技术领域
[0001] 本
发明涉及多结构多分布的定子
通风槽钢结构,具体涉及一种
电机定子径向
通风系统,属于电机通风技术领域。
背景技术
[0002] 对于采用径向通风系统的大型电机,电机定子部分的损耗主要通过径向通风沟冷却空气流动向外
散热。但是,当冷却气体通过径向通风沟时,由于风路截面突然变窄,流速变大;当冷却气体从定子线棒尾部流出时,由于定子线棒两侧的气体与定子线棒尾部的气体流速相差很大,造成定子线圈尾部形成
涡流,涡流中间部位风速极小,严重影响定子线圈尾部的散热。如果电机的通风结构设计不合理,导致电机局部温升过高或不均匀,严重影响电机的使用寿命。
[0003] 在电机径向通风系统中,通风槽钢一般采用直线型、V型及多转折结构。中国
专利号为201220141957.4所述的的直线型定子通风槽钢,虽然结构简单,但是不能改变定子径向通风沟内气流方向,定子线圈尾部涡流损耗大;中国专利号为201520770017.5所述的V型定子通风槽钢,虽然可以改变定子风路流向,但是存在风路流向不均衡、定子整体
温度较高;中国专利号201410835452.1所述的多转折结构的通风槽钢,由于其转折结构,其结构不光滑,冷却气体在通风沟内风磨损耗较大,散热效果不佳。另外,无论是直线型槽钢、V型槽钢还是多转折结构的通风槽钢,截面均为方型,方型通风槽钢机械性能较差,且通风沟内的风磨损耗较大,不利于定子部分通风散热。
发明内容
[0004] 本发明的技术解决问题是:克服
现有技术的不足,提供一种既能改变风路流向、又能减小风磨损耗的定子通风槽钢。
[0005] 本发明的技术解决方案为:采用多结构多分布的定子通风槽钢结构,主要包括分段定子
铁心(1)、径向通风沟(2)及通风槽钢(3),其中分段定子铁心(1)沿轴向分布,其段数n由定子铁心(1)的外径确定,为n=D/55~D/50,D为电机定子铁心外径,相邻的分段定子铁心(1)之间为径向通风沟(2),其由沿圆周分布的通风槽钢(3)形成,径向通风沟(2)的轴向宽度Ld与电机定子铁心外径D与轴向长度Lfe有关,Ld=(0.1D+0.3Lfe)/55~(0.2D+0.1Lfe)/35,定子铁心(1)包括定子齿(4)和定子槽(5),相邻的分段定子铁心(1)的定子齿(4)和定子槽(5)在轴向上一一对应,定子槽(5)内放置有绕组,通风槽钢(3)安装在相邻分段定子铁心(1)的定子齿(4)之间,所述电机通风槽钢(3)截面均采用工字形,且相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置三根槽钢,即两根工字形截面
流线型槽钢和一根工字形截面直线型槽钢,其中工字形截面直线型槽钢宽度为L5,其大小与定子齿宽bt有关,为L5=bt/3~bt/2,工字形截面直线型槽钢脚板宽L1,其大小与槽钢宽度L5有关,为L1=L5,工字形截面直线型槽钢脚板厚度L3与通风沟轴向宽度Ld有关,为L3=Ld/10~Ld/7,工字形截面直线型槽钢
腹板宽L4,其大小与工字形截面直线型槽钢脚板宽L1有关,为L4=L1/3~L1/2,工字形截面直线型槽钢厚度为L2,其大小与通风沟轴向宽度Ld有关,即L2=Ld,工字形
角度β与工字形截面直线型槽钢脚板宽L1及工字形截面直线型槽钢厚度L2有关, 其中工
字形角度β为工字形截面直线型槽钢工字形截面横边与斜边之间的夹角。所述工字形截面流线型槽钢宽度L6,其大小与工字截面直线型槽钢宽度相等,工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及弯曲角度θ与定子齿宽bt及定子齿高hs有关,为r=bt/6~bt/3,
其中弯曲距离r为流线型槽钢最大弯曲点与相邻两个弯曲中点
之间的径向距离,弯曲角度θ为相邻两个弯曲之间中点处的切线与相邻两个弯曲中点连线之间的夹角。
