CN119906197A - 一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，涉及永磁直驱风电电机技术领域，由第一环板、第三环板、第四环板和第五环板围成腔体，第二环板将腔体分隔为左右两个腔室，在腔室内间隔设置多个轴向筋板，轴向筋板将腔室分隔为多个轴向腔，轴向腔沿定子机座圆周均匀分布，第二环板上设置通风孔道将左右两个轴向腔连通形成轴向上更长的轴向腔，相邻轴向上更长的轴向腔分别为进风腔体和出风腔体，进风腔体与外界进风空间连通，出风腔体与外界出风空间连通，能减小定子铁心通风道风量的差异，从而使每一铁心段及处于每一铁心段处的定子线圈得到更充足的空气冷却，提升冷却效果。

Description

一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座

技术领域

本发明涉及永磁直驱风电电机技术领域，具体涉及一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座。

背景技术

低速永磁风电电机转速低，仅有10r/min左右，旋转部件产生的压力仅有几帕，无法驱动空气在电机内部流动带走电机运行的损耗。一般采用专门风机用作空气流动的主要压力源。而对于较大容量永磁低速风电电机铁心较长，采用铁心径向通风方式，冷却空气经过定子后，进入气隙，向铁心两端扩散，最后通过定子绕组端部以及通风道，其铁心较长，对定子实现直接冷却的部位的通风路径长，加之由于结构限制，一般无法在机座周向均匀布置风机，从而会因为定子线圈和铁心周向温度分布不均，周向温差可达30K-40K，导致难以实现电磁负荷的进一步提升，影响电机经济性。

例如中国专利中，授权公告号为CN110429747B，授权公告日为2020年11月20日，名称为一种降低电机线圈和铁心周向温差的方法,该方法中，冷却空气从下方的进风管道进入大空腔中，冷却空气从大空腔进入气隙的同时对定子铁心的端部进行冷却，冷却空气进入气隙进行扰流，进入定子通风沟进行热交换，但定子铁心较长，冷却空气从定子一端的气隙流向另一端的行程中，冷却空气的温度由于定子铁心、定子线圈、转子磁钢发散热量的影响，逐渐升高，因此行程越长，流向定子通风沟的冷却空气温度越高，导致每一段定子铁心冷却不均匀，冷却效率不高；冷却空气从大空腔进入进风腔中，由于进风腔的径向尺寸小，导致风阻大，进入的冷却空气就少，一方面导致与定子铁心直接接触时间短，能够进行热交换的时间短，热交换效率低，另一方面冷却空气从进风腔一端流向另一端时受定子铁心、定子线圈发散热量的影响，冷却空气温度逐渐升高，导致每一段定子铁心冷却不均匀，冷却效率不高。

特别对于高海拔大容量永磁低速风电电机，由于空气密度低，降温更加困难，进一步限制电机电磁负荷提升。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明通过一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座构建风电电机的冷却通路，对定子铁心和定子线圈进行冷却，且每一段定子铁心及处于每一段定子铁心处的定子线圈得到更充足的冷却空气，从而提升冷却效果，降低定子温差，提高了冷却空气利用效率，从而适应高海拔地区空气密度更低的不利条件。

本发明通过如下技术方案实现：

一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：包括连接于定轴上的中心法兰，中心法兰上固定第二环板，第二环板一侧设置第一环板，第二环板另一侧设置第三环板，第一环板与第二环板之间设置第四环板，第四环板一端连接第一环板，另一端连接第二环板；第二环板与第三环板之间上下依次设置第五环板和第六环板，第五环板和第六环板均分别与第二环板和第三环板连接；由第一环板、第三环板、第四环板和第五环板围成腔体，第二环板将腔体分隔为左右两个腔室，在腔室内间隔设置多个轴向筋板，轴向筋板将腔室分隔为多个轴向腔，轴向腔沿定子机座圆周均匀分布，第二环板上设置通风孔道将左右两个轴向腔连通形成轴向上更长的轴向腔，相邻轴向上更长的轴向腔分别为进风腔体和出风腔体，进风腔体与外界进风空间连通，出风腔体与外界出风空间连通。

