一种肋片型扇形片通风槽片、电机、制造方法及优化设计方法与流程

本发明属于电机，特别是涉及一种肋片型扇形片通风槽片、电机、制造方法及优化设计方法。

背景技术：

1、采用径向通风的电机，其定子铁心由扇形硅钢片、通风槽片、定位筋、齿压板、拉紧螺杆及固定片等零部件装压而成，通风槽片与相邻的上下扇形硅钢片组成定子铁心通风沟，冷却空气由定子内径通过通风沟流至定子外径，对定子铁心及定子线圈进行冷却。

2、现有的通风槽片由扇形片及通风槽钢组成，其中齿部一般布置两根通风槽钢，轭部布置一根通风槽钢。铁心上的热流主要通过铁心表面与通风沟内空气之间的对流换热带走，通风槽片与空气之间的热阻是制约电机温升的关键因素。

3、为降低该热阻，通常有两种思路：一是提高通风沟内的风速以提升换热系数；二是增加散热面积以降低热阻。前者受风机功耗及风路阻力限制，提升空间有限；后者受限于通风槽片原有结构形式，单纯依靠槽钢本身的表面积难以实现大幅增长。随着大型水轮发电机等机组容量不断提升，定子铁心发热量增加，现有通风槽片的散热能力渐显不足，亟需对通风槽片结构进行改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种肋片型扇形片通风槽片、电机、制造方法及优化设计方法，以解决现有电机通风槽片散热面积小、热阻大，导致定子铁心温升过高的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种肋片型扇形片通风槽片，用于电机的定子铁心，包括扇形片、齿部通风槽钢、轭部通风槽钢、齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片；所述齿部通风槽钢设于扇形片的齿部，所述轭部通风槽钢设于扇形片的轭部；所述齿内肋片设于相邻的两根齿部通风槽钢之间；所述齿边肋片设于齿部通风槽钢与扇形片的线圈嵌槽之间；所述轭部肋片设于轭部通风槽钢的两侧；所述齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片的高度均小于齿部通风槽钢和轭部通风槽钢的高度。

3、更进一步的，所述齿部通风槽钢从扇形片的内圆处延伸至扇形片的外圆处，所述轭部通风槽钢从扇形片的线圈嵌槽的槽底处延伸至扇形片的外圆处。

4、更进一步的，所述齿内肋片和齿边肋片均从扇形片的内圆处延伸至扇形片的外圆处，所述轭部肋片从扇形片的线圈嵌槽的槽底处延伸至扇形片的外圆处。

5、更进一步的，所述齿部通风槽钢的两侧边与扇形片的边缘之间留有0.1mm~10mm的间隙。

6、更进一步的，所述齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片的高度小于齿部通风槽钢和轭部通风槽钢的高度0.1mm～0.5mm。

7、更进一步的，所述齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片均为直翅肋片或波纹形肋片。

8、更进一步的，所述齿内肋片的数量n、齿边肋片的数量m和轭部肋片的数量l均为0～50的整数；当n、m或l取值为0时，表示该部位不设置对应的肋片；位于相邻两个通风槽片接合处的肋片被取消。

9、一种电机，包括定子铁心，所述定子铁心包括肋片型扇形片通风槽片。

10、一种肋片型扇形片通风槽片的制造方法，包括以下步骤：

11、s1：加工扇形片；

12、s2：在扇形片的齿部固定齿部通风槽钢，在扇形片的轭部固定轭部通风槽钢，在相邻的两根齿部通风槽钢之间设置对应数量的齿内肋片，在齿部通风槽钢与扇形片的线圈嵌槽之间设置对应数量的齿边肋片，在轭部通风槽钢的两侧设置对应数量的轭部肋片。

13、一种肋片型扇形片通风槽片的优化设计方法，包括以下步骤：

14、s1：建立计算模型，计算模型包含铁心、绝缘、线圈、通风槽钢及通风槽片，计算区域由一齿、两个半槽、一个铁心段长及相邻两个通风沟组成；

15、s2：输入电机运行参数及材料的热物理特性参数，所述运行参数包括铜耗、铁耗及通风沟风量；

16、s3：设定边界条件，采用三维流固耦合方法计算通风沟内的流体场及计算区域内的温度场；

17、s4：调整齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片的宽度、高度、长度及数量，迭代执行步骤s1至s3，获取不同结构参数下的温升计算结果；