[0006] 所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿(4)之间放置长、中、短三根槽钢,即一根工字形截面流线型长槽钢,一根工字形截面直线型中槽钢和一根工字形截面流线型短槽钢,其中工字形截面流线型长槽钢由六个弯曲组成,工字形截面流线型短槽钢由四个半弯曲组成。各槽钢直线长度与电机定子铁心外径D及定子齿高hs有关,其中工字形截面流线型长槽钢直线长度为Ls1=0.13(D-2hs)~0.18(D-2hs),工字形截面直线型中槽钢直线长度Ls2=0.1(D-2hs)~0.15(D-2hs),工字形截面流线型短槽钢直线长度Ls3=0.09(D-2hs)~0.11(D-2hs),在槽钢近轴端,三根槽钢距离铁心边缘距离为ht1,长度为7mm~10mm,中间
位置的工字形截面直线型中槽钢与工字形截面流线型长槽钢最大距离和最小距离分别为ht2和ht3,ht2和ht3大小与工字形截面直线型槽钢宽度L5、工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及定子槽宽bt均有关,ht2=0.42L5+0.87r-0.13bt~1.8L5-r-0.28bt,ht3=0.58L5-0.49r-0.13bt~0.98L5-1.5r-0.04bt,中间位置的工字形截面直线型中槽钢距离工字形截面流线型短槽钢最大距离和最小距离与ht2和ht3相同。长槽钢中心位置与近侧齿边距离bt1与短槽钢中心位置与近侧齿边距离bt4相等,其距离与定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r有关,为bt1=bt4=0.15bt+0.3r~0.18bt+0.4r,中槽钢中心距离长槽钢中心距离bt2与距离短槽钢的中心距离bt3相等,且该距离与工字形截面直线型槽钢宽度L5、定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r均有关,bt2=bt3=0.5bt-0.3L5-0.6r~0.5bt-0.45L5+0.2r,整体上,槽钢按周期分布于整个径向通风沟内,以三个齿为一个周期,在一个周期内的三齿上,槽钢优选安装方式按顺
时针方向依次为“工字形截面流线型长槽钢”、“工字形截面直线型中槽钢”、“工字形截面流线型短槽钢”、“工字形截面流线型长槽钢”、“工字形截面直线型中槽钢”、“工字形截面流线短槽钢”、“工字形截面流线型短槽钢”、“工字形截面直线型中槽钢”、“工字形截面流线型长槽钢”。
[0007] 本发明与现有技术相比的优点在于:本发明所述的通风系统与现有技术相比具有以下效果:所发明的工型槽钢机械性能高,节约制造成本,提高通风道壁的光滑性,有效降低通风沟内风磨损耗,通过改变槽钢数量,可以改变冷却气体流动方向,有效降低定子线圈尾部涡流损耗,使电机散热效率增加13%左右。
附图说明
[0008] 图1为电机定子铁心通风结构示意图;
[0009] 图2为电机定子径向通风沟结构放大图;
[0010] 图3为工字形截面直线型槽钢结构图,其中图3a为工字形截面直线型槽钢整体结构示意图,图3b为其俯视图;
[0011] 图4为工字形截面流线型槽钢整体结构示意图;
[0012] 图5为工字形截面流线型槽钢俯视图和左视图,其中图5a为工字形截面流线型槽钢俯视图,图5b为其左视图;
[0013] 图6为定子齿间安装三条长短不同槽钢局部放大图;
[0014] 图7为图6中A部分放大图。
具体实施方式
[0015] 下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
[0016] 本
