一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构

1.本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构。


背景技术：

2.电能生产、传输、使用不断发展，电机在现代社会各行业和部门中占据着重要地位。其中，潜水电机是为在水下使用专门开发的电动机，与泵直接相联，并在水中运转。该电机为各种类型潜水泵配套，与泵构成一体，长期潜入各种水质的污水中运行，起到抢险救灾作用。潜水电机作为一种机电能量转换机构，在机电能量转换过程中不可避免产生损耗，损耗最终绝大部分变成热量，使电机各部分温度升高，而电机的温升与电机绝缘和电机使用寿命及部分工作性能相关，因此有效降低潜水电机温升对提高电机的耐久性和工作效益具有重要意义。
3.从文献检索来看，目前关于降低潜水电机温升的相关研究较少，其中，中国矿业大学(北京)的张世斌博士探究了不同水流速度下潜水电机温升的相关问题，合肥工业大学的鲍晓华教授提出了一种改进型定子压板以降低端部损耗与温升的结构，合肥工业大学的盛海军针对湿式潜水电机水磨耗进行了相关研究进而对温升状况做了部分分析。
4.上述及相关类似研究均为通过对流体的流动速度及带来的相关影响进行分析或添加新的机械结构以达到降低电机温升的目的，忽略了从散热系数角度出发，以结构的改变来等效增大散热系数，实现降低电机温升的目的。


