CN106253512A - 利于散热的大型电机定子通风槽钢结构 - Google Patents

利于散热的大型电机定子通风槽钢结构 Download PDF

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CN106253512A CN201610776858.6A CN201610776858A CN106253512A CN 106253512 A CN106253512 A CN 106253512A CN 201610776858 A CN201610776858 A CN 201610776858A CN 106253512 A CN106253512 A CN 106253512A
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丁树业
仵程程
李海玲
李珊珊
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Abstract

本发明公开了一种利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，主要包括分段定子铁心、径向通风沟及通风槽钢，其中分段定子铁心沿轴向分布，相邻的分段定子铁心之间为径向通风沟，其由沿圆周分布的通风槽钢形成，定子铁心包括定子齿和定子槽，相邻的分段定子铁心的定子齿和定子槽在轴向上一一对应，定子槽内放置有绕组，通风槽钢安装在相邻分段定子铁心的定子齿之间，所述通风槽钢采用矩形截面直线型槽钢和工字形截面流线型槽钢，且相邻分段定子铁心的每个定子齿之间放置三根长度各不相等的槽钢，本发明将矩形截面直线型槽钢和工字形截面流线型槽钢有效配合，可以有效改变通风沟内的冷却气体流动方向，减小定子线圈尾部涡流损耗。

Description

利于散热的大型电机定子通风槽钢结构
技术领域
本发明涉及一种利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，具体涉及一种电机定子径向通风系统，属于电机通风技术领域。
背景技术
对于采用径向通风系统的大型电机，电机定子部分的损耗主要通过径向通风沟冷却空气流动向外散热。但是，当冷却气体通过径向通风沟时，由于风路截面突然变窄，流速变大；当冷却气体从定子线棒尾部流出时，由于定子线棒两侧的气体与定子线棒尾部的气体流速相差很大，造成定子线圈尾部形成涡流，涡流中间部位风速极小，严重影响定子线圈尾部的散热。如果电机的通风结构设计不合理，导致电机局部温升过高或不均匀，严重影响电机的使用寿命。
在电机径向通风系统中，通风槽钢一般采用直线型、V型及多转折结构。中国专利号为201220141957.4所述的的直线型定子通风槽钢，虽然结构简单，但是不能改变定子径向通风沟内气流方向，定子线圈尾部涡流损耗大；中国专利号为201520770017.5所述的V型定子通风槽钢，虽然可以改变定子风路流向，但是存在风路流向不均衡、定子整体温度较高；中国专利号201410835452.1所述的多转折结构的通风槽钢，由于其转折结构，其结构不光滑，冷却气体在通风沟内风磨损耗较大，散热效果不佳。另外，无论是直线型槽钢、V型槽钢还是多转折结构的通风槽钢，截面均为方型，方型通风槽钢机械性能较差，且通风沟内的风磨损耗较大，不利于定子部分通风散热。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种既能改变风路流向、又能减小风磨损耗的定子通风槽钢。
本发明的技术解决方案为：利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，主要包括分段定子铁心(1)、径向通风沟(2)及通风槽钢(3)，其中分段定子铁心(1)沿轴向分布，其段数n由定子铁心(1)的外径确定，为n＝D/55～D/50，D为电机定子铁心外径，相邻的分段定子铁心(1)之间为径向通风沟(2)，其由沿圆周分布的通风槽钢(3)形成，径向通风沟(2)的轴向宽度Ld与电机定子铁心(1)外径D与轴向长度Lfe有关，Ld＝(0.1D+0.3Lfe)/55～(0.2D+0.1Lfe)/35，定子铁心(1)包括定子齿(4)和定子槽(5)，相邻的分段定子铁心(1)的定子齿(4)和定子槽(5)在轴向上一一对应，定子槽(5)内放置有绕组，通风槽钢(3)安装在相邻分段定子铁心(1)的定子齿(4)之间，所述通风槽钢(3)采用矩形截面直线型槽钢和工字形截面流线型槽钢，且相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置三根长度各不相等的槽钢，即两根矩形截面直线型槽钢和一根工字形截面流线型槽钢，所述的矩形截面直线型槽钢截面采用矩形，呈直线形式延伸，矩形截面直线型槽钢宽度为L1，L1与定子齿