进一步的，第一环板沿圆周间隔设置第一通风孔道用于出风腔体连通外界出风空间；第三环板沿圆周间隔设置第二通风孔道用于进风腔体连通外界进风空间。

进一步的，所述第一环板上设置的第一通风孔道数量与第三环板上设置的第二通风孔道数量相同。

进一步的，第一通风孔道与第二通风孔道在圆周上的投影交替。

进一步的，所述进风腔体和出风腔体径向尺寸不小于100毫米，降低风腔位置风摩损耗，保证通风风量。

进一步的，进风腔体及出风腔体轴向长度与定子铁心总长度相等，设置为1500毫米以上。

进一步的，所述第三环板外端面外圆处作为风电电机端部铜环的安装空间。

进一步的，还包括第七环板、第八环板和出线盒体；第七环板垂直连接在第三环板上，第八环板与第七环板连接，出线盒体设置在第七环板下方，形成风电电机定子引出装置结构。

进一步的，所述第八环板内端面及外端面外圆处均加工有环形凹槽用以在风电电机后续组装中安装密封结构。

进一步的，第一环板、第二环板、第三环板、第四环板、第五环板、第六环板、第七环板、第八环板采用碳钢钢板焊接。

本发明的工作原理如下：

将一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座安装在风电电机中定子铁心内径侧背部，冷却空气在外部进风空间中对定子线圈的非驱动端及铜环进行冷却，同时冷却空气通过第三环板上的第二通风孔道进入进风腔体，冷却空气再通过进风腔体对应圆周上分布的径向通风道流向气隙，冷却空气从气隙再通过出风腔体对应圆周上分布的径向通风道流向出风腔体，由第一通风孔道流向外界出风空间中，对定子线圈的驱动端进行冷却；通过定子铁心内径背部处对应的进风腔体和出风腔体的作用，使得通过对应的径向通风道的风速在轴向上分布均匀，减小了径向通风道风量的差异，从而使每一段定子铁心及处于每一段定子铁心处的定子线圈得到充足且均匀的冷却空气，从而提升冷却效果。

本发明的有益效果如下：

1、相对于冷却空气从气隙进入再通过径向通风道冷却的方式，能减小定子铁心径向通风道风量的差异，从而使每一铁心段及处于每一铁心段处的定子线圈得到更充足的空气冷却，提升冷却效果。

2、本发明机座的进风腔体与出风腔体为圆周分布，为后续进风口以及出风口的均匀分布提供有利条件，利于冷却空气在圆周上更加均匀，利于保证通风冷却效果。

3、第三环板外端面外圆处可以作为风电电机端部铜环的安装空间，在进行通风冷却时，可直接对铜环进行冷却。

4、第八环板内端面及外端面外圆处均加工有环形凹槽，用以在风电电机后续组装中安装密封结构，通过密封结构完成转子与定子动静分离处的密封，冷却空气不会从动静分离处流失，保证了冷却空气的利用率，有更充足的冷却空气对定子线圈的非驱动端进行直接冷却。

