本發(fā)明涉及一種具有工字形截面直線型和流線型槽鋼的轉(zhuǎn)子通風(fēng)結(jié)構(gòu)，屬于電機(jī)通風(fēng)技術(shù)及設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在大功率密度電機(jī)內(nèi)部，電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心分段，鐵心段之間形成徑向通風(fēng)道，內(nèi)附槽鋼，起支撐部件的作用。與此同時(shí)，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽鋼一定程度上可以起到風(fēng)扇的作用，并且能夠改善冷卻介質(zhì)流動(dòng)特性。中國(guó)專利號(hào)為201320330289.4所述的工形截面槽鋼，可有效提升強(qiáng)度，但沒(méi)有充分考慮槽鋼改變氣體流動(dòng)的作用；中國(guó)專利號(hào)為201420848187.6所述的多轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)槽鋼，打流過(guò)破通風(fēng)溝的冷卻氣體之間的邊界層，增加散熱面積，但連接處風(fēng)阻較大容易形成渦流。上述兩種槽鋼結(jié)構(gòu)均未能高效利用槽鋼的導(dǎo)流性能及扇風(fēng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有電機(jī)由于轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽鋼利用率不高而導(dǎo)致的通風(fēng)效果差的問(wèn)題，提出有效提升轉(zhuǎn)子驅(qū)風(fēng)能力的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，使電機(jī)內(nèi)部冷卻介質(zhì)流動(dòng)效率相對(duì)提高，冷卻效果有所改善。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：具有工字形截面直線型和流線型槽鋼的轉(zhuǎn)子通風(fēng)結(jié)構(gòu)，主要包括徑向通風(fēng)溝(1)、轉(zhuǎn)子齒(2)、軸向通風(fēng)道(3)、轉(zhuǎn)子鐵心(4)以及槽鋼(5)。轉(zhuǎn)子鐵心(4)沿軸向均勻分成數(shù)段，段數(shù)n與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，即n＝5.3×10^-3D～4.8×10^-3D。相鄰轉(zhuǎn)子鐵心(4)之間留有一定空隙，形成徑向通風(fēng)溝(1)，徑向通風(fēng)溝(1)的軸向?qū)挾萀與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂和軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，即L＝[(D-3R₂+3R₁)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]²。相鄰的分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的轉(zhuǎn)子齒(2)在軸向上一一對(duì)應(yīng)，槽鋼(5)位于徑向通風(fēng)溝(1)中并沿圓周分布，并安裝在相鄰分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的轉(zhuǎn)子齒(2)之間，相鄰分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的每個(gè)轉(zhuǎn)子齒(2)之間放置有三根槽鋼(5)，轉(zhuǎn)子鐵心(4)靠近轉(zhuǎn)軸處開槽，形成軸向通風(fēng)道(3)，為冷卻介質(zhì)流動(dòng)提供通路，其中，軸向通風(fēng)道(3)截面設(shè)計(jì)為圓形，直徑Φ與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，即Φ＝4/23(R₂-R₁)～3/26(R₂-R₁)，軸向通風(fēng)道(3)離轉(zhuǎn)軸最近處與轉(zhuǎn)子鐵心(4)內(nèi)圓之間的徑向距離W＝1/2Φ，相鄰兩軸向通風(fēng)道(3)中心點(diǎn)與轉(zhuǎn)子鐵心(4)原點(diǎn)連線的夾角α＝18°。所述槽鋼高度L₂與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂和軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，為L(zhǎng)₂＝[(D-3R₂+3R₁)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]²，槽鋼截面寬W₂與槽鋼高度L₂有關(guān)，為W₂＝1/2L₂～1/3L₂，槽鋼腹板寬W₁與槽鋼截面寬W₂有關(guān)，為W₁＝1/2W₂～1/3W₂，槽鋼緣板高L₁與槽鋼高度L₂有關(guān)，為L(zhǎng)₁＝0.05L₂～0.15L₂。槽鋼緣板靠近腹板側(cè)的斜邊和腹板邊夾角β設(shè)計(jì)為130°～136°，所述三根槽鋼分為三種規(guī)格，一種為工字形截面直線型槽鋼，其長(zhǎng)度較短，用“短鋼”指代，另外兩種為工字形截面流線型槽鋼，其中一種長(zhǎng)度較長(zhǎng)，用“長(zhǎng)鋼”指代，另一種長(zhǎng)度于“長(zhǎng)鋼”和“短鋼”之間，用“中鋼”指代。其中，長(zhǎng)鋼和中鋼的寬度W₃與槽鋼截面寬度W₂有關(guān)，為W₃＝1.73W₂～1.91W₂，工字形截面流線型槽鋼的弧段半徑R₃與槽鋼高度L₂有關(guān)，為R₃＝4.2L₂～4.7L₂，一個(gè)弧段的直線長(zhǎng)度L₃＝1.925R₃。

