组合结构定子内表面结构的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种组合结构定子内表面结构。

背景技术：
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发电机定子铁心需开槽镶嵌定子绕组，由于导磁性能的差异，使气隙磁场分布产生变化，形成沿气隙分布的脉动分量，在发电机转子表面产生涡流损耗，是发电机的杂耗的主要成分；该现象既产生损耗，使发电机效率下降，也使得转子表面过热，增加了发电机的温升，影响发电机的出力以及绝缘寿命；脉动分量产生的损耗与发电机额定转速、定子槽数、气隙尺寸等因素相关，而这些关键参数往往是由发电机总体设计决定的，与发电机技术参数相关，对于一些设计，如大型汽轮发电机的设计，特别是定子槽数较少的电磁方案，往往产生这样的矛盾：即脉动分量的损耗超出预期，降低了发电机的效率；而采取增加定子槽数或增大气隙尺寸的技术方案，虽然可以降低脉动分量的损耗，但却增加了制造成本或增大励磁损耗，也改变了发电机的性能参数。

针对该问题，在中小型电机上往往采用磁性槽楔解决该问题，磁性槽楔可以增加定子槽口部位的导磁性能，来降低气隙脉动分量的幅值，暨以降低脉动分量产生的损耗；但该技术也存在不足：首先是磁性槽楔虽然可以降低气隙脉动分量的幅值，但也增加了漏磁通分量，带来损耗并降低电机性能，在槽楔导磁性能上必须权衡这个问题，否则难以达到预期效果；另一方面，槽楔的结构设计、选材及制造技术也不成熟，如模压磁性槽楔、磁性层压板加工的槽楔、引抜磁性槽楔、磁性腻子槽楔等，实际达到性能达不到预期效果，而且磁性槽楔受到转子磁拉力作用的交变应力，产生疲劳问题，经常出现脱落损坏现象，造成运行事故；特别是在大型汽轮发电机方面，磁拉力作用问题更加突出；大型汽轮发电机电磁负荷非常高，结构紧凑，通风冷却受限，降低杂散损耗对于提高发电机性能指标显得尤为重要，必须解决磁性槽楔的结构强度问题；同时，运用磁性槽楔也会带来定子绕组漏磁通增加的不利后果，所以，磁性槽楔的导磁性能必须低于定子齿结构，由此限制定子绕组漏磁通的增加，在此限制条件下，单独运用磁性槽楔所达到的气隙谐波抑制效果有限，这使得大型汽轮发电机降低杂散损耗技术难以突破。

技术实现要素：
：本发明的目的是提供一种组合结构定子内表面结构，采用内置导磁片的磁性槽楔与定子齿头开v形槽结构相结合，能够达到改善气隙磁场的分布，降低气隙脉动分量的幅值、降低脉动分量损耗的目的，克服了以往结构磁性槽楔机械强度不足的弊端，结构强度能够抵御大型汽轮发电机产生的磁拉力作用，比单独运用磁性槽楔获得更平滑的气隙波形，进一步降低气隙损耗，应用本发明的组合结构定子内表面结构，能够降低发电机的损耗、降低温升，提高发电机效率，延长发电机使用寿命。

本发明的技术方案为：定子铁心的齿头表面有v形结构的凹槽(1)，定子槽楔(2)内含由导磁片(3)叠装构成的导磁结构，导磁片(3)由硅钢片冲制，形状为宽度尺寸小于槽宽且高度尺寸小于槽楔厚度的矩形结构，导磁片(3)的上端都有暴露于槽楔顶面的凸缘(7)，相邻导磁片(3)之间有无纺布衬垫(4)，无纺布衬垫(4)形状与槽楔断面相同，但外形尺寸小于槽楔断面，导磁片(3)、无纺布衬垫(4)都有尺寸与位置相同的冲孔，环氧玻璃布层压棒(5)穿过冲孔，环氧树脂保护层(6)将导磁片(3)、无纺布衬垫(4)、环氧玻璃布层压棒(5)包覆成为整体结构。

