CN104065186B - 一种用于电机的定子、电机及其通风冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电机的定子、电机及其通风冷却方法，其中，所述用于电机的定子包括：集中绕组，在相邻所述集中绕组之间空隙处设置有至少两个楔块；其中，所述至少两个楔块错开分布在所述集中绕组上，形成第一通风路径。本发明实施例可以对集中绕组进行有效冷却，并通过至少两个楔块使集中绕组在周向上得到有效的约束，进一步延长电机的寿命及提高电机的可靠性。

Description

一种用于电机的定子、电机及其通风冷却方法

技术领域

本发明涉及一种用于电机的定子、电机及其通风冷却方法，尤其涉及基于集中绕组永磁电机的定子及其通风冷却方法。

背景技术

随着大型永磁电机容量的提高，电机内部的损耗也相应增大，从而造成电机的温升过高，进而影响电机的安全稳定运行。通过在电机的径向或径轴向混合通风冷却，虽然能够满足大型永磁电机的散热能力要求，但由于有径向通风沟的存在而使电机的有效材料利用率降低，从而使电机的重量及成本增加。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于电机的定子、电机及其通风冷却方法，以对电机进行有效的冷却。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于电机的定子，其中，所述用于电机的定子包括：集中绕组，在相邻两个所述集中绕组之间形成的空隙处设置有至少两个楔块；其中，所述至少两个楔块错开分布在所述集中绕组上，形成第一通风路径。

一种电机，其中，该电机包括上述技术方案中的定子。

一种用于电机的通风冷却方法，通过上述技术方案所述的电机实现，其中，所述用于电机的通风冷却方法包括：

通过固定所述定子的支架将所述电机分为高压区与低压区；

冷风通过管道进入到所述高压区，经由所述至少两个楔块形成的第一通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

本发明实施例提供的用于电机的定子、电机以及用于电机的通风冷却方法，通过在相邻两个集中绕组之间形成的间隙上设置至少两个楔块，由于至少两个楔块错开分布，延长了第一通风路径的长度，从而可以对集中绕组进行有效的冷却，进一步有利于提高电机的散热能力，提高电机的功率密度，降低电机的有效材料用量，从而降低电机的重量及成本；此外，楔块还可以防止集中绕组的周向移动，从而使集中绕组在周向上得到有效的约束，避免集中绕组在槽内长期周向来回移动从而破坏集中绕组的绝缘，从而延长电机的寿命及提高电机的可靠性。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的用于电机的定子的主视图；

图2为图1所示实施例中的定子的立体结构示意图；

图3为图1所示实施例中的第一通风路径的示意图；

图4为本发明另一个实施例提供的用于电机的定子的主视图；

图5为图4所示实施例中的定子的立体结构示意图；

图6为本发明实施例又一个实施例提供的用于电机的定子的立体结构图；

图7为本发明一个实施例提供的用于电机的通风冷却方法的流程示意图。

附图标号说明：

11-集中绕组；12-集中绕组；13-集中绕组；20-定子铁心；21-定子铁心的第一齿部；22-定子铁心的第二齿部；23-定子铁心的第三齿部；201-槽底轭部；202-槽底轭部的轴向通风孔；203-齿部的轴向通风孔；3-槽楔；41-楔块；42-楔块；43-楔块；44-楔块；45-楔块；46-楔块；47-楔块；48-楔块；5-转子；6-支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的用于电机的定子、电机及其通风冷却方法进行详细描述。

