[实用新型]一种定子铁心通风沟结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及到电机冷却技术领域，尤其涉及一种冷却效果好的定子铁心通风沟结构。

背景技术

目前，我国电机能耗占工业能耗的60-70%，从节约能源、保护环境出发，高效率电机是现今国际发展趋势，我国“十二五”计划也加大了对高效电机的研发力度。提高电机的效率的途径之一是降低电机的损耗。

另一方面，随着电机设计与制造技术的进步，电机的容量不断提高，功率密度不断增加，其损耗、发热与通风的问题也变得越来越严重。为了保证大容量电机的可靠运行和使用寿命，有必要改善通风效果和降低损耗。

电机的损耗一般包括定转子铜耗、铁心损耗、轴承损耗、通风损耗以及其他损耗，其中通风损耗占电机总损耗的10%-30%。电机在运行过程中，定子绕组产生铜耗而发热，定子铁心由于铁损而发热，冷却气体经过转子和气隙后，流经定子铁心的通风沟，将定子绕组和定子铁心产生的热量带走，从而保证其温升在规定范围以内。定子铁心由沿其轴向间断分布的定子铁心段和定子通风沟组成；定子铁心段由一定厚度的定子铁心扇形片叠压而成，定子通风沟则由两互相平行的通风槽片及处于两通风槽片之间的多个通风沟支撑部件组成，每两个通风沟支撑部件和上下通风槽片围成的通道构成通风沟的一个重复结构单元。流经定子铁心通风沟的冷却气体与通风槽片和通风沟支撑部件的表面发生热交换。定子的冷却效果主要取决于冷却气体与通风槽片的热交换效果。冷却气体流量、流速和流态、通风槽片的换热面积等是影响定子散热的主要因素。使用现有的常规的定子通风槽片结构，受散热面积以及冷却空气流态限制，冷却气体的冷却效率不能明显提高，定子温升得不到有效的降低。

通风槽片与冷却气体的热交换形式主要为热传导和对流，主要发生在冷却气体与通风槽片表面接触的边界层内；对于层流流态，边界层的厚度一般为微米量级；而湍流流态相对于层流流态，其边界层的厚度以数量级形式增加，如果流态足够紊乱，则不会有明显的边界层，气体在整个风路内都会产生涡漩状的湍流，特别的，如果在风路中有扰动结构，那么在扰动结构附近会形成非常紊乱的湍流流态。因此，形成湍流与层流流态相比，冷却气体与通风槽片的换热就非常充分。

通风损耗包括气体循环时自身损耗和气体与风路中的过流部件之间的摩擦损耗。电机的通风损耗主要包括冷却气体流经转子、定子时的通风损耗。通风损耗与冷却气体流量的平方成正比例关系。使用现有的常规的定子风槽片结构，需要通过增加冷却气体流速和流量来改善定子的冷却效果，如此一来，会增加冷却空气通过转子和定子通风沟时的通风损耗。

对于现有的常规的定子通风沟，由于其由两平行的通风槽片与通风沟支撑部件组成，定子通风沟内冷却气体的流态主要决定于冷却气体流动时的雷诺数Re，当Re较小时，冷却气体的流态一般为层流，而雷诺数达到10⁵_~3×10⁶时，冷却气体的流态为转变为湍流。雷诺数Re=ρvL/μ，ρ为气体密度，μ为气体的粘度，v为气体流速，L为气体流过的部件特征长度；在气体性质和过流部件一致的条件下，Re与v成正比；提高风速v可以提高Re，从而改变气体流态。一般而言，为了得到良好的冷却效果，现有的电机的通风沟中的冷却气体风速高、雷诺数高，能形成湍流；但是,如前所述，这样通过提高冷却气体风速来提高冷却效果会使整机的通风损耗显著增加，不利于提高机组效率。而如果风路内具有能够对风路产生扰动的结构，即使气体流速很低，也能在扰动结构附近形成湍流，甚至形成卡门涡阶，能够在气体流速很低的情况下得到很好的换热效果，从而保证定子冷却效果的同时，降低通风损耗，提高机组的效率。

公开号为CN 202889110U，公开日为2013年04月17日的中国专利文献公开了一种高效低风阻的高压发电机，其特征在于：定子铁心上设有辐射发散的径向通风沟；在定子铁心的进风侧端部绕组内设置有端部填塞；在定子铁心的出风侧端部绕组外侧设置有环形的挡风板与挡风环，挡风环通过挡风板固定在机座的内壁，在出风窗处安置离心风扇。

该专利文献公开的高效低风阻的高压发电机，其定子铁心上设置有辐射发散式径向通风沟，通风沟形成的风路为平行风路，要使冷却气体与通风槽片的换热充分，则需要提高冷却气体单位流量，会导致冷却风量提高，最终使转子和定子的通风损耗显著增加，电机效率降低。

公开号为CN 102497040A，公开日为2012年06月13日的中国专利文献公开了一种通风槽片，其特征在于：它包括通风槽片本体，在通风槽片本体上沿风沟风向设置翅片，所述翅片与通风槽片本体形成夹角。