一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法
【專利摘要】本發明公開了一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈進風端上的通風分區裝置流至兩磁極線圈之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心和磁極線圈之間的間隙流入磁極線圈內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈內部進行冷卻，再從磁極線圈內部流至兩磁極線圈之間的通道內，通風分區裝置將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。本發明通過對磁極線圈同時進行內冷和外冷，并將內冷和外冷在兩磁極線圈之間的通道內的通風風路隔開，使內冷和外冷通風風路互不干涉，可使內通風的冷卻氣體順利地流入兩磁極線圈之間的通道內，從而提高整個轉子磁極冷卻效果。
【專利說明】一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到電機冷卻【技術領域】，尤其涉及一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法。
【背景技術】
[0002]凸極電機每極容量通常在10MVA以下，部分能達到15MVA。隨著市場需求的變化和相關技術的發展，凸極電機磁極的每極容量不斷攀升，每極容量有望達到30-40MVA/極。隨著每極容量的提高，磁極的設計難度增大。如果在采用相同匝數和重量的磁極線圈的條件下，線圈的電流密度就會越來越高，磁極線圈發熱將越來越嚴重；但是，如果通過增加磁極線圈匝數和重量來降低磁極線圈電流密度，則會使磁極重量顯著增加，從而會使磁極、磁軛、轉子支架等部件的應力顯著增加。磁極、磁軛、轉子支架的應力是制約電機轉子設計和制造的關鍵因素；對于高轉速機組而言，其應力本身就非常大，如果磁極重量過大，則可能使磁極、磁軛、轉子支架等的應力超過大部分材料的許用應力，從而會顯著增加設計制造難度和成本。因此，對于每極容量高的，特別是每極容量超高的高速機組，需要通過改善磁極通風冷卻效果，以減小磁極線圈的匝數和重量，從而減小整個磁極裝配的重量，以達到降低磁極、磁軛、轉子支架部位應力的目的，最終將設計制造難度以及成本控制在合理范圍內。
[0003]凸極同步電機磁極由磁極鐵心、磁極壓板、磁極線圈、阻尼繞組、磁極拉桿等組成，其中磁極線圈用于通電流，磁極線圈套于磁極鐵心外，磁極線圈由多層載流排堆疊而成，載流排間有絕緣材料。所述載流排也稱母線或母排，是承載電流的一種導體，用于承載凸極同步電機的勵磁電流，互相絕緣堆疊而成的載流排中通以電流后，類似于螺形線圈，能產生磁場，而磁極鐵心則將磁場增強，同時磁極鐵心對磁極線圈起支撐作用。
[0004]凸極電機的磁極冷卻方式一般為氣體冷卻。轉子支架在旋轉過程中產生風壓頭，將冷卻氣體經磁軛吹至磁極極間，冷卻氣體在流過磁極極間進入氣隙和定子鐵心通風溝的過程中，會掠過磁極線圈處于極間的表面，冷卻氣體在磁極線圈表面與磁極線圈發生熱交換，將磁極線圈的熱量帶走，從而實現對磁極線圈的冷卻。此種冷卻方式，磁極線圈參與換熱的表面僅有處于極間的沿磁極載流排厚度方向的小部分，冷卻效果不理想。
【發明內容】
[0005]本發明為了克服上述現有技術的缺陷，提供一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，本發明通過對磁極線圈同時進行內冷和外冷，并將內冷和外冷在兩磁極線圈之間的通道內的通風風路隔開，使內冷和外冷通風風路互不干涉，可使內通風的冷卻氣體順利地流入兩磁極線圈之間的通道內，從而提高整個轉子磁極冷卻效果。
[0006]本發明通過下述技術方案實現:
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:冷卻氣體經兩磁極線圈進風端上的通風分區裝置流至兩磁極線圈之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心和磁極線圈之間的間隙流入磁極線圈內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈內部進行冷卻，再從磁極線圈內部流至兩磁極線圈之間的通道內，通風分區裝置將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0007]所述磁極線圈由多層載流排堆疊而成，載流排上開有供冷卻氣體通過的過流通道或任意相鄰載流排之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道。
[0008]所述通風分區裝置上至少開有一個通風窗口。
[0009]所述通風窗口為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口之間的部分形成通風分區裝置的擋風部，擋風部位于過流通道處于載流排長度方向上的對應位置處，擋風部對通過通風分區裝置進入兩磁極線圈之間通道內的冷卻氣體進行遮擋。
[0010]所述通風窗口為孔或者缺口。
[0011]所述通風窗口呈方形、梯形、半圓形、腰形或其他任意能夠供氣體通過的幾何形狀。
[0012]所述擋風部數量與過流通道數量相同。
[0013]本發明的有益效果主要表現在以下幾個方面:
一、通過采用“冷卻氣體經兩磁極線圈進風端上的通風分區裝置流至兩磁極線圈之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心和磁極線圈之間的間隙流入磁極線圈內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈內部進行冷卻，再從磁極線圈內部流至兩磁極線圈之間的通道內，通風分區裝置將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開”這樣的方法，冷卻氣體同時形成兩組風路，內冷通風風路對磁極線圈內部進行冷卻后流至兩磁極線圈之間的通道內，外冷通風風路直接通過通風分區裝置流至兩磁極線圈之間的通道內對磁極線圈的外部進行冷卻，外冷通風風路和內冷通風風路被通風分區裝置相互隔開，保證外冷通風風路和內冷通風風路互不干涉，減小通風阻力，降低通風損耗，提高轉子磁極冷卻效果，從而提高整機的效率。