附图说明

图1 定子机座纵剖图；

图2 定子机座A-A横剖图；

图3 定子机座B-B横剖图；

图4 定子机座C-C横剖图；

图5 定子机座示意图。

附图标记：1-中心法兰，2-第二通风孔道，3-通风孔道，4-第一通风孔道，5-第七环板，6-第八环板，7-出线盒体，8-第六环板，9-第一环板，10-第二环板，11-第三环板，12-轴向筋板，13-第四环板，14-第五环板，15-外界出风空间，16-外界进风空间，17-进风腔体，18-出风腔体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图5所示，一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，包括连接于定轴上的中心法兰1，中心法兰1上固定第二环板10，第二环板10一侧设置第一环板9，第二环板10另一侧设置第三环板11，第一环板9与第二环板10之间设置第四环板13，第四环板13一端连接第一环板9，另一端连接第二环板10；第二环板10与第三环板11之间上下依次设置第五环板14和第六环板8，第五环板14和第六环板8均分别与第二环板10和第三环板11连接；由第一环板9、第三环板11、第四环板13和第五环板14围成腔体，第二环板10将腔体分隔为左右两个腔室，在腔室内间隔设置多个轴向筋板12，轴向筋板12将腔室分隔为多个轴向腔，轴向腔沿定子机座圆周均匀分布，第二环板10上设置通风孔道3将左右两个轴向腔连通形成轴向上更长的轴向腔，相邻轴向上更长的轴向腔分别为进风腔体17和出风腔体18，进风腔体17与外界进风空间16连通，出风腔体18与外界出风空间15连通。

进一步的，第一环板9沿圆周间隔设置第一通风孔道4用于出风腔体18连通外界出风空间15；第三环板11沿圆周间隔设置第二通风孔道2用于进风腔体17连通外界进风空间16。

进一步的，所述第一环板9上设置的第一通风孔道4数量与第三环板11上设置的第二通风孔道2数量相同。

进一步的，第一通风孔道4与第二通风孔道2在圆周上的投影交替。

在本实施例中，通过在第一环板9和第三环板11分别沿圆周间隔设置第一通风孔道4和第二通风孔道2，使轴向连通的轴向腔一半为进风腔体17，一半为出风腔体18，通过第一通风孔道4使得出风腔体18与外界出风空间15连通，第二通风孔道2使得进风腔体17与外界进风空间16连通。由于进风腔体17是在圆周上分布，冷却空气进入进风腔体17后，风量在圆周上均匀分布的，不会造成风量分布不均匀，导致冷却不均。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上对本发明的实施方式做出进一步详细地阐述和补充。

进风腔体17及出风腔体18轴向长度与定子铁心总长度相等，设置为1500毫米以上。

第三环板11外端面外圆处作为风电电机端部铜环的安装空间，定子机座构建了风电电机的冷却通路，为端部铜环充分冷却提供了保障。

还包括第七环板5、第八环板6和出线盒体7；第七环板5垂直连接在第三环板11上，第八环板6与第七环板5连接，出线盒体7设置在第七环板5下方，形成风电电机定子引出装置结构。

第八环板6内端面及外端面外圆处均加工有环形凹槽用以在风电电机后续组装中安装密封结构。

第一环板9、第二环板10、第三环板11、第四环板13、第五环板14、第六环板8、第七环板5、第八环板6采用碳钢钢板焊接。

实施例3

本实施例是在实施例1或实施例2的基础上对本发明的实施方式做出进一步详细的阐述和补充。

将一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座与风电电机组装后，冷却空气在外界进风空间16中对定子线圈的非驱动端及铜环进行冷却，同时冷却空气由第二通风孔道2进入进风腔体17中，流向进风腔体17对应定子铁心圆周上分布的径向通风道，然后流向气隙，并从气隙流向出风腔体18对应定子铁心圆周上分布的径向通风道进入到出风腔体18，由第一通风孔道4流向外界出风空间15中对定子线圈的驱动端进行冷却；其中流通的冷却空气带走定子线圈中部的发热量、定子铁心发热量以及转子磁钢发热量，并且进风腔体17和出风腔体18的径向尺寸大，冷却空气进入进风腔体17时减小了风阻，进入进风腔体17中的冷却空气就会增加，使得冷却空气与定子接触面积足够大，热交换充分且效果高，从而使每一段定子铁心及处于每一段定子铁心处的定子线圈得到更充足的冷却空气，提升冷却效果，降温效果显著。

