CN106300744A - 同时带有多种类型槽钢的转子通风结构 - Google Patents

同时带有多种类型槽钢的转子通风结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，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一根工字形截面流线型槽钢和一根矩形截面直线型槽钢，转子铁心靠近转轴处开槽，形成轴向通风道，为冷却介质流动提供通路，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

同时带有多种类型槽钢的转子通风结构
技术领域
本发明涉及一种同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，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：同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，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＝D/184～D/210。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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]。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)之间放置有两根槽钢(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＝0.14(R2-R1)～0.19(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子铁心(4)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°。所述两根槽钢分为两种规格，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，另一种为矩形截面直线型槽钢，其长度较短，呈直线延伸结构，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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，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°，矩形截面直线型槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，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宽度W1与槽钢截面宽度W2有关，为W1＝1.75W2～1.81W2，工字形截面流线型槽钢的弧段半径R3与槽钢高度L2有关，为R3＝4.3L2～4.6L2，一个弧段的直线长度L1＝1.94R3。
所述工字形截面流线型槽钢由5个弧段组成，其长度L6＝0.23R2-0.26R1～0.27R2-0.25R1，矩形截面直线型槽钢长度L5＝0.10R2-0.11R1～0.13R2-0.12R1，放置于两个分段转子铁心中对应转子齿之间的两个槽钢分别为一根上述工字形截面流线型槽钢和一根上述矩形截面直线型槽钢。两根槽钢距离铁心边缘距离W5与齿宽度L7有关，为W5＝L7/10。在槽钢远轴端，矩形截面直线型槽钢距离其最近齿边距离L8与槽钢高度L4有关，即L8＝0.9L4～1.1L4，工字形截面流线型槽钢在槽钢远轴端，距其最近齿边距离L9与短钢距离其最近齿边距离L8、槽钢截面宽度W2及工字形截面流线型槽钢宽度W1有关，为L9＝L8-(W2-W1)/4，两槽钢之间间距与槽钢截面宽度W2、工字形截面流线型槽钢宽度W1、槽钢宽度L7和短钢距离其最近处齿边距离L8有关，最短距离L10＝L7-2L8-W1。整体上，槽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，任意一个组的槽钢安装方式按顺时针方向依次为“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”。
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一根工字形截面流线型槽钢和一根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示意图及俯视图，图4a为工字形截面流线型槽钢示意图，图4b为工字形截面流线型槽钢俯视图；
图5为矩形截面直线型转子槽钢示意图；
图6为工字形截面流线型槽钢和矩形截面直线型槽钢截面图，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)，本发明所述的同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，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＝D/184～D/210。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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]。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)之间放置有两根槽钢(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＝0.14(R2-R1)～0.19(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子铁心(4)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＝17～19，优选18，径向通风沟(1)的轴向长度L＝8.58mm～10.31mm，优选10mm，轴向通风道直径Φ＝145.88mm～197.98mm，优选167mm，W＝83.56mm。