[0014]二、磁極線圈由多層載流排堆疊而成，載流排上開有供冷卻氣體通過的過流通道或任意相鄰載流排之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道，過流通道和間隙形成磁極線圈的內部通道，從而有效保證冷卻氣體順利通過磁極線圈的內部通道對磁極線圈內部進行冷卻，使形成的內冷通風風路順暢流至兩磁極線圈之間的通道內。
[0015]三、通風分區裝置上至少開有一個通風窗口，通風窗口能供冷卻氣體順利通過通風分區裝置流至兩磁極線圈之間的通道內，并對磁極線圈外部進行冷卻。
[0016]四、通風窗口為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口之間的部分形成通風分區裝置的擋風部，擋風部位于過流通道處于載流排長度方向上的對應位置處，擋風部對通過通風分區裝置進入兩磁極線圈之間通道內的冷卻氣體進行遮擋，由于擋風部位于過流通道處于載流排長度方向上的對應位置處，能夠使經通風窗口流至兩磁極線圈之間通道內的外冷通風風路和同時經磁極線圈與磁極鐵心之間的間隙、載流排上的過流通道流至兩磁極線圈之間通道內的內冷通風風路相互隔開，有效減小彼此的相互干涉，從而提高轉子磁極冷卻效果。
[0017]五、通風窗口為孔或者缺口，可以適應不同的使用需要，而且，可以使制造工藝更簡單,降低生產成本。
[0018]六、通風窗口的形狀優選方形、梯形、半圓形或腰形或其他任意能夠供氣體通過的幾何形狀，在保證冷卻氣體順利通過的情況下，能滿足不同應用需要。[0019]七、擋風部數量與過流通道數量相同，能夠進一步充分的將兩磁極線圈之間的通道內形成的內冷通風風路和外冷通風風路隔開，提高轉子磁極冷卻效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]本發明的更多特征和優點將通過優選但非專有實施例(經由附圖中的非限制性示例說明)的描述而變得明顯，其中:
圖1為本發明內冷與外冷分區通風結構示意圖，圖中相互堆疊的載流排的長邊和窄邊分別為載流排的寬度方向和厚度方向，垂直紙面方向為載流排長度方向；
圖2為本發明內冷通風風路結構示意圖
圖3為本發明從圖1中C向看通風分區裝置的結構及其與載流排相對位置示意圖；
圖4為本發明從圖1中C向看實施例通風分區裝置的結構及其與載流排相對位置示意
圖；
圖5為本發明從圖1中C向看實施例通風分區裝置的結構及其與載流排相對位置示意
圖；
圖6為本發明從圖1中C向看實施例通風分區裝置的結構及其與載流排相對位置示意
圖；
圖中標記:1、磁極線圈，2、磁極鐵心，3、間隙，4、載流排，5、過流通道，6、通風分區裝置，
7、通風窗口，8、擋風部。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0022]本實施例為最基本的實施方式，采用此方法，冷卻氣體同時形成兩組風路，內冷通風風路對磁極線圈I內部進行冷卻后流至兩磁極線圈I之間的通道內，外冷通風風路直接通過通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內對磁極線圈I的外部進行冷卻，外冷通風風路和內冷通風風路被通風分區裝置6相互隔開，保證外冷通風風路和內冷通風風路互不干涉，減小通風阻力，降低通風損耗，提高轉子磁極冷卻效果，從而提高整機的效率。
[0023]實施例2
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0024]所述磁極線圈I由多層載流排4堆疊而成，載流排4上開有供冷卻氣體通過的過流通道5或任意相鄰載流排4之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道5。[0025]本實施例為較佳實施方式，過流通道5和間隙3形成磁極線圈I的內部通道，從而有效保證冷卻氣體順利通過磁極線圈I的內部通道對磁極線圈I內部進行冷卻，使形成的內冷通風風路順暢流至兩磁極線圈I之間的通道內。
[0026]實施例3
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0027]所述磁極線圈I由多層載流排4堆疊而成，載流排4上開有供冷卻氣體通過的過流通道5或任意相鄰載流排4之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道5。
[0028]所述通風窗口 7為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口 7之間的部分形成通風分區裝置6的擋風部8，擋風部8位于過流通道5處于載流排4長度方向上的對應位置處，擋風部8對通過通風分區裝置6進入兩磁極線圈I之間通道內的冷卻氣體進行遮擋。
[0029]本實施例為又一較佳實施方式，擋風部8位于過流通道5處于載流排4長度方向上的對應位置處，能夠使經通風窗口 7流至兩磁極線圈I之間通道內的外冷通風風路和同時經間隙3、過流通道5流至兩磁極線圈I之間通道內的內冷通風風路相互隔開，有效減小彼此的相互干涉，從而提高轉子磁極冷卻效果。
[0030]實施例4
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0031]所述磁極線圈I由多層載流排4堆疊而成，載流排4上開有供冷卻氣體通過的過流通道5或任意相鄰載流排4之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道5。