在本实施例中，进风腔体17和出风腔体18径向尺寸不小于100毫米，减小了风阻，保证通风风量。

本发明通过提高冷却效果，降低定子温差，提高了冷却空气的利用效率，从而适应高海拔地区空气密度更低的不利条件，且本发明结构简单，易于实现。

即使将授权公告号为CN110429747B，授权公告日为2020年11月20日，名称为一种降低电机线圈和铁心周向温差的方法的现有技术中的出风管作为进风时，从出风管进风，冷却空气进入出风腔，流向出风腔对应的定子通风沟，从气隙出风之后从定子释放，在这个过程中，由于出风腔的径向尺寸小，风阻大，进入出风腔的冷却空气少，就会导致冷却空气与定子铁心接触面积减小，热交换效率低；冷却空气从出风腔一端流向出风腔另一端时，由于定子铁心、定子线圈发散热量的影响，冷却空气温度逐渐升高，温度较高的冷却空气流向定子通风沟，导致每一段定子铁心冷却不均匀，冷却效率不高；冷却空气从定子通风沟流向气隙，从气隙流向定子两端之后从定子释放，由于冷却空气已经与定子铁心热交换后，再从气隙流向定子两端进行冷却，冷却效果低。与本发明相比，将现有技术中的出风管作为进风也很难达到本发明中的冷却效果。

Claims (10)

1.一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：包括连接于定轴上的中心法兰（1），中心法兰（1）上固定第二环板（10），第二环板（10）一侧设置第一环板（9），第二环板（10）另一侧设置第三环板（11），第一环板（9）与第二环板（10）之间设置第四环板（13），第四环板（13）一端连接第一环板（9），另一端连接第二环板（10）；第二环板（10）与第三环板（11）之间上下依次设置第五环板（14）和第六环板（8），第五环板（14）和第六环板（8）均分别与第二环板（10）和第三环板（11）连接；由第一环板（9）、第三环板（11）、第四环板（13）和第五环板（14）围成腔体，第二环板（10）将腔体分隔为左右两个腔室，在腔室内间隔设置多个轴向筋板（12），轴向筋板（12）将腔室分隔为多个轴向腔，轴向腔沿定子机座圆周均匀分布，第二环板（10）上设置通风孔道（3）将左右两个轴向腔连通形成轴向上更长的轴向腔，相邻轴向上更长的轴向腔分别为进风腔体（17）和出风腔体（18），进风腔体（17）与外界进风空间（16）连通，出风腔体（18）与外界出风空间（15）连通。

2.如权利要求1所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：第一环板（9）沿圆周间隔设置第一通风孔道（4）用于出风腔体（18）连通外界出风空间（15）；第三环板（11）沿圆周间隔设置第二通风孔道（2）用于进风腔体（17）连通外界进风空间（16）。

3.如权利要求2所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：所述第一环板（9）上设置的第一通风孔道（4）数量与第三环板（11）上设置的第二通风孔道（2）数量相同。

4.如权利要求2或3所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：第一通风孔道（4）与第二通风孔道（2）在圆周上的投影交替。

5.如权利要求2或3所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：所述进风腔体（17）和出风腔体（18）径向尺寸不小于100毫米。

6.如权利要求2或3所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：进风腔体（17）及出风腔体（18）轴向长度与定子铁心总长度相等。

7.如权利要求2所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：所述第三环板（11）外端面外圆处作为风电电机端部铜环的安装空间。

8.如权利要求7所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：还包括第七环板（5）、第八环板（6）和出线盒体（7）；第七环板（5）垂直连接在第三环板（11）上，第八环板（6）与第七环板（5）连接，出线盒体（7）设置在第七环板（5）下方，形成风电电机定子引出装置结构。

9.如权利要求8所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：所述第八环板（6）内端面及外端面外圆处均加工有环形凹槽用以在风电电机后续组装中安装密封结构。

10.如权利要求8或9所述的一种降低高海拔长铁心永磁风电电机定子温差的定子机座，其特征在于：第一环板（9）、第二环板（10）、第三环板（11）、第四环板（13）、第五环板（14）、第六环板（8）、第七环板（5）、第八环板（6）采用碳钢钢板焊接。