CN109728660A - 一种径向流通冷却电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种径向流通冷却电机，它包括带有径向流通槽的定子铁心、带轴的转子铁心和机壳；其中包括所述的定子流通槽板，后者由流通槽板冲片和流通槽片组装而成；该流通槽片经专门制作，分组固定在流通槽板冲片上；定子流通槽板沿轴向分布于定子铁心中形成径向流通槽，并通过定、转子铁心之间的间隙与转子铁心的径向流通槽相联通，一起构成电机内部径向流通冷却回路的一部分。本发明针对空冷电机径向通风系统的低流阻定子通风槽板进行了制造工艺的改进，大大降低定子通风槽板的制造工艺难度和成本，显著提高生产效率，明显提升电机的总体性能指标，还可以因此简化电机的总体构造，将这一具有高效通风性能的径向流通冷却结构普遍推广于其他冷却介质电机，实现更大功率的动力输出。
Description
技术领域
本发明涉及电机设计、制造工艺技术领域，特别涉及一种径向流通冷却电机。
背景技术
电机运行期间通常存在发热现象，其中包含通电绕组的定子铁心容易积聚热量形成内部高温，为保证电机的正常使用和寿命，必须将该温度控制在某一数值以下，采用径向流通槽来强化定子铁心、通电绕组与周边冷却介质的热交换是一种高性价比的解决途径。对于内部风冷电机而言，提高径向通风道内的通风散热能力成为重点关注的技术方向，这方面的研究和应用比较多。
当前主流技术的流通槽板构成组件中的细长形状的流通槽片为工字形截面型材或带凸块的平直板条或折弯变形板条；不同长度的流通槽片按需采用铆或焊的方式固定在扇形板上。因为取材费用低、方便灵活地进行产品设计、组装工艺简单、流通槽片组装后不易倒伏、焊接设备技术要求不高、方便组织多台并行，因此生产高、应用普遍；但该流通槽片的截面积较大并且容易对流道形成不合理的分隔，缩小有效流通截面；流通槽片在流道方向上尺寸较长，具有较大的沿程流阻，因此流通冷却效果不是很好。
专利文献“CN200710052612.5-一种径向通风冷却电机”提出了一种流线型截面的撑片，撑片与冲片通过组装形成定子通风槽板。该撑片侧重于在流道中的低流阻特性，低紊流、低噪音，其定子通风槽具有优良的通风性能。但冲片、撑片均选用铜、不锈钢或铝合金材料，流线型截面的撑片组装时具有方向性，数量众多，它们之间的相对位置要求较高，因此加工制造难度大，组装设备需要相当高的精密度和准确度，因此存在工艺设备要求高、材料成本和工艺成本高的特点，难以组织大量生产，不易推广应用。
专利文献“CN201220220802.X一种发电机的定子铁心”涉及的支撑柱固定在两块通风槽板之间，图示中支撑柱截面较小，数量限定为12个，沿圆周均匀分布，通风流阻很小。该结构存在局限，定子铁心齿侧、外圆侧的承力能力不易保证，齿部等局部的结构刚度较低，也不适合铁心叠压力较大的情形，因此不适于推广应用。
专利文献“CN200820057166.7定子铁心的通风槽板”涉及一种用于大、中型电机的扇形定子通风槽板，由圆柱形撑柱通过焊接直接组装到带定子槽的冲片上制作而成。该撑柱结构简单，便于加工制造，采用该定子通风槽板的定子通风槽具有良好的径向通风性能，是一种比较好的设计思路。但是该定子通风槽板的组装加工工艺存在很大的技术难度，撑柱尺寸细小，不方便手工夹持；扇形定子通风槽板面积大，不同规格之间形状、尺寸相异，数量众多的撑柱具有各自独立的位置要求，焊接次数不小于撑柱数量，每次焊接的成功率要求很高，对组装设备有相当高的精密度、自动化要求。一般该类高端设备数量非常稀少，专机专用，通常在国际、国内市场上购买不到，研制和运行成本都很高，因此此类定子通风槽板难于形成大批量生产，也很难推广应用到产量庞大的其他类型电机中。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于弥补现有技术缺乏关注之处，提供一种包含高流通性能定子流通槽板的径向流通冷却电机及实现定子流通槽板高效、低成本制造的工艺方法。
