CN106374659A - 电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构 - Google Patents

电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构 Download PDF

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张琦
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Abstract

本发明涉及一种电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，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两根或三根工字形截面直线型槽钢，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

电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构
技术领域
本发明涉及一种电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，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：电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，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/187～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/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50。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＝0.12(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子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°。
所述的槽钢高度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/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50，槽钢缘板宽W2与槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，槽钢腹板宽W1与槽钢缘板宽W2有关，为W1＝1/2W2～～1/3W2，槽钢缘板高L1与槽钢高度L2有关，为L1＝0.08L2～0.12L2，槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°；
所述的两根槽钢(5)设计为两种，一种为长槽钢，其长度L3＝0.25(R2-R1)～0.27(R2-R1)，一种为短槽钢，长度L4＝0.1(R2-R1)～0.11(R2-R1)，在槽钢远轴端，槽钢距离铁心边缘距离W3＝4～5mm，长槽钢与近侧齿边距离L5与短槽钢与近侧齿边距离L7相等，且与两槽钢中心之间的距离L6相等，即L5＝L6＝L7，长槽钢和短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“长槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”。
所述相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间还可放置有三根槽钢(5)，一种设计为长槽钢，其长度L3＝0.25(R2-R1)～0.27(R2-R1)，一种设计为短槽钢，长度L4＝0.1(R2-R1)～0.11(R2-R1)，一种为中槽钢，中槽钢长度L8与电机转子内径R1及转子外径R2有关，为L8＝0.18(R2-R1)～0.19(R2-R1)，在槽钢远轴端，槽钢距铁心边缘距离W4＝4mm～5mm，中槽钢安装于长槽钢和短槽钢之间，中槽钢中心与长槽钢中心距离L10与中槽钢中心与短槽钢中心距离L11相等，即L10＝L11；长槽钢中心与其近侧齿边距离L9等于短槽钢中心与其近侧齿边距离L12，且等于长槽钢和中槽钢中心之间距离与中槽钢和短槽钢中心之间距离之和的3/4，即L9＝L12＝3/4(L10+L11)，长槽钢、中槽钢和短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，任意一个组的三齿上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：将电机转子通风槽钢采取不同结构及数量，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为工字形截面直线型槽钢示意图及截面图，其中图4a为工字形截面直线型槽钢示意图，图4b为工字形截面直线型槽钢截面图；
图5为电机安装直线型槽钢情况下，一个转子径向通风沟截面图；
图6为图5中B部分放大图；
图7为图6中C部分放大图；
图8为电机安装三根直线型槽钢情况下，一个转子径向通风沟截面图；
图9为图8中D部分放大图；
图10为图9中E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)，本发明所述的电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，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以上的大型电机中，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/187～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/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50。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＝0.12(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子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＝16.9～18.8，优选18，径向通风沟(1)的轴向长度L＝8.58mm～11.3mm，优选10mm，轴向通风道直径Φ＝125.1mm～187.6mm，优选166.7mm，W＝83.35mm。
现有电机转子通风槽钢一般选取为工字形截面钢，但是通风效果不佳，且没有充分考虑槽钢改变气体流动的作用，本发明对工字形槽钢进行了优化设计，如图4所示，其中图4a为工字形截面直线型槽钢示意图，图4b为工字形截面直线型槽钢截面图，为保证工字形截面直线型槽钢的强度，对槽钢高度(图4b中的L2)、槽钢缘板宽(图4b中W2)、槽钢腹板宽(图4b中W1)和槽钢缘板高(图4b中的L1)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＝[D/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50，槽钢缘板宽W2与槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，槽钢腹板宽W1与槽钢缘板宽W2有关，为W1＝1/2W2～1/3W2，槽钢缘板高L1与槽钢高度L2有关，为L1＝0.08L2～0.12L2，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～11.3mm，优选10mm，W2＝3.4mm～5mm，优选4mm，W1＝1.2mm～2mm，优选1.5mm，L1＝0.8mm～1.2mm，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°。本发明所述的转子通风结构的工字形截面直线型槽钢设计为两种规格，如图5和图6所示，图6为图5中B部分放大图，其长度与铁心尺寸有关。一种设计为长槽钢，其长度L3＝0.25(R2-R1)～0.27(R2-R1)，即L3＝260.5mm～281.3mm，本实施例优选为275mm；一种设计为短槽钢，长度L4＝0.1(R2-R1)～0.11(R2-R1)，即L4＝104.2mm～114.6mm，本实施例优选为110mm。即，放置于两个分段转子铁心中对应转子齿之间的两个工字形截面直线型槽钢分别为一根上述的275mm长槽钢和一根上述的110mm短槽钢，安装方向沿半径方向。图7为图6中齿I的C部分的放大图，在槽钢远轴端，槽钢距离铁心边缘距离(图7中W3)为4mm～5mm，优选4.5mm。其中275mm长槽钢与近侧齿边距离(图7中L5)与110mm短槽钢与近侧齿边距离(图7中L7)相等，且与两槽钢中心之间的距离(图7中L6)相等，即L5＝L6＝L7。整体上，长槽钢和短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(如图6中I、II、III)安装方式按顺时针方向依次为“275mm工字形截面长槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“275mm工字形截面长槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“275mm工字形截面长槽钢”，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。
为了进一步提高转子的通风效果，本发明所述相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间还可以放置有三根工字形截面直线型槽钢(5)，如图8、图9和图10所示，其中图8为一个转子径向通风沟截面图，图9为图8中D部分放大图，图10为图9中E部分放大图，在原有275mm槽钢和110mm槽钢基础上，设计中槽钢。中槽钢长度(图9中L8)与电机转子内径R1及转子外径R2有关，即L8＝0.18(R2-R1)～0.19(R2-R1)，在本实施例中，电机转子内径R1＝1800mm，转子外径R2＝2842mm，即L8＝187.5mm～197.9mm，此处优选为195mm。各槽钢安装于两个转子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安装三根工字形截面直线型槽钢，分别为一根上述的275mm的长槽钢，一根上述195mm的中槽钢和一根上述110mm的短槽钢，槽钢整体沿径向延伸，轴线方向与转子半径方向重合。如图10所示，在槽钢远轴端，槽钢距铁心边缘距离W4设计为4mm～5mm，优选4.5mm。图10中a、b和c分别表示“275mm工字形截面钢”、“195mm工字形截面钢”和“110mm工字形截面钢”，b槽钢安装于a、c槽钢之间，b槽钢中心与a槽钢中心距离L10与b槽钢中心与c槽钢中心距离L11相等，即L10＝L11。槽钢a中心与其近侧齿边距离L9等于槽钢c中心与其近侧齿边距离L12，且等于槽钢a、b中心之间距离与槽钢b、c中心之间距离之和的3/4，即L9＝L12＝3/4(L10+L11)。整体上，长槽钢、中槽钢和短槽钢在圆周上呈规律性分布，相邻三个转子齿对应的槽钢为一组，任意一个组的三齿上的槽钢(图9中IV、V、VI)优选安装方式按顺时针方向依次为“275mm工字形截面长槽钢”、“195mm工字形截面中槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“275mm工字形截面长槽钢”、“195mm工字形截面中槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“110mm工字形截面短槽钢”、“195mm工字形截面中槽钢”、“275mm工字形截面长槽钢”。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 (2)

