具有工字形截面直线型和流线型槽钢的转子通风结构的制作方法

本发明涉及一种具有工字形截面直线型和流线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。

技术实现要素：

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：具有工字形截面直线型和流线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＝5.3×10^-3D～4.8×10^-3D。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)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]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，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＝4/23(R₂-R₁)～3/26(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)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]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W₁与槽钢截面宽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＝0.05L₂～0.15L₂。槽钢缘板靠近腹板侧的斜边和腹板边夹角β设计为130°～136°，所述三根槽钢分为三种规格，一种为工字形截面直线型槽钢，其长度较短，用“短钢”指代，另外两种为工字形截面流线型槽钢，其中一种长度较长，用“长钢”指代，另一种长度于“长钢”和“短钢”之间，用“中钢”指代。其中，长钢和中钢的宽度W₃与槽钢截面宽度W₂有关，为W₃＝1.73W₂～1.91W₂，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＝4.2L₂～4.7L₂，一个弧段的直线长度L₃＝1.925R₃。

所述长钢由5个弧段组成，其长度与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，为L₄＝(2R₂-R₁)/15～(2R₂-R₁)/13，中槽钢由3.5个弧段组成，长度L₅＝(2R₂-R₁)/21～(2R₂-R₁)/19。短钢长度与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，其长度L₆＝(2R₂-R₁)/34～(2R₂-R₁)/33。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W₄与齿宽度L₇有关，为W₄＝L₇/10。在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L₈＝0.1L₇～0.3L₇，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L₉与齿宽L₇有关，即L₉＝0.2L₇～0.25L₇。中钢和短钢之间最短间距L₁₀＝6(5L₇-4R₃-5W₂)，远轴端处，中、长槽钢之间距离L₁₁＝0.1L₇～0.2L₇。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优选安装方式按顺时针方向依次为“长钢”、“中钢”、“短钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”。

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一根工字形截面直线型槽钢和两根工字形截面流线型槽钢，从一定程度上改变了流经转子风量，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和工字形截面直线型槽钢截面图；

图5为工字形截面直线型槽钢示意图；

图6为工字形截面流线型槽钢示意图及俯视图，图6a为工字形截面流线型槽钢示意图，图6b为工字形截面流线型槽钢俯视图；

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)，本发明所述的具有工字形截面直线型和流线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＝5.3×10^-3D～4.8×10^-3D。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)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]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，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＝4/23(R₂-R₁)～3/26(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＝8.76mm～11.66mm，优选10mm，轴向通风道直径Φ＝120.23mm～181.22mm，优选166.94mm，W＝83.47mm。

所述三根槽钢截面均采取工字形，现有电机转子通风槽钢的工字形截面钢通风效果不佳，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，为保证工字形槽钢的强度，对槽钢高度(图4中的L₂)、槽钢截面宽(图4中W₂)、槽钢腹板宽(图4中W₁)和槽钢缘板高(图4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-3R₂+3R₁)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]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W₁与槽钢截面宽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＝0.05L₂～0.15L₂。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°。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＝8.76mm～11.66mm，优选10mm，W₂＝3.33mm～5mm，优选4.18mm，W₁＝1.39mm～2.09mm，优选1.49mm，L₁＝0.5mm～1.5mm，优选1mm。

为了更好提高通风效果，本发明所述槽钢分为三种规格，一种为工字形截面直线型槽钢，其长度较短，且槽钢呈直线延伸结构，以下用“短钢”指代，如图5所示(本图仅展示实际整根槽钢的一段)；另外两种为工字形截面流线型槽钢，槽钢呈波浪形式延伸结构，如图6所示，其中一种长度较长，以下用“长钢”指代，另一种长度于“长钢”和“短钢”之间，以下用“中钢”指代。其中，长钢和中钢呈流线型，其宽度W₃与槽钢截面宽度W₂有关，即W₃＝1.73W₂～1.91W₂，此处W₃＝7.23mm～7.98mm，优选7.68mm。工字形截面流线型槽钢俯视图如图6b所示，其中弧段半径R₃(为最大弯曲点的半径)，设计与槽钢高度L₂有关，即R₃＝4.2L₂～4.7L₂，即R₃＝42mm～47mm，优选45mm。一个弧段的直线长度L₃＝1.925R₃，即86.625mm。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)。本实施例所述长钢和中钢为工字形截面流线型槽钢，长钢由5个弧段组成，其长度与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，即L₄＝(2R₂-R₁)/15～(2R₂-R₁)/13，中槽钢由3.5个弧段(即3个整弧加1个半弧)组成，长度L₅＝(2R₂-R₁)/21～(2R₂-R₁)/19。短钢为工字形截面直线型槽钢，长度亦与电机转子内径R₁和转子外径R₂有关，其长度L₆＝(2R₂-R₁)/34～(2R₂-R₁)/33。在本实施例中，电机转子内径R₁＝1800mm，转子外径R₂＝2842mm，即L₄＝258.93mm～298.77mm，优选275mm，L₅＝184.95mm～204.42mm，优选195mm，L₆＝114.24mm～117.7mm，优选116mm。

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W₄与齿宽度L₇有关，为W₄＝L₇/10。在槽钢远轴端，短钢距离其最近齿边的距离L₈＝0.1L₇～0.3L₇，短钢的放置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L₉与齿宽L₇有关，即L₉＝0.2L₇～0.25L₇，长钢的放置方向延伸向轴。由于流线型的存在，中、短槽钢之间间距为变值，且与槽钢宽度W₂和流线型槽钢一个弧段半径R₃有关，最短间距L₁₀＝6(5L₇-4R₃-5W₂)。远轴端处，中、长槽钢之间距离L₁₁＝0.1L₇～0.2L₇。本实施例中，齿宽L₇＝40mm，R₃＝45mm，W₂＝4mm，L₃＝87.5mm，即L₈＝4mm～12mm，优选8.25mm；L₉＝8mm～10mm，优选9.31mm；L₁₀＝5.4mm；L₁₁＝4mm～8mm，优选6.77mm。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IV、V、VI)优选安装方式按顺时针方向依次为“长钢”、“中钢”、“短钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”、“短钢”、“中钢”、“长钢”。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。