本發(fā)明涉及一種改變槽鋼安裝方式的電機轉子散熱結構，屬于電機通風技術及設計制造領域。

背景技術：

在大功率密度電機內(nèi)部，電機轉子鐵心分段，鐵心段之間形成徑向通風道，內(nèi)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，并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(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有電機由于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(nèi)部冷卻介質流動效率相對提高，冷卻效果有所改善。

本發(fā)明的技術解決方案為：改變槽鋼安裝方式的電機轉子散熱結構，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(shù)段，段數(shù)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(nèi)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)位于徑向通風溝(1)中并沿圓周分布，并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)之間放置有兩根槽鋼(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(nèi)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(nèi)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°。

所述的槽鋼采取工字形截面流線型，槽鋼高度L₁與轉子內(nèi)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(jù)槽鋼高度L₁設計，為W₁＝1/3L₁～1/2L₁，工字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＝1.95R₃，相鄰兩弧段結構尺寸相同，方向相反。工字形截面流線型槽鋼設計為長、短兩種，長槽鋼由5個弧段組成，其長度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)；短槽鋼由2個弧段組成，長度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，放置于兩個分段轉子鐵心中對應轉子齒之間的兩個工字形截面流線型槽鋼分別為一根上述的長槽鋼和一根上述的短槽鋼，安裝方向沿半徑方向，在槽鋼遠軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離W₃為4mm～5mm，其中長槽鋼與近側齒邊距離L₅和短槽鋼與近側齒邊距離L₇相等，且與兩槽鋼中心之間的距離L₆相等，即L₅＝L₆＝L₇。整體上，長槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規(guī)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”。

所述相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間還可放置有三根槽鋼(5)，一根設計為長槽鋼，其長度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，一根設計為短槽鋼，長度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，一根為中槽鋼，中槽鋼直線長度L₈與電機轉子內(nèi)徑R₁及轉子外徑R₂有關，為L₈＝0.18(R₂-R₁)～0.19(R₂-R₁)，在槽鋼遠軸端，槽鋼距鐵心邊緣距離W₄設計為4mm～5mm，中槽鋼安裝于長槽鋼和短槽鋼之間，中槽鋼與長槽鋼中心距離L₁₀與中槽鋼與短槽鋼中心距離L₁₁相等，即L₁₀＝L₁₁。長槽鋼中心與其近側齒邊距離L₉等于短槽鋼中心與其近側齒邊距離L₁₂，且等于長槽鋼、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L₉＝L₁₂＝3/4(L₁₀+L₁₁)。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規(guī)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(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：將電機轉子通風槽鋼采取不同結構及數(shù)量，從不同程度改變流經(jīng)轉子風量，增強電機內(nèi)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(tài)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為工字形截面流線型槽鋼示意圖及俯視圖，圖4a為工字形截面流線型槽鋼示意圖，圖4b為工字形截面流線型槽鋼俯視圖；

圖5為電機安裝工字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；

圖8為在圖5基礎上，改變工字形截面流線型槽鋼長度的情況下，B部分放大圖；

圖9為電機改變工字形截面流線型槽鋼數(shù)量情況下，一個轉子徑向通風溝截面圖；

圖10為圖9中D部分放大圖；

圖11為圖10中E部分放大圖。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖詳細闡述本發(fā)明優(yōu)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(fā)明所述的改變槽鋼安裝方式的電機轉子散熱結構，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)。對于容量在1MW以上的大型電機中，轉子鐵心(4)沿軸向均勻分成數(shù)段，段數(shù)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(nèi)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)位于徑向通風溝(1)中并沿圓周分布，并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)之間放置有兩根槽鋼(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(nèi)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(nèi)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(nèi)徑為R₁＝1800mm，轉子外徑為R₂＝2842mm，轉子鐵心(4)軸向長度D＝3570mm，經(jīng)過優(yōu)化設計，可得轉子鐵心(4)分段的段數(shù)n＝18.8～16.9，優(yōu)選18，徑向通風溝(1)的軸向長度L＝8.58mm～11.3mm，優(yōu)選10mm，軸向通風道直徑Φ＝125.1mm～187.6mm，優(yōu)選166.7mm，W＝83.35。