本发明针对空冷电机径向通风系统的低流阻定子通风槽板进行了制造工艺的改进，从而产生了一种新的结构，在达到降低电机径向通风的流动阻力、提髙冷却效率、降低通风噪音的目标前提下，大大降低定子通风槽板的制造工艺难度和成本，显著提高生产效率，明显提升电机的总体性能指标，还可以因此简化电机的总体构造，将这一具有高效通风性能的径向流通冷却结构普遍推广于其他冷却介质电机，实现更大功率的动力输出。
本发明的技术方案是：一种径向流通冷却电机，它包括带有径向流通槽的定子铁心、带轴的转子铁心和机壳；其中定子铁心包括所述的定子流通槽板，后者由流通槽板冲片和流通槽片组装而成；定子流通槽板沿轴向分布于定子铁心中以形成径向流通槽，并通过定、转子铁心之间的间隙与转子铁心的径向流通槽相联通，一起构成电机内部径向流通冷却回路的一部分；所述流通槽片由柱状体和底片组成，按规律排布并分别通过常规点焊方式以少量个数的焊点将其固定在流通槽板冲片上形成定子流通槽板。包含该定子流通槽板的径向流通冷却电机具有高效通流性能，在其机壳内部、转子铁心两侧的转轴上不设置轴向通流叶轮。
在上述技术方案的基础上具有附加技术特征的进一步技术方案是：
所述定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，所述柱状体和流通槽片下述尺寸均为有限规格以适应批量生产的需要，为此：流通槽片高度H满足：H≤15毫米；
柱状体的初始直径D满足：1毫米≤D≤8毫米；该柱状体由初始横截面直径为D的圆柱横向打扁，按需确定塑形后截面形状，打扁方向上的截面最大厚度不小于D的0.5倍；该柱状体可通体打扁，也可部分打扁而保持两端或一端为圆柱型横截面；底片宽度W满足：W/D≥0.8；底片厚度T满足：H/T≥3；柱状体沿底片长度方向上的间距P满足：2≤P/D≤12；所述流通槽片顶部柱状体的上平面、底片的底平面与柱状体轴线垂直；
流通槽片长度L大于或等于装配时所需尺寸，各个流通槽片焊接到冲片之前可根据其在冲片上相应固定位置的局部空间大小裁短使用，满足流通槽片在冲片上的总体排布要求。
所述的定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，柱状体和底片的固定通过焊接或铆接或螺纹连接加以实现；所述流通槽片的制作步骤如下：A、制作过程之初，底片部分来源于预先制备的较长的连续条料或条卷料，进给过程中通过输料槽或滚轮进行限位、整形；B、流通槽片的柱状体部分来源于预先制备的短柱体或同截面的线卷，进给过程中通过料斗、输料槽进行排序或通过辅助滚轮对线体限位、整形；C、流通槽片的底片部分、柱状体部分在指定位置实施装配、固定前后须进行必要的处理（比如，当采用铆接固定方式时铆接前底片须加工出铆接孔；柱状体加工原材为线卷时柱状体部分须裁断出指定的尺寸并打扁），之后按照预先设定的距离移出装配位置，为下一次装配操作做好准备；D、从装配位置移出的流通槽片按预设的尺寸裁断出定量长度或缠绕成卷；E、成品流通槽片包装、下线。
优选的，所述定子流通槽板的流通槽板冲片可以直接沿用定子冲片，也可以采用专门制作的流通槽板；材质为电工钢板或普通钢板；以简化工艺、降低成本。
优选的，所述流通槽片的柱状体和底片均采用市售钢材制作，以简化并适应工艺及设计的需要、达到降低成本的效果。不排除采用特殊材质制造或采用诸如电镀、氧化、喷涂工艺进行整体的或局部的处理。
优选的，所述定子流通槽板的流通槽片由柱状体和底片通过焊接方式在小型加工组装设备上进行装配生产，实现批量加工，满足规格可定制的需求，达到降低成本的效果。不排除采用铆接、铆焊、熔铸或螺纹联接的方式进行装配，为此柱状体和底片须相应地调整局部结构进行匹配。
优选的，所述定子流通槽板的流通槽片之柱状体，其打扁部分的截面形状由两侧平面向心挤压产生自由塑变而产生并满足在打扁方向上的定制的厚度尺寸要求。必要时，两侧挤压面可以采用更复杂的曲面以获得更理想的流线型，降低其在流道内产生的局部流动损失。
优选的，所述流通槽片的各部分遵循上述尺寸和取值范围，以简化并满足工艺及设计、相对较少规格、提高通用性并降低成本的需要。特殊情况下，可进行适当调整。
