改善槽钢形状的转子通风结构的制作方法

本发明涉及一种改善槽钢形状的转子通风结构，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：改善槽钢形状的转子通风结构，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)之间放置有三根槽钢(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°。

所述的槽钢采取矩形截面流线型结构，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，即W₁＝1/3L₁～1/2L₁，矩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＝1.94R₃，相邻两弧段结构尺寸相同，方向相反。

所述相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有长槽钢、中槽钢和短槽钢共三根槽钢(5)，长槽钢由5个弧段组成，其直线长度与电机转子内径R₁及转子外径R₂有关，即L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，中槽钢由3.5个弧段组成，直线长度L₄与电机转子内径R₁及转子外径R₂有关，即L₄＝0.18(R₂-R₁)～0.19(R₂-R₁)，短槽钢由2个弧段组成，直线长度L₅＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，在槽钢远轴端，槽钢距铁心边缘距离W₃设计为4mm～5mm，中槽钢安装于长槽钢和短槽钢之间，中槽钢和长槽钢中心距离L₇与中槽钢和短槽钢中心距离L₈相等，即L₇＝L₈。长槽钢中心距离与其近侧齿边距离L₆等于短槽钢中心距离与其近侧齿边距离L₉，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L₇＝L₉＝3/4(L₇+L₈)。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：将相邻分段转子铁心的每个转子齿之间放置有三根矩形截面流线型槽钢，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为矩形截面流线型槽钢示意图及俯视图，图4a为矩形截面流线型槽钢示意图，图4b为矩形截面流线型槽钢俯视图；

图5为电机安装矩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。

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)，本发明所述的改善槽钢形状的转子通风结构，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)的轴向长度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)之间放置有三根槽钢(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＝83.35mm。

为了更好提高通风效果，本发明所述的槽钢采取矩形截面流线型结构，其结构示意图及俯视图如图4所示，其截面采用矩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)，其中图4a为矩形截面流线型槽钢示意图，图4b为矩形截面流线型槽钢俯视图。为了增强通风效果，设计矩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，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，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，即W₁＝1/3L₁～1/2L₁，此处为3.3mm～5mm，优选为4mm。矩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，此处W₂＝3.31mm～3.38mm，优选3.35mm。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＝1.94R₃，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。

本发明所述相邻分段转子铁心(4)的每个转子齿(2)之间放置有三根槽钢(5)，如图5、图6和图7所示，其中图5为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6中可以看出，电机矩形截面流线型槽钢设计为长、中、短三种，长槽钢由5个弧段组成，其直线长度与电机转子内径R₁及转子外径R₂有关，即L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，在本实施例中，电机转子内径R₁＝1800mm，转子外径R₂＝2842mm，即L₃＝260.5mm～281.3mm，此处优选275mm；中槽钢由3.5个弧段(即3个整弧加1个半弧)组成，直线长度L₄与电机转子内径R₁及转子外径R₂有关，即L₄＝0.18(R₂-R₁)～0.19(R₂-R₁)，此处L₄＝187.5mm～197.9mm，优选为195mm；短槽钢由2个弧段组成，直线长度L₅＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，此处L₅＝104.2mm～114.6mm，优选110mm。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长槽钢，一根上述195mm中槽钢和一根上述的110mm短槽钢，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，三根槽钢距铁心边缘距离W₃设计为4mm～5mm，优选4.5mm。图7中a、b和c分别表示“275mm矩形截面流线型长槽钢”、“195mm矩形截面流线型中槽钢”和“110mm矩形截面流线型短槽钢”，b槽钢安装于a、c槽钢之间，b槽钢和a槽钢中心距离L₇与b槽钢和c槽钢中心距离L₈相等，即L₇＝L₈。槽钢a中心距离与其近侧齿边距离L₆等于槽钢c中心距离与其近侧齿边距离L₉，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L₇＝L₉＝3/4(L₇+L₈)。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6中I、II、III)优选安装方式按顺时针方向依次为“275mm矩形截面流线型截面长槽钢”、“195mm矩形截面流线型截面中槽钢”、“110mm矩形截面流线型截面短槽钢”、“275mm矩形截面流线型截面长槽钢”、“195mm矩形截面流线型截面中槽钢”、“110mm矩形截面流线型截面短槽钢”、“110mm矩形截面流线型截面短槽钢”、“195mm矩形截面流线型截面中槽钢”、“275mm矩形截面流线型截面长槽钢”。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。