改变槽钢安装方式的电机转子散热结构的制作方法

本发明涉及一种改变槽钢安装方式的电机转子散热结构，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。

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：改变槽钢安装方式的电机转子散热结构，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°。

所述的槽钢采取工字形截面流线型，槽钢高度L₁与转子内径R₁、转子外径R₂和轴向长度D有关，即L₁＝[D/14+(R₂-R₁)/4]/60～[D/14+(R₂-R₁)/4]/50，槽钢截面宽度W₁依据槽钢高度L₁设计，为W₁＝1/3L₁～1/2L₁，工字形截面流线型槽钢整体宽度W₂与槽钢截面宽度W₁有关，为W₂＝1.84W₁～1.88W₁倍，弧段半径R₃与槽钢高度L₁有关，即R₃＝4.3L₁～4.6L₁，一个弧段的直线长度L₂＝1.95R₃，相邻两弧段结构尺寸相同，方向相反。工字形截面流线型槽钢设计为长、短两种，长槽钢由5个弧段组成，其长度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)；短槽钢由2个弧段组成，长度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，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流线型槽钢分别为一根上述的长槽钢和一根上述的短槽钢，安装方向沿半径方向，在槽钢远轴端，槽钢距离铁心边缘距离W₃为4mm～5mm，其中长槽钢与近侧齿边距离L₅和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。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)，一根设计为长槽钢，其长度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，一根设计为短槽钢，长度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，一根为中槽钢，中槽钢直线长度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设计为4mm～5mm，中槽钢安装于长槽钢和短槽钢之间，中槽钢与长槽钢中心距离L₁₀与中槽钢与短槽钢中心距离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、中槽钢中心之间距离与中槽钢、短槽钢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为工字形截面流线型槽钢示意图及俯视图，图4a为工字形截面流线型槽钢示意图，图4b为工字形截面流线型槽钢俯视图；

图5为电机安装工字形截面流线型槽钢情况下，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为在图5基础上，改变工字形截面流线型槽钢长度的情况下，B部分放大图；

图9为电机改变工字形截面流线型槽钢数量情况下，一个转子径向通风沟截面图；

图10为图9中D部分放大图；

图11为图10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)，本发明所述的改变槽钢安装方式的电机转子散热结构，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＝18.8～16.9，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＝83.35。

为了更好提高通风效果，本发明所述的槽钢(5)采取工字形截面流线型，如图4所示(图4a为工字形截面流线型槽钢示意图，图4b为工字形截面流线型槽钢俯视图)，其截面采用工字形且呈波浪形式延伸结构(本图仅展示实际整根槽钢的一段)。图5、图6和图7为安装工字形截面流线型槽钢情况下，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)。其中，槽钢高度L₁与转子内径R₁、转子外径R₂和轴向长度D有关，即L₁＝[D/14+(R₂-R₁)/4]/60～[D/14+(R₂-R₁)/4]/50，在本实施例中，电机转子内径为R₁＝1800mm，转子外径为R₂＝2842mm，转子铁心轴向长度D＝3570mm，因此L₁＝8.58mm～11.3mm，优选10mm。槽钢截面宽度W₁依据槽钢高度L₁设计，为W₁＝1/3L₁～1/2L₁，即3.3mm～5mm，此处优选为4mm。工字形截面流线型槽钢整体宽度W₂与槽钢截面宽度W₁有关，为W₂＝1.84W₁～1.88W₁倍，此处W₂＝3.31mm～3.38mm，优选3.35mm。工字形截面流线型槽钢俯视图如图4b，其中弧段半径R₃(为最大弯曲点的半径)设计与槽钢高度L₁有关，即R₃＝4.3L₁～4.6L₁，一个弧段的直线长度L₂＝1.95R₃，如此设计扇风效果最为明显。相邻两弧段结构尺寸相同，方向相反。图6中可以看出，电机工字形截面流线型槽钢设计为长、短两种，长钢由5个弧段组成，其长度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，此处L₃＝260.5mm～281.3mm，优选275mm；短钢由2个弧段组成，长度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，此处L₄＝104.2mm～114.6mm，优选110mm。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流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，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。图7为图6中齿I的C部分的放大图，其中275mm长槽钢与近侧齿边距离(图7中L₅)和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(图6中I、II、III)安装方式按顺时针方向依次为“275mm工字形截面流线型长槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“275mm工字形截面流线型长槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“275mm工字形截面流线型长槽钢”，将电机全部转子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。当通风槽钢设计成所述工字形截面流线型结构时，可使进入通风沟的流体的流动方向和速度有明显变化，能有效提高流动性能，由于工字形截面流线型槽钢的弯曲，转子旋转方向的不同会影响冷却介质流入通风沟内的流速和流量，如此设置，当电机顺时针旋转时，风量最大可提高16％～23％。

在此基础上，可以改变110mm工字形截面流线型短槽钢的长度，将其增长为275mm，即两根槽钢的长度相等，如图8所示(图8为图4基础上，增加110mm工字形截面流线型槽钢长度为275mm情况下B部分的放大图)。如此设置有效抑制通风沟内冷却介质流动形成的涡流。

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槽钢(5)，如图9、图10和图11所示，其中图9为一个转子径向通风沟截面图，图10为图9中D部分放大图，图11为图10中E部分放大图，在原有275mm长槽钢和110mm短槽钢基础上，设计中槽钢。中槽钢直线长度(图10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，每个齿上安装三根槽钢，分别为一根上述的275mm钢，一根上述195mm钢和一根上述的110mm钢，槽钢整体沿径向延伸，轴线方向与转子半径方向重合。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11中a、b和c分别表示“275mm工字形截面流线型钢”、“195mm工字形截面流线型钢”和“110mm工字形截面流线型钢”，b槽钢安装于a、c槽钢之间，b槽钢和a槽钢中心距离L₁₀与b槽钢和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10中IV、V、VI)优选安装方式按顺时针方向依次为“275mm工字形截面流线型长槽钢”、“195mm工字形截面流线型中槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“275mm工字形截面流线型长槽钢”、“195mm工字形截面流线型中槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“110mm工字形截面流线型短槽钢”、“195mm工字形截面流线型中槽钢”、“275mm工字形截面流线型长槽钢”。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。