[發明專利]交流牽引電機轉子齒部軸向通風槽的設計方法

有效

• 申請號: 202011245443.9
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112564358B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張小平;郭宇軒;張鑄;朱廣輝;王江;王洋
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32
• 代理公司: 湖南喬熹知識產權代理事務所(普通合伙) 43262
• 代理人: 安曼

本發明公開了一種交流牽引電機轉子齒部軸向通風槽的設計方法，所述軸向通風槽開于交流牽引電機轉子齒部，通過數學擬合的方式求得不同寬度下的轉子端環平均溫度與定子繞組平均溫度，并對該溫度進行散熱效果分析，從而得到軸向通風槽最優寬度。此結構的優點在于：將通風槽開設于電機運行中溫升最高的轉子齒部，能大幅提升轉子齒部的通風散熱效果，使電機轉子尤其是其齒部和端環的溫度明顯降低，從而能顯著減少因溫升過高而引起轉子斷條等故障的產生，達到有效提高電機運行壽命與可靠性的目的。

技術領域

本發明涉及交流牽引電機通風結構設計領域，具體涉及一種交流牽引電機轉子齒部軸向通風槽。

背景技術

交流牽引電機因具有結構簡單、成本低、維護方便等優點而得到了廣泛應用。然而隨著交流牽引電機功率密度的不斷提高，其運行時產生的單位體積損耗也隨之不斷增加，由此將造成電機溫升不斷提高。如果電機溫升過高，則可能會引起電機轉子導條斷裂、繞組絕緣損壞等故障，因此針對交流牽引電機通風結構進行優化設計以降低其溫升將具有重要意義。

交流牽引電機轉子齒部與端環為整個電機溫升的最高部位，為了降低其溫升，一般都在轉子上開有軸向通風槽。然而目前其軸向通風槽一般開在轉子齒部與轉子軸之間，距離轉子齒部仍有一定的距離，因而降低了其降溫效果；顯然若將其通風槽開在越靠近轉子齒部，則越有利于其對流換熱，因而越有利于降低其轉子齒部的溫升。然而由于轉子齒部磁通密度較大，如果將通風槽開在轉子齒部將會對電機定子銅耗產生一定的影響，且隨通風槽寬度尺寸的增加，其影響也將越大；但增加通風槽的寬度尺寸，又有利于降低其轉子齒部的溫升；因而如何確定其轉子齒部軸向通風槽的最佳位置與形狀，并研究確定相應的最佳寬度尺寸，以盡量降低對其定子銅耗的影響，提高轉子齒部的降溫效果，對于提高電機的運行壽命與可靠性將具有重要的意義。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種交流牽引電機轉子齒部軸向通風槽的設計方法，采用該設計方法設計而得的通風槽可根據不同型號轉子的尺寸得到不同的通風槽設計參數，通過該通風槽，可有效降低交流牽引電機轉子的溫度。

交流牽引電機轉子齒部軸向通風槽的設計方法，其中，所述軸向通風槽開于交流牽引電機轉子齒部，所述軸向通風槽為矩形截面，所述矩形截面的中心線與其所在轉子齒部的中心線重合；所述矩形截面的最佳寬度尺寸確定步驟如下：

步驟(1)在矩形截面寬度取值范圍內任取若干個寬度值，并根據電機其它相關參數建立其分析模型；

步驟(2)針對步驟(1)所得分析模型進行共軛傳熱分析，得到其對應的轉子端環平均溫度與定子繞組平均溫度；

步驟(3)針對步驟(2)所得溫度數據及寬度值采用數值擬合方法進行擬合，得到轉子端環平均溫度和定子繞組平均溫度與轉子齒部軸向通風槽寬度間的函數關系式；

步驟(4)根據步驟(3)所得轉子端環平均溫度和定子繞組平均溫度的函數關系式，構建散熱效果評價函數；

步驟(5)通過計算散熱效果評價函數的最小值，獲得相應的轉子齒部軸向通風槽的寬度值，該寬度值即為轉子齒部軸向通風槽的最佳寬度尺寸。

優選地，步驟(1)中的寬度值呈等差數列選取。

優選地，步驟(1)中所述矩形截面寬度取值范圍大于0，并小于轉子齒部寬度。

優選地，步驟(3)中所得轉子端環平均溫度和定子繞組平均溫度與轉子齒部軸向通風槽寬度間的函數關系式，具體為：

轉子端環平均溫度與轉子齒部軸向通風槽寬度間的函數關系式：

u(x)＝a₁x³+a₂x²+a₃x+a₄ (1)