本發(fā)明涉及一種利于散熱的大型電機定子通風(fēng)槽鋼結(jié)構(gòu)，具體涉及一種電機定子徑向通風(fēng)系統(tǒng)，屬于電機通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對于采用徑向通風(fēng)系統(tǒng)的大型電機，電機定子部分的損耗主要通過徑向通風(fēng)溝冷卻空氣流動向外散熱。但是，當(dāng)冷卻氣體通過徑向通風(fēng)溝時，由于風(fēng)路截面突然變窄，流速變大；當(dāng)冷卻氣體從定子線棒尾部流出時，由于定子線棒兩側(cè)的氣體與定子線棒尾部的氣體流速相差很大，造成定子線圈尾部形成渦流，渦流中間部位風(fēng)速極小，嚴(yán)重影響定子線圈尾部的散熱。如果電機的通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致電機局部溫升過高或不均勻，嚴(yán)重影響電機的使用壽命。

在電機徑向通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)槽鋼一般采用直線型、V型及多轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)。中國專利號為201220141957.4所述的的直線型定子通風(fēng)槽鋼，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是不能改變定子徑向通風(fēng)溝內(nèi)氣流方向，定子線圈尾部渦流損耗大；中國專利號為201520770017.5所述的V型定子通風(fēng)槽鋼，雖然可以改變定子風(fēng)路流向，但是存在風(fēng)路流向不均衡、定子整體溫度較高；中國專利號201410835452.1所述的多轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)的通風(fēng)槽鋼，由于其轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)不光滑，冷卻氣體在通風(fēng)溝內(nèi)風(fēng)磨損耗較大，散熱效果不佳。另外，無論是直線型槽鋼、V型槽鋼還是多轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)的通風(fēng)槽鋼，截面均為方型，方型通風(fēng)槽鋼機械性能較差，且通風(fēng)溝內(nèi)的風(fēng)磨損耗較大，不利于定子部分通風(fēng)散熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既能改變風(fēng)路流向、又能減小風(fēng)磨損耗的定子通風(fēng)槽鋼。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：利于散熱的大型電機定子通風(fēng)槽鋼結(jié)構(gòu)，主要包括分段定子鐵心(1)、徑向通風(fēng)溝(2)及通風(fēng)槽鋼(3)，其中分段定子鐵心(1)沿軸向分布，其段數(shù)n由定子鐵心(1)的外徑確定，為n＝D/55～D/50，D為電機定子鐵心外徑，相鄰的分段定子鐵心(1)之間為徑向通風(fēng)溝(2)，其由沿圓周分布的通風(fēng)槽鋼(3)形成，徑向通風(fēng)溝(2)的軸向?qū)挾萀_d與電機定子鐵心(1)外徑D與軸向長度L_fe有關(guān)，L_d＝(0.1D+0.3L_fe)/55～(0.2D+0.1L_fe)/35，定子鐵心(1)包括定子齒(4)和定子槽(5)，相鄰的分段定子鐵心(1)的定子齒(4)和定子槽(5)在軸向上一一對應(yīng)，定子槽(5)內(nèi)放置有繞組，通風(fēng)槽鋼(3)安裝在相鄰分段定子鐵心(1)的定子齒(4)之間，所述通風(fēng)槽鋼(3)采用矩形截面直線型槽鋼和工字形截面流線型槽鋼，且相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒之間放置三根長度各不相等的槽鋼，即兩根矩形截面直線型槽鋼和一根工字形截面流線型槽鋼，所述的矩形截面直線型槽鋼截面采用矩形，呈直線形式延伸，矩形截面直線型槽鋼寬度為L₁，L₁與定子齒寬b_t有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₁＝b_t/3～b_t/2，矩形截面直線型槽鋼的截面寬度為L₂，L₂與矩形截面直線型槽鋼寬度L₁有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₂＝L₁，截面厚度L₃與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_t有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₃＝L_t；所述工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄，其大小與定子齒寬b_t有關(guān)，L₄＝2b_t/5～b_t/2，工字形截面流線型槽鋼腳板厚度L₆與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_d有關(guān)，為L₆＝L_d/10～L_d/7，工字形截面流線型槽鋼腹板寬L₇，其大小與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄有關(guān)，為L₇＝L₄/3～L₄/2，工字形截面流線型槽鋼截面厚度為L₅，其大小與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_d有關(guān)，即L₅＝L_d，工字形角度β與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄及工字形截面流線型槽鋼厚度L₅有關(guān)，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計，其中工字形角度β為工字形截面流線型槽鋼工字形截面橫邊與斜邊之間的夾角。工字形截面流線型槽鋼寬度L₈，L₈與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄有關(guān)，L₈＝L₄，工字形截面流線型槽鋼彎曲距離r及彎曲角度θ與定子齒寬b_t及定子齒高h(yuǎn)_s有關(guān)，即r＝b_t/6～b_t/3，其中彎曲距離r為工字形截面流線型槽鋼最大彎曲點與相鄰兩個彎曲中點之間的徑向距離，彎曲角度θ為相鄰兩個彎曲之間中點處的切線與相鄰兩個彎曲中點連線之間的夾角。

