(例如图中所示为三个)铁心段2，铁心段2包括轭部22和连接在轭部22上的多个(例如图中所示为五个)齿部21，同一铁心段2上的相邻的齿部21之间构成用于容纳绕组3的槽(图中槽未标出，已被绕组3填充)，在相邻的铁心段2之间设有任一上述实施例的通风槽钢1，通风槽钢1的径向导风段111位于相邻的铁心段2的对应的齿部21之间，通风槽钢1的侧向导风段112位于相邻的铁心段2的轭部22之间。

本实施例的通风结构在工作时，冷却气体在通风沟内沿图8中虚线箭头所示的方向流动，在流出通风沟时，由于受到侧向导风段112的导引，冷却气体会对绕组3的下风端面(与图中槽的槽底对应的面)进行冲刷，从而有针对性地降低该部位的温度，避免该处出现较大的热应力。

发明人在此结构的基础上，采用流场计算软件进行了仿真对比，并通过实验平台验证，结果表明，上述不同实施例的通风槽钢相比传统通风槽钢，可有效地降低5～10K的电机绕组温升，这将大幅提高电机的安全余量，延长其使用寿命并减少其维护成本。而如果保持电机温升不变，则可以配合电机的优化设计实现功率密度增加、减重和成本的降低，例如，如按照电机绝缘B级设计，保持温升90K不变，配备上述通风槽钢能直接节约用铜5％。

在本实施例中，相邻的齿部21之间还连接有槽楔4用以锁紧槽内的绕组3，防止其产生径向位移。具体地，本实施例的铁心段2可以是定子铁心的铁心段(“铁心”或称为“铁芯”)，也可以是转子铁心的铁心段。而对于有些电机的通风结构，其在相邻的铁心段2之间还设有通风槽板，这种情况下，可以用点焊等焊接工艺将上述实施例的通风槽钢焊接在通风槽板上。

本实施例提供的通风结构可以应用到现有的采用风冷形式的发电机、电动机等电机中，例如可以应用到大型风力发电机、中小型发电机和中小型电动机中，其中的通风槽钢除了能够显著地提升冷却散热效果以外，还易于工艺实现，因此具备广泛的应用前景。下面对本发明实施例的通风槽钢的制造方法进行说明，在阅读本发明实施例的通风槽钢的制造方法时，可以同时参见之前的附图。

实施例八

如图9所示，其为本发明实施例八的通风槽钢的制造方法的流程图。本实施例的制造方法，其包括：

步骤101：将坯料放入压模的模腔内；

步骤102：对坯料进行挤压，得到通风槽钢1。

本实施例的制造方法中的挤压易于实现，可一次成型，制造过程简单，可用于制造上述实施例一至实施例五中的任意一种通风槽钢。

具体地，步骤101中，压模的模腔的形状可以与上述实施例一至实施例五中的任意一种通风槽钢的外形相吻合。在步骤102中，可以使用挤压机对坯料进行挤压。

实施例九

如图10所示，其为本发明实施例九的通风槽钢的制造方法的流程图。本实施例的制造方法，其包括：

步骤201：冲出多片冲片113；

步骤202：将多片冲片113叠在一起并迭压成通风槽钢1。

本实施例的制造方法中的冲片、迭压过程均易于实现，制造过程简单，可用于制造上述实施例六的通风槽钢，其得到的整个通风槽钢本体11不是一体的。本实施例的通风槽钢的制造方法适合于大批量的生产，可以大幅的节约生产成本。具体地，在步骤201中，可以使用冲片机冲出多片冲片113。

综上所述，本发明实施例提供的优选技术方案至少具备以下特点：

1、本发明通过在通风槽钢底部采用对称的导风结构，将冷却风导向两侧，可以冷却局部热点，强化散热效果不好的部位，降低热点温度。

2、采用分体式设计可以加大通风槽钢的散热面积，并可降低风阻。

3、通过两侧增加齿状结构，可有效打破槽钢与冷却空气之间的边界层，增大了紊流效果，极大强化散热效果。同时，开齿也使通风槽钢边界加大，增加了散热面积。

4、通风槽钢头部采用尖状形式(可以呈锐角或弧形)，具备很好的导风效果，实现了在对电机冷却系统阻力增加不大的情况下，有效降低电机绕组温度。

5、采用冲片结构，适于大批量生产。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通风槽钢，其特征在于，包括通风槽钢本体，所述通风槽钢本体包括径向导风段和侧向导风段，所述侧向导风段与所述径向导风段的下风端相接，在所述侧向导风段上设有导风面，所述导风面分布在所述径向导风段的延长线的两侧，所述导风面可将流过所述径向导风段的下风端的气体向所述径向导风段的延长线的两侧导引；所述侧向导风段包括两个弯折段，所述导风面分布在所述两个弯折段上；所述径向导风段包括两个条型段，所述两个条型段之间留有间隔，所述两个弯折段分别一体地连接在所述两个条型段的下风端上；所述导风段的侧面以及所述导风面上设有多个齿。

2.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，所述两个条型段的上风端之间的距离小于、等于或大于所述两个条型段的下风端之间的距离。

3.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，相互连接的所述弯折段与所述条型段之间的夹角为120°～160°。

4.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，所述侧向导风段的中部与所述径向导风段的下风端之间留有间距，所述导风面设置在所述侧向导风段的面向所述径向导风段的侧面上。

5.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，所述径向导风段的上风端位于头部上，所述头部的宽度沿向着上风端的方向逐渐变小。

6.根据权利要求1所述的通风槽钢，其特征在于，所述径向导风段和/或所述侧向导风段包括多片叠在一起的冲片。

7.一种通风结构，其特征在于，包括至少两个铁心段，所述铁心段包括轭部和连接在所述轭部上的多个齿部，同一铁心段上的相邻的齿部之间构成用于容纳绕组的槽，在相邻的铁心段之间设有权利要求1至6中任一权利要求所述的通风槽钢，所述通风槽钢的径向导风段位于所述相邻的铁心段的对应的齿部之间，所述通风槽钢的侧向导风段位于所述相邻的铁心段的轭部之间。

8.一种电机，其特征在于，包括权利要求7所述的通风结构。

9.一种制造权利要求1至5中任一权利要求所述通风槽钢的方法，其特征在于，包括：

将坯料放入压模的模腔内；

对所述坯料进行挤压，得到所述通风槽钢。

10.一种制造权利要求6所述通风槽钢的方法，其特征在于，包括：

冲出多片冲片；

将多片所述冲片叠在一起并迭压成所述通风槽钢。