图1为本发明一个实施例提供的用于电机的定子的主视图，图2为图1所示实施例中的定子的立体结构示意图，图3为图1所示实施例中的第一通风路径的示意图；如图1和图2所示，例示出了三个集中绕组(集中绕组11、集中绕组12、集中绕组13)，与集中绕组11、集中绕组12、集中绕组13相对应的定子铁心20，定子铁心20对应有齿部(例如，定子铁心的第一齿部21、定子铁心的第二齿部22、定子铁心的第三齿部23)，集中绕组11、集中绕组12之间形成的空隙处设置有至少两个楔块；如图3所示，楔块41、楔块42、楔块43位于绕组一侧面的上部，楔块44、楔块45、楔块46位于绕组的下部，楔块41、楔块42、楔块43、楔块44、楔块45、楔块46错开分布在集中绕组12的侧面上，从而形成第一通风路径，该第一通风路径由于楔块41、楔块42、楔块43、楔块44、楔块45、楔块46的错开分布，从而形成了弯曲的通风路径，本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中的第一通风路径还可以为上下起伏状、波浪形，曲线型等，具体形状可以由楔块在绕组上的位置而定，因此本发明实施例不对通风路径的形状做具体限定，只要能够延长第一通风路径的长度即可。本领域技术人员还可以理解的是，在集中绕组12的另一侧面上(例如图1中的楔块47、楔块48位于集中绕组12的另一侧面上)，同样也可以由另外的至少两个楔块相对应的空隙形成其它的通风路径，本发明实施例在此不再详细描述。

本发明实施例提供的用于电机的定子，通过在相邻的集中绕组11、集中绕组12之间形成的空隙上设置至少两个楔块，由于至少两个楔块错开分布，延长了第一通风路径的长度，从而可以对集中绕组11、集中绕组12进行有效的冷却，进一步有利于提高电机的散热能力，提高电机的功率密度，降低电机的有效材料用量，从而降低电机的重量及成本；此外，楔块还可以防止集中绕组11、集中绕组12在槽内的周向移动，从而使集中绕组11、集中绕组12在周向上得到有效的约束，避免集中绕组11、集中绕组12在槽内长期周向来回移动从而破坏集中绕组11、集中绕组12的绝缘，从而延长电机的寿命及提高电机的可靠性。

图4为本发明另一个实施例提供的用于电机的定子的主视图，图5为图4所示实施例中的用于电机的定子的立体结构示意图；如图4和图5所示，在图1和图2实施例的基础上，定子铁心20的第一齿部21、第二齿部22、第三齿部23与槽底轭部201分别开设有轴向通风孔202和轴向通风孔203，轴向通风孔203在定子铁心的第三齿部23形成第二通风路径，轴向通风孔202在槽底轭部201形成第三通风路径。

进一步地，至少两个楔块中的每一个梯形楔包裹有绝缘毛毡，通过绝缘毛毡固定在相邻两个集中绕组之间的空隙处，通过在至少两个楔块中的每一个楔块包裹绝缘毛毡，可以保护集中绕组11、集中绕组12绝缘，同时在定子铁心20经过真空压力浸渍工艺(VacuumPressure Impregnating，简称为VPI)后可以使楔块与集中绕组成为很好的整体，进一步使楔块在集中绕组11、集中绕组12与定子铁心20在槽中能够更为有效的固定。进一步地，定子铁心20的第一齿部21、第二齿部22、第三齿部23为平行齿，与定子铁心20相对应的槽型为梯形槽。集中绕组11、集中绕组12放入梯形槽中后，相邻两个集中绕组之间的空隙形成梯形空隙。

此外，至少两个楔块具体包括第一组楔块和第二组楔块，第一组楔块和第二组楔块均包括至少一个楔块。再如图3所示，第一组楔块具体包括了楔块41、楔块42、楔块43，位于集中绕组12的一侧面的上部，第二组楔块包括了楔块44、楔块45、楔块46，位于集中绕组12该侧面的下部，各楔块沿定子的轴向错开分布。进一步地，楔块41、楔块42、楔块43、楔块44、楔块45、楔块46具体可以为梯形楔，如上所述，相邻两个集中绕组11、12之间的空隙形成梯形空隙，因此梯形楔可以与集中绕组11、集中绕组12平面接触，通过平面接触，可以使集中绕组11、集中绕组12的受力更均匀。此外，为了延长第一通风路径的长度，梯形楔的高度需要稍大于或者略小于梯形槽的槽深的二分之一，本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例中的稍小于或者略大于的程度只要能够延长第一通风路径的长度即可，此外，该第一通风路径具体可以为弯曲状、上下起伏状、波浪形、曲线型等，具体的形状不受本发明实施例的限制，只要能够延长第一通风路径的长度即可。进一步地，本发明实施例对梯形楔的高度在尺度上不做严格的限定。此外，本发明实施例中的第一组楔块与第二组楔块所包括的楔块的数量不受上述列举的个数的限制，本领域技术人员可以理解的是，可以根据电机的轴向长度及实际的通风需要设定相应个数的楔块，例如，第一组楔块与第二组楔块均可以仅包含一个楔块。

