CN106230155B - 多结构槽钢匹配的电机通风结构 - Google Patents

多结构槽钢匹配的电机通风结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多结构槽钢匹配的电机通风结构，主要包括径向通风沟、转子齿、轴向通风道、转子铁心以及槽钢。转子铁心沿轴向均匀分成数段，相邻转子铁心之间留有一定空隙，形成径向通风沟，相邻的分段转子铁心的转子齿在轴向上一一对应，槽钢位于径向通风沟中并沿圆周分布，并安装在相邻分段转子铁心的转子齿之间，相邻分段转子铁心的每个转子齿之间放置有矩形截面流线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢，本发明所述结构在保证其支撑强度的前提下，充分发挥其扇风能力及流体导向作用，很大程度提升转子散热效果，进而提升电机工作效率。

Description

多结构槽钢匹配的电机通风结构
技术领域
本发明涉及一种多结构槽钢匹配的电机通风结构，属于电机通风技术及设计制造领域。
背景技术
在大功率密度电机内部，电机转子铁心分段，铁心段之间形成径向通风道，内附槽钢，起支撑部件的作用。与此同时，在电机转动过程中，转子通风槽钢一定程度上可以起到风扇的作用，并且能够改善冷却介质流动特性。中国专利号为201320330289.4所述的工形截面槽钢，可有效提升强度，但没有充分考虑槽钢改变气体流动的作用；中国专利号为201420848187.6所述的多转折结构槽钢，打流过破通风沟的冷却气体之间的边界层，增加散热面积，但连接处风阻较大容易形成涡流。上述两种槽钢结构均未能高效利用槽钢的导流性能及扇风性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有电机由于转子通风槽钢利用率不高而导致的通风效果差的问题，提出有效提升转子驱风能力的通风结构，使电机内部冷却介质流动效率相对提高，冷却效果有所改善。
本发明的技术解决方案为：多结构槽钢匹配的电机通风结构，主要包括径向通风沟(1)、转子齿(2)、轴向通风道(3)、转子铁心(4)以及槽钢(5)。转子铁心(4)沿轴向均匀分成数段，段数n与电机转子轴向长度D有关，即n＝5.33×10-3D～4.49×10-3D。相邻转子铁心(4)之间留有一定空隙，形成径向通风沟(1)，径向通风沟(1)的轴向宽度L与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，即L＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3。相邻的分段转子铁心(4)的转子齿(2)在轴向上一一对应，槽钢(5)位于径向通风沟(1)中并沿圆周分布，并安装在相邻分段转子铁心(4)的转子齿(2)之间，相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根槽钢(5)，转子铁心(4)靠近转轴处开槽，形成轴向通风道(3)，为冷却介质流动提供通路，其中，轴向通风道(3)截面设计为圆形，直径Φ与电机转子内径R1、转子外径R2有关，即Φ＝0.15(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与铁心内圆之间的径向距离W＝1/2Φ，相邻两轴向通风道(3)中心点与转子铁心(4)原点连线的夹角α＝18°。所述槽钢(5)分为三种规格，一种为矩形截面流线型槽钢，其长度较短，呈浪形式延伸结构，用“短钢”指代；一种为工字形截面流线型槽钢，其长度较长，呈波浪形式延伸结构，用“长钢”指代；一种为矩形截面直线型槽钢，其长度介于上述两种长度之间，且呈直线延伸结构，用“中钢”指代，其中工字形截面流线型槽钢高度L2与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L2＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，槽钢截面宽W2与槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，槽钢腹板宽W3与槽钢截面宽W2有关，为W3＝1/2W2～1/3W2，槽钢缘板高L3与槽钢高度L2有关，为L3＝0.09L2～0.11L2，槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，矩形截面槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，槽钢截面宽W4与槽钢高度L4有关，为W4＝1/2L4～1/3L4。工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢宽度W1与槽钢截面宽度W2有关，即W1＝1.83W2～1.89W2，弧段半径R3与槽钢高度L2有关，即R3＝4.3L2～4.6L2，一个弧段的直线长度L1＝1.93R3。