為了更好提高通風效果，本發(fā)明所述的槽鋼(5)采取工字形截面流線型，如圖4所示(圖4a為工字形截面流線型槽鋼示意圖，圖4b為工字形截面流線型槽鋼俯視圖)，其截面采用工字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)。圖5、圖6和圖7為安裝工字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)。其中，槽鋼高度L₁與轉子內(nèi)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(nèi)徑為R₁＝1800mm，轉子外徑為R₂＝2842mm，轉子鐵心軸向長度D＝3570mm，因此L₁＝8.58mm～11.3mm，優(yōu)選10mm。槽鋼截面寬度W₁依據(jù)槽鋼高度L₁設計，為W₁＝1/3L₁～1/2L₁，即3.3mm～5mm，此處優(yōu)選為4mm。工字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，此處W₂＝3.31mm～3.38mm，優(yōu)選3.35mm。工字形截面流線型槽鋼俯視圖如圖4b，其中弧段半徑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＝1.95R₃，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。圖6中可以看出，電機工字形截面流線型槽鋼設計為長、短兩種，長鋼由5個弧段組成，其長度L₃＝0.4(R₂-R₁)～0.45(R₂-R₁)，此處L₃＝260.5mm～281.3mm，優(yōu)選275mm；短鋼由2個弧段組成，長度L₄＝0.15(R₂-R₁)～0.2(R₂-R₁)，此處L₄＝104.2mm～114.6mm，優(yōu)選110mm。放置于兩個分段轉子鐵心中對應轉子齒之間的兩個工字形截面流線型槽鋼分別為一根上述的275mm長槽鋼和一根上述的110mm短槽鋼，安裝方向沿半徑方向，在槽鋼遠軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離(圖7中W₃)為4mm～5mm，優(yōu)選4.5mm。圖7為圖6中齒I的C部分的放大圖，其中275mm長槽鋼與近側齒邊距離(圖7中L₅)和110mm短槽鋼與近側齒邊距離(圖7中L₇)相等，且與兩槽鋼中心之間的距離(圖7中L₆)相等，即L₅＝L₆＝L₇。整體上，長槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規(guī)律性分布，相鄰三個轉子齒對應的槽鋼為一組，任意一個組的槽鋼(圖6中I、II、III)安裝方式按順時針方向依次為“275mm工字形截面流線型長槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“275mm工字形截面流線型長槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“275mm工字形截面流線型長槽鋼”，將電機全部轉子齒按逆時針順序分成彼此不重合的若干組，每個組的規(guī)律相同。當通風槽鋼設計成所述工字形截面流線型結構時，可使進入通風溝的流體的流動方向和速度有明顯變化，能有效提高流動性能，由于工字形截面流線型槽鋼的彎曲，轉子旋轉方向的不同會影響冷卻介質流入通風溝內(nèi)的流速和流量，如此設置，當電機順時針旋轉時，風量最大可提高16％～23％。

在此基礎上，可以改變110mm工字形截面流線型短槽鋼的長度，將其增長為275mm，即兩根槽鋼的長度相等，如圖8所示(圖8為圖4基礎上，增加110mm工字形截面流線型槽鋼長度為275mm情況下B部分的放大圖)。如此設置有效抑制通風溝內(nèi)冷卻介質流動形成的渦流。

為了進一步提高轉子的通風效果，本發(fā)明所述相鄰分段轉子鐵心(4)的每個轉子齒(2)之間還可以放置有三根槽鋼(5)，如圖9、圖10和圖11所示，其中圖9為一個轉子徑向通風溝截面圖，圖10為圖9中D部分放大圖，圖11為圖10中E部分放大圖，在原有275mm長槽鋼和110mm短槽鋼基礎上，設計中槽鋼。中槽鋼直線長度(圖10中L₈)與電機轉子內(nèi)徑R₁及轉子外徑R₂有關，即L₈＝0.18(R₂-R₁)～0.19(R₂-R₁)，在本實施例中，電機轉子內(nèi)徑R₁＝1800mm，轉子外徑R₂＝2842mm，即L₈＝187.5mm～197.9mm，此處優(yōu)選為195mm。各槽鋼安裝于兩個轉子齒軸向之間的通風溝內(nèi)，每個齒上安裝三根槽鋼，分別為一根上述的275mm鋼，一根上述195mm鋼和一根上述的110mm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，槽鋼距鐵心邊緣距離W₄設計為4mm～5mm，優(yōu)選4.5mm。圖11中a、b和c分別表示“275mm工字形截面流線型鋼”、“195mm工字形截面流線型鋼”和“110mm工字形截面流線型鋼”，b槽鋼安裝于a、c槽鋼之間，b槽鋼和a槽鋼中心距離L₁₀與b槽鋼和c槽鋼中心距離L₁₁相等，即L₁₀＝L₁₁。槽鋼a中心與其近側齒邊距離L₉等于槽鋼c中心與其近側齒邊距離L₁₂，且等于槽鋼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L₉＝L₁₂＝3/4(L₁₀+L₁₁)。整體上，長槽鋼、中槽鋼和短槽鋼在圓周上呈規(guī)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10中IV、V、VI)優(yōu)選安裝方式按順時針方向依次為“275mm工字形截面流線型長槽鋼”、“195mm工字形截面流線型中槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“275mm工字形截面流線型長槽鋼”、“195mm工字形截面流線型中槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“110mm工字形截面流線型短槽鋼”、“195mm工字形截面流線型中槽鋼”、“275mm工字形截面流線型長槽鋼”。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(guī)律相同。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護并不局限于此，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(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。