所述長(zhǎng)鋼由5個(gè)弧段組成，其長(zhǎng)度與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁和轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，為L(zhǎng)₄＝(2R₂-R₁)/15～(2R₂-R₁)/13，中槽鋼由3.5個(gè)弧段組成，長(zhǎng)度L₅＝(2R₂-R₁)/21～(2R₂-R₁)/19。短鋼長(zhǎng)度與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁和轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，其長(zhǎng)度L₆＝(2R₂-R₁)/34～(2R₂-R₁)/33。所述各槽鋼安裝于兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒軸向之間的通風(fēng)溝內(nèi)，每個(gè)齒上安裝三根槽鋼，分別為一根上述的長(zhǎng)鋼，一根上述中鋼和一根上述短鋼。三根槽鋼距離鐵心邊緣距離W₄與齒寬度L₇有關(guān)，為W₄＝L₇/10。在槽鋼遠(yuǎn)軸端，短鋼距離其最近齒邊的距離L₈＝0.1L₇～0.3L₇，長(zhǎng)鋼和中鋼為流線型，在槽鋼遠(yuǎn)軸端，長(zhǎng)鋼距其最近齒邊距離L₉與齒寬L₇有關(guān)，即L₉＝0.2L₇～0.25L₇。中鋼和短鋼之間最短間距L₁₀＝6(5L₇-4R₃-5W₂)，遠(yuǎn)軸端處，中、長(zhǎng)槽鋼之間距離L₁₁＝0.1L₇～0.2L₇。整體上，長(zhǎng)鋼、中鋼和短鋼在圓周上呈規(guī)律性分布，相鄰三個(gè)轉(zhuǎn)子齒對(duì)應(yīng)的槽鋼為一組，任意一個(gè)組的三齒上的槽鋼優(yōu)選安裝方式按順時(shí)針?lè)较蛞来螢椤伴L(zhǎng)鋼”、“中鋼”、“短鋼”、“短鋼”、“中鋼”、“長(zhǎng)鋼”、“短鋼”、“中鋼”、“長(zhǎng)鋼”。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：將電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽鋼采取一根工字形截面直線型槽鋼和兩根工字形截面流線型槽鋼，從一定程度上改變了流經(jīng)轉(zhuǎn)子風(fēng)量，增強(qiáng)電機(jī)內(nèi)部氣體流動(dòng)性能，達(dá)到更好的冷卻效果，使電機(jī)在相同運(yùn)行狀態(tài)下溫度更低。

附圖說(shuō)明

圖1為電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A部分放大圖；

圖3為圖1中電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心通風(fēng)結(jié)構(gòu)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和工字形截面直線型槽鋼截面圖；