为了更好提高通风效果，本发明所述槽钢分为两种规格，一种为工字形截面流线型槽钢，其长度较长，且槽钢呈波浪形式延伸结构，如图4所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)，其中图4a为工字形截面流线型槽钢示意图，图4b为工字形截面流线型槽钢俯视图；一种为矩形截面直线型槽钢，其长度较短，且槽钢呈直线延伸结构，如图5所示。所述槽钢截面如图6所示，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截面图。为保证工字形槽钢的强度，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。图6a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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，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＝8.58mm～10.31mm，优选10mm，W2＝3.3mm～5mm，优选4.11mm，W3＝1.37mm～2.06mm，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°。如图6b所示，矩形截面直线型槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，槽钢截面宽W4与槽钢高度L4有关，为W4＝1/2L4～1/3L4。其中，L4＝8.58mm～10.31mm，优选10mm，W4＝3.3mm～5mm，优选4.11mm。如图4b，工字形截面流线型槽钢宽度W1与槽钢截面宽度W2有关，即W1＝1.75W2～1.81W2，此处W1＝7.19mm～7.43mm，优选7.32mm。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＝1.94R3，即87.3mm。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)。槽钢长度与转子内径R1及外径R2有关，本实施例所述工字形截面流线型槽钢由5个弧段组成，其长度L6＝0.23R2-0.26R1～0.27R2-0.25R1，此处L6＝185.66mm～317.34mm，优选275mm。矩形截面直线型槽钢长度L5＝0.10R2-0.11R1～0.13R2-0.12R1，此处L5＝86.2mm～153.46mm，优选110mm。放置于两个分段转子铁心中对应转子齿之间的两个槽钢分别为一根上述工字形截面流线型槽钢和一根上述矩形截面直线型槽钢。两根槽钢距离铁心边缘距离(图9中W5)与齿宽度L7有关，即W5＝L7/10。在槽钢远轴端，矩形截面直线型槽钢距离其最近齿边距离L8与槽钢高度L4有关，即L8＝0.9L4～1.1L4，方向延伸向轴。工字形截面流线型槽钢在槽钢远轴端，距其最近齿边距离L9与短钢距离其最近齿边距离L8、槽钢截面宽度W2及工字形截面流线型槽钢宽度W1有关，即L9＝L8-(W2-W1)/4，方向延伸向轴。由于流线型的存在，两槽钢之间间距为变值，且与槽钢截面宽度W2、工字形截面流线型槽钢宽度W1、槽钢宽度L7和短钢距离其最近处齿边距离L8有关，两槽钢的最短距离L10＝L7-2L8-W1。本实施例中，齿宽L7＝40mm，W1＝3.35mm，W2＝4.11mm，即L8＝9mm～11mm，优选10.52mm，L9＝9.72mm，L10＝11.64mm。整体上，槽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，任意一个组的槽钢(图8中I、II、III)安装方式按顺时针方向依次为“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”，将电机全部转子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。当通风槽钢设计成所述工字流线型截面结构时，可使进入通风沟的流体的流动方向和速度有明显变化，能有效提高流动性能，由于流线型槽钢的弯曲，转子旋转方向的不同会影响冷却介质流入通风沟内的流速和流量，如此设置，当电机顺时针旋转时，风量最大可提高16％～23％。
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.同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，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＝D/184～D/210。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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]。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)之间放置有两根槽钢(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＝0.14(R2-R1)～0.19(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子铁心(4)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°。所述两根槽钢分为两种规格，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，另一种为矩形截面直线型槽钢，其长度较短，呈直线延伸结构，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＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，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°，矩形截面直线型槽钢高度L4与电机转子内径R1、转子外径R2和轴向长度D有关，为L4＝[D/840+(R2-R1)/240]～[D/700+(R2-R1)/200]，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宽度W1与槽钢截面宽度W2有关，为W1＝1.75W2～1.81W2，工字形截面流线型槽钢的弧段半径R3与槽钢高度L2有关，为R3＝4.3L2～4.6L2，一个弧段的直线长度L1＝1.94R3。
2.根据权利要求1所述的同时带有多种类型槽钢的转子通风结构，其特征在于：所述工字形截面流线型槽钢由5个弧段组成，其长度L6＝0.23R2-0.26R1～0.27R2-0.25R1，矩形截面直线型槽钢长度L5＝0.10R2-0.11R1～0.13R2-0.12R1，放置于两个分段转子铁心中对应转子齿之间的两个槽钢分别为一根上述工字形截面流线型槽钢和一根上述矩形截面直线型槽钢。两根槽钢距离铁心边缘距离W5与齿宽度L7有关，为W5＝L7/10。在槽钢远轴端，矩形截面直线型槽钢距离其最近齿边距离L8与槽钢高度L4有关，即L8＝0.9L4～1.1L4，工字形截面流线型槽钢在槽钢远轴端，距其最近齿边距离L9与短钢距离其最近齿边距离L8、槽钢截面宽度W2及工字形截面流线型槽钢宽度W1有关，为L9＝L8-(W2-W1)/4，两槽钢之间间距与槽钢截面宽度W2、工字形截面流线型槽钢宽度W1、槽钢宽度L7和短钢距离其最近处齿边距离L8有关，最短距离L10＝L7-2L8-W1。整体上，槽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，任意一个组的槽钢安装方式按顺时针方向依次为“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”、“矩形截面直线型槽钢”、“工字形截面流线型槽钢”。
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