CN114362395A - 一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，包括定子铁心（1），所述定子铁心（1）周边沿其轴向贯穿开有轴向通风孔（2）；所述轴向通风孔（2）内安装穿孔扭带（3）。穿孔扭带的安装使得流体在定子通风孔内旋转流动，破坏流体边界层，同时促使冷热流体径向混合，增大定子通风孔内壁面对流换热系数，降低流体与固体温差，使得电机内关键部件的温升降低。本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通牵引电机的冷却通风技术领域，具体为一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心。
背景技术
在电机小型化、轻量化、功率密度、转矩密度不断提高的趋势下，高效的冷却能显著提高电机的性能。但电机结构布置紧凑的同时也导致电机内部空气流动空间有限，致使绕组、导条等关键部件温升较高。当前冷却措施主要通过给机座增加散热肋、增大电机内换热面积、增加电机的通风量等基础方法。
轨道交通牵引电机的定子通风孔一般均为圆孔，类似光管。流体在光管中流动，管壁面会形成流动边界层尤其在层流状态尤为明显，其边界层的存在增大了圆孔内流体与定子铁心换热的热阻。阻碍流体壁面与固体的换热，为此在圆孔内***一种扰流装置，旨在打破流体边界层，增加通风孔壁面对流换热系数h。
现有技术的技术方案，公开号CN106451844A专利申请将冷却水管按蛇形排布的方式安装在定子通风孔内，采用水冷结构方式冷却电机。现有技术存在的缺点：（1）冷却***加工工艺相对复杂制造成本大，采用水冷对水路的密封和电机绕组绝缘有较高的要求。在低温下水管壁面温度较低，定子绕组绝缘容易受潮，使得绝缘电阻测试误差很大。（2）针对已造电机该种方案可行性较差。
发明内容
本发明目的是在不改变电机内部结构的情况下，通过在定子铁心的圆形通风孔安装穿孔扭带以提高电机定子铁心通风孔内的对流换热系数，降低电机关键部件的温升，是降低电机因温升高导致返厂检修和运维成本的一种有效方式。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，包括定子铁心，所述定子铁心周边沿其轴向贯穿开有轴向通风孔；所述轴向通风孔内安装穿孔扭带。
穿孔扭带作为一种内插扰流元件，是在螺旋扭带的基础上，通过在不同位置开设不同形状的孔来降低管内流体的流动阻力，孔的形状有矩形、菱形、圆形、三角形、多边形以及多种形状的组合。穿孔扭带能使管内流体产生旋转并诱导产生二次流，加剧管内冷热流体混合，在进一步强化管内对流换热的同时降低相比于安装有螺旋扭带带来的管内流动阻力。
本发明以影响电机温升关键因素为出发点，通过在电机定子通风孔内安装穿孔扭带以提高流体在通风孔内对流换热系数为主，提出了一种新的降低电机温升的方法，同时配合电机通风孔的排布方式以及穿孔扭带与定子通风孔的组合方式、穿孔扭带穿孔的形状等，针对不同材料穿孔扭带可以选用不同安装方式。通过在电机定子通风孔安装穿孔扭带，解决已生产制造电机存在温升高的问题，尽可能以最小成本解决装车电机遇到的温升问题；在新造电机设计过程中通过安装该种穿孔扭带，在同体积下可增加电机功率密度，提高电机功率。同时可改进电机定子通风孔排布方式，优化电机内部通风结构，以强化电机内部对流换热，降低电机绕组、导条、定子铁心、转子铁心等关键部件的温升。
本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示传统开有轴向通风孔的定子铁心结构示意图。
图2表示穿孔扭带安装在单个定子通风孔内示意图。
图3表示穿孔扭带安装在定子通风孔内示意图。
图4表示金属材质的穿孔扭带固定安装在定子通风孔内示意。
图5表示非金属材质的穿孔扭带固定安装在定子通风孔内示意。
图6表示定子通风孔排孔方式示意图。
图中：1-定子铁心，2-定子通风孔，3-穿孔扭带，4-环形支撑架，5-转动杆，6-穿孔；Ⅰ-焊接处。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，包括定子铁心1，定子铁心1周边沿其轴向贯穿开有轴向通风孔2；轴向通风孔2内安装穿孔扭带3。
图1为传统定子铁心开有圆形通风孔，图2为穿孔扭带安装在单个定子通风孔内，图3为穿孔扭带安装在定子通风孔内。穿孔扭带的安装使得流体在定子通风孔内旋转流动，破坏流体边界层，同时促使冷热流体径向混合，增大定子通风孔内壁面对流换热系数h，降低流体与固体温差，使得电机内关键部件的温升降低。
（1）扭带材料及安装方法