实施例涉及的电机参数:定子铁心外径D=1260mm,Lfe=1340mm,定子齿宽bt=19.3mm,定子齿高hs=81.4mm。如图1所示,本发明所述的采用多结构多分布的定子通风槽钢结构,主要包括分段定子铁心(1)、径向通风沟(2)及通风槽钢(3),其中分段定子铁心(1)沿轴向分布,其段数n由定子铁心(1)的外径确定,为n=D/55~D/50,D为电机定子铁心外径,相邻的分段定子铁心(1)之间为径向通风沟(2),其由沿圆周分布的通风槽钢(3)形成,径向通风沟(2)的轴向宽度Ld与电机定子铁心外径D与轴向长度Lfe有关,Ld=(0.1D+
0.3Lfe)/55~(0.2D+0.1Lfe)/35,定子铁心(1)包括定子齿(4)和定子槽(5),相邻的分段定子铁心(1)的定子齿(4)和定子槽(5)在轴向上一一对应,定子槽(5)内放置有绕组,通风槽钢(3)安装在相邻分段定子铁心(1)的定子齿(4)之间,经过优化设计,可得分段定子铁心的段数n=22.9~25.2,优选24,径向通风沟的轴向长度Ld=9.6mm~11mm,优选10mm。
[0017] 现有电机定子通风槽钢结构单一,风磨损耗大,通风效果不佳,且没有充分考虑槽钢对冷却气体的导流作用。为了更好提高通风效果,降低线圈尾部涡流损耗,本发明所述电机通风槽钢(3)截面均采用工字形,且相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿之间放置三根长度各不相等的槽钢,即两根工字形截面流线型槽钢,一根工字形截面直线型槽钢,其三维结构如图2所示。
[0018] 工字形截面直线型槽钢结构如图3所示,图3a为工字形截面直线型槽钢整体结构示意图,图3b为工字形截面直线型槽钢截面示意图。工字形截面直线型槽钢宽度为L5(如图3a所示),其大小与定子齿宽bt有关,经过优化设计,L5=bt/3~bt/2,即L5=6.43mm~
9.65mm,优选8mm。工字形截面直线型槽钢截面如图3b所示,工字形截面直线型槽钢脚板宽L1,其大小与槽钢宽度L5有关,为L1=L5,即L1=8mm,工字形截面直线型槽钢脚板厚度L3与通风沟轴向宽度Ld有关,为L3=Ld/10~~Ld/7,即L3=0.96mm~1.57mm,优选为1.2mm。工字形截面直线型槽钢腹板宽L4,其大小与工字形截面直线型槽钢脚板宽L1有关,为L4=L1/3~L1/
2,即L4=2.1mm~4.8mm,为了节省材料又保证工字形截面直线型槽钢的机械性能,L4优选为
4mm。工字形截面直线型槽钢厚度为L2,其大小与通风沟轴向宽度Ld有关,即L2=Ld,则L2=
10mm。工字形角度β与工字形截面直线型槽钢脚板宽L1及工字形截面直线型槽钢厚度L2有关,根据优化设计, 则β=26.56°~59°,为了减小通风道内风
磨损耗,β优选为42°,其中工字形角度β为工字形截面直线型槽钢工字形截面横边与斜边之间的夹角。
[0019] 工字形截面流线型槽钢整体结构如图4所示,为了清楚描述该槽钢结构,取工字形截面流线型槽钢俯视图及左视图为分析对象,如图5所示,其中图5a为工字形截面流线型槽钢俯视图,图5b为工字形截面流线型槽钢左视图。所述工字形截面流线型槽钢截面如图5a所示,为了保证通风效果最佳,其结构尺寸与工字形截面直线型槽钢相同。工字形截面流线型槽钢(如图5b左视图所示)宽度L6,其大小与工字截面直线型槽钢宽度相等,即L6=8mm,工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及弯曲角度θ与定子齿宽bt及定子齿高hs有关,即r=bt/6~bt/3, 则r=3.2mm~6.5mm,优选4mm,θ=14.7°~27.8°,优选17°,其中图5b中W所示部分表示槽钢的一个弯曲,弯曲距离r为工字形截面流线型槽钢最大弯曲点与相邻两个弯曲中点之间的径向距离,弯曲角度θ为相邻两个弯曲之间中点处的切线与相邻两个弯曲中点连线之间的夹角,该设计在减小线圈尾部涡流损耗的同时保证了最大通风散热效果。