1.电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，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)以及工字形截面直线型槽钢(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/187～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/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50。相邻的分段转子铁心(4)的转子齿(2)在轴向上一一对应，工字形截面直线型槽钢(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)之间放置有两根工字形截面直线型槽钢(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＝0.12(R2-R1)～0.18(R2-R1)，轴向通风道(3)离转轴最近处与转子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°。
所述的工字形截面直线型槽钢的槽钢高度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/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50，槽钢缘板宽W2与槽钢高度L2有关，为W2＝1/2L2～1/3L2，槽钢腹板宽W1与槽钢缘板宽W2有关，为W1＝1/2W2～1/3W2，槽钢缘板高L1与槽钢高度L2有关，为L1＝0.08L2～0.12L2，槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°；
所述的两根槽钢(5)设计为两种，一种为长槽钢，其长度L3＝0.25(R2-R1)～0.27(R2-R1)，一种为短槽钢，长度L4＝0.1(R2-R1)～0.11(R2-R1)，在槽钢远轴端，槽钢距离铁心边缘距离W3＝4mm～5mm，长槽钢与近侧齿边距离L5与短槽钢与近侧齿边距离L7相等，且与两槽钢中心之间的距离L6相等，即L5＝L6＝L7，长槽钢和短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“长槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”、“短槽钢”、“短槽钢”、“长槽钢”。
2.根据权利要求1所述的电机转子槽钢不同组合下的转子散热结构，其特征在于：所述相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根工字形截面直线型槽钢(5)，一种设计为长槽钢，其长度L3＝0.25(R2-R1)～0.27(R2-R1)，一种设计为短槽钢，长度L4＝0.1(R2-R1)～0.11(R2-R1)，一种为中槽钢，中槽钢长度L8与电机转子内径R1及转子外径R2有关，为L8＝0.18(R2-R1)～0.19(R2-R1)，在槽钢远轴端，槽钢距铁心边缘距离W4＝4mm～5mm，中槽钢安装于长槽钢和短槽钢之间，中槽钢中心与长槽钢中心距离L10与中槽钢中心与短槽钢中心距离L11相等，即L10＝L11；长槽钢中心与其近侧齿边距离L9等于短槽钢中心与其近侧齿边距离L12，且等于长槽钢和中槽钢中心之间距离与中槽钢和短槽钢中心之间距离之和的3/4，即L9＝L12＝3/4(L10+L11)，长槽钢、中槽钢和短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，任意一个组的三齿上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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