改善槽鋼形狀的轉子通風結構的製作方法

2023-04-27 10:59:36 1

本發明涉及一種改善槽鋼形狀的轉子通風結構，屬於電機通風技術及設計製造領域。

背景技術：

在大功率密度電機內部，電機轉子鐵心分段，鐵心段之間形成徑向通風道，內附槽鋼，起支撐部件的作用。與此同時，在電機轉動過程中，轉子通風槽鋼一定程度上可以起到風扇的作用，並且能夠改善冷卻介質流動特性。中國專利號為201320330289.4所述的工形截面槽鋼，可有效提升強度，但沒有充分考慮槽鋼改變氣體流動的作用；中國專利號為201420848187.6所述的多轉折結構槽鋼，打流過破通風溝的冷卻氣體之間的邊界層，增加散熱面積，但連接處風阻較大容易形成渦流。上述兩種槽鋼結構均未能高效利用槽鋼的導流性能及扇風性能。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題是：克服現有電機由於轉子通風槽鋼利用率不高而導致的通風效果差的問題，提出有效提升轉子驅風能力的通風結構，使電機內部冷卻介質流動效率相對提高，冷卻效果有所改善。

本發明的技術解決方案為：改善槽鋼形狀的轉子通風結構，主要包括徑向通風溝(1)、轉子齒(2)、軸向通風道(3)、轉子鐵心(4)以及槽鋼(5)。轉子鐵心(4)沿軸向均勻分成數段，段數n與電機轉子軸向長度D有關，即n＝D/187～D/210。相鄰轉子鐵心(4)之間留有一定空隙，形成徑向通風溝(1)，徑向通風溝(1)的軸向寬度L與電機轉子內徑R1、轉子外徑R2和軸向長度D有關，即L＝[D/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50。相鄰的分段轉子鐵心(4)的轉子齒(2)在軸向上一一對應，槽鋼(5)位於徑向通風溝(1)中並沿圓周分布，並安裝在相鄰分段轉子鐵心(4)的轉子齒(2)之間，相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間放置有三根槽鋼(5)，轉子鐵心(4)靠近轉軸處開槽，形成軸向通風道(3)，為冷卻介質流動提供通路，其中，軸向通風道(3)截面設計為圓形，直徑Φ與電機轉子內徑R1、轉子外徑R2有關，即Φ＝0.12(R2-R1)～0.18(R2-R1)，軸向通風道(3)離轉軸最近處與鐵心內圓之間的徑向距離W＝1/2Φ，相鄰兩軸向通風道(3)中心點與轉子鐵心(4)原點連線的夾角α＝18°。

所述的槽鋼採取矩形截面流線型結構，槽鋼高度L1與轉子內徑R1、轉子外徑R2和軸向長度D有關，即L1＝[D/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50，槽鋼截面寬度W1依據槽鋼高度L1設計，即W1＝1/3L1～1/2L1，矩形截面流線型槽鋼整體寬度W2與槽鋼截面寬度W1有關，為W2＝1.84W1～1.88W1倍，弧段半徑R3與槽鋼高度L1有關，即R3＝4.3L1～4.6L1，一個弧段的直線長度L2＝1.94R3，相鄰兩弧段結構尺寸相同，方向相反。

