具有工字形截面流線型槽鋼的電機定子通風結構的製作方法

2023-09-23 06:53:45 2

本發明涉及一種具有工字形截面流線型槽鋼的電機定子通風結構，具體涉及一種電機定子徑向通風系統，屬於電機通風技術領域。

背景技術：

對於採用徑向通風系統的大型電機，電機定子部分的損耗主要通過徑向通風溝冷卻空氣流動向外散熱。但是，當冷卻氣體通過徑向通風溝時，由於風路截面突然變窄，流速變大；當冷卻氣體從定子線棒尾部流出時，由於定子線棒兩側的氣體與定子線棒尾部的氣體流速相差很大，造成定子線圈尾部形成渦流，渦流中間部位風速極小，嚴重影響定子線圈尾部的散熱。如果電機的通風結構設計不合理，導致電機局部溫升過高或不均勻，嚴重影響電機的使用壽命。

在電機徑向通風系統中，通風槽鋼一般採用直線型、V型及多轉折結構。中國專利號為201220141957.4所述的的直線型定子通風槽鋼，雖然結構簡單，但是不能改變定子徑向通風溝內氣流方向，定子線圈尾部渦流損耗大；中國專利號為201520770017.5所述的V型定子通風槽鋼，雖然可以改變定子風路流向，但是存在風路流向不均衡、定子整體溫度較高；中國專利號201410835452.1所述的多轉折結構的通風槽鋼，由於其轉折結構，由於結構不光滑，冷卻氣體在通風溝內風磨損耗較大，散熱效果不佳。另外，無論是直線型槽鋼、V型槽鋼還是多轉折結構的通風槽鋼，截面均為方型，方型通風槽鋼機械性能較差，且通風溝內的風磨損耗較大，不利於定子部分通風散熱。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種既能改變風路流向、又能減小風磨損耗的定子通風槽鋼。

本發明的技術解決方案為：具有工字形截面流線型槽鋼的定子通風結構，主要包括分段定子鐵心(1)、徑向通風溝(2)及通風槽鋼(3)，其中分段定子鐵心(1)沿軸向分布，其段數n由定子鐵心(1)的外徑確定，為n＝D/55～D/50，D為電機定子鐵心外徑，相鄰的分段定子鐵心(1)之間為徑向通風溝(2)，其由沿圓周分布的通風槽鋼(3)形成，徑向通風溝(2)的軸向寬度Ld與電機定子鐵心外徑D與軸向長度Lfe有關，Ld＝(0.1D+0.3Lfe)/55～(0.2D+0.1Lfe)/35，定子鐵心(1)包括定子齒(4)和定子槽(5)，相鄰的分段定子鐵心(1)的定子齒(4)和定子槽(5)在軸向上一一對應，定子槽(5)內放置有繞組，通風槽鋼(3)安裝在相鄰分段定子鐵心(1)的定子齒(4)之間，所述的通風槽鋼(3)截面採用工字形，呈流線型延伸，槽鋼腳板寬為L1，為L1＝bt/3～bt/2，槽鋼總厚度L2、槽鋼腳板厚L3與通風溝軸向寬度Ld有關，為L2＝Ld，L3＝Ld/10～Ld/7，槽鋼腹板寬L4與槽鋼腳板寬L1有關，L4＝L1/3～L1/2，工字形角度β與槽鋼腳板寬L1及槽鋼總厚度L2有關，其中工字形角度β為槽鋼截面斜邊與橫邊之間的夾角，所述通風槽鋼(3)寬度L5，L5大小與定子齒寬bt有關，為L5＝bt/3～bt/2＝L1，槽鋼彎曲距離r及彎曲角度θ與定子齒寬bt及定子齒高hs有關，即r＝bt/6～bt/3，其中彎曲距離r為流線型槽鋼最大彎曲點與相鄰兩個彎曲中點之間的徑向距離，彎曲角度θ為相鄰兩個彎曲之間中點處的切線與相鄰兩個彎曲中點連線之間的夾角。

所述相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒之間放置長、短兩根槽鋼，長槽鋼由六個彎曲組成，其直線長度設計為Ls1，短槽鋼由四個半個彎曲組成，直線長度設計為Ls2，其直線長度與電機定子外徑和定子槽高有關，為Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，在槽鋼近軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離為ht，長度為7mm～10mm，其中長槽鋼中心與近側齒邊距離bt13與短槽鋼中心與近側齒邊距離bt11相等，且與兩槽鋼中心之間的距離bt12相等，即bt11＝bt12＝bt13＝1/3bt。整體上，長槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個定子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的槽鋼安裝方式按順時針方向依次為「長槽鋼」、「短槽鋼」、「長槽鋼」、「短槽鋼」、「短槽鋼」、「長槽鋼」。