所述相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒(4)之間放置長、中、短三根槽鋼，其中，長槽鋼和短槽鋼為矩形截面直線型槽鋼，中槽鋼為工字形截面流線型槽鋼，其中工字形截面流線型槽鋼由五個彎曲組成。各槽鋼直線長度與電機定子鐵心外徑D及定子齒高h(yuǎn)_s有關(guān)，其中長槽鋼直線長度L_s1＝0.13(D-2h_s)～0.18(D-2h_s)，中槽鋼直線長度L_s2＝0.1(D-2h_s)～0.15(D-2h_s)，短槽鋼直線長度L_s3＝0.09(D-2h_s)～0.11(D-2h_s)，在槽鋼近軸端，三根槽鋼距離鐵心邊緣距離均為h_t1，長度為7mm～10mm，中間位置的工字形截面流線型槽鋼與兩邊的矩形截面直線型槽鋼最大距離和最小距離分別為為h_t2和h_t3，h_t2和h_t3大小與流線型槽鋼彎曲距離r、矩形截面直線型槽鋼寬度L₁及工字形截面流線型槽鋼寬度L₈均有關(guān)，為h_t2＝0.3L₁+r-0.2L₈～0.8L₁+r-0.6L₈，h_t3＝0.5L₁+0.8r-0.7L₈～0.5L₁-0.6r+0.12L₈，短槽鋼中心位置與近側(cè)齒邊距離b_t1與長槽鋼中心位置與近側(cè)齒邊距離b_t4相等，與工字形截面流線型槽鋼截面厚度L₅及定子齒寬b_t均有關(guān)，為b_t1＝b_t4＝0.19b_t+0.11L₅～0.6b_t-0.65L₅，中槽鋼中心距離短槽鋼中心距離b_t2與距離長槽鋼的中心距離b_t3相等，且該距離與工字形截面流線型槽鋼截面厚度L₅、定子齒寬b_t及工字形截面流線型槽鋼彎曲距離r均有關(guān)，為b_t2＝b_t3＝0.5b_t-0.3L₅-0.6r～0.5b_t-0.45L₅+0.2r，整體上，各槽鋼按周期分布于整個徑向通風(fēng)溝內(nèi)，以三個齒為一個周期，在一個周期內(nèi)的三齒上，槽鋼優(yōu)選安裝方式按順時針方向依次為“矩形截面直線型長槽鋼”、“工字形截面流線型中槽鋼”、“矩形截面直線型短槽鋼”、“矩形截面直線型長槽鋼”、“工字形截面流線型中槽鋼”、“矩形截面直線短槽鋼”、“矩形截面直線型短槽鋼”、“工字形截面流線型中槽鋼”、“矩形截面直線型長槽鋼”。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明所述的通風(fēng)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：所發(fā)明的矩形截面槽鋼加工方便，但是不能改變通風(fēng)道內(nèi)冷卻氣體的流動方向，通過將矩形截面槽鋼與工字形截面流線型槽鋼有效結(jié)合，不但有效降低線圈尾部渦流損耗，而且通風(fēng)溝內(nèi)風(fēng)磨損耗大大降低，另外，通過改變槽鋼數(shù)量及長短分布，使電機散熱效果增強，且電機散熱效率增加15％左右。

附圖說明

圖1為電機定子鐵心通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電機定子徑向通風(fēng)溝結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3為矩形截面直線型槽鋼整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為工字形截面流線型槽鋼整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為工字形截面流線型槽鋼俯視圖和左視圖，其中圖5a為工字形截面流線型槽鋼俯視圖，圖5b為其左視圖；