所述相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間放置有長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼共三根槽鋼(5)，長槽鋼由5個弧段組成，其直線長度與電機轉子內徑R1及轉子外徑R2有關，即L3＝0.4(R2-R1)～0.45(R2-R1)，中槽鋼由3.5個弧段組成，直線長度L4與電機轉子內徑R1及轉子外徑R2有關，即L4＝0.18(R2-R1)～0.19(R2-R1)，短槽鋼由2個弧段組成，直線長度L5＝0.15(R2-R1)～0.2(R2-R1)，在槽鋼遠軸端，槽鋼距鐵心邊緣距離W3設計為4mm～5mm，中槽鋼安裝於長槽鋼和短槽鋼之間，中槽鋼和長槽鋼中心距離L7與中槽鋼和短槽鋼中心距離L8相等，即L7＝L8。長槽鋼中心距離與其近側齒邊距離L6等於短槽鋼中心距離與其近側齒邊距離L9，且等於長槽鋼、中槽鋼中心之間距離與中槽鋼、短槽鋼中心之間距離之和的3/4，即L7＝L9＝3/4(L7+L8)。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個轉子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的三齒上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：將相鄰分段轉子鐵心的每個轉子齒之間放置有三根矩形截面流線型槽鋼，從不同程度改變流經轉子風量，增強電機內部氣體流動性能，達到更好的冷卻效果，使電機在相同運行狀態下溫度更低。

附圖說明

圖1為電機轉子鐵心通風結構示意圖；

圖2為圖1中A部分放大圖；

圖3為圖1中電機轉子鐵心通風結構的主視圖和右視圖，其中圖3a為主視圖，圖3b為右視圖；

圖4為矩形截面流線型槽鋼示意圖及俯視圖，圖4a為矩形截面流線型槽鋼示意圖，圖4b為矩形截面流線型槽鋼俯視圖；

圖5為電機安裝矩形截面流線型槽鋼情況下，一個轉子徑向通風溝截面圖；

圖6為圖5中B部分放大圖；

圖7為圖6中C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。

如圖1、圖2和圖3所示(圖2為圖1中A部分放大圖，圖3a為圖1主視圖，圖3b為圖1右視圖)，本發明所述的改善槽鋼形狀的轉子通風結構，主要包括徑向通風溝(1)、轉子齒(2)、軸向通風道(3)、轉子鐵心(4)以及槽鋼(5)。對於容量在1MW以上的大型電機中，轉子鐵心(4)沿軸向均勻分成數段，段數n與電機轉子軸向長度D有關，即n＝D/187～D/210。相鄰轉子鐵心(4)之間留有一定空隙，形成徑向通風溝(1)，徑向通風溝(1)的軸向長度L與電機轉子內徑R1、轉子外徑R2和軸向長度D有關，即L＝[D/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50。相鄰的分段轉子鐵心(4)的轉子齒(2)在軸向上一一對應，槽鋼(5)位於徑向通風溝(1)中並沿圓周分布，並安裝在相鄰分段轉子鐵心(4)的轉子齒(2)之間，相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間放置有三根槽鋼(5)，轉子鐵心(4)靠近轉軸處開槽，形成軸向通風道(3)，為冷卻介質流動提供通路，其中，軸向通風道(3)截面設計為圓形，直徑Φ與電機轉子內徑R1、轉子外徑R2有關，即Φ＝0.12(R2-R1)～0.18(R2-R1)，軸向通風道(3)離轉軸最近處與鐵心內圓之間的徑向距離W＝1/2Φ，相鄰兩軸向通風道(3)中心點與轉子鐵心(4)原點連線的夾角α＝18°。在本實施例中，電機轉子內徑為R1＝1800mm，轉子外徑為R2＝2842mm，轉子鐵心(4)軸向長度D＝3570mm，經過優化設計，可得轉子鐵心(4)分段的段數n＝18.8～16.9，優選18，徑向通風溝(1)的軸向長度L＝8.58mm～11.3mm，優選10mm，軸向通風道直徑Φ＝125.1mm～187.6mm，優選166.7mm，W＝83.35mm。

