CN114421679B - 一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，涉及电机冷却技术领域。本发明在磁极线圈中部设置径向过流通道，并在磁极极间设置导流块，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块一侧磁极线圈的径向过流通道内，第二路径向通风冷却风路进入导流块另一侧磁极线圈的径向过流通道内，第三路径向通风冷却风路由导风孔进入两磁极极间，对磁极线圈外表面进行冷却。本发明通过导流块设置，调节空内冷和外表面冷却风量分配，使磁极线圈的整体温度分布更为均匀，从而提高整个转子磁极冷却效果。
Description
技术领域
本发明涉及电机冷却技术领域，更具体地说涉及一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构。
背景技术
随着技术的发展与进步，凸极电机的单机容量不断提升。对于高转速大容量电机，其每极容量的提升更为明显。现有技术条件下，为了保证磁极线圈的温升指标，通常采用两种解决方案：一是通过设置外加风机，采用强迫冷却方式；二是通过增加磁极线圈匝数和重量来降低电密，进而控制总的发热损耗。对于强迫冷却方式，整个机组的冷却受外加风机的可靠性限制；对于增加磁极线圈重量降低总发热损耗方式，将使磁极、磁轭、转子支架等部件的应力显著增加。因此，对于每极容量大的高速机组，需要通过改善磁极通风冷却效果，提高磁极线圈的冷却条件，进而减小整个磁极装配的重量。
凸极同步电机磁极主要由磁极铁心、磁极线圈、阻尼绕组组成，其中磁极线圈用于通电流，磁极线圈套于磁极铁心外，磁极线圈由多层载流排堆叠而成，载流排间有绝缘材料。所述载流排也称母线或母排，是承载电流的一种导体，用于承载凸极同步电机的励磁电流，互相绝缘堆叠而成的载流排中通以电流后，类似于螺形线圈，能产生磁场，而磁极铁心则将磁场增强，同时磁极铁心对磁极线圈起支撑作用。
凸极电机的磁极冷却方式一般为气体冷却。转子支架和磁轭在旋转过程中产生风压头，将冷却气体吹至磁极极间，冷却气体在流过磁极极间进入气隙和定子铁心通风沟的过程中，会掠过磁极线圈处于极间的表面，冷却气体在磁极线圈表面与磁极线圈发生热交换，将磁极线圈的热量带走，从而实现对磁极线圈的冷却。此种冷却方式，磁极线圈参与换热的表面仅有处于极间的沿磁极载流排厚度方向的小部分，冷却效果不理想。
公开号为CN103715803A，公开日为2014年04月09日的中国专利文献公开了一种转子磁极内冷与外冷分区冷却的方法，冷却气体经两磁极线圈进风端上的通风分区装置流至两磁极线圈之间的通道内，形成外表面冷却风路，并对磁极线圈的外表面进行冷却，同时冷却气体经磁极铁心和磁极线圈之间的间隙流入磁极线圈内部，形成内表面冷却通风风路，并对磁极线圈内表面进行冷却，再从磁极线圈内部流至两磁极线圈之间的通道内，通风分区装置将流至通道内的外冷通风风路和内冷通风风路相互隔开。
该专利文献公开的转子磁极内冷与外冷分区冷却的方法，将内冷和外冷在两磁极线圈之间的通道内的通风风路隔开，使内冷和外冷通风风路互不干涉，可使内通风的冷却气体顺利地流入两磁极线圈之间的通道内，进而保障整个转子磁极冷却效果，但是，这种将通风风路均是冷却气体扫掠磁极线圈的内外表面，对于磁极线圈铜排内部的发热核心部位，其冷却效果还难以兼顾。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，本发明的发明目的在于解决磁极线圈载流排内部的发热核心部位冷却效果难以兼顾的问题。本发明在磁极线圈中部设置径向过流通道，并在磁极极间设置导流块，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块一侧磁极线圈的径向过流通道内，第二路径向通风冷却风路进入导流块另一侧磁极线圈的径向过流通道内，第三路径向通风冷却风路由导风孔进入两磁极极间，对磁极线圈外表面进行冷却。本发明通过导流块设置，调节空内冷和外表面冷却风量分配，使磁极线圈的整体温度分布更为均匀，从而提高整个转子磁极冷却效果。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，包括转子支架、磁轭和若干磁极，磁极装配在磁轭外表面，磁轭内表面与转子支架连接；在磁极的磁极线圈中部开设径向过流通道，在相邻两磁极极间装配有导流块，导流块位于磁轭上磁轭通风沟出风口处，导流块两侧面为导风面，导流块中部开设有导风孔，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块一侧磁极线圈的径向过流通道内，第二路径向通风冷却风路进入导流块另一侧磁极线圈的径向过流通道内，第三路径向通风冷却风路由导风孔进入两磁极极间，对磁极线圈外表面进行冷却。
所述磁极的磁极线圈由若干层载流排沿磁轭径向堆叠而成，相邻载流排之间设置绝缘材料；每层载流排的中部位置开设有过流孔，且若干层载流排堆叠再一起后，其过流孔相互对应，形成所述径向过流通道。
所述径向过流通道设置为多个，多个径向过流通道沿载流排轴向等间距排布。
所述过流孔为圆形过流孔、方形过流孔、梯形过流孔、半圆形过流孔、或腰型过流孔。
所述导流块呈V型，导流块上端的两支臂分别连接在相邻两磁极的底部，导流孔设置在导流块根部。
所述导流块的中线与磁极极间中线重合。