宽bt有关，存在以下关系：L1＝bt/3～bt/2，矩形截面直线型槽钢的截面宽度为L2，L2与矩形截面直线型槽钢宽度L1有关，存在以下关系：L2＝L1，截面厚度L3与通风沟轴向宽度Lt有关，存在以下关系：L3＝Lt；所述工字形截面流线型槽钢脚板宽L4，其大小与定子齿宽bt有关，L4＝2bt/5～bt/2，工字形截面流线型槽钢脚板厚度L6与通风沟轴向宽度Ld有关，为L6＝Ld/10～Ld/7，工字形截面流线型槽钢腹板宽L7，其大小与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，为L7＝L4/3～L4/2，工字形截面流线型槽钢截面厚度为L5，其大小与通风沟轴向宽度Ld有关，即L5＝Ld，工字形角度β与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4及工字形截面流线型槽钢厚度L5有关，根据优化设计，其中工字形角度β为工字形截面流线型槽钢工字形截面横边与斜边之间的夹角。工字形截面流线型槽钢宽度L8，L8与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，L8＝L4，工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及弯曲角度θ与定子齿宽bt及定子齿高hs有关，即r＝bt/6～bt/3，其中弯曲距离r为工字形截面流线型槽钢最大弯曲点与相邻两个弯曲中点之间的径向距离，弯曲角度θ为相邻两个弯曲之间中点处的切线与相邻两个弯曲中点连线之间的夹角。
所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿(4)之间放置长、中、短三根槽钢，其中，长槽钢和短槽钢为矩形截面直线型槽钢，中槽钢为工字形截面流线型槽钢，其中工字形截面流线型槽钢由五个弯曲组成。各槽钢直线长度与电机定子铁心外径D及定子齿高hs有关，其中长槽钢直线长度Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，中槽钢直线长度Ls2＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，短槽钢直线长度Ls3＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，在槽钢近轴端，三根槽钢距离铁心边缘距离均为ht1，长度为7mm～10mm，中间位置的工字形截面流线型槽钢与两边的矩形截面直线型槽钢最大距离和最小距离分别为为ht2和ht3，ht2和ht3大小与流线型槽钢弯曲距离r、矩形截面直线型槽钢宽度L1及工字形截面流线型槽钢宽度L8均有关，为ht2＝0.3L1+r-0.2L8～0.8L1+r-0.6L8，ht3＝0.5L1+0.8r-0.7L8～0.5L1-0.6r+0.12L8，短槽钢中心位置与近侧齿边距离bt1与长槽钢中心位置与近侧齿边距离bt4相等，与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5及定子齿宽bt均有关，为bt1＝bt4＝0.19bt+0.11L5～0.6bt-0.65L5，中槽钢中心距离短槽钢中心距离bt2与距离长槽钢的中心距离bt3相等，且该距离与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5、定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r均有关，为bt2＝bt3＝0.5bt-0.3L5-0.6r～0.5bt-0.45L5+0.2r，整体上，各槽钢按周期分布于整个径向通风沟内，以三个齿为一个周期，在一个周期内的三齿上，槽钢优选安装方式按顺时针方向依次为“矩形截面直线型长槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线型短槽钢”、“矩形截面直线型长槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线短槽钢”、“矩形截面直线型短槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线型长槽钢”。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明所述的通风系统与现有技术相比具有以下效果：所发明的矩形截面槽钢加工方便，但是不能改变通风道内冷却气体的流动方向，通过将矩形截面槽钢与工字形截面流线型槽钢有效结合，不但有效降低线圈尾部涡流损耗，而且通风沟内风磨损耗大大降低，另外，通过改变槽钢数量及长短分布，使电机散热效果增强，且电机散热效率增加15％左右。
附图说明