為了更好提高通風效果，本發明所述的槽鋼採取矩形截面流線型結構，其結構示意圖及俯視圖如圖4所示，其截面採用矩形且呈波浪形式延伸結構(本圖僅展示實際整根槽鋼的一段)，其中圖4a為矩形截面流線型槽鋼示意圖，圖4b為矩形截面流線型槽鋼俯視圖。為了增強通風效果，設計矩形截面流線型槽鋼高度L1與轉子內徑R1、轉子外徑R2和軸向長度D有關，即L1＝[D/14+(R2-R1)/4]/60～[D/14+(R2-R1)/4]/50，在本實施例中，電機轉子內徑為R1＝1800mm，轉子外徑為R2＝2842mm，轉子鐵心(4)軸向長度D＝3570mm，因此L1＝8.58mm～11.3mm，優選10mm。槽鋼截面寬度W1依據槽鋼高度L1設計，即W1＝1/3L1～1/2L1，此處為3.3mm～5mm，優選為4mm。矩形截面流線型槽鋼整體寬度W2與槽鋼截面寬度W1有關，為W2＝1.84W1～1.88W1，此處W2＝3.31mm～3.38mm，優選3.35mm。弧段半徑R3(為最大彎曲點的半徑)，設計與槽鋼高度L1有關，即R3＝4.3L1～4.6L1，一個弧段的直線長度L2＝1.94R3，如此設計扇風效果最為明顯。相鄰兩弧段結構尺寸相同，方向相反。

本發明所述相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間放置有三根槽鋼(5)，如圖5、圖6和圖7所示，其中圖5為一個轉子徑向通風溝截面圖，圖6為圖5中B部分放大圖，圖7為圖6中C部分放大圖。圖6中可以看出，電機矩形截面流線型槽鋼設計為長、中、短三種，長槽鋼由5個弧段組成，其直線長度與電機轉子內徑R1及轉子外徑R2有關，即L3＝0.4(R2-R1)～0.45(R2-R1)，在本實施例中，電機轉子內徑R1＝1800mm，轉子外徑R2＝2842mm，即L3＝260.5mm～281.3mm，此處優選275mm；中槽鋼由3.5個弧段(即3個整弧加1個半弧)組成，直線長度L4與電機轉子內徑R1及轉子外徑R2有關，即L4＝0.18(R2-R1)～0.19(R2-R1)，此處L4＝187.5mm～197.9mm，優選為195mm；短槽鋼由2個弧段組成，直線長度L5＝0.15(R2-R1)～0.2(R2-R1)，此處L5＝104.2mm～114.6mm，優選110mm。各槽鋼安裝於兩個轉子齒軸向之間的通風溝內，每個齒上安裝三根槽鋼，分別為一根上述的275mm長槽鋼，一根上述195mm中槽鋼和一根上述的110mm短槽鋼，槽鋼整體沿徑向延伸，軸線方向與轉子半徑方向重合。在槽鋼遠軸端，三根槽鋼距鐵心邊緣距離W3設計為4mm～5mm，優選4.5mm。圖7中a、b和c分別表示「275mm矩形截面流線型長槽鋼」、「195mm矩形截面流線型中槽鋼」和「110mm矩形截面流線型短槽鋼」，b槽鋼安裝於a、c槽鋼之間，b槽鋼和a槽鋼中心距離L7與b槽鋼和c槽鋼中心距離L8相等，即L7＝L8。槽鋼a中心距離與其近側齒邊距離L6等於槽鋼c中心距離與其近側齒邊距離L9，且等於槽鋼a、b中心之間距離與槽鋼b、c中心之間距離之和的3/4，即L7＝L9＝3/4(L7+L8)。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規律性分布，相鄰三個轉子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的三齒上的槽鋼(圖6中I、II、III)優選安裝方式按順時針方向依次為「275mm矩形截面流線型截面長槽鋼」、「195mm矩形截面流線型截面中槽鋼」、「110mm矩形截面流線型截面短槽鋼」、「275mm矩形截面流線型截面長槽鋼」、「195mm矩形截面流線型截面中槽鋼」、「110mm矩形截面流線型截面短槽鋼」、「110mm矩形截面流線型截面短槽鋼」、「195mm矩形截面流線型截面中槽鋼」、「275mm矩形截面流線型截面長槽鋼」。同理，將電機全部齒按逆時針順序分成彼此不重合的若干組，每個組的規律相同。

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。