圖5為工字形截面直線型槽鋼示意圖；

圖6為工字形截面流線型槽鋼示意圖及俯視圖，圖6a為工字形截面流線型槽鋼示意圖，圖6b為工字形截面流線型槽鋼俯視圖；

圖7為電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝截面內(nèi)槽鋼分布示意圖；

圖8為圖7中B部分放大圖；

圖9為圖8中C部分放大圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)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)明所述的具有工字形截面直線型和流線型槽鋼的轉(zhuǎn)子通風(fēng)結(jié)構(gòu)，主要包括徑向通風(fēng)溝(1)、轉(zhuǎn)子齒(2)、軸向通風(fēng)道(3)、轉(zhuǎn)子鐵心(4)以及槽鋼(5)。對(duì)于容量在1MW～1000MW的大型電機(jī)中，轉(zhuǎn)子鐵心(4)沿軸向均勻分成數(shù)段，段數(shù)n與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，即n＝5.3×10^-3D～4.8×10^-3D。相鄰轉(zhuǎn)子鐵心(4)之間留有一定空隙，形成徑向通風(fēng)溝(1)，徑向通風(fēng)溝(1)的軸向?qū)挾萀與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂和軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，即L＝[(D-3R₂+3R₁)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]²。相鄰的分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的轉(zhuǎn)子齒(2)在軸向上一一對(duì)應(yīng)，槽鋼(5)位于徑向通風(fēng)溝(1)中并沿圓周分布，并安裝在相鄰分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的轉(zhuǎn)子齒(2)之間，相鄰分段轉(zhuǎn)子鐵心(4)的每個(gè)轉(zhuǎn)子齒(2)之間放置有三根槽鋼(5)，轉(zhuǎn)子鐵心(4)靠近轉(zhuǎn)軸處開槽，形成軸向通風(fēng)道(3)，為冷卻介質(zhì)流動(dòng)提供通路，其中，軸向通風(fēng)道(3)截面設(shè)計(jì)為圓形，直徑Φ與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，即Φ＝4/23(R₂-R₁)～3/26(R₂-R₁)，軸向通風(fēng)道(3)離轉(zhuǎn)軸最近處與轉(zhuǎn)子鐵心(4)內(nèi)圓之間的徑向距離W＝1/2Φ，相鄰兩軸向通風(fēng)道(3)中心點(diǎn)與轉(zhuǎn)子鐵心(4)原點(diǎn)連線的夾角α＝18°。在本實(shí)施例中，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為R₁＝1800mm，轉(zhuǎn)子外徑為R₂＝2842mm，轉(zhuǎn)子鐵心(4)軸向長(zhǎng)度D＝3570mm，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可得轉(zhuǎn)子鐵心(4)分段的段數(shù)n＝17～19，優(yōu)選18，徑向通風(fēng)溝(1)的軸向長(zhǎng)度L＝8.76mm～11.66mm，優(yōu)選10mm，軸向通風(fēng)道直徑Φ＝120.23mm～181.22mm，優(yōu)選166.94mm，W＝83.47mm。

所述三根槽鋼截面均采取工字形，現(xiàn)有電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽鋼的工字形截面鋼通風(fēng)效果不佳，且沒(méi)有充分考慮槽鋼改變氣體流動(dòng)的作用，本發(fā)明對(duì)工字形槽鋼進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。如圖4所示，為保證工字形槽鋼的強(qiáng)度，對(duì)槽鋼高度(圖4中的L₂)、槽鋼截面寬(圖4中W₂)、槽鋼腹板寬(圖4中W₁)和槽鋼緣板高(圖4中的L₁)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，槽鋼高度L₂與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁、轉(zhuǎn)子外徑R₂和軸向長(zhǎng)度D有關(guān)，為L(zhǎng)₂＝[(D-3R₂+3R₁)/150]²～[(D-3R₂+3R₁)/130]²，槽鋼截面寬W₂與槽鋼高度L₂有關(guān)，為W₂＝1/2L₂～1/3L₂，槽鋼腹板寬W₁與槽鋼截面寬W₂有關(guān)，為W₁＝1/2W₂～1/3W₂，槽鋼緣板高L₁與槽鋼高度L₂有關(guān)，為L(zhǎng)₁＝0.05L₂～0.15L₂。槽鋼緣板靠近腹板側(cè)的斜邊和腹板邊夾角β設(shè)計(jì)為130°～136°，本實(shí)施例中優(yōu)選135°。在本實(shí)施例中，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為R₁＝1800mm，轉(zhuǎn)子外徑為R₂＝2842mm，轉(zhuǎn)子鐵心(4)軸向長(zhǎng)度D＝3570mm，因此L₂＝8.76mm～11.66mm，優(yōu)選10mm，W₂＝3.33mm～5mm，優(yōu)選4.18mm，W₁＝1.39mm～2.09mm，優(yōu)選1.49mm，L₁＝0.5mm～1.5mm，優(yōu)選1mm。

為了更好提高通風(fēng)效果，本發(fā)明所述槽鋼分為三種規(guī)格，一種為工字形截面直線型槽鋼，其長(zhǎng)度較短，且槽鋼呈直線延伸結(jié)構(gòu)，以下用“短鋼”指代，如圖5所示(本圖僅展示實(shí)際整根槽鋼的一段)；另外兩種為工字形截面流線型槽鋼，槽鋼呈波浪形式延伸結(jié)構(gòu)，如圖6所示，其中一種長(zhǎng)度較長(zhǎng)，以下用“長(zhǎng)鋼”指代，另一種長(zhǎng)度于“長(zhǎng)鋼”和“短鋼”之間，以下用“中鋼”指代。其中，長(zhǎng)鋼和中鋼呈流線型，其寬度W₃與槽鋼截面寬度W₂有關(guān)，即W₃＝1.73W₂～1.91W₂，此處W₃＝7.23mm～7.98mm，優(yōu)選7.68mm。工字形截面流線型槽鋼俯視圖如圖6b所示，其中弧段半徑R₃(為最大彎曲點(diǎn)的半徑)，設(shè)計(jì)與槽鋼高度L₂有關(guān)，即R₃＝4.2L₂～4.7L₂，即R₃＝42mm～47mm，優(yōu)選45mm。一個(gè)弧段的直線長(zhǎng)度L₃＝1.925R₃，即86.625mm。如此設(shè)計(jì)扇風(fēng)效果最為明顯。相鄰兩弧段結(jié)構(gòu)尺寸相同，彎曲方向相反。