图1为电机定子铁心通风结构示意图；
图2为电机定子径向通风沟结构放大图；
图3为矩形截面直线型槽钢整体结构示意图；
图4为工字形截面流线型槽钢整体结构示意图；
图5为工字形截面流线型槽钢俯视图和左视图，其中图5a为工字形截面流线型槽钢俯视图，图5b为其左视图；
图6为定子齿间安装三根长短不等槽钢局部放大图；
图7为图6中A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。
本实施例涉及的电机参数：定子铁心外径D＝1260mm，Lfe＝1340mm，定子齿宽bt＝19.3mm，定子齿高hs＝81.4mm。如图1所示，本发明所述利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，主要包括分段定子铁心(1)、径向通风沟(2)及通风槽钢(3)，其中分段定子铁心(1)沿轴向分布，其段数n由定子铁心(1)的外径确定，为n＝D/55～D/50，D为电机定子铁心外径，相邻的分段定子铁心(1)之间为径向通风沟(2)，其由沿圆周分布的通风槽钢(3)形成，径向通风沟(2)的轴向宽度Ld与电机定子铁心(1)外径D与轴向长度Lfe有关，Ld＝(0.1D+0.3Lfe)/55～(0.2D+0.1Lfe)/35，定子铁心(1)包括定子齿(4)和定子槽(5)，相邻的分段定子铁心(1)的定子齿(4)和定子槽(5)在轴向上一一对应，定子槽(5)内放置有绕组，通风槽钢(3)安装在相邻分段定子铁心(1)的定子齿(4)之间，经过优化设计，可得分段定子铁心的段数n＝22.9～25.2，优选24，径向通风沟的轴向长度Ld＝9.6mm～11mm，优选10mm。
现有电机定子通风槽钢结构单一，风磨损耗大，通风效果不佳，且没有充分考虑槽钢对冷却气体的导流作用。为了更好提高通风效果，降低线圈尾部涡流损耗，本发明所述电机采用矩形截面直线型槽钢和工字形截面流线型槽钢，且相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置三根长度各不相等的槽钢，即两根矩形截面直线型槽钢，一根工字形截面流线型槽钢，其三维结构示意图如图2所示，下面对这两种槽钢分别进行描述。
所述的矩形截面直线型槽钢(3)截面采用矩形，呈直线形式延伸，如图3所示。矩形截面直线型槽钢宽度为L1，L1与定子齿宽bt有关，存在以下关系：L1＝bt/3～bt/2，即L1＝6.43mm～9.65mm，优选8.7mm。矩形截面直线型槽钢截面为矩形，截面宽度为L2，L2与矩形截面直线型槽钢宽度L1有关，存在以下关系：L2＝L1，即L2＝8.7mm，截面厚度L3与通风沟轴向宽度Ld有关，存在以下关系：L3＝Ld，即L3＝10mm。
工字形截面流线型槽钢整体结构如图4所示，为了清楚描述该槽钢结构，取工字形截面流线型槽钢俯视图及左视图为分析对象，如图5所示，其中图5a为工字形截面流线型槽钢俯视图，图5b为工字形截面流线型槽钢左视图。所述工字形截面流线型槽钢截面如图5a所示，工字形截面流线型槽钢脚板宽L4，其大小与定子齿宽bt有关，L4＝2bt/5～bt/2，即L4＝7.72mm～9.65mm，优选8.3mm，工字形截面流线型槽钢脚板厚度L6与通风沟轴向宽度Ld有关，为L6＝Ld/10～～Ld/7，即L6＝0.96mm～1.57mm，优选为1.2mm，工字形截面流线型槽钢腹板宽L7，其大小与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，为L7＝L4/3～L4/2，即L7＝2.57mm～4.82mm，为了节省材料又保证工字形截面流线型槽钢的机械性能，L7优选为4mm，工字形截面流线型槽钢截面厚度为L5，其大小与通风沟轴向宽度Ld有关，即L5＝Ld，则L5＝10mm.工字形角度β与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4及工字形截面流线型槽钢厚度L5有关，根据优化设计，则β＝25.73°～38.78°，为了减小通风道内风磨损耗，β优选为36°，其中工字形角度β为工字形截面流线型槽钢工字形截面横边与斜边之间的夹角。工字形截面流线型槽钢(如图5b左视图所示)宽度L8，L8与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，L8＝L4，即L8＝8.3mm。工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及弯曲角度θ与定子齿宽bt及定子齿高hs有关，即r＝bt/6～bt/3，则r＝3.2mm～6.5mm，优选4mm，θ＝14.7°～27.8°，优选17°，其中图5b中W所示部分表示槽钢的一个弯曲，弯曲距离r为工字形截面流线型槽钢最大弯曲点与相邻两个弯曲中点之间的径向距离，弯曲角度θ为相邻两个弯曲之间中点处的切线与相邻两个弯曲中点连线之间的夹角，该设计在减小线圈尾部涡流损耗的同时保证了最大通风散热效果。