所述长钢由5个弧段组成，长度L7＝(R2-R1)/4～(R2-R1)/4.16；短钢由2个弧段组成，长度L5＝(R2-R1)/10～(R2-R1)/9。中钢长度与电机转子内径R1和转子外径R2有关，即L6＝(R2-R1)/5.9～(R2-R1)/5.1，所述各槽钢安装于两个转子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安装三根槽钢，分别为一根上述的长钢，一根上述中钢和一根上述短钢。槽钢距离铁心边缘距离W5与齿宽度L8有关，即W5＝L8/10。在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L9＝3/10L2～1/2L2，在槽钢远轴端，长钢距其最近齿边距离L10与短钢距离其最近齿边的距离L9相等，即L10＝L9，中钢与距长钢最近齿边的距离L11与齿宽L8有关，即L11＝L8/3～2L8/3，长钢和短钢到中钢之间最短间距相等，为L12＝L13＝(L8+W2+R3)/10，整体上，长钢、中钢和短钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个转子齿对应的槽钢为一组，任意一个组的三齿上的槽钢安装方式按顺时针方向依次为“长钢”、“中钢”、“短钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”。
本发明与现有技术相比的优点在于：相邻分段转子铁心的每个转子齿之间放置有矩形截面流线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢，从不同程度改变流经转子风量，增强电机内部气体流动性能，达到更好的冷却效果，使电机在相同运行状态下温度更低。
附图说明
图1为电机转子铁心通风结构示意图；
图2为图1中A部分放大图；
图3为图1中电机转子铁心通风结构的主视图和右视图，其中图3a为主视图，图3b为右视图；
图4为工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢示意图及俯视图，图4a为矩形截面流线型槽钢示意图，图4b为工字形截面流线型槽钢示意图，图4c为槽钢俯视图；
图5为矩形截面直线形转子槽钢示意图；
图6为工字形截面流线型槽钢和矩形截面槽钢截面图，图6a为工字形截面流线型槽钢截面图，图6b为矩形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢截面图；
图7为电机一个转子径向通风沟截面内槽钢分布示意图；
图8为图7中B部分放大图；
图9为图8中C部分放大图。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1、图2和图3所示(图2为图1中A部分放大图，图3a为图1主视图，图3b为图1右视图)，本发明所述的多结构槽钢匹配的电机通风结构，主要包括径向通风沟(1)、转子齿(2)、轴向通风道(3)、转子铁心(4)以及槽钢(5)。对于容量在1MW～1000MW的大型电机中，转子铁心(4)沿轴向均匀分成数段，段数n与电机转子轴向长度D有关，即n＝5.33×10-3D～4.49×10-3D。相邻转子铁心(4)之间留有一定空隙，形成径向通风沟(1)，径向通风沟(1)的轴向宽度L与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，即L＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3。相邻的分段转子铁心(4)的转子齿(2)在轴向上一一对应，槽钢(5)位于径向通风沟(1)中并沿圆周分布，并安装在相邻分段转子铁心(4)的转子齿(2)之间，相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根槽钢(5)，转子铁心(4)靠近转轴处开槽，形成轴向通风道(3)，为冷却介质流动提供通路，其中，轴向通风道(3)截面设计为圆形，直径Φ与电机转子内径R1、转子外径R2有关，即Φ＝0.15(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与铁心内圆之间的径向距离W＝1/2Φ，相邻两轴向通风道(3)中心点与转子铁心(4)原点连线的夹角α＝18°。在本实施例中，电机转子内径为R1＝1800mm，转子外径为R2＝2842mm，转子铁心(4)轴向长度D＝3570mm，经过优化设计，可得转子铁心(4)分段的段数n＝16～19，优选18，径向通风沟(1)的轴向长度L＝8.59mm～11.16mm，优选10mm，轴向通风道直径Φ＝156.3mm～187.6mm，优选165.3mm，W＝82.65mm。
为了更好提高通风效果，本发明所述槽钢分为三种规格，一种为矩形截面流线型槽钢，其长度较短，且槽钢呈波浪形式延伸结构，如图4a所示，后文用“短钢”指代；一种为工字形截面流线型槽钢，其长度较长，槽钢呈波浪形式延伸结构，如图4b所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)，后文用“长钢”指代；一种为矩形截面直线型槽钢，其长度介于上述两种长度之间，且槽钢呈直线延伸结构，如图5所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)，后文用“中钢”指代。槽钢截面示意图如图6，其中图6a为工字形截面流线型槽钢截面图，图6b为矩形截面直线型槽钢和矩形截面流线型槽钢的截面图。为保证工字形截面槽钢的强度，对槽钢高度(图6a中的L2)、槽钢截面宽度(图6a中W2)、槽钢腹板宽(图6a中W3)和槽钢缘板高(图6a中的L3)进行优化设计。