可替换地，还可以仅在集中绕组12的绕组间空隙处的整个上部固定第一组楔块(如楔块41、楔块42、楔块43，这类称为上楔块)，或者，还可以仅在集中绕组12的绕组间空隙处的整个下部设置第二组楔块(如楔块44、楔块45、楔块46，这类称为下楔块)，从而在绕组间空隙的整个上部或者下部形成通风路径。还可替换地，可以仅在集中绕组的两个端部的空隙处分别打一个上楔块和一个下楔块，或者，在两个端部仅分别打上一个上楔块或者一个下楔块，只要楔块之间留有一定空隙，即可形成第一通风路径。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例对楔块的具体分布不做限定。还可替换地，在集中绕组12的绕组间空隙处的中间部分打上至少两个楔块，从而在空隙处形成上下两条通风路径，通过增加通风路径的个数，从而可以对集中绕组进行充分冷却。

此外，再如图3所示，在集中绕组11、集中绕组12所形成的空隙之上还设置有槽楔3，在图3所示的第一通风路径的基础上，转子5与槽楔3之间形成气隙，通过气隙形成第四通风路径。

图6为本发明实施例又一个实施例提供的用于电机的定子的立体结构图；如图6所示，在上述图1～图5所示实施例的基础上，定子还包括：用于支撑定子铁心20的支架6，支架6将电机的内部腔体分为高压区和低压区。具体地，如图6所示，转子5的右边是轮毂侧，左边为机舱侧。定子支架6把电机的内部腔体分为高压区(轮毂侧)和低压区(机舱侧)，则第一通风路径、第二通风路径、第三通风路径、第四通风路径由轮毂侧到机舱侧。可替换地，若机舱侧为高压区，轮毂侧为低压区，则电机的内部腔体的通风路径将与图3所示的流向相反。

本发明实施例还提供一种，电机，该电机包括上述图～图6所示实施例中的用于电机的定子。进一步地，该电机可以包括风力发电机。

图7为本发明一个实施例提供的用于电机的通风冷却方法的流程示意图；本发明实施例提供的通风冷却方法可以通过上述实施例的电机实现，如图7所示，本发明实施例中的用于电机的通风冷却方法包括如下步骤：

步骤701、通过固定定子的支架将所述电机分为高压区与低压区；

步骤702、冷风通过管道进入到所述高压区，经由所述至少两个楔块之间的空隙形成的第一通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

本发明实施例提供的用于电机的通风冷却方法，通过相邻两个集中绕组形成的空隙之上的至少两个楔块形成第一通风路径，延长了第一通风路径的长度，从而可以对集中绕组的进行有效的冷却，进一步有利于提高电机的散热能力，提高电机的功率密度，降低电机的有效材料用量，从而降低电机的重量及成本。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，还可以使冷风通过在齿部形成第二通风路径以及在所述槽底轭部形成第三通风路径对所述电机进行冷却，之后，进入低压区变成热风。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，还可以使冷风经由转子和定子铁心间的气隙所形成的第四通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，所述通风冷却方法还可以包括：