技术效果：

本发明磁性槽楔由导磁片构成槽楔的导磁主体，使定子槽口部位的导磁性能有所提高，由定子齿槽效应引起的气隙谐波幅度得以降低，由此带来的杂散损耗也有所降低；导磁片采用硅钢片制造可以降低损耗，由于导磁片的宽度尺寸小于槽宽，使自身与定子齿之间形成非磁性间隙，对横向漏磁通产生阻碍，减轻使用以往结构磁性槽楔带来的定子漏磁通增大现象；无纺布衬垫形状与槽楔断面相同，但外形尺寸小于槽楔断面，能够尽可能使槽楔的整体抗剪切强度得以增强；导磁片上端的暴露于槽楔顶面的凸缘能够将自身产生的热能直接传递到气隙，避免由于环氧树脂的包覆造成温升过高；导磁片之间有无纺布衬垫避免导磁片之间产生电气短路，降低涡流损耗，无纺布衬垫也可以吸附环氧树脂，加强导磁片相互之间结合，增强槽楔整体强度；穿过冲孔的环氧玻璃布层压棒成为铆钉将导磁片、无纺布衬垫联接成为一体，整体强度得以提高，无纺布衬垫使环氧树脂保护层结构得到加强，避免玻璃树脂保护层承受电磁力，环氧树脂保护层将导磁片、无纺布衬垫、环氧玻璃布层压棒包覆成为整体结构，起到粘结及绝缘作用，避免导磁片与定子铁心冲片之间产生电气涡流损耗；本技术方案在定子齿头部位设置了v形结构的凹槽，该v形结构的凹槽使齿头中心部位缺失部分导磁材料，增加了该位置的磁阻，迫使该处部分磁力线分流到齿头两侧部位，造成齿头两侧部位的磁力线饱和程度提高，齿头两侧部位的磁力线饱和程度提高则会改变定子槽内磁力线的分布，使定子槽内磁通量的增加；所以在定子齿头部位设置了v形结构的凹槽之后，定子齿头部位、定子槽口部位以及对应的气隙的磁通分布会发生变化，即原本一个完整的齿头磁通波峰分布会分裂成两个磁通波峰分布，一定程度上起到增加定子齿槽数量的效果，在定子槽内磁通量增加的作用下，齿头部位的磁通波峰与定子槽内磁通波谷的比值也会降低，即谐波强度有所降低，同样也达到降低谐波损耗的效果；而v形结构的凹槽的两侧是与定子铁心内圆重合的圆弧面，能够与转子表面之间形成均匀的气隙，也能够与铁心滑板形成面接触，降低压强，满足支撑抽插转子支持力的要求，避免压坏定子铁心内表面；同时，v形的结构能够使从定子通风沟内流入气隙的冷却气体得到较好的扩散，也能够使从气隙进入定子铁心通风沟内的冷却气体得到较好的引导，降低通风涡流损耗、降低风阻，提高发电机通风冷却性能，降低温升、提高效率；在定子齿头部位设置v形结构的凹槽也使原本完整的定子齿头表面变成两个面，宽度变小，使定子齿头表面的涡流损耗有所降低；本发明采用由导磁片构成导磁主体磁性槽楔与带有v形槽的定子齿结构的组合运用，既起到相辅相成降低气隙谐波幅值的效果，又消除了以往结构磁性槽楔强度与可靠性不足以及漏磁通增加问题，使气隙谐波大幅度降低，达到降低发电机杂耗、提高效率，提高发电机性能指标、提高可靠性的目的。