优选的，所述定子流通槽板的流通槽片在流通槽板冲片上按排布要求焊接固定时，可采用行业现行点焊设备进行施工，利于多台并行，保证产成量和生产效率；特殊情形下，可以采用铆接、铆焊方式进行施工，为此流通槽片须相应地调整局部结构进行匹配。
优选的，所述定子流通槽板的流通槽片采用小型加工组装设备按所述工艺步骤和方法进行制造可实现高速、大量定制生产，多台可并行；设备及加工原理易于实现，设备成本投入小，运行成本低，可提供高性价比的关键组件。
本发明的有益效果是：本发明所述的定子流通槽板推广适用于以空气、防锈水、油和压缩机制冷剂或氢气为冷却介质的径向流通冷却电机，实现提高功率密度、降低温升或提高输出功率的设计目标。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
附图1是本发明所述径向通风电机的定子流通槽板的示意图。
附图2是本发明所述定子流通槽板的两种流通槽片的示意图。
附图3是本发明所述流通槽片的两种柱状体示意图，未体现全部细节。
附图4是本发明所述流通槽片的一种焊接装配工艺示意图
附图4中：1、柱状体；2、上电极；3、按节拍运转的滚轮；4、下电极；5、底片；6、输料槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明和解释本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明涉及的一种径向流通冷却电机，它包括带有径向流通槽的定子铁心、带轴的转子铁心和机壳；其中定子铁心包括所述的定子流通槽板，后者由流通槽板冲片和流通槽片组装而成；定子流通槽板沿轴向分布于定子铁心中以形成径向流通槽，并通过定、转子铁心之间的间隙与转子铁心的径向流通槽相联通，一起构成电机内部径向流通冷却回路的一部分；所述流通槽片由柱状体和底片组成，按规律排布并分别通过常规点焊方式以少量个数的焊点将其固定在流通槽板冲片上形成定子流通槽板。包含该定子流通槽板的径向流通冷却电机，在其机壳内部、转子铁心两侧的转轴上不设置轴向通流叶轮。
在上述技术方案的基础上具有附加技术特征的进一步技术方案是：
所述定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，其特征在于所述柱状体和流通槽片下述尺寸均为有限规格以适应批量生产的需要，为此：流通槽片高度H满足：H≤15毫米；柱状体的初始直径D满足：1毫米≤D≤8毫米；该柱状体由初始横截面直径为D的圆柱横向打扁，按需确定塑形后截面形状，打扁方向上的截面最大厚度不小于D的0.5倍；该柱状体可通体打扁，也可部分打扁而保持两端或一端为圆柱型横截面；底片宽度W满足：W/D≥0.8；底片厚度T满足：H/T≥3；柱状体沿底片长度方向上的间距P：2≤P/D≤12；所述流通槽片顶部柱状体的上平面、底片的底平面均与柱状体轴线垂直；流通槽片长度L大于或等于装配时所需尺寸，各个流通槽片焊接到冲片之前可根据其在冲片上相应固定位置的局部空间大小裁短使用，满足流通槽片在冲片上的总体排布要求。
所述的定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，其特征在于所述柱状体和底片的固定通过焊接或铆接或螺纹连接加以实现。
所述流通槽片的制作步骤如下：A、制作过程之初，底片部分来源于预先制备的较长的连续条料或条卷料，进给过程中通过输料槽或滚轮辅助限位、整形；B、流通槽片的柱状体部分来源于预先制备的短柱体或同截面的线卷，进给过程中通过料斗、输料槽进行排序或通过滚轮辅助限位、整形；C、流通槽片的底片部分、柱状体部分在指定位置实施装配、固定前后须进行必要的处理（比如，当采用铆接固定方式时铆接前的底片须加工出铆接孔；柱状体加工原材为线卷时柱状体部分须裁断出指定的尺寸并打扁），之后按照预先设定的距离移出装配位置，为下一次装配操作做好准备；D、从装配位置移出的流通槽片按预设的尺寸裁断出定量长度或缠绕成卷；E、成品流通槽片包装、下线。
