CN106357022A - 具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，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，所述的通风槽钢截面采用工字形，呈流线型延伸，本发明通过改变定子齿间通风槽钢的数量及长短分布，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。本发明解决了现有电机定子散热效果差，定子线圈尾部局部温升过高的问题。

Description

具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构
技术领域
本发明涉及一种具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，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，由于结构不光滑，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：具有工字形截面流线型槽钢的定子通风结构，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，所述的通风槽钢(3)截面采用工字形，呈流线型延伸，槽钢脚板宽为L1，为L1＝bt/3～bt/2，槽钢总厚度L2、槽钢脚板厚L3与通风沟轴向宽度Ld有关，为L2＝Ld，L3＝Ld/10～Ld/7，槽钢腹板宽L4与槽钢脚板宽L1有关，L4＝L1/3～L1/2，工字形角度β与槽钢脚板宽L1及槽钢总厚度L2有关，其中工字形角度β为槽钢截面斜边与横边之间的夹角，所述通风槽钢(3)宽度L5，L5大小与定子齿宽bt有关，为L5＝bt/3～bt/2＝L1，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)的每个定子齿之间放置长、短两根槽钢，长槽钢由六个弯曲组成，其直线长度设计为Ls1，短槽钢由四个半个弯曲组成，直线长度设计为Ls2，其直线长度与电机定子外径和定子槽高有关，为Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，在槽钢近轴端，槽钢距离铁心边缘距离为ht，长度为7mm～10mm，其中长槽钢中心与近侧齿边距离bt13与短槽钢中心与近侧齿边距离bt11相等，且与两槽钢中心之间的距离bt12相等，即bt11＝bt12＝bt13＝1/3bt。整体上，长槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“长槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”。
所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间还可以放置有长、中、短三根槽钢，长槽钢由六个弯曲组成，其直线长度设计为Ls1，短槽钢由四个半个弯曲组成，直线长度设计为Ls2，中槽钢由五个弯曲组成，其直线长度为Ls3，三根槽钢的直线长度均与电机定子外径和定子槽高有关，为Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，Ls3＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，在槽钢近轴端，三根槽钢距离铁心边缘距离均为ht，长槽钢中心位置与近侧齿边距离bt24与短槽钢中心位置与近侧齿边距离bt21相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt21＝bt24＝0.4bt，中槽钢中心距离长槽钢中心距离bt23与距离短槽钢的中心距离bt22相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt22＝bt23＝0.6bt。整体上，长槽钢、中槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“长槽钢”、“中槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“中槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“中槽钢”、“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：所发明的流线型通风槽钢可以改变冷却气体的流动方向，可以增加冷却气体与定子铁心的接触面积，提高了冷却散热能力，在相同风量的情况下，散热效率增加大大增加。另外，所发明的工字形槽钢具有机械性能高，不易变形，节约制造成本，另外可以提高通风道壁的光滑性，有效降低通风沟内风磨损耗。
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放大图；
图3为工字形截面流线型槽钢整体结构示意图；
图4为工字形截面流线型槽钢俯视图和左视图，其中图4a为工字形截面流线型槽钢俯视图，图4b为其左视图；
图5为定子齿间安装两根长短不同槽钢局部放大图；
图6为图5中A部分放大图；
图7为定子齿间安装三根长短不同槽钢局部放大图；；
图8为图7中B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，本发明所述的具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，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，具体结构如图2所示，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，本发明所述的槽钢截面采用工字形，呈流线型延伸，其结构如图3所示。为了清楚描述该槽钢结构，取槽钢俯视图及左视图为说明对象，如图4所示，其中图4a为槽钢俯视图，图4b为槽钢左视图。槽钢截面为工字形结构(如图4a所示)，槽钢脚板宽为L1，为L1＝bt/3～bt/2，则L1＝6.43mm～9.65mm，优选8mm。槽钢总厚度L2、槽钢脚板厚L3与通风沟轴向宽度Ld有关，即L2＝Ld，L3＝Ld/10～Ld/7，本实施例中，L2＝10mm，L3＝0.96mm～1.57mm，优选为1.2mm。槽钢腹板宽L4与槽钢脚板宽L1有关，L4＝L1/3～L1/2，即L4＝2.1mm～4.8mm，为了节省材料又保证槽钢的机械性能，L4优选为4mm。工字形角度β与槽钢脚板宽L1及槽钢总厚度L2有关，根据优化设计，则β＝26.56°～59°，为了减小通风道内风磨损耗，β优选为42°，其中工字形角度β为槽钢截面斜边与横边之间的夹角，该结构不但增加了槽钢机械性能，而且降低通风沟风磨损耗。所述通风槽钢(如图4b所示)宽度L5，L5大小与定子齿宽bt有关，经过优化设计，L5＝bt/3～bt/2，则L5＝6.43mm～9.65mm＝L1，优选8mm，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4b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。此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。
为了提高槽钢的导流效果，本发明所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置长、短两根槽钢，如图5所示。为了达到最佳散热效果，长槽钢由六个弯曲组成，其直线长度设计为Ls1，短槽钢由四个半个弯曲组成，直线长度设计为Ls2，其直线长度与电机定子外径和定子槽高有关，经过优化设计，Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，即Ls1＝142.6mm～197.5mm，优选164mm，Ls2＝98.7mm～120.7mm，优选106mm。槽钢安装于两个定子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安放两根槽钢，分别为一根上述的164mm长槽钢和一根上述的106mm短槽钢。图6为图5中A部分的放大图，在槽钢近轴端，槽钢距离铁心边缘距离为ht，长度为7mm～10mm，优选9mm。其中164mm长槽钢中心与近侧齿边距离(图6中bt13)与106mm短槽钢中心与近侧齿边距离(图6中bt11)相等，且与两槽钢中心之间的距离(图6中bt12)相等，即bt11＝bt12＝bt13＝1/3bt。整体上，长槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“164mm长槽钢”、“106mm短槽钢”、“164mm长槽钢”、“106mm短槽钢”、“106mm短槽钢”、“164mm长槽钢”，如上述图5所示。
为了有效降低线圈尾部涡流损耗，将每个定子齿间的槽钢数量还可设计成长、中、短三根，如图7所示。在原有长槽钢和短槽钢基础上设计中槽钢，中槽钢由五个弯曲组成，其直线长度为Ls3，Ls3与电机定子外径D及定子槽高hs有关，即Ls3＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，即Ls3＝109.8mm～164.7mm，优选128mm。槽钢安装于两个定子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安放三根槽钢，分别为一根上述的164mm长槽钢、一根上述的128mm中槽钢和一根上述的106mm短槽钢。图8为图7中B部分的放大图，三根槽钢分别由a、b及c表示。在槽钢近轴端，槽钢距离铁心边缘距离为ht，长度为7mm～10mm，优选8.5mm。a槽钢中心位置与近侧齿边距离(图8中bt24)与c槽钢中心位置与近侧齿边距离(图8中bt21)相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt21＝bt24＝0.4bt，b槽钢中心距离a槽钢中心距离(图8中bt23)与距离c槽钢的中心距离(图8中bt22)相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt22＝bt23＝0.6bt。整体上，长槽钢、中槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“164mm长槽钢”、“128mm中槽钢”、“106mm短槽钢”、“164mm长槽钢”、“128mm中槽钢”、“106mm短槽钢”、“106mm短槽钢”、“128mm中槽钢”、“164mm长槽钢”。该方案与两条槽钢相比通风沟内风速稍有增加，定子线圈尾部涡流明显减小，但是成本有所增加，如上述图7所示。
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 (3)