为了进一步提高定子的通风效果，本发明所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿(4)之间放置长、中、短三根槽钢，如图6所示，其中，长槽钢和短槽钢为矩形截面直线型槽钢，中槽钢为工字形截面流线型槽钢，其中工字形截面流线型槽钢由五个弯曲组成。各槽钢直线长度与电机定子铁心外径D及定子齿高hs有关，其中长槽钢直线长度Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，中槽钢直线长度Ls2＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，短槽钢直线长度Ls3＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，即Ls1＝142.6mm～197.5mm，优选164mm，Ls2＝109.8mm～164.7mm，优选128mm，Ls3＝98.7mm～120.7mm，优选106mm。各槽钢安装于通风沟内各齿上，每个齿上安放三根槽钢，槽钢整体沿径向方向延伸。图7为图6中A部分的放大图，三条槽钢分别由a、b及c表示，其中a和c表示矩形截面直线型短槽钢和矩形截面直线型长槽钢，b表示工字形截面流线型中槽钢。在槽钢近轴端，槽钢距离铁心边缘距离为ht1，长度为7mm～10mm，优选8.5mm，中间位置的工字形截面流线型槽钢b与矩形截面直线型槽钢a最大距离和最小距离分别为为ht2和ht3，ht2和ht3大小与工字形截面流线型槽钢弯曲距离r、矩形截面直线型槽钢宽度L1及工字形截面流线型槽钢宽度L8均有关，通过优化设计可得，ht2＝0.3L1+r-0.2L8～0.8L1+r-0.6L8，ht3＝0.5L1+0.8r-0.7L8～0.5L1-0.6r+0.12L8，即ht2＝4.95mm～5.98mm，优选5.04mm，ht3＝1.34mm～2.95mm，优选1.62mm，同理，中间位置的工字形截面流线型槽钢b与矩形截面直线型槽钢c最大距离和最小距离与上述相等，不再赘述。a槽钢中心位置与近侧齿边距离(图7中bt1)与c槽钢中心位置与近侧齿边距离(图7中bt4)相等，其距离与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5及定子齿宽bt均有关，即bt1＝bt4＝0.19bt+0.11L5～0.6bt-0.65L5，即bt1＝bt4＝4.55mm～6.38mm，优选4.64mm；b槽钢中心距离a槽钢中心距离(图7中bt2)与距离c槽钢的中心距离(图7中bt3)相等，且该距离与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5、定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r均有关，bt2＝bt3＝0.5bt-0.3L5-0.6r～0.5bt-0.45L5+0.2r，即bt2＝bt3＝4.85mm～7.65mm，优选5.01mm。整体上，各槽钢按周期分布于整个径向通风沟内，以三个齿为一个周期，在一个周期内的三齿上，槽钢优选安装方式按顺时针方向依次为“164mm矩形截面直线型长槽钢”、“128mm工字形截面流线型中槽钢”、“106mm矩形截面直线型短槽钢”、“164mm矩形截面直线型长槽钢”、“128mm工字形截面流线型中槽钢”、“106mm矩形截面直线短槽钢”、“106mm矩形截面直线型短槽钢”、“128mm工字形截面流线型中槽钢”、“164mm矩形截面直线型长槽钢”，槽钢分布如上述图6所示。该设计对通风道内冷却气体具有很好的导流效果，且定子线圈尾部涡流损耗明显减小，电机散热率提高15％左右。
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 (2)

1.利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，其特征在于：主要包括分段定子铁心(1)、径向通风沟(2)及通风槽钢(3)，其中分段定子铁心(1)沿轴向分布，其段数n由定子铁心(1)的外径确定，为n＝D/55～D/50，D为电机定子铁心外径，相邻的分段定子铁心(1)之间为径向通风沟(2)，其由沿圆周分布的通风槽钢(3)形成，径向通风沟(2)的轴向宽度Ld与电机定子铁心(1)外径D与轴向长度Lfe有关，Ld＝(0.1D+0.3Lfe)/55～(0.2D+0.1Lfe)/35，定子铁心(1)包括定子齿(4)和定子槽(5)，相邻的分段定子铁心(1)的定子齿(4)和定子槽(5)在轴向上一一对应，定子槽(5)内放置有绕组，通风槽钢(3)安