圖6為定子齒間安裝三根長短不等槽鋼局部放大圖；

圖7為圖6中A部分放大圖；

具體實施方式

下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實施方式。

本實施例涉及的電機參數(shù)：定子鐵心外徑D＝1260mm，L_fe＝1340mm，定子齒寬b_t＝19.3mm，定子齒高h(yuǎn)_s＝81.4mm。如圖1所示，本發(fā)明所述利于散熱的大型電機定子通風(fēng)槽鋼結(jié)構(gòu)，主要包括分段定子鐵心(1)、徑向通風(fēng)溝(2)及通風(fēng)槽鋼(3)，其中分段定子鐵心(1)沿軸向分布，其段數(shù)n由定子鐵心(1)的外徑確定，為n＝D/55～D/50，D為電機定子鐵心外徑，相鄰的分段定子鐵心(1)之間為徑向通風(fēng)溝(2)，其由沿圓周分布的通風(fēng)槽鋼(3)形成，徑向通風(fēng)溝(2)的軸向?qū)挾萀_d與電機定子鐵心(1)外徑D與軸向長度L_fe有關(guān)，L_d＝(0.1D+0.3L_fe)/55～(0.2D+0.1L_fe)/35，定子鐵心(1)包括定子齒(4)和定子槽(5)，相鄰的分段定子鐵心(1)的定子齒(4)和定子槽(5)在軸向上一一對應(yīng)，定子槽(5)內(nèi)放置有繞組，通風(fēng)槽鋼(3)安裝在相鄰分段定子鐵心(1)的定子齒(4)之間，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，可得分段定子鐵心的段數(shù)n＝22.9～25.2，優(yōu)選24，徑向通風(fēng)溝的軸向長度L_d＝9.6mm～11mm，優(yōu)選10mm。

現(xiàn)有電機定子通風(fēng)槽鋼結(jié)構(gòu)單一，風(fēng)磨損耗大，通風(fēng)效果不佳，且沒有充分考慮槽鋼對冷卻氣體的導(dǎo)流作用。為了更好提高通風(fēng)效果，降低線圈尾部渦流損耗，本發(fā)明所述電機采用矩形截面直線型槽鋼和工字形截面流線型槽鋼，且相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒之間放置三根長度各不相等的槽鋼，即兩根矩形截面直線型槽鋼，一根工字形截面流線型槽鋼，其三維結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，下面對這兩種槽鋼分別進行描述。

所述的矩形截面直線型槽鋼(3)截面采用矩形，呈直線形式延伸，如圖3所示。矩形截面直線型槽鋼寬度為L₁，L₁與定子齒寬b_t有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₁＝b_t/3～b_t/2，即L₁＝6.43mm～9.65mm，優(yōu)選8.7mm。矩形截面直線型槽鋼截面為矩形，截面寬度為L₂，L₂與矩形截面直線型槽鋼寬度L₁有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₂＝L₁，即L₂＝8.7mm，截面厚度L₃與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_d有關(guān)，存在以下關(guān)系：L₃＝L_d，即L₃＝10mm。

工字形截面流線型槽鋼整體結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了清楚描述該槽鋼結(jié)構(gòu)，取工字形截面流線型槽鋼俯視圖及左視圖為分析對象，如圖5所示，其中圖5a為工字形截面流線型槽鋼俯視圖，圖5b為工字形截面流線型槽鋼左視圖。所述工字形截面流線型槽鋼截面如圖5a所示，工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄，其大小與定子齒寬b_t有關(guān)，L₄＝2b_t/5～b_t/2，即L₄＝7.72mm～9.65mm，優(yōu)選8.3mm，工字形截面流線型槽鋼腳板厚度L₆與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_d有關(guān)，為L₆＝L_d/10～～L_d/7，即L₆＝0.96mm～1.57mm，優(yōu)選為1.2mm，工字形截面流線型槽鋼腹板寬L₇，其大小與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄有關(guān)，為L₇＝L₄/3～L₄/2，即L₇＝2.57mm～4.82mm，為了節(jié)省材料又保證工字形截面流線型槽鋼的機械性能，L₇優(yōu)選為4mm，工字形截面流線型槽鋼截面厚度為L₅，其大小與通風(fēng)溝軸向?qū)挾萀_d有關(guān)，即L₅＝L_d，則L₅＝10mm.工字形角度β與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄及工字形截面流線型槽鋼厚度L₅有關(guān)，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計，則β＝25.73°～38.78°，為了減小通風(fēng)道內(nèi)風(fēng)磨損耗，β優(yōu)選為36°，其中工字形角度β為工字形截面流線型槽鋼工字形截面橫邊與斜邊之間的夾角。工字形截面流線型槽鋼(如圖5b左視圖所示)寬度L₈，L₈與工字形截面流線型槽鋼腳板寬L₄有關(guān)，L₈＝L₄，即L₈＝8.3mm。工字形截面流線型槽鋼彎曲距離r及彎曲角度θ與定子齒寬b_t及定子齒高h(yuǎn)_s有關(guān)，即r＝b_t/6～b_t/3，則r＝3.2mm～6.5mm，優(yōu)選4mm，θ＝14.7°～27.8°，優(yōu)選17°，其中圖5b中W所示部分表示槽鋼的一個彎曲，彎曲距離r為工字形截面流線型槽鋼最大彎曲點與相鄰兩個彎曲中點之間的徑向距離，彎曲角度θ為相鄰兩個彎曲之間中點處的切線與相鄰兩個彎曲中點連線之間的夾角，該設(shè)計在減小線圈尾部渦流損耗的同時保證了最大通風(fēng)散熱效果。