所述磁轭通风沟是由磁轭上的相邻两磁轭导风带围拢形成的。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、本发明由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块一侧磁极线圈的径向过流通道内，第二路径向通风冷却风路进入导流块另一侧磁极线圈的径向过流通道内，第三路径向通风冷却风路由导风孔进入两磁极极间，对磁极线圈外表面进行冷却。用这种空内冷和外表面冷却的联合冷却方法，冷却气体流经导流块后同时形成设定分配比例风量的两路通风风路，空内冷风路冷却磁极线圈载流排内部，外表面冷却风路对磁极线圈载流排靠近相邻磁极中心线的两个外表面进行冷却；相较于公开号为CN103715803A，公开日为2014年04月09日的中国专利文献而言，载流排空内冷冷却风路和外表面冷却风路均为径向通风风路，与立式机组旋转部件产生风压路径一致，工艺实现方法更为直接；同时部分冷却流体直接冷却载流铜排发热核心部位，冷却效率更高，整个磁极线圈的温度分布更为均匀。
2、径向过流通道垂直磁极线圈宽度方向设置，制造简单，便于实现径向空内冷通风风路，提高磁极线圈载流排的内冷效果。
3、径向过流通道设置在载流体内部，增大了磁极线圈与冷却气体的接触面积，同时冷却气体直接与发热体的核心部位进行热交换，冷却效率提高，进而有效提高整个磁极线圈的冷却效果。
4、径向过流通道为多个，任意两个相邻径向过流通道的间距相同，磁极线圈空内冷效果更好，能够满足不同强度的冷却需要；两个相邻径向过流通道的间距相同，使得整个磁极线圈冷却更加均匀。
5、载流排的径向过流通道在随转子旋转时，可形成一定风压压头，用以增加磁极产生的风量。
6、导流块将相邻磁极间的冷却气体按一定比例分配成两路，对于不同的设计对象，其最佳值需要经过复杂的计算，如有限元分析计算，并综合考虑磁极线圈整体损耗、载流排的散热系数才能确定。从趋势上说，流经径向过流通道的冷却风量比例越大，则冷却效果越好。
7、径向过流通道的横截面呈圆形、方形、梯形、圆形、腰形或其他任意能够供气体通过的几何形状，在保证冷却气体顺利通过的情况下，能满足不同应用需要。
8、本发明特意采用V型空心结构设计的导风块，一方面可以降低自身重量，减少本身承受的离心力，第二方面可形成风扇结果，形成一定压头，用以增加机组风量，提高磁极极间冷却效果。
附图说明
图1为本发明冷却结构的结构示意图；
附图标记：1、磁极线圈，2、磁极铁芯，3、径向过流通道，4、导流块，5、导风面，6、导风孔，7、载流排，8、过流孔，9、绝缘材料，10、导流块根部。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例，对本发明的技术方案做出进一步详细地阐述。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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，包括转子支架、磁轭和若干磁极，磁极装配在磁轭外表面，磁轭内表面与转子支架连接；磁极包括磁极铁芯2和磁极线圈1，磁极线圈1设置在磁极铁芯2上；在磁极的磁极线圈1中部开设径向过流通道3，在相邻两磁极极间装配有导流块4，导流块4位于磁轭上磁轭通风沟出风口处，导流块4两侧面为导风面5，导流块4中部开设有导风孔6，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块4后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块4一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第二路径向通风冷却风路进入导流块4另一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第三路径向通风冷却风路由导风孔6进入两磁极极间，对磁极线圈1外表面进行冷却。用这种空内冷和外表面冷却的联合冷却方法，冷却气体流经导流块4后同时形成设定分配比例风量的两路通风风路，空内冷风路冷却磁极线圈1载流排7内部，外表面冷却风路对磁极线圈1载流排7靠近相邻磁极中心线的两个外表面进行冷却；相较于现有技术而言，载流排7空内冷冷却风路和外表面冷却风路均为径向通风风路，与立式机组旋转部件产生风压路径一致，工艺实现方法更为直接；同时部分冷却流体直接冷却载流铜排发热核心部位，冷却效率更高，整个磁极线圈1的温度分布更为均匀。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，包括转子支架、磁轭和若干磁极，磁极装配在磁轭外表面，磁轭内表面与转子支架连接；磁极包括磁极铁芯2和磁极线圈1，磁极线圈1设置在磁极铁芯2上；在磁极的磁极线圈1中部开设径向过流通道3，在相邻两磁极极间装配有导流块4，导流块4位于磁轭上磁轭通风沟出风口处，导流块4两侧面为导风面5，导流块4中部开设有导风孔6，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块4后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块4一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第二路径向通风冷却风路进入导流块4另一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第三路径向通风冷却风路由导风孔6进入两磁极极间，对磁极线圈1外表面进行冷却。