所述定子流通槽板的流通槽板冲片可以直接沿用定子冲片，也可以采用专门制作的流通槽板；材质为电工钢板或普通钢板。
所述流通槽片的柱状体和底片均采用市售钢材制作。
所述定子流通槽板的流通槽片由柱状体和底片通过焊接方式在小型加工组装设备上进行装配，实现大量生产，满足规格定制的需求，达到降低成本的效果。
所述定子流通槽板的流通槽片之柱状体，其打扁部分的截面形状由两侧平面向心挤压产生自由塑变而产生并满足在打扁方向上的定制的厚度尺寸要求。无苛刻要求时，所述柱状体不打扁。
所述流通槽片的各部分遵循上述尺寸和取值范围，以简化并满足工艺及设计、相对较少规格、提高通用性并降低成本的需要。
所述定子流通槽板的流通槽片在流通槽板冲片上按排布要求焊接固定时，可采用行业现行通用的点焊、铆接设备即可进行施工，利于多台并行，足以保证产成量和生产效率。
所述定子流通槽板的流通槽片采用小型加工组装设备按所述工艺步骤和方法进行制造可实现高速、大量定制生产，多台可并行；设备及加工原理易于实现，设备成本投入小，运行成本低，可提供高性价比的关键组件。
本发明所述的定子流通槽板广泛适用于以空气、防锈水、油和压缩机制冷剂或氢气为冷却介质的径向流通冷却电机，实现提高功率密度、降低温升或提高输出功率的设计目标。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修该、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种径向流通冷却电机，它包括带有径向流通槽的定子铁心、带轴的转子铁心和机壳；其中定子铁心包括所述的定子流通槽板，后者由流通槽板冲片和流通槽片组装而成；定子流通槽板沿轴向分布于定子铁心中以形成径向流通槽，并通过定、转子铁心之间的间隙与转子铁心的径向流通槽相联通，一起构成电机内部径向流通冷却回路的一部分；所述流通槽片由柱状体和底片组成，按规律排布并分别通过少量个数的点焊方式固定在流通槽板冲片上形成定子流通槽板。
2.根据权利要求1所述的采用所述定子流通槽板的径向流通冷却电机，其特征在于其机壳内部、转子铁心两侧的转轴上不设置轴向通流叶轮，比如内循环风冷电机的轴向通风风扇。
3.根据权利要求1所述的定子流通槽板，其特征在于电机内循环冷却介质可采用空气、防锈水、油、压缩机制冷剂或氢气。
4.根据权利要求1所述的定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，所述柱状体和流通槽片的下述尺寸均为有限规格以适应批量生产的需要，为此：流通槽片高度H：H≤15毫米；柱状体的初始直径D满足：1毫米≤D≤8毫米；该柱状体由初始横截面直径为D的圆柱横向打扁，按需确定塑形后截面形状，打扁方向上的截面最大厚度不小于D的0.5倍；该柱状体可通体打扁，或仅在中间部分打扁而两端保持圆柱型横截面；底片宽度W满足： W/D≥0.8；底片厚度T满足：H/T≥3；柱状体沿底片长度方向上的间距P：2≤P/D≤12；所述流通槽片顶部柱状体的上平面、底片的底平面与柱状体轴线垂直；流通槽片长度L大于或等于装配时所需尺寸，各个流通槽片焊接到冲片之前可根据其在冲片上相应固定位置的局部空间大小裁短使用，满足流通槽片在冲片上的总体排布要求。
5.根据权利要求1所述的定子流通槽板上的流通槽片由柱状体和底片组成，其特征在于所述柱状体和底片的固定通过焊接或铆接或螺纹连接加以实现；所述流通槽片的制作步骤如下：A、制作过程之初，底片部分来源于预先制备的较长的连续条料或条卷料，进给过程中通过输料槽或滚轮限位、整形；B、流通槽片的柱状体部分来源于预先制备的短柱体或同截面的线卷，进给过程中通过料斗、输料槽进行排序或通过滚轮限位、整形；C、流通槽片的底片部分、柱状体部分在指定位置实施装配、固定并进行必要的前、后处理，之后按照预先设定的距离移出装配位置，为下一次装配操作做准备；D、从装配位置移出的流通槽片按预设的尺寸裁断出定量长度或缠绕成卷；E、成品流通槽片包装、下线。
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