如图3所示，穿孔扭带安装在电机定子通风孔内。穿孔扭带的材料为对电磁影响较小的金属材料或其他导热性较好且耐高温的非金属材料（不锈钢、耐高温塑料）。穿孔扭带的材料如果为金属，安装方式选用固定安装，将穿孔扭带以间隙配合插到定子通风孔内，以点焊的形式将穿孔扭带两端与定子铁心的通风孔端口焊死，如图4所示。穿孔扭带的材料如果为耐高温非金属，穿孔扭带安装在定子通风孔两端的环形支撑架上，穿孔扭带的两端端部分别接有一段直径与扭带厚度相等的圆柱转动杆，用于***环形支撑架的中央通孔内，环形支撑架焊接在电机定子铁心的通风孔端部上，如图5所示。
（2）定子通风孔的排布方式
如图6所示，定子铁心通风孔可等直径单排圆周均布，如图6(a)所示；定子铁心通风孔可等直径双排或非等直径双排圆周径向均布，通风孔排布方式有顺排和叉排两种布置方式，如图6(b)和6(c)所示；对于进风口在电机一侧上端的情况，为了使电机内部温升分布均匀，定子铁心通风孔可上少下多排布，具体排布方式根据电机实际情况决定，通风孔可等直径单排圆周分布，如图6(d)所示，也可等直径双排或非等直径双排圆周径向分布，通风孔排布方式有顺排和叉排两种布置方式，如图6(e)和6(f)。
具体实施时，定子铁心1上间隔的轴向通风孔2内安装穿孔扭带3。定子铁心1上设有双圈的轴向通风孔2，位于不同圈的轴向通风孔2可以错位布置。轴向通风孔2的布置密度为上疏下密。所有轴向通风孔2的直径相同或者不同。
（3）穿孔扭带与定子铁心通风孔组合方式
穿孔扭带与定子铁心通风孔组合方式：根据电机通风方式以及损耗分布，穿孔扭带与定子铁心通风孔的安装组合方式有很多种。可以选择所有通风孔均安装，也可以选择间隔安装，或者选择上多下少、下多上少等方式安装，以实际情况为准，结合最优方案给出组合。
（4）穿孔扭带穿孔形状
穿孔扭带的穿孔形状有矩形、菱形、圆形、三角形、多边形以及多种形状的组合。
本发明通过在电机定子通风孔内安装穿孔扭带，解决已生产制造电机存在温升高的问题，尽可能以最小成本解决装车电机遇到的温度升高问题，是降低电机因温升高导致返厂检修和运维成本的一种有效方法。同时在新造电机设计过程中通过安装该种穿孔扭带，在同体积下可增加电机功率密度，提高电机功率。根据电机通风方式，设计定子通风孔排布方式，优化电机内部通风结构，强化电机内部对流换热，降低电机绕组、导条等关键部件温升。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。故凡是通过该方法实现降温升的措施均应包括于本发明专利的范围内。
Claims (10)
1.一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，包括定子铁心（1），所述定子铁心（1）周边沿其轴向贯穿开有轴向通风孔（2）；其特征在于：所述轴向通风孔（2）内安装穿孔扭带（3）。
2.根据权利要求1所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述穿孔扭带（3）的材质为金属，所述穿孔扭带（3）的两端分别通过点焊方式与轴向通风孔（2）的端口连接。
3.根据权利要求1所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述穿孔扭带（3）的材质为非金属；所述轴向通风孔（2）的端口固定设有环形支撑架（4），所述穿孔扭带（3）的两端分别设有转动杆（5），所述转动杆（5）配合***环形支撑架（4）的中央孔内。
4.根据权利要求3所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述转动杆（5）直径与穿孔扭带（3）厚度相同。
5.根据权利要求1所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述穿孔扭带（3）上的穿孔（6）形状为矩形、菱形、圆形、三角形或者多边形。
6.根据权利要求5所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述定子铁心（1）上间隔的轴向通风孔（2）内安装穿孔扭带（3）。
7.根据权利要求1所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述定子铁心（1）上设有双圈的轴向通风孔（2）。
8.根据权利要求7所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：位于不同圈的轴向通风孔（2）错位布置。
9.根据权利要求1或7所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所述轴向通风孔（2）的布置密度为上疏下密。
10.根据权利要求9所述的一种通风孔带有径向混流装置的定子铁心，其特征在于：所有轴向通风孔（2）的直径相同或者不同。
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