其中，槽钢高度L2与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L2＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，槽钢截面宽W2与槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，槽钢腹板宽W3与槽钢截面宽W2有关，为W3＝1/2W2～1/3W2，槽钢缘板高L3与槽钢高度L2有关，为L3＝0.09L2～0.11L2，在本实施例中，电机转子内径为R1＝1800mm，转子外径为R2＝2842mm，转子铁心(4)轴向长度D＝3570mm，因此L2＝8.59mm～11.16mm，优选10mm，W2＝3.33mm～5mm，优选4.11mm，W3＝1.37mm～2.05mm，优选1.52mm，L3＝0.9mm～1.1mm，优选1mm。槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，本实例中优选135°。矩形截面槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，槽钢截面宽W4与槽钢高度L4有关，为W4＝1/2L4～1/3L4。其中，L4＝8.59mm～11.16mm，优选10mm，W4＝3.33mm～5mm，优选4.11mm。矩形截面流线型槽钢和工字形截面流线型槽钢俯视图如图4c所示，工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢宽度W1与槽钢截面宽度W2有关，即W1＝1.83W2～1.89W2，此处W1＝7.52mm～7.76mm，优选7.61mm。弧段半径R3(为最大弯曲点的半径)，设计与槽钢高度L2有关，即R3＝4.3L2～4.6L2，即R3＝43mm～46mm，优选45mm。一个弧段的直线长度L1＝1.93R3，即87.5mm。如此设计扇风效果最为明显。相邻两弧段结构尺寸相同，弯曲方向相反。
图7、图8和图9为一个转子径向通风沟截面内，槽钢安装示意图(图8为图7中B部分放大图，图9为图8中C部分放大图)。本实施例所述长钢、短钢呈流线型，其长度与电机转子内径R1和转子外径R2有关，其中长钢由5个弧段组成，长度L7＝(R2-R1)/4～(R2-R1)/4.16；短钢由2个弧段组成，长度L5＝(R2-R1)/10～(R2-R1)/9。中钢呈直线型，长度亦与电机转子内径R1和转子外径R2有关，即L6＝(R2-R1)/5.9～(R2-R1)/5.1。在本实施例中，电机转子内径R1＝1800mm，转子外径R2＝2842mm，即L7＝250.48mm～260.25mm，优选275mm，L5＝104.2mm～115.7mm，优选110mm，L6＝176.61mm～204.31mm，优选195mm。
所述各槽钢安装于两个转子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安装三根槽钢，分别为一根上述的长钢，一根上述中钢和一根上述短钢。槽钢距离铁心边缘距离W5与齿宽度L8有关，即W5＝L8/10。在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L9＝3/10L2～1/2L2，方向延伸向轴。在槽钢远轴端，长钢距其最近齿边距离L10与短钢距离其最近齿边的距离L9相等，即L10＝L9，方向延伸向轴；中钢与距长钢最近齿边的距离L11与齿宽L8有关，即L11＝L8/3～2L8/3，方向沿径向延伸向轴。由于长、短槽钢呈流线型，长、短槽钢到中钢之间间距为变值，且与槽钢截面宽度W2、流线型槽钢一个弧段半径R3和齿宽L8有关，其中长、短槽钢到中钢之间最短间距相等，即L12＝L13＝(L8+W2+R3)/10，槽钢沿径向延伸向轴。本实施例中，齿宽L8＝40mm，槽钢截面宽W2＝4.11mm，槽钢弧段最大弯曲点的半径R3＝45mm，即L9＝L10＝3mm～5mm，优选4.44mm；L11＝13.33mm～26.67mm，优选18.29mm，L12＝L13＝8.91mm。整体上，长钢、中钢和短钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个转子齿对应的槽钢为一组，任意一个组的三齿上的槽钢(图8中I、II、III)优选安装方式按顺时针方向依次为“长钢”、“中钢”、“短钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”。同理，将电机全部齿按逆时针顺序分成彼此不重合的若干组，每个组的规律相同。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，本领域技术人员在不改变原理的情况下，做出的任何无实质变化的改进也应视为本发明的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.