组合不同类型槽钢的电机结构的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种组合不同类型槽钢的电机结构。

背景技术：

对于采用径向通风系统的大中型电机，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，涡流中间部位的风速极小，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。

因此，迫切需要提供一种对电机的定子部分进行有效通风散热的方案。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种组合不同类型槽钢的电机结构，以克服现有电机由于转子槽钢利用率不高而导致的通风效果差的问题。

本发明提供了如下方案：

一种组合不同类型槽钢的电机结构，包括：转子铁心、径向通风沟和槽钢，所述转子铁心沿电机的轴向均匀分成数段，所述径向通风沟设置在相邻的转子铁心之间，所述槽钢位于径向通风沟中并沿圆周分布，所述槽钢包括矩形截面直线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢中的至少两种。

进一步地，所述槽钢安装在相邻转子铁心的转子齿之间，相邻转子铁心的每个转子齿之间放置有三根槽钢，分别为：矩形截面直线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢。

进一步地，所述转子铁心靠近转轴处开槽，形成轴向通风道。

进一步地，所述轴向通风道的截面设计为圆形，所述轴向通风道的直径Φ与电机转子内径R₁、转子外径R₂有关，即Φ＝0.13(R₂-R₁)～0.15(R₂-R₁)，所述轴向通风道离转轴最近处与铁心内圆之间的径向距离W＝1/2Φ，相邻两轴向通风道中心点与转子铁心原点连线的夹角α＝18°。

进一步地，所述转子铁心的段数n与电机转子的轴向长度D有关，即n＝0.019D～0.022D，所述径向通风沟的轴向宽度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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²。

进一步地，所述三根槽钢中的一根为矩形截面直线型槽钢，其长度相对短，呈直线延伸结构；一种为工字形截面流线型槽钢，其长度相对长，呈波浪形式延伸结构；一种为矩形截面流线型槽钢，其长度大于所述矩形截面直线型槽钢的长度、小于所述工字形截面流线型槽钢的长度，呈波浪形式延伸结构。

进一步地，所述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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²，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＝0.14L₂～0.17L₂，槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，槽钢宽度W₁与槽钢截面宽度W₂有关，即W₁＝1.69W₂～1.78W₂，弧段半径R₃与槽钢高度L₂有关，即R₃＝4.3L₂～4.6L₂，一个弧段的直线长度L₁＝1.93R₃；

所述矩形截面直线型槽钢、所述矩形截面流线型槽钢的高度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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²，槽钢截面宽W₄与槽钢高度L₄有关，为W₄＝1/2L₄～1/3L₄。

进一步地，所述工字形截面流线型槽钢由5个弧段组成，长度L₇＝0.07(2R₂-R₁)～0.08(2R₂-R₁)，所述矩形截面流线型槽钢由3.5个弧段组成，长度L₆＝0.047(2R₂-R₁)～0.053(2R₂-R₁)，所述矩形截面直线型槽钢的长度与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，其长度L₅＝0.027(2R₂-R₁)～0.03(2R₂-R₁)。

进一步地，所述各槽钢距离铁心边缘距离W₅与齿宽度L₈有关，即W₅＝L₈/10，在槽钢远轴端，所述矩形截面直线型槽钢距离其最近齿边的距离L₉与槽钢高度L₂有关，即L₉＝0.6L₂～0.7L₂，在槽钢远轴端，所述工字形截面流线型槽钢距其最近齿边距离L₁₀与所述矩形截面直线型槽钢距离其最近齿边的距离L₉、槽钢截面宽度W₂和流线型槽钢宽度W₁有关，即L₁₀＝L₉-W₁/4+W₂/2；所述矩形截面流线型槽钢与距所述工字形截面流线型槽钢最近齿边的距离L₁₁与齿宽L₈、槽钢截面宽度W₂和流线型槽钢宽度W₁有关，即L₁₁＝L₈/2-W₁/2+W₂/3，所述矩形截面流线型槽钢和所述矩形截面直线型槽钢之间最短间距为L₁₂＝L₈/3-3W₁/2+W₂/4。

进一步地，所述工字形截面流线型槽钢、所述矩形截面流线型槽钢和所述矩形截面直线型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“所述矩形截面直线型槽钢”、“所述矩形截面流线型槽钢”、“所述工字形截面流线型槽钢”、“所述矩形截面直线型槽钢”、“所述矩形截面流线型槽钢”、“所述工字形截面流线型槽钢”、“所述工字形截面流线型槽钢”、“所述矩形截面流线型槽钢”、“所述矩形截面直线型槽钢”。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过在相邻分段转子铁心的每个转子齿之间放置有矩形截面直线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢，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，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，使电机在相同运行状态下温度更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

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为矩形截面直线型槽钢示意图；

图5为矩形截面流线型槽钢及工字形截面流线型槽钢示意图及俯视图，其中图5a为矩形截面流线型槽钢示意图，图5b为工字形截面流线型槽钢示意图，图5c为槽钢俯视图；

图6为槽钢截面图，其中图6a为工字形截面流线型槽钢的截面图，图6b为矩形截面直线型槽钢和矩形截面流线型槽钢的截面图；

图7为一个转子径向通风沟截面图；

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

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

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，如图1、图2和图3所示，本发明所述的组合不同类型槽钢的电机转子通风结构，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0.5MW～1000MW的大中型电机中，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＝0.019D～0.022D。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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²。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，所述槽钢包括矩形截面直线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢中的至少两种,比如，可以在相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根槽钢(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＝0.13(R₂-R₁)～0.15(R₂-R₁)，轴向通风道(3)离转轴最近处与铁心内圆之间的径向距离W＝1/2Φ，相邻两轴向通风道(3)的中心点与转子铁心(4)原点连线的夹角α＝18°。在本发明实施例中，电机转子内径为R₁＝230mm，转子外径为R₂＝490mm，转子铁心(4)轴向长度D＝900mm，经过优化设计，可得转子铁心(4)分段的段数n＝17.1～19.8，优选18，径向通风沟(1)的轴向长度L＝4mm～5.76mm，优选5mm，轴向通风道直径Φ＝33.8mm～39mm，优选35mm，W＝17.5mm。