圖7、圖8和圖9為一個(gè)轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝截面內(nèi)，槽鋼安裝示意圖(圖8為圖7中B部分放大圖，圖9為圖8中C部分放大圖)。本實(shí)施例所述長(zhǎng)鋼和中鋼為工字形截面流線型槽鋼，長(zhǎng)鋼由5個(gè)弧段組成，其長(zhǎng)度與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁和轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，即L₄＝(2R₂-R₁)/15～(2R₂-R₁)/13，中槽鋼由3.5個(gè)弧段(即3個(gè)整弧加1個(gè)半弧)組成，長(zhǎng)度L₅＝(2R₂-R₁)/21～(2R₂-R₁)/19。短鋼為工字形截面直線型槽鋼，長(zhǎng)度亦與電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁和轉(zhuǎn)子外徑R₂有關(guān)，其長(zhǎng)度L₆＝(2R₂-R₁)/34～(2R₂-R₁)/33。在本實(shí)施例中，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑R₁＝1800mm，轉(zhuǎn)子外徑R₂＝2842mm，即L₄＝258.93mm～298.77mm，優(yōu)選275mm，L₅＝184.95mm～204.42mm，優(yōu)選195mm，L₆＝114.24mm～117.7mm，優(yōu)選116mm。

所述各槽鋼安裝于兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒軸向之間的通風(fēng)溝內(nèi)，每個(gè)齒上安裝三根槽鋼，分別為一根上述的長(zhǎng)鋼，一根上述中鋼和一根上述短鋼。三根槽鋼距離鐵心邊緣距離W₄與齒寬度L₇有關(guān)，為W₄＝L₇/10。在槽鋼遠(yuǎn)軸端，短鋼距離其最近齒邊的距離L₈＝0.1L₇～0.3L₇，短鋼的放置方向沿徑向延伸向軸。長(zhǎng)鋼和中鋼為流線型，在槽鋼遠(yuǎn)軸端，長(zhǎng)鋼距其最近齒邊距離L₉與齒寬L₇有關(guān)，即L₉＝0.2L₇～0.25L₇，長(zhǎng)鋼的放置方向延伸向軸。由于流線型的存在，中、短槽鋼之間間距為變值，且與槽鋼寬度W₂和流線型槽鋼一個(gè)弧段半徑R₃有關(guān)，最短間距L₁₀＝6(5L₇-4R₃-5W₂)。遠(yuǎn)軸端處，中、長(zhǎng)槽鋼之間距離L₁₁＝0.1L₇～0.2L₇。本實(shí)施例中，齒寬L₇＝40mm，R₃＝45mm，W₂＝4mm，L₃＝87.5mm，即L₈＝4mm～12mm，優(yōu)選8.25mm；L₉＝8mm～10mm，優(yōu)選9.31mm；L₁₀＝5.4mm；L₁₁＝4mm～8mm，優(yōu)選6.77mm。整體上，長(zhǎng)鋼、中鋼和短鋼在圓周上呈規(guī)律性分布，相鄰三個(gè)轉(zhuǎn)子齒對(duì)應(yīng)的槽鋼為一組，任意一個(gè)組的三齒上的槽鋼(圖8中IV、V、VI)優(yōu)選安裝方式按順時(shí)針?lè)较蛞来螢椤伴L(zhǎng)鋼”、“中鋼”、“短鋼”、“短鋼”、“中鋼”、“長(zhǎng)鋼”、“短鋼”、“中鋼”、“長(zhǎng)鋼”。同理，將電機(jī)全部齒按逆時(shí)針順序分成彼此不重合的若干組，每個(gè)組的規(guī)律相同。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)并不局限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不改變?cè)淼那闆r下，做出的任何無(wú)實(shí)質(zhì)變化的改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。