1.具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，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，所述的通风槽钢(3)截面采用工字形，呈流线型延伸，槽钢脚板宽为L1，为L1＝bt/3～bt/2，槽钢总厚度L2、槽钢脚板厚L3与通风沟轴向宽度Ld有关，为L2＝Ld，L3＝Ld/10～Ld/7，槽钢腹板宽L4与槽钢脚板宽L1有关，L4＝L1/3～L1/2，工字形角度β与槽钢脚板宽L1及槽钢总厚度L2有关，其中工字形角度β为槽钢截面斜边与横边之间的夹角，所述通风槽钢(3)宽度L5，L5大小与定子齿宽bt有关，为L5＝bt/3～bt/2＝L1，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所述的具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，其特征在于：所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置长、短两根槽钢，长槽钢由六个弯曲组成，其直线长度设计为Ls1，短槽钢由四个半个弯曲组成，直线长度设计为Ls2，其直线长度与电机定子外径和定子槽高有关，为Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，在槽钢近轴端，槽钢距离铁心边缘距离为ht，长度为7mm～10mm，其中长槽钢中心与近侧齿边距离bt13与短槽钢中心与近侧齿边距离bt11相等，且与两槽钢中心之间的距离bt12相等，即bt11＝bt12＝bt13＝1/3bt。整体上，长槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“长槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”。
3.根据权利要求1所述的具有工字形截面流线型槽钢的电机定子通风结构，其特征在于：所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置有长、中、短三根槽钢，长槽钢由六个弯曲组成，其直线长度设计为Ls1，短槽钢由四个半个弯曲组成，直线长度设计为Ls2，中槽钢由五个弯曲组成，其直线长度为Ls3，三根槽钢的直线长度均与电机定子外径和定子槽高有关，为Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，Ls3＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，在槽钢近轴端，三根槽钢距离铁心边缘距离均为ht，长槽钢中心位置与近侧齿边距离bt24与短槽钢中心位置与近侧齿边距离bt21相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt21＝bt24＝0.4bt，中槽钢中心距离长槽钢中心距离bt23与距离短槽钢的中心距离bt22相等，而且与定子齿宽bt有关，为bt22＝bt23＝0.6bt。整体上，长槽钢、中槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个定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“长槽钢”、“中槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“中槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“中槽钢”、“长槽钢”。
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