装在相邻分段定子铁心(1)的定子齿(4)之间，所述通风槽钢(3)采用矩形截面直线型槽钢和工字形截面流线型槽钢，且相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置三根长度各不相等的槽钢，即两根矩形截面直线型槽钢和一根工字形截面流线型槽钢，所述的矩形截面直线型槽钢截面采用矩形，呈直线形式延伸，矩形截面直线型槽钢宽度为L1，L1与定子齿宽bt有关，存在以下关系：L1＝bt/3～bt/2，矩形截面直线型槽钢的截面宽度为L2，L2与矩形截面直线型槽钢宽度L1有关，存在以下关系：L2＝L1，截面厚度L3与通风沟轴向宽度Ld有关，存在以下关系：L3＝Ld；所述工字形截面流线型槽钢脚板宽L4，其大小与定子齿宽bt有关，L4＝2bt/5～bt/2，工字形截面流线型槽钢脚板厚度L6与通风沟轴向宽度Ld有关，为L6＝Ld/10～Ld/7，工字形截面流线型槽钢腹板宽L7，其大小与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，为L7＝L4/3～L4/2，工字形截面流线型槽钢截面厚度为L5，其大小与通风沟轴向宽度Ld有关，即L5＝Ld，工字形角度β与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4及工字形截面流线型槽钢厚度L5有关，其中工字形角度β为工字形截面流线型槽钢工字形截面横边与斜边之间的夹角。工字形截面流线型槽钢宽度L8，L8与工字形截面流线型槽钢脚板宽L4有关，L8＝L4，工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及弯曲角度θ与定子齿宽bt及定子齿高hs有关，即r＝bt/6～bt/3，其中弯曲距离r为工字形截面流线型槽钢最大弯曲点与相邻两个弯曲中点之间的径向距离，弯曲角度θ为相邻两个弯曲之间中点处的切线与相邻两个弯曲中点连线之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的利于散热的大型电机定子通风槽钢结构，其特征在于：所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿(4)之间放置长、中、短三根槽钢，其中，长槽钢和短槽钢为矩形截面直线型槽钢，中槽钢为工字形截面流线型槽钢，其中工字形截面流线型槽钢由五个弯曲组成。各槽钢直线长度与电机定子铁心外径D及定子齿高hs有关，其中长槽钢直线长度Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，中槽钢直线长度Ls2＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，短槽钢直线长度Ls3＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，在槽钢近轴端，三根槽钢距离铁心边缘距离均为ht1，长度为7mm～10mm，中间位置的工字形截面流线型槽钢与两边的矩形截面直线型槽钢最大距离和最小距离分别为为ht2和ht3，ht2和ht3大小与工字形截面流线型槽钢弯曲距离r、矩形截面直线型槽钢宽度L1及工字形截面流线型槽钢宽度L8均有关，为ht2＝0.3L1+r-0.2L8～0.8L1+r-0.6L8，ht3＝0.5L1+0.8r-0.7L8～0.5L1-0.6r+0.12L8，短槽钢中心位置与近侧齿边距离bt1与长槽钢中心位置与近侧齿边距离bt4相等，与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5及定子齿宽bt均有关，为bt1＝bt4＝0.19bt+0.11L5～0.6bt-0.65L5，中槽钢中心距离短槽钢中心距离bt2与距离长槽钢的中心距离bt3相等，且该距离与工字形截面流线型槽钢截面厚度L5、定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r均有关，为bt2＝bt3＝0.5bt-0.3L5-0.6r～0.5bt-0.45L5+0.2r，整体上，各槽钢按周期分布于整个径向通风沟内，以三个齿为一个周期，在一个周期内的三齿上，槽钢优选安装方式按顺时针方向依次为“矩形截面直线型长槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线型短槽钢”、“矩形截面直线型长槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线短槽钢”、“矩形截面直线型短槽钢”、“工字形截面流线型中槽钢”、“矩形截面直线型长槽钢”。
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