为了更好提高通风效果，本发明所述槽钢分为如下的三种规格：

一种为矩形截面直线型槽钢，图4为矩形截面直线型槽钢示意图；其长度较短，且槽钢呈直线延伸结构，后文用“短钢”指代；

一种为工字形截面流线型槽钢，图5为矩形截面流线型槽钢及工字形截面流线型槽钢示意图及俯视图，其中图5a为矩形截面流线型槽钢示意图，图5b为工字形截面流线型槽钢示意图，图5c为槽钢俯视图；该类型的槽钢的长度较长，槽钢呈波浪形式延伸结构，如图5b所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)后文用“长钢”指代；

一种为矩形截面流线型槽钢，其长度介于上述两种长度之间，且槽钢呈波浪形式延伸结构，如图5a所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)，后文用“中钢”指代。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的截面图，图6b为矩形截面直线型槽钢和矩形截面流线型槽钢的截面图。为保证工字形截面槽钢的强度，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。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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²，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＝0.14L₂～0.17L₂。

在本实施例中，电机转子内径为R₁＝230mm，转子外径为R₂＝490mm，转子铁心(4)轴向长度D＝900mm，因此L₂＝4mm～5.76mm，优选5mm，W₂＝1.67mm～2.5mm，优选2mm，W₃＝0.67mm～1mm，优选1mm，L₃＝0.7mm～0.85mm，优选0.8mm。槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，本实施例中优选135°。

所述矩形截面直线型槽钢、所述矩形截面流线型槽钢的高度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-3R₂+3R₁)/60]²～[(D-3R₂+3R₁)/50]²，槽钢截面宽W₄与槽钢高度L₄有关，为W₄＝1/2L₄～1/3L₄。其中，L₄＝4mm～5.76mm，优选5mm，W₄＝1.67mm～2.5mm，优选2mm。工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢俯视图如图5c所示，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＝1.69W₂～1.78W₂，此处W₁＝3.38mm～3.56mm，优选3.47mm，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＝21.5mm～23mm，优选22mm。一个弧段的直线长度L₁＝1.93R₃，即42.46mm。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)。本实施例所述其长钢与中钢呈流线型，长度与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，其中长钢由5个弧段组成，长度L₇＝0.07(2R₂-R₁)～0.08(2R₂-R₁)，中槽钢由3.5个弧段(即3个整弧加1个半弧)组成，长度L₆＝0.047(2R₂-R₁)～0.053(2R₂-R₁)。短钢长度亦与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，其长度L₅＝0.027(2R₂-R₁)～0.03(2R₂-R₁)。在本实施例中，电机转子内径R₁＝230mm，转子外径R₂＝490mm，即L₇＝52.5mm～60mm，优选56mm，L₆＝35.25mm～39.75mm，优选37mm，L₅＝20.25mm～22.5mm，优选21mm。所述各槽钢安装于两个转子齿轴向之间的通风沟内，每个齿上安装三根槽钢，分别为一根上述的长钢，一根上述中钢和一根上述短钢。三根槽钢距离铁心边缘距离W₅与齿宽度L₈有关，即W₅＝L₈/10。在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L₉与槽钢高度L₂有关，即L₉＝0.6L₂～0.7L₂，方向沿径向延伸向轴。长钢和中钢为流线型，在槽钢远轴端，长钢距其最近齿边距离L₁₀与短钢距离其最近齿边的距离L₉、槽钢截面宽度W₂和流线型槽钢宽度W₁有关，即L₁₀＝L₉-W₁/4+W₂/2；中钢与距长钢最近齿边的距离L₁₁与齿宽L₈、槽钢截面宽度W₂和流线型槽钢宽度W₁有关，即L₁₁＝L₈/2-W₁/2+W₂/3，方向均延伸向轴。由于中钢呈流线型，中、短槽钢之间间距为变值，且与槽钢截面宽度W₂、流线型槽钢宽度W₁和齿宽L₈有关，中钢与短钢之间的最短间距L₁₂＝L₈/3-3W₁/2+W₂/4。本实施例中，齿宽L₈＝20mm，W₁＝3.47mm，W₂＝2mm，即L₉＝3mm～3.5mm，优选3.2mm；L₁₀＝3.3mm；L₁₁＝9mm，L₁₂＝2mm。整体上，长钢、中钢和短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8中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)优选安装方式按顺时针方向依次为“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“长钢”、“中钢”、“短钢”。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。

综上所述，本发明实施例通过在相邻分段转子铁心的每个转子齿之间放置有矩形截面直线型槽钢、工字形截面流线型槽钢和矩形截面流线型槽钢，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，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，使电机在相同运行状态下温度更低。解决了现有转子槽钢利用不充分的问题，提升了电机工作效率。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。