多结构槽钢匹配的电机通风结构，其特征在于：主要包括径向通风沟(1)、转子齿(2)、轴向通风道(3)、转子铁心(4)以及槽钢(5)；转子铁心(4)沿轴向均匀分成数段，段数n与电机转子轴向长度D有关，即n＝5.33×10-3D～4.49×10-3D；相邻转子铁心(4)之间留有一定空隙，形成径向通风沟(1)，径向通风沟(1)的轴向宽度L与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，即L＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3；相邻的分段转子铁心(4)的转子齿(2)在轴向上一一对应，槽钢(5)位于径向通风沟(1)中并沿圆周分布，并安装在相邻分段转子铁心(4)的转子齿(2)之间，相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根槽钢(5)，转子铁心(4)靠近转轴处开槽，形成轴向通风道(3)，为冷却介质流动提供通路，其中，轴向通风道(3)截面设计为圆形，直径Φ与电机转子内径R1、转子外径R2有关，即Φ＝0.15(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与铁心内圆之间的径向距离W＝1/2Φ，相邻两轴向通风道(3)中心点与转子铁心(4)原点连线的夹角α＝18°；所述槽钢(5)分为三种规格，一种为矩形截面流线型槽钢，其长度较短，呈波浪形式延伸结构，用“短钢”指代；一种为工字形截面流线型槽钢，其长度较长，呈波浪形式延伸结构，用“长钢”指代；一种为矩形截面直线型槽钢，其长度介于上述两种长度之间，且呈直线延伸结构，用“中钢”指代，其中工字形截面流线型槽钢高度L2与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L2＝1.19[D+3.50(R2-R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，L2取为10mm；工字形截面流线型槽钢的槽钢截面宽W2与工字形截面流线型槽钢的槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，W2取为4.11mm；工字形截面流线型槽钢的槽钢腹板宽W3与工字形截面流线型槽钢的槽钢截面宽W2有关，为W3＝1/2W2～1/3W2，W3取为1.52mm；工字形截面流线型槽钢的槽钢缘板高L3与工字形截面流线型槽钢的槽钢高度L2有关，为L3＝0.09L2～0.11L2，L3取为1mm；槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，β取为135°；矩形截面槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝1.19[D+3.50(R2＝R1)]×10-3～1.67[D+2.99(R2-R1)]×10-3，L4取为10mm；矩形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢的槽钢截面宽W4与矩形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢的槽钢高度L4有关，为W4＝1/2L4～1/3L4，W4取为4.11mm；工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢宽度W1与工字形截面流线型槽钢的槽钢截面宽度W2有关，即W1＝1.83W2～1.89W2，W1取为7.61mm；弧段半径R3与工字形截面流线型槽钢的槽钢高度L2有关，即R3＝4.3L2～4.6L2，R3取为45mm；一个弧段的直线长度L1＝1.93R3，L1为87.5mm；所述长钢由5个弧段组成，工字形截面流线型槽钢的长度L7＝(R2-R1)/4～(R2-R1)/4.16，L7取为275mm；短钢由2个弧段组成，矩形截面流线型槽钢的长度L5＝(R2-R1)/10～(R2-R1)/9，L5取为110mm；中钢长度与电机转子内径R1和转子外径R2有关，即矩形截面直线型槽钢的长度L6＝(R2-R1)/5.9～(R2-R1)/5.1，L6取为195mm；所述各槽钢安装于两个转子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安装三根槽钢，分别为一根上述的长钢，一根上述中钢和一根上述短钢；槽钢距离铁心边缘距离W5与齿宽度L8有关，即W5＝L8/10；在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L9＝3/10L2～1/2L2，在槽钢远轴端，长钢距其最近齿边距离L10与短钢距离其最近齿边的距离L9相等，即L10＝L9，L9取为4.44mm；中钢与距长钢最近齿边的距离L11与齿宽L8有关，即L11＝L8/3～2L8/3，L11取为18.29mm；长槽钢到中钢之间的最短距离L12与短槽钢到中钢之间的最短距离L13相等，，为L12＝L13＝(L8+W2+R3)/10，L12＝L13＝8.91mm；整体上，长钢、中钢和短钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个转子齿对应的槽钢为一组，任意一个组的三齿上的槽钢安装方式按顺时针方向依次为“长钢”、“中钢”、“短钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”。
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