[0032]所述通風窗口 7為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口 7之間的部分形成通風分區裝置6的擋風部8，擋風部8位于過流通道5處于載流排4長度方向上的對應位置處，擋風部8對通過通風分區裝置6進入兩磁極線圈I之間通道內的冷卻氣體進行遮擋。所述通風窗口 7為孔或缺口。
[0033]本實施例為又一較佳實施方式，通風窗口 7為孔或缺口，可以適應不同的使用需要，而且，可以使制造工藝更簡單，降低生產成本。
[0034]實施例5
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0035]所述磁極線圈I由多層載流排4堆疊而成，載流排4上開有供冷卻氣體通過的過流通道5或任意相鄰載流排4之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道5。
[0036]所述通風窗口 7為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口 7之間的部分形成通風分區裝置6的擋風部8，擋風部8位于過流通道5處于載流排4長度方向上的對應位置處，擋風部8對通過通風分區裝置6進入兩磁極線圈I之間通道內的冷卻氣體進行遮擋。所述通風窗口 7為缺口。
[0037]所述通風窗口 7呈方形、梯形、半圓形、腰形或其他任意能夠供氣體通過的幾何形狀。
[0038]本實施例為又一較佳實施方式，通風窗口 7的形狀優選方形、梯形、半圓形或腰形，在保證冷卻氣體順利通過的情況下，能滿足不同應用需要。
[0039]實施例6
一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，冷卻氣體經兩磁極線圈I進風端上的通風分區裝置6流至兩磁極線圈I之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈I的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心2和磁極線圈I之間的間隙流入磁極線圈I內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈I內部進行冷卻，再從磁極線圈I內部流至兩磁極線圈I之間的通道內，通風分區裝置6將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
[0040]所述磁極線圈I由多層載流排4堆疊而成，載流排4上開有供冷卻氣體通過的過流通道5或任意相鄰載流排4之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道5。
[0041]所述通風窗口 7為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口 7之間的部分形成通風分區裝置6的擋風部8，擋風部8位于過流通道5處于載流排4長度方向上的對應位置處，擋風部8對通過通風分區裝置6進入兩磁極線圈I之間通道內的冷卻氣體進行遮擋。所述通風窗口 7為缺口。
[0042]所述通風窗口 7呈方形、梯形、半圓形、腰形或其他任意能夠供氣體通過的幾何形狀。
[0043]所述擋風部8數量與過流通道5數量相同。
[0044]本實施例為最佳實施方式，擋風部8數量與過流通道5數量相同，能夠進一步充分的將兩磁極線圈I之間的通道內形成的內冷通風風路和外冷通風風路隔開，提高轉子磁極冷卻效果。
[0045]本發明不限于上述實施例，根據上述實施例的描述，本領域的普通技術人員還可對本發明作出一些顯而易見的改變，如將通風窗口 7設置成其他任意能夠供冷卻氣體通過的形狀，但這些改變均應落入本發明權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:冷卻氣體經兩磁極線圈(I)進風端上的通風分區裝置(6)流至兩磁極線圈(I)之間的通道內，形成外冷通風風路，并對磁極線圈(I)的外部進行冷卻，同時冷卻氣體經磁極鐵心(2 )和磁極線圈(I)之間的間隙(3 )流入磁極線圈(I)內部，形成內冷通風風路，并對磁極線圈(I)內部進行冷卻，再從磁極線圈(I)內部流至兩磁極線圈(I)之間的通道內，通風分區裝置(6)將流至通道內的外冷通風風路和內冷通風風路相互隔開。
2.根據權利要求1所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述磁極線圈(I)由多層載流排(4)堆疊而成，載流排(4)上開有供冷卻氣體通過的過流通道(5)或任意相鄰載流排(4)之間設置有供冷卻氣體通過的過流通道(5)。
3.根據權利要求1或2所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述通風分區裝置(6)上至少開有一個通風窗口(7)。
4.根據權利要求3所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述通風窗口(7)為兩個或多個，任意兩個相鄰通風窗口(7)之間的部分形成通風分區裝置(6)的擋風部(8)，擋風部(8)位于過流通道(5)處于載流排(4)長度方向上的對應位置處。
5.根據權利要求4所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述通風窗口(7)為缺口。
6.根據權利要求5所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述通風窗口(7)呈方形、梯形、半圓形、腰形或其他任意能夠供氣體通過的幾何形狀。
7.根據權利要求4所述的一種轉子磁極內冷與外冷分區冷卻的方法，其特征在于:所述擋風部(8 )數量與過流通道(5 )數量相同。
【文檔編號】H02K1/32GK103715803SQ201410024279
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】鄭小康, 鄒應冬, 錢昌燕, 廖毅剛, 張天鵬, 錢生坤, 鄢幫國, 黃智欣, 駱林, 杜國斌, 蔣富強 申請人:東方電氣集團東方電機有限公司