[實用新型]一種定子鐵心通風溝結構

有效

• 申請號: 201420032709.5
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN203734394U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 鄭小康;廖毅剛;張天鵬;錢昌燕;杜國斌;鄢幫國;劉健俊;蔣富強
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方電機有限公司
• 主分類號: H02K1/20
• 分類號: H02K1/20
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 冉鵬程

技術領域

本實用新型涉及到電機冷卻技術領域，尤其涉及一種冷卻效果好的定子鐵心通風溝結構。

背景技術

目前，我國電機能耗占工業能耗的60-70%，從節約能源、保護環境出發，高效率電機是現今國際發展趨勢，我國“十二五”計劃也加大了對高效電機的研發力度。提高電機的效率的途徑之一是降低電機的損耗。

另一方面，隨著電機設計與制造技術的進步，電機的容量不斷提高，功率密度不斷增加，其損耗、發熱與通風的問題也變得越來越嚴重。為了保證大容量電機的可靠運行和使用壽命，有必要改善通風效果和降低損耗。

電機的損耗一般包括定轉子銅耗、鐵心損耗、軸承損耗、通風損耗以及其他損耗，其中通風損耗占電機總損耗的10%-30%。電機在運行過程中，定子繞組產生銅耗而發熱，定子鐵心由于鐵損而發熱，冷卻氣體經過轉子和氣隙后，流經定子鐵心的通風溝，將定子繞組和定子鐵心產生的熱量帶走，從而保證其溫升在規定范圍以內。定子鐵心由沿其軸向間斷分布的定子鐵心段和定子通風溝組成；定子鐵心段由一定厚度的定子鐵心扇形片疊壓而成，定子通風溝則由兩互相平行的通風槽片及處于兩通風槽片之間的多個通風溝支撐部件組成，每兩個通風溝支撐部件和上下通風槽片圍成的通道構成通風溝的一個重復結構單元。流經定子鐵心通風溝的冷卻氣體與通風槽片和通風溝支撐部件的表面發生熱交換。定子的冷卻效果主要取決于冷卻氣體與通風槽片的熱交換效果。冷卻氣體流量、流速和流態、通風槽片的換熱面積等是影響定子散熱的主要因素。使用現有的常規的定子通風槽片結構，受散熱面積以及冷卻空氣流態限制，冷卻氣體的冷卻效率不能明顯提高，定子溫升得不到有效的降低。

通風槽片與冷卻氣體的熱交換形式主要為熱傳導和對流，主要發生在冷卻氣體與通風槽片表面接觸的邊界層內；對于層流流態，邊界層的厚度一般為微米量級；而湍流流態相對于層流流態，其邊界層的厚度以數量級形式增加，如果流態足夠紊亂，則不會有明顯的邊界層，氣體在整個風路內都會產生渦漩狀的湍流，特別的，如果在風路中有擾動結構，那么在擾動結構附近會形成非常紊亂的湍流流態。因此，形成湍流與層流流態相比，冷卻氣體與通風槽片的換熱就非常充分。

通風損耗包括氣體循環時自身損耗和氣體與風路中的過流部件之間的摩擦損耗。電機的通風損耗主要包括冷卻氣體流經轉子、定子時的通風損耗。通風損耗與冷卻氣體流量的平方成正比例關系。使用現有的常規的定子風槽片結構，需要通過增加冷卻氣體流速和流量來改善定子的冷卻效果，如此一來，會增加冷卻空氣通過轉子和定子通風溝時的通風損耗。

對于現有的常規的定子通風溝，由于其由兩平行的通風槽片與通風溝支撐部件組成，定子通風溝內冷卻氣體的流態主要決定于冷卻氣體流動時的雷諾數Re，當Re較小時，冷卻氣體的流態一般為層流，而雷諾數達到10⁵_~3×10⁶時，冷卻氣體的流態為轉變為湍流。雷諾數Re=ρvL/μ，ρ為氣體密度，μ為氣體的粘度，v為氣體流速，L為氣體流過的部件特征長度；在氣體性質和過流部件一致的條件下，Re與v成正比；提高風速v可以提高Re，從而改變氣體流態。一般而言，為了得到良好的冷卻效果，現有的電機的通風溝中的冷卻氣體風速高、雷諾數高，能形成湍流；但是,如前所述，這樣通過提高冷卻氣體風速來提高冷卻效果會使整機的通風損耗顯著增加，不利于提高機組效率。而如果風路內具有能夠對風路產生擾動的結構，即使氣體流速很低，也能在擾動結構附近形成湍流，甚至形成卡門渦階，能夠在氣體流速很低的情況下得到很好的換熱效果，從而保證定子冷卻效果的同時，降低通風損耗，提高機組的效率。

公開號為CN?202889110U，公開日為2013年04月17日的中國專利文獻公開了一種高效低風阻的高壓發電機，其特征在于：定子鐵心上設有輻射發散的徑向通風溝；在定子鐵心的進風側端部繞組內設置有端部填塞；在定子鐵心的出風側端部繞組外側設置有環形的擋風板與擋風環，擋風環通過擋風板固定在機座的內壁，在出風窗處安置離心風扇。

該專利文獻公開的高效低風阻的高壓發電機，其定子鐵心上設置有輻射發散式徑向通風溝，通風溝形成的風路為平行風路，要使冷卻氣體與通風槽片的換熱充分，則需要提高冷卻氣體單位流量，會導致冷卻風量提高，最終使轉子和定子的通風損耗顯著增加，電機效率降低。

公開號為CN?102497040A，公開日為2012年06月13日的中國專利文獻公開了一種通風槽片，其特征在于：它包括通風槽片本體，在通風槽片本體上沿風溝風向設置翅片，所述翅片與通風槽片本體形成夾角。