附图说明：

图1为本发明示意图。

图2为磁性槽楔示意图。

图3为导磁片所在断面剖面示意图。

图4为无纺布衬垫所在断面剖面示意图。

图5为以往技术定子齿头结构磁通脉动及气隙磁力线分布示意图。

图6为本发明技术方案气隙磁通脉动及磁力线分布示意图。

图7为本发明与以往技术气隙磁密波动及幅值的变化趋势示意图。

具体实施方式：如图1、图2、图3、图4所示，定子铁心的齿头表面有v形结构的凹槽1，定子槽楔2内含由导磁片3叠装构成的导磁结构，导磁片3由硅钢片冲制，形状为宽度尺寸小于槽宽且高度尺寸小于槽楔厚度的矩形结构，导磁片3的上端都有暴露于槽楔顶面的凸缘7，相邻导磁片3之间有无纺布衬垫4，无纺布衬垫4形状与槽楔断面相同，但外形尺寸小于槽楔断面，导磁片3、无纺布衬垫4都有尺寸与位置相同的冲孔，环氧玻璃布层压棒5穿过冲孔，环氧树脂保护层6将导磁片3、无纺布衬垫4、环氧玻璃布层压棒5包覆成为整体结构；本发明磁性槽楔由导磁片构成槽楔的导磁主体，使定子槽口部位的导磁性能有所提高，磁导率有所提高，由定子齿槽效应引起的气隙谐波幅度得以降低，由此带来的杂散损耗也有所降低；导磁片采用硅钢片制造可以降低损耗，由于导磁片的宽度尺寸小于槽宽，使自身与定子齿之间形成非磁性间隙，对横向漏磁通产生阻碍，减轻使用磁性槽楔带来的定子漏磁通增大现象；无纺布衬垫形状与槽楔断面相同，但外形尺寸小于槽楔断面，能够尽可能使槽楔的整体抗剪切强度得以增强；上端的暴露于槽楔顶面的凸缘能够将自身产生的热能直接传递到气隙，避免由于环氧树脂的包覆造成温升过高；导磁片之间有无纺布衬垫避免导磁片之间产生电气短路，降低涡流损耗，无纺布衬垫采用碳纤维或玻璃纤维材质，无纺布衬垫也可以吸附环氧树脂，加强导磁片相互之间结合，增强槽楔整体强度；穿过冲孔的环氧玻璃布层压棒成为铆钉将导磁片、无纺布衬垫联接成为一体，整体强度得以提高，无纺布衬垫使环氧树脂保护层结构得到加强，避免环氧树脂保护层承受电磁力，环氧树脂保护层将导磁片、无纺布衬垫、环氧玻璃布层压棒包覆成为整体结构，起到粘结及绝缘作用，避免导磁片与定子铁心冲片之间产生电气涡流损耗；以往技术的定子铁心的齿头全部表面是与定子铁心内圆重合的圆弧面，与转子表面之间形成均匀的气隙，也能够与铁心滑板形成面接触，降低压强，满足支撑抽插转子支持力的要求，避免压坏定子铁心内表面；由于定子铁心是由导磁性能很好的硅钢片构成，而定子槽内的定子线棒及定子槽楔都是非磁性材料，定子磁通会集中在定子齿内通过，而在定子槽内通过的数量减少，使原本均匀分布的定子磁通形成随定子齿、槽的分布规律变化的磁通，穿过气隙及转子表面，转子相对于定子旋转就会切割脉动磁通产生涡流，产生损耗并发热；根据计算及定性分析，该损耗的大小取决于脉动谐波强度，即取决于定子齿头的宽度与气隙值的比值，定子齿头的宽度与气隙值的比值越大则脉动谐波强度越高、损耗越大，气隙值由发电机电磁设计及机械结构决定，增大气隙值虽然可以减小杂散损耗，但也会加大励磁损耗，使发电机效率下降，温升提高，甚至无法满足最大出力要求；减小定子齿头的宽度只能采取增加定子槽数方法，但定子槽数也是取决于发电机的电磁设计方案，对于一种特定的冷却方式的发电机，在一定的电气性能参数要求下，其定子槽数就是一个确定的数值，不能随意变动，所以定子齿头的宽度就基本是确定的数值；虽然可以采用增加并联支路数的方法来增加定子槽数达到减小定子齿头宽度的目的，但该做法会增加定子线棒主绝缘的用量，降低定子内膛有效利用率，带来的损耗的增加会抵消杂耗的降低，达不到预期目的；增加的定子线棒数量也使制造成本大幅度增加，所以除非是出于增加散热表面积的目的通常不会采用这种做法；由于结构限制及定子漏磁通问题限制，虽然采用磁性槽楔，但磁性槽楔的导磁性能仍然远低于定子齿，使气隙内齿槽效应产生的谐波成分仍然较高，本技术方案在定子齿头部位设置了v形结构的凹槽，该v形结构的凹槽使齿头中心部位缺失部分导磁材料，增加了该位置的磁阻，迫使该处部分磁力线分流到齿头两侧部位，造成齿头两侧部位的磁力线饱和程度提高，齿头两侧部位的磁力线饱和程度提高则会改变定子槽内磁力线的分布，使定子槽内磁通量的增加；所以在定子齿头部位设置了v形结构的凹槽之后，定子齿头部位、定子槽口部位以及对应的气隙的磁通分布会发生变化，即原本一个完整的齿头磁通波峰分布会分裂成两个磁通波峰分布，一定程度上起到增加定子齿槽数量的效果，在定子槽内磁通量增加的作用下，齿头部位的磁通波峰与定子槽内磁通波谷的比值也会降低，即谐波强度有所降低，同样也达到降低谐波损耗的效果；而v形结构的凹槽的两侧与以往结构一样，是与定子铁心内圆重合的圆弧面，能够与转子表面之间形成均匀的气隙，也能够与铁心滑板形成面接触，降低压强，满足支撑抽插转子支持力的要求，避免压坏定子铁心内表面；同时，v形的结构能够使从定子通风沟内流入气隙的冷却气体得到较好的扩散，也能够使从气隙进入定子铁心通风沟内的冷却气体得到较好的引导，降低通风涡流损耗、降低风阻，提高发电机通风冷却性能，降低温升、提高效率；在定子齿头部位设置v形结构的凹槽也使原本完整的定子齿头表面变成两个面，宽度变小，使定子齿头表面的涡流损耗有所降低；图5为以往技术定子齿头结构磁通脉动及气隙磁力线分布示意图，图6为本发明技术方案气隙磁通脉动及磁力线分布示意图，对比图5与图6，可以看出，本发明技术方案的气隙磁密波动频率为以往技术的二倍，波动幅度大幅度降低，由此达到降低杂散损耗的效果，图7为对比图表，a为以往技术结构的气隙波形、b为本发明结构的气隙波形，可以更加直观看出气隙磁密波动频率及幅值的变化趋势；本发明采用由导磁片构成导磁主体磁性槽楔与带有v形槽的定子齿结构的组合运用消除了以往结构磁性槽楔强度与可靠性不足以及漏磁通增加问题，既起到相辅相成降低气隙谐波幅值的效果，又使气隙谐波大幅度降低，达到降低发电机杂耗、提高效率，提高发电机性能指标、提高可靠性的目的。