所述磁极的磁极线圈1由若干层载流排7沿磁轭径向堆叠而成，相邻载流排7之间设置绝缘材料9；每层载流排7的中部位置开设有过流孔8，且若干层载流排7堆叠再一起后，其过流孔8相互对应，形成所述径向过流通道3。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，包括转子支架、磁轭和若干磁极，磁极装配在磁轭外表面，磁轭内表面与转子支架连接；磁极包括磁极铁芯2和磁极线圈1，磁极线圈1设置在磁极铁芯2上；在磁极的磁极线圈1中部开设径向过流通道3，在相邻两磁极极间装配有导流块4，导流块4位于磁轭上磁轭通风沟出风口处，导流块4两侧面为导风面5，导流块4中部开设有导风孔6，由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块4后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块4一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第二路径向通风冷却风路进入导流块4另一侧磁极线圈1的径向过流通道3内，第三路径向通风冷却风路由导风孔6进入两磁极极间，对磁极线圈1外表面进行冷却。所述磁极的磁极线圈1由若干层载流排7沿磁轭径向堆叠而成，相邻载流排7之间设置绝缘材料9；每层载流排7的中部位置开设有过流孔8，且若干层载流排7堆叠再一起后，其过流孔8相互对应，形成所述径向过流通道3。载流排7的径向过流通道3在随转子旋转时，可形成一定风压压头，用以增加磁极产生的风量。工艺实现方法更为直接；同时部分冷却流体直接冷却载流铜排发热核心部位，冷却效率更高，整个磁极线圈1的温度分布更为均匀。
更进一步的，所述径向过流通道3设置为多个，多个径向过流通道3沿载流排7轴向等间距排布。磁极线圈1空内冷效果更好，能够满足不同强度的冷却需要；两个相邻径向过流通道3的间距相同，使得整个磁极线圈1冷却更加均匀。
更进一步的，所述导流块4呈V型，导流块4上端的两支臂分别连接在相邻两磁极的底部，导流孔设置在导流块根部10。特意采用V型空心结构设计的导风块，一方面可以降低自身重量，减少本身承受的离心力，第二方面可形成风扇结果，形成一定压头，用以增加机组风量，提高磁极极间冷却效果。
更进一步的，所述导流块4的中线与磁极极间中线重合。所述磁轭通风沟是由磁轭上的相邻两磁轭导风带围拢形成的。
Claims (6)
1.一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，包括转子支架、磁轭和若干磁极，磁极装配在磁轭外表面，磁轭内表面与转子支架连接；在磁极的磁极线圈（1）中部开设径向过流通道（3），在相邻两磁极极间装配有导流块（4），导流块（4）位于磁轭上磁轭通风沟出风口处；其特征在于：导流块（4）两侧面为导风面（5），导流块（4）中部开设有导风孔（6），由磁轭通风沟流出的冷却气体经导流块（4）后形成三路径向通风冷却风路，第一路径向通风冷却风路进入导流块（4）一侧磁极线圈（1）的径向过流通道（3）内，第二路径向通风冷却风路进入导流块（4）另一侧磁极线圈（1）的径向过流通道（3）内，第三路径向通风冷却风路由导风孔（6）进入两磁极极间，对磁极线圈（1）外表面进行冷却；
所述磁极的磁极线圈（1）由若干层载流排（7）沿磁轭径向堆叠而成，相邻载流排（7）之间设置绝缘材料（9）；每层载流排（7）的中部位置开设有过流孔（8），且若干层载流排（7）堆叠再一起后，其过流孔（8）相互对应，形成所述径向过流通道（3）。
2.如权利要求1所述的一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，其特征在于：所述径向过流通道（3）设置为多个，多个径向过流通道（3）沿载流排（7）轴向等间距排布。
3.如权利要求1或2所述的一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，其特征在于：所述过流孔（8）为圆形过流孔（8）、方形过流孔（8）、梯形过流孔（8）、半圆形过流孔（8）、或腰型过流孔（8）。
4.如权利要求1或2所述的一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，其特征在于：所述导流块（4）呈V型，导流块（4）上端的两支臂分别连接在相邻两磁极的底部，导流孔设置在导流块根部（10）。
5.如权利要求1或2所述的一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，其特征在于：所述导流块（4）的中线与磁极极间中线重合。
6.如权利要求1或2所述的一种凸极同步电机磁极绕组的冷却结构，其特征在于：所述磁轭通风沟是由磁轭上的相邻两磁轭导风带围拢形成的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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