[0020] 为了进一步提高定子的通风效果,本发明所述相邻分段定子铁心(1)的每个定子齿(4)之间放置长、中、短三根槽钢,即一根工字形截面流线型长槽钢,一根工字形截面直线型中槽钢,一根工字形截面流线型短槽钢,如图6所示。工字形截面流线型长槽钢由六个弯曲组成,工字形截面流线型短槽钢由四个半弯曲组成。各槽钢直线长度与电机定子铁心外径D及定子齿高hs有关,经过优化设计,工字形截面流线型长槽钢直线长度Ls1=0.13(D-2hs)~0.18(D-2hs),工字形截面直线型中槽钢直线长度Ls2=0.1(D-2hs)~0.15(D-2hs),工字形截面流线型短槽钢直线长度Ls3=0.09(D-2hs)~0.11(D-2hs),本实施例中Ls1=
142.6mm~197.5mm,优选164mm,Ls2=109.8mm~164.7mm,优选128mm,Ls3=98.7mm~
120.7mm,优选106mm。各槽钢安装于通风沟内各齿上,每个齿上安放三根槽钢,槽钢整体沿径向方向延伸。图7为图6中A部分的放大图,三根槽钢分别由a、b及c表示,其中a和c分别表示工字形截面流线型长槽钢和短槽钢,b表示工字形截面直线型中槽钢。在槽钢近轴端,槽钢距离铁心边缘距离为ht1,长度为7mm~10mm,优选8.2mm,中间位置的工字形截面直线型槽钢b与工字形截面流线型槽钢a最大距离和最小距离分别为ht2和ht3,ht2和ht3大小与工字形截面直线型槽钢宽度L5、工字形截面流线型槽钢弯曲距离r及定子槽宽bt均有关,经过优化设计可以得到,最大距离ht2=0.42L5+0.87r-0.13bt~1.8L5-r-0.28bt,最小距离ht3=
0.58L5-0.49r-0.13bt~0.98L5-1.5r-0.04bt,即ht2=4.33mm~4.99mm,优选为4.56mm,ht3=
0.17mm~1.05mm,优选为0.96mm,中间位置的工字形截面直线型槽钢b距离工字形截面流线型槽钢c最大距离和最小距离和上述结果相同。a槽钢中心位置与近侧齿边距离(图7中bt1)与c槽钢中心位置与近侧齿边距离(图7中bt4)相等,其距离与定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r有关,即bt1=bt4=0.15bt+0.3r~0.18bt+0.4r,即bt1=bt4=4.1mm~
5.07mm,优选4.46mm;b槽钢中心距离a槽钢中心距离(图7中bt2)与距离c槽钢的中心距离(图
7中bt3)相等,且该距离与工字形截面直线型槽钢宽度L5、定子齿宽bt及工字形截面流线型槽钢弯曲距离r均有关,bt2=bt3=0.5bt-0.3L5-0.6r~0.5bt-0.45L5+0.2r,即bt2=bt3=
4.85mm~7.65mm,优选5.19mm。整体上,槽钢按周期分布于整个径向通风沟内,以三个齿为一个周期,在一个周期内的三齿上,槽钢优选安装方式按顺时针方向依次为“164mm工字形截面流线型长槽钢”、“128mm工字形截面直线型中槽钢”、“106mm工字形截面流线型短槽钢”、“164mm工字形截面流线型长槽钢”、“128mm工字形截面直线型中槽钢”、“106mm工字形截面流线短槽钢”、“106mm工字形截面流线型短槽钢”、“128mm工字形截面直线型中槽钢”、“164mm工字形截面流线型长槽钢”,槽钢分布如上述图6所示。该设计对通风道内冷却气体具有很好的导流效果,且定子线圈尾部涡流损耗明显减小,电机散热率提高15%左右。
[0021] 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。
[0022] 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。