技术实现要素：

5.发明的目的就在于为了解决上述问题，在现在主流通过调整电机机械结构和相关电磁方案的背景下，提出了一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构，立足现有转子轴向斜槽的概念，充分考虑机械制造上的可实施性，通过进一步打乱潜水电机运行时导热槽流体的流动特性，等效提高流体与潜水电机转子传导散热的等效系数，进而达到降低等效热阻和电机转子温升，改善温度分布的效果，提高绝缘和电机的使用寿命。
6.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
7.一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构，该结构适应的潜水电机可以为冲水式、充油式和干式三种，该结构包括转子、转轴和导条，其中：
8.与现有技术相同，转子同轴固定在转轴上；
9.转子上开有转子槽，转子槽内设有导条，转子槽设有多个且多个转子槽沿转子周向分布，每个转子槽内均设有导条；
10.转子上还开有导热斜槽，与现有技术中直式的导热槽的不同之处在于，导热斜槽相对转子轴线倾斜，导热槽设有多个，且多个导热槽沿转子周向均匀分布。
11.作为本发明进一步优化的方案，所述转子槽为相对转子轴线倾斜的斜槽。
12.为了进一步增大降温效果，作为本发明进一步优化的方案，所述导热斜槽相对转
子轴线倾斜的角度与转子槽相对转子轴线倾斜的角度相同。
13.为了进一步增大降温效果，作为本发明进一步优化的方案，导热斜槽相对转子槽靠近转子轴线。
14.为了进一步增大降温效果，作为本发明进一步优化的方案，导热斜槽的横截面为圆形。
15.为了进一步增大降温效果，作为本发明进一步优化的方案，导热斜槽的横截面面积大于转子槽的横截面面积。
16.为了便于该转子的加工，并便于导热斜槽结构的加工，作为本发明进一步优化的方案，转子为多块硅钢片铁芯叠压制成，在硅钢片铁芯上冲压出转子导热通孔，多个硅钢片铁芯叠压后多个导热通孔连通形成导热斜槽，。
17.作为本发明进一步优化的方案，导热斜槽内有流动的降温介质。
18.在一些实施例中具体的，降温介质为水、空气或油，流动的水、空气或油更有益于对电机转子进行降温。
19.与现有技术相同，导条为铝或铜制成。
20.根据电机内热理论，电机运行时便会产生损耗，这些损耗大部分都将以热的形式散出，使电机各部分温度升高。结合等效热路法计算温升的相关理论，当电机产生的损耗即热量一定时，即热流量一定时，若能有效降低热阻，电机温升将会降低。其中热阻包括传导热阻和对流热阻。本发明依据牛顿散热定律，其中为热流密度，为散热系数，采用斜导热槽可以有效接触流体与导热槽的接触水平，达到等效提高流体吹拂效率系数, 提高散热系数，降低对流热阻的目的，有效降低并潜水电机运行时各部温升，提高电机绝缘和使用寿命，改善电机相关工作性能。
21.本发明创新性的以提高散热系数为目的，以机械结构的调整出发，在现有转子轴向斜槽基础上，根据可行的机械工艺，在传统直式导热槽的基础上，创新性提出一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构，进一步打乱潜水电机运行时流体在导热槽中的运动方式，等效提高流体表面与转子表面的导热系数，达到降低等效热阻和电机转子温升，改善转子温度分布的目的，有效提高了潜水电机绝缘和电机本身的使用寿命，改善相关工作性能。同时，对于传统直导热槽结构，若潜水电机转子采用斜槽转子，将增大加工的复杂性，而采用斜导热槽结构，可以在实现斜槽转子的同时，完成斜导热槽结构的构建，加工更加方便便捷。
22.本发明的有益效果在于：
23.1)通过进一步打乱流体在水道中的流动，等效提高电机转子水道与流体的导热系数，以达到降低潜水电机转子温升、改善其温度分布的效果；
24.2)立足于现有转子轴向斜槽的概念提出的斜通风道结构，确保了机械制造工艺的可实施性，并且可以进一步在具有斜槽转子结构的电机中使用，在转子斜槽具有的优异性能的同时，降低电机转子温升，并相对于直槽时此结构的使用，降低了工艺的复杂度；
25.3)本发明提出的一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构，其导热槽内流过的流体可包括水、油、空气在内的多种常见导热流体，具有普适性。
26.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
27.图1为本发明结构示意图；
28.图2为本发明正常运行时，导热斜槽中流体流过时温度的传导示意图；
29.图3是采用直导热槽时潜水电机转子部分温升仿真结果一端面45度轴测示意图；
30.图4是采用直导热槽时潜水电机转子部分温升仿真结果另一端面45度轴测示意图；
31.图5是采用斜导热槽时潜水电机转子部分温升仿真结果一端面45度轴测示意图；
32.图6是采用斜导热槽时潜水电机转子部分温升仿真结果另一端面45度轴测示意图。
33.图中标号：1转轴，2转子，3导条，20转子槽，21热斜槽。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
35.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.如图1所示的一种采用斜导热槽降低潜水电机转子温升的结构，包括转子2、转轴1和导条3，其中：
40.转子2同轴固定在转轴1上，转子2上开有转子槽20，转子槽20内设有导条3，转子槽 20设有多个且多个转子槽20沿转子2周向分布，每个转子槽20内均设有导条3，导条3为铝材料制成；
41.具体的，所述转子槽20为相对转子2轴线倾斜的斜槽；
42.转子2上还开有导热斜槽21，导热斜槽21相对转子2轴线倾斜，所述导热斜槽21相对转子2轴线倾斜的角度与转子槽20相对转子2轴线倾斜的角度相同，且导热斜槽21相对转子槽20靠近转子2轴线；
43.具体的，导热斜槽21的横截面为圆形，导热斜槽21的横截面面积大于转子槽20的横截面面积；
44.导热斜槽21内有流动的降温介质，该降温介质为水；
45.导热槽设有多个，且多个导热槽沿转子2周向均匀分布；
46.如图2所示，横向箭头表示导热斜槽21中介质的流向，图中2中从导条3和转轴1指向导热斜槽21的箭头表示导条和转轴的温度热传导至导热斜槽2中的介质中，进而便于对该电机降温；
47.为了便于该转子2的加工，并便于导热斜槽21结构的加工，转子2为多块硅钢片铁芯叠压制成，在硅钢片铁芯上冲压出转子2导热通孔，多个硅钢片铁芯叠压后多个导热通孔连通形成导热斜槽21，即导热斜槽21为现有技术中的转子2斜槽加工制造方法，将开有斜导热槽的潜水电机转子2结构压装完成，完成相关浸漆、精加工、去毛刺等过程，制成开有斜导热槽的潜水电机转子2结构，并与潜水电机转轴12相配合，构成完整的潜水电机结构。
48.经solidworks绘制三维模型，分别构建轴向直导热槽和沿径向倾斜15
°
的斜导热槽，并采用有限元仿真软件fluent和transient thermal分析验证，令环境温度为20℃，设置转子铁芯为热源，给转子铁芯表面的散热系数数值等于16.7，端部散热系数为1.0，设置仿真时长100s，除导热槽倾斜角度不同外，两种结构的其他物理参数均相同，仿真可得结果如图3-图6所示。发现在采用斜导热槽后，转子铁芯最高温度和最低温度均有所下降，同时对比温度相同区域，采用斜导热槽结构的范围更小，意味着整体温度分布呈下降趋势，更加有助于转子铁芯的散热。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。