所述热风通过管道进入到所述电机的机舱内的冷却***冷却后再回到所述电机的内部，从而形成内循环风路。

进一步地，在上述图7所示实施例的基础上，所述通风冷却方法还包括：

所述电机的机舱外的冷风进入到所述机舱内的冷却***，通过所述机舱内的冷却***将所述内循环风路中的所述热风冷却后，将所述热风排出到所述机舱外。

综上，本发明实施例通过每槽集中绕组的四周及中心设置通风路径来解决了现有技术中的轴向通风冷却技术不能够满足电机的散热能力要求的技术问题。此外，冷风通过管道进入到电机的内部高压区，冷风经过转子和定子铁心间的槽内通风冷却路径(第一通风路径)、齿部通风冷却路径(第二通风路径)、槽底轭部通风冷却路径(第三通风路径)、气隙通风冷却路径(第四通风路径)对电机进行冷却后，进入低压区变成热风，然后热风通过管道进入到机舱内的冷却***冷却后再回到电机的内部，从而形成一个完整的内循环风路，从而实现对电机的发热源(集中绕组)进行非常有效的冷却；相对于水冷***和开放式径向强迫通风冷却来说，本发明实施例中的电机的可靠性将更高，可以进一步满足大型永磁电机对散热能力的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种用于电机的定子，其特征在于，所述用于电机的定子包括：集中绕组，在相邻所述集中绕组之间形成的空隙处设置有至少两个楔块；其中，所述至少两个楔块沿轴向错开分布在所述集中绕组上，形成沿轴向的第一通风路径。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子铁心的齿部为平行齿，与所述定子铁心相对应的槽型为梯形槽。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，所述至少两个楔块包括第一组楔块和第二组楔块，所述第一组楔块与所述第二组楔块沿所述定子的轴向错开分布。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述第一组楔块与所述第二组楔块为梯形楔，所述梯形楔与所述集中绕组平面接触。

5.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，所述梯形楔的高度稍大于或略小于所述梯形槽的槽深的二分之一。

6.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述定子的铁心的齿部与槽底轭部均开设有轴向通风孔，所述轴向通风孔在所述齿部形成第二通风路径，在所述槽底轭部形成第三通风路径。

7.根据权利要求1～5任一所述的定子，其特征在于，所述至少两个楔块包裹有绝缘毛毡，所述绝缘毛毡通过真空压力浸渍工艺使所述至少两个楔块、所述集中绕组成为一个整体。

8.根据权利要求1～5任一所述的定子，其特征在于，所述定子还包括：用于支撑所述定子的支架，所述支架将电机内部腔体分为高压区和低压区。

9.根据权利要求1～5任一所述的定子，其特征在于，在所述空隙之上还设置有槽楔，所述槽楔与转子之间形成气隙，通过所述气隙形成第四通风路径。

10.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1～9任一所述的定子。

11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述电机包括风力发电机。

12.一种用于电机的通风冷却方法，通过权利要求10所述的电机实现，其特征在于，所述用于电机的通风冷却方法包括：

通过固定所述定子的支架将所述电机分为高压区与低压区；

冷风通过管道进入到所述高压区，经由所述至少两个楔块之间的空隙形成的第一通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

13.根据权利要求12所述的用于电机的通风冷却方法，其特征在于，所述通风冷却方法还包括：

所述冷风通过在所述定子的齿部形成第二通风路径以及在所述定子的槽底轭部形成第三通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

14.根据权利要求12所述的用于电机的通风冷却方法，其特征在于，所述冷风经由转子和定子铁心间的气隙所形成的第四通风路径对所述电机进行冷却后，进入低压区变成热风。

15.根据权利要求12～14任一所述的用于电机的通风冷却方法，其特征在于，所述通风冷却方法还包括：

所述热风通过管道进入到所述电机的机舱内的冷却***冷却后再回到所述电机的内部，从而形成内循环风路。

16.根据权利要求15所述的用于电机的通风冷却方法，其特征在于，所述通风冷却方法还包括：

所述电机的机舱外的冷风进入到所述机舱内的冷却***，通过所述机舱内的冷却***将所述内循环风路中的所述热风冷却后，将所述热风排出到所述机舱外。