18、s5：比较不同结构参数下的温升计算结果，选取满足预设温升阈值的结构参数作为最终设计方案，结构参数包括齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片的材料、几何尺寸、数量以及扇形片的材料及厚度。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明通过在扇形片上合理布置齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片，有效增大了散热面积、降低了热阻，从而解决了现有通风槽片因散热面积小、热阻大而导致定子铁心温升过高的技术问题，显著提升了电机的冷却性能和运行可靠性；

21、2、本发明在扇形片的齿部相邻两根齿部通风槽钢之间设置了齿内肋片，在齿部通风槽钢与线圈嵌槽之间设置了齿边肋片，在轭部通风槽钢两侧设置了轭部肋片，这些肋片附着于扇形片表面，使原本仅靠扇形片平面散热的区域获得了额外的肋片侧面散热面积，从而使整个通风槽片的散热面积成倍增长，从根本上解决了现有通风槽片散热面积过小的问题；

22、3、本发明降低了通风槽片与冷却空气之间的热阻，由于散热面积的增大，在相同风速条件下，单位时间内从铁心传递到空气中的热量更多，热阻相应降低，同时，肋片的设置改变了通风沟内的气流走向，在一定程度上提高了局部风速，进一步强化了对流换热效果，两方面共同作用，使得通风槽片与空气之间的热阻大幅减小，有效降低了电机的温升；

23、4、本发明齿内肋片、齿边肋片和轭部肋片的数量n、m、l可在0～50的整数范围内选择，肋片的高度、厚度、长度、型式以及材料均能够根据具体电机设计的性价比进行调整，通过优化设计方法，能够针对不同的电机容量、冷却条件和成本约束，快速获得最优的肋片配置方案，兼顾散热性能与经济性；

24、5、本发明不仅适用于各类径向通风的电机，特别是大型水轮发电机，而且其制造方法简单易行，只需在现有通风槽片的扇形片上增加肋片的焊接或固定工序即能够实现，无需对电机整体结构进行大幅改动，具有良好的工程实用性和推广价值。

1.一种肋片型扇形片通风槽片，用于电机的定子铁心，其特征在于：包括扇形片（1）、齿部通风槽钢（2）、轭部通风槽钢（3）、齿内肋片（4）、齿边肋片（5）和轭部肋片（6）；所述齿部通风槽钢（2）设于扇形片（1）的齿部，所述轭部通风槽钢（3）设于扇形片（1）的轭部；所述齿内肋片（4）设于相邻的两根齿部通风槽钢（2）之间；所述齿边肋片（5）设于齿部通风槽钢（2）与扇形片（1）的线圈嵌槽之间；所述轭部肋片（6）设于轭部通风槽钢（3）的两侧；所述齿内肋片（4）、齿边肋片（5）和轭部肋片（6）的高度均小于齿部通风槽钢（2）和轭部通风槽钢（3）的高度。

2.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿部通风槽钢（2）从扇形片（1）的内圆处延伸至扇形片（1）的外圆处，所述轭部通风槽钢（3）从扇形片（1）的线圈嵌槽的槽底处延伸至扇形片（1）的外圆处。

3.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿内肋片（4）和齿边肋片（5）均从扇形片（1）的内圆处延伸至扇形片（1）的外圆处，所述轭部肋片（6）从扇形片（1）的线圈嵌槽的槽底处延伸至扇形片（1）的外圆处。

4.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿部通风槽钢（2）的两侧边与扇形片（1）的边缘之间留有0.1mm~10mm的间隙。

5.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿内肋片（4）、齿边肋片（5）和轭部肋片（6）的高度小于齿部通风槽钢（2）和轭部通风槽钢（3）的高度0.1mm～0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿内肋片（4）、齿边肋片（5）和轭部肋片（6）均为直翅肋片或波纹形肋片。

7.根据权利要求1所述的一种肋片型扇形片通风槽片，其特征在于：所述齿内肋片（4）的数量n、齿边肋片（5）的数量m和轭部肋片（6）的数量l均为0～50的整数；当n、m或l取值为0时，表示该部位不设置对应的肋片；位于相邻两个通风槽片接合处的肋片被取消。

8.一种电机，包括定子铁心，其特征在于：所述定子铁心包括如权利要求1至7中任一项所述的肋片型扇形片通风槽片。

9.一种如权利要求1至7中任一项所述的肋片型扇形片通风槽片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种如权利要求1至7中任一项所述的肋片型扇形片通风槽片的优化设计方法，用于优化如权利要求1至7中任一项所述的肋片型扇形片通风槽片中肋片的参数，其特征在于，包括以下步骤：