所述相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒之間還可以放置有長、中、短三根槽鋼，長槽鋼由六個彎曲組成，其直線長度設計為Ls1，短槽鋼由四個半個彎曲組成，直線長度設計為Ls2，中槽鋼由五個彎曲組成，其直線長度為Ls3，三根槽鋼的直線長度均與電機定子外徑和定子槽高有關，為Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，Ls3＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，在槽鋼近軸端，三根槽鋼距離鐵心邊緣距離均為ht，長槽鋼中心位置與近側齒邊距離bt24與短槽鋼中心位置與近側齒邊距離bt21相等，而且與定子齒寬bt有關，為bt21＝bt24＝0.4bt，中槽鋼中心距離長槽鋼中心距離bt23與距離短槽鋼的中心距離bt22相等，而且與定子齒寬bt有關，為bt22＝bt23＝0.6bt。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個定子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的槽鋼安裝方式按順時針方向依次為「長槽鋼」、「中槽鋼」、「短槽鋼」、「長槽鋼」、「中槽鋼」、「短槽鋼」、「短槽鋼」、「中槽鋼」、「長槽鋼」。

本發明與現有技術相比的優點在於：本發明所述的通風系統與現有技術相比具有以下效果：所發明的流線型通風槽鋼可以改變冷卻氣體的流動方向，可以增加冷卻氣體與定子鐵心的接觸面積，提高了冷卻散熱能力，在相同風量的情況下，散熱效率增加大大增加。另外，所發明的工字形槽鋼具有機械性能高，不易變形，節約製造成本，另外可以提高通風道壁的光滑性，有效降低通風溝內風磨損耗。

附圖說明

圖1為電機定子鐵心通風結構示意圖；

圖2為電機定子徑向通風溝放大圖；

圖3為工字形截面流線型槽鋼整體結構示意圖；

圖4為工字形截面流線型槽鋼俯視圖和左視圖，其中圖4a為工字形截面流線型槽鋼俯視圖，圖4b為其左視圖；

圖5為定子齒間安裝兩根長短不同槽鋼局部放大圖；

圖6為圖5中A部分放大圖；

圖7為定子齒間安裝三根長短不同槽鋼局部放大圖；；

圖8為圖7中B部分放大圖；

具體實施方式

下面根據附圖詳細闡述本發明優選的實施方式。

本實施例涉及的電機參數：定子鐵心外徑D＝1260mm，Lfe＝1340mm，定子齒寬bt＝19.3mm，定子齒高hs＝81.4mm。如圖1所示，本發明所述的具有工字形截面流線型槽鋼的電機定子通風結構，主要包括分段定子鐵心(1)、徑向通風溝(2)及通風槽鋼(3)，其中分段定子鐵心(1)沿軸向分布，其段數n由定子鐵心(1)的外徑確定，為n＝D/55～D/50，D為電機定子鐵心外徑，相鄰的分段定子鐵心(1)之間為徑向通風溝(2)，其由沿圓周分布的通風槽鋼(3)形成，徑向通風溝(2)的軸向寬度Ld與電機定子鐵心外徑D與軸向長度Lfe有關，Ld＝(0.1D+0.3Lfe)/55～(0.2D+0.1Lfe)/35，定子鐵心(1)包括定子齒(4)和定子槽(5)，相鄰的分段定子鐵心(1)的定子齒(4)和定子槽(5)在軸向上一一對應，定子槽(5)內放置有繞組，通風槽鋼(3)安裝在相鄰分段定子鐵心(1)的定子齒(4)之間，具體結構如圖2所示，經過優化設計，可得分段定子鐵心的段數n＝22.9～25.2，優選24，徑向通風溝的軸向長度Ld＝9.6mm～11mm，優選10mm。