為了進一步提高定子的通風(fēng)效果，本發(fā)明所述相鄰分段定子鐵心(1)的每個定子齒(4)之間放置長、中、短三根槽鋼，如圖6所示，其中，長槽鋼和短槽鋼為矩形截面直線型槽鋼，中槽鋼為工字形截面流線型槽鋼，其中工字形截面流線型槽鋼由五個彎曲組成。各槽鋼直線長度與電機定子鐵心外徑D及定子齒高h(yuǎn)_s有關(guān)，其中長槽鋼直線長度L_s1＝0.13(D-2h_s)～0.18(D-2h_s)，中槽鋼直線長度L_s2＝0.1(D-2h_s)～0.15(D-2h_s)，短槽鋼直線長度L_s3＝0.09(D-2h_s)～0.11(D-2h_s)，即L_s1＝142.6mm～197.5mm，優(yōu)選164mm，L_s2＝109.8mm～164.7mm，優(yōu)選128mm，L_s3＝98.7mm～120.7mm，優(yōu)選106mm。各槽鋼安裝于通風(fēng)溝內(nèi)各齒上，每個齒上安放三根槽鋼，槽鋼整體沿徑向方向延伸。圖7為圖6中A部分的放大圖，三條槽鋼分別由a、b及c表示，其中a和c表示矩形截面直線型短槽鋼和矩形截面直線型長槽鋼，b表示工字形截面流線型中槽鋼。在槽鋼近軸端，槽鋼距離鐵心邊緣距離為h_t1，長度為7mm～10mm，優(yōu)選8.5mm，中間位置的工字形截面流線型槽鋼b與矩形截面直線型槽鋼a最大距離和最小距離分別為為h_t2和h_t3，h_t2和h_t3大小與工字形截面流線型槽鋼彎曲距離r、矩形截面直線型槽鋼寬度L₁及工字形截面流線型槽鋼寬度L₈均有關(guān)，通過優(yōu)化設(shè)計可得，h_t2＝0.3L₁+r-0.2L₈～0.8L₁+r-0.6L₈，h_t3＝0.5L₁+0.8r-0.7L₈～0.5L₁-0.6r+0.12L₈，即h_t2＝4.95mm～5.98mm，優(yōu)選5.04mm，h_t3＝1.34mm～2.95mm，優(yōu)選1.62mm，同理，中間位置的工字形截面流線型槽鋼b與矩形截面直線型槽鋼c最大距離和最小距離與上述相等，不再贅述。a槽鋼中心位置與近側(cè)齒邊距離(圖7中b_t1)與c槽鋼中心位置與近側(cè)齒邊距離(圖7中b_t4)相等，其距離與工字形截面流線型槽鋼截面厚度L₅及定子齒寬b_t均有關(guān)，即b_t1＝b_t4＝0.19b_t+0.11L₅～0.6b_t-0.65L₅，即b_t1＝b_t4＝4.55mm～6.38mm，優(yōu)選4.64mm；b槽鋼中心距離a槽鋼中心距離(圖7中b_t2)與距離c槽鋼的中心距離(圖7中b_t3)相等，且該距離與工字形截面流線型槽鋼截面厚度L₅、定子齒寬b_t及工字形截面流線型槽鋼彎曲距離r均有關(guān)，b_t2＝b_t3＝0.5b_t-0.3L₅-0.6r～0.5b_t-0.45L₅+0.2r，即b_t2＝b_t3＝4.85mm～7.65mm，優(yōu)選5.01mm。整體上，各槽鋼按周期分布于整個徑向通風(fēng)溝內(nèi)，以三個齒為一個周期，在一個周期內(nèi)的三齒上，槽鋼優(yōu)選安裝方式按順時針方向依次為“164mm矩形截面直線型長槽鋼”、“128mm工字形截面流線型中槽鋼”、“106mm矩形截面直線型短槽鋼”、“164mm矩形截面直線型長槽鋼”、“128mm工字形截面流線型中槽鋼”、“106mm矩形截面直線短槽鋼”、“106mm矩形截面直線型短槽鋼”、“128mm工字形截面流線型中槽鋼”、“164mm矩形截面直線型長槽鋼”，槽鋼分布如上述圖6所示。該設(shè)計對通風(fēng)道內(nèi)冷卻氣體具有很好的導(dǎo)流效果，且定子線圈尾部渦流損耗明顯減小，電機散熱率提高15％左右。

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(lǐng)域技術(shù)人員在不改變原理的情況下，做出的任何無實質(zhì)變化的改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明說明書中未作詳細(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)。