現有電機定子通風槽鋼結構單一，風磨損耗大，通風效果不佳，且沒有充分考慮槽鋼對冷卻氣體的導流作用。為了更好提高通風效果，降低線圈尾部渦流損耗，本發明所述的槽鋼截面採用工字形，呈流線型延伸，其結構如圖3所示。為了清楚描述該槽鋼結構，取槽鋼俯視圖及左視圖為說明對象，如圖4所示，其中圖4a為槽鋼俯視圖，圖4b為槽鋼左視圖。槽鋼截面為工字形結構(如圖4a所示)，槽鋼腳板寬為L1，為L1＝bt/3～bt/2，則L1＝6.43mm～9.65mm，優選8mm。槽鋼總厚度L2、槽鋼腳板厚L3與通風溝軸向寬度Ld有關，即L2＝Ld，L3＝Ld/10～Ld/7，本實施例中，L2＝10mm，L3＝0.96mm～1.57mm，優選為1.2mm。槽鋼腹板寬L4與槽鋼腳板寬L1有關，L4＝L1/3～L1/2，即L4＝2.1mm～4.8mm，為了節省材料又保證槽鋼的機械性能，L4優選為4mm。工字形角度β與槽鋼腳板寬L1及槽鋼總厚度L2有關，根據優化設計，則β＝26.56°～59°，為了減小通風道內風磨損耗，β優選為42°，其中工字形角度β為槽鋼截面斜邊與橫邊之間的夾角，該結構不但增加了槽鋼機械性能，而且降低通風溝風磨損耗。所述通風槽鋼(如圖4b所示)寬度L5，L5大小與定子齒寬bt有關，經過優化設計，L5＝bt/3～bt/2，則L5＝6.43mm～9.65mm＝L1，優選8mm，槽鋼彎曲距離r及彎曲角度θ與定子齒寬bt及定子齒高hs有關，即r＝bt/6～bt/3，則r＝3.2mm～6.5mm，優選4mm，θ＝14.7°～27.8°，優選17°，其中圖4b中W所示部分表示槽鋼的一個彎曲，彎曲距離r為工字形截面流線型槽鋼最大彎曲點與相鄰兩個彎曲中點之間的徑向距離，彎曲角度θ為相鄰兩個彎曲之間中點處的切線與相鄰兩個彎曲中點連線之間的夾角。此設計在減小線圈尾部渦流損耗的同時保證了最大通風散熱效果。

為了提高槽鋼的導流效果，本發明所述相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒之間放置長、短兩根槽鋼，如圖5所示。為了達到最佳散熱效果，長槽鋼由六個彎曲組成，其直線長度設計為Ls1，短槽鋼由四個半個彎曲組成，直線長度設計為Ls2，其直線長度與電機定子外徑和定子槽高有關，經過優化設計，Ls1＝0.13(D-2hs)～0.18(D-2hs)，Ls2＝0.09(D-2hs)～0.11(D-2hs)，即Ls1＝142.6mm～197.5mm，優選164mm，Ls2＝98.7mm～120.7mm，優選106mm。槽鋼安裝於兩個定子齒軸向之間的通風溝內，每個齒上安放兩根槽鋼，分別為一根上述的164mm長槽鋼和一根上述的106mm短槽鋼。圖6為圖5中A部分的放大圖，在槽鋼近軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離為ht，長度為7mm～10mm，優選9mm。其中164mm長槽鋼中心與近側齒邊距離(圖6中bt13)與106mm短槽鋼中心與近側齒邊距離(圖6中bt11)相等，且與兩槽鋼中心之間的距離(圖6中bt12)相等，即bt11＝bt12＝bt13＝1/3bt。整體上，長槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個定子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的槽鋼安裝方式按順時針方向依次為「164mm長槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「164mm長槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「164mm長槽鋼」，如上述圖5所示。

為了有效降低線圈尾部渦流損耗，將每個定子齒間的槽鋼數量還可設計成長、中、短三根，如圖7所示。在原有長槽鋼和短槽鋼基礎上設計中槽鋼，中槽鋼由五個彎曲組成，其直線長度為Ls3，Ls3與電機定子外徑D及定子槽高hs有關，即Ls3＝0.1(D-2hs)～0.15(D-2hs)，即Ls3＝109.8mm～164.7mm，優選128mm。槽鋼安裝於兩個定子齒軸向之間的通風溝內，每個齒上安放三根槽鋼，分別為一根上述的164mm長槽鋼、一根上述的128mm中槽鋼和一根上述的106mm短槽鋼。圖8為圖7中B部分的放大圖，三根槽鋼分別由a、b及c表示。在槽鋼近軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離為ht，長度為7mm～10mm，優選8.5mm。a槽鋼中心位置與近側齒邊距離(圖8中bt24)與c槽鋼中心位置與近側齒邊距離(圖8中bt21)相等，而且與定子齒寬bt有關，為bt21＝bt24＝0.4bt，b槽鋼中心距離a槽鋼中心距離(圖8中bt23)與距離c槽鋼的中心距離(圖8中bt22)相等，而且與定子齒寬bt有關，為bt22＝bt23＝0.6bt。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個定子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的槽鋼安裝方式按順時針方向依次為「164mm長槽鋼」、「128mm中槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「164mm長槽鋼」、「128mm中槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「106mm短槽鋼」、「128mm中槽鋼」、「164mm長槽鋼」。該方案與兩條槽鋼相比通風溝內風速稍有增加，定子線圈尾部渦流明顯減小，但是成本有所增加，如上述圖7所示。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護並不局限於此，本領域技術人員在不改變原理的情況下，做出的任何無實質變化的改進也應視為本發明的保護範圍。

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。