本實用新型涉及一種電機冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道。

背景技術(shù)：

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(guān)技術(shù)的發(fā)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(shè)計難度增大。在采用相同匝數(shù)和重量的磁極線圈的條件下，線圈的電流密度將會越來越高，磁極線圈發(fā)熱也越來越嚴(yán)重；但是，如果通過增加磁極線圈匝數(shù)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(zhuǎn)子支架等部件的應(yīng)力顯著增加。

而磁極、磁軛、轉(zhuǎn)子支架的應(yīng)力是制約電機轉(zhuǎn)子設(shè)計和制造的關(guān)鍵因素，對于轉(zhuǎn)子線速度高的機組而言，其應(yīng)力本身就非常大，如果磁極重量過大，則可能使磁極、磁軛、轉(zhuǎn)子支架等的應(yīng)力超過大部分材料的許用應(yīng)力，從而會顯著增加設(shè)計制造的難度和成本。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(fēng)冷卻效果，以減小磁極線圈的匝數(shù)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(zhuǎn)子支架部位應(yīng)力的目的，最終將設(shè)計制造的難度和成本控制在合理范圍內(nèi)。

凸極同步電機的磁極由磁極鐵芯、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芯外，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(dǎo)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(chǎn)生磁場，而心磁極鐵芯則將磁場增強，同時心磁極鐵芯對磁極線圈起支撐作用。

凸極電機的磁極冷卻方式一般為氣體冷卻。轉(zhuǎn)子支架在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生風(fēng)壓頭，將冷卻氣體經(jīng)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芯通風(fēng)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(fā)生熱交換，將磁極線圈的熱量帶走，從而實現(xiàn)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。

此外，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，磁極的磁極線圈朝向旋轉(zhuǎn)方向的面為“迎風(fēng)面”，朝向旋轉(zhuǎn)方向的反方向的面為“背風(fēng)面”。磁極旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生周向風(fēng)壓，其會使“迎風(fēng)面”的風(fēng)壓高于“背風(fēng)面”的風(fēng)壓，即通過線圈外表面的冷卻氣體的風(fēng)壓在磁極旋轉(zhuǎn)的影響下會出現(xiàn)“迎風(fēng)面”風(fēng)壓高于“背風(fēng)面”風(fēng)壓的情況，由此會導(dǎo)致“背風(fēng)面”的冷卻效果比“迎風(fēng)面”的冷卻效果更差，導(dǎo)致“背風(fēng)面”和“迎風(fēng)面”溫升差異較大，從而可能影響磁極線圈及其絕緣性能的可靠性和使用壽命。

我公司申請的專利申請?zhí)枮?01410024279.7的專利文獻中提出一種轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)冷與外冷分區(qū)冷卻的方法，該方法通過對磁極線圈同時進行內(nèi)冷和外冷，并將內(nèi)冷和外冷在兩磁極線圈之間的通道內(nèi)的通風(fēng)風(fēng)路隔開，使內(nèi)冷和外冷通風(fēng)風(fēng)路互不干涉，可使內(nèi)通風(fēng)的冷卻氣體順利地流入兩磁極線圈之間的通道內(nèi)，從而提高整個轉(zhuǎn)子磁極冷卻效果。磁極內(nèi)冷風(fēng)路由磁極線圈與磁極鐵芯間的間隙和若干設(shè)置在磁極線圈上或任意相鄰載流排之間的過流通道組成。所述過流通道也成為通風(fēng)道。為防止污染物在磁極內(nèi)冷風(fēng)路中積聚，在磁極線圈最外側(cè)必須設(shè)置所述的通風(fēng)道。

設(shè)置通風(fēng)道的方式一般為，通過在磁極托板和磁極鐵芯靴部之間額外設(shè)置一層金屬托板，并通過在金屬托板上加工一系列溝槽形成該最外側(cè)通風(fēng)道。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，金屬托板的離心力經(jīng)過分解會產(chǎn)生側(cè)向分力，對磁極結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定帶來威脅，為避免側(cè)向分力的破壞，金屬托板又需要設(shè)置額外的固定裝置，如此一來，最外側(cè)通風(fēng)道的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，安裝不便。因此該種結(jié)構(gòu)一般僅用于理論上不存在側(cè)向分力的向心磁極中，應(yīng)用范圍受到局限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道，通過在最外側(cè)載流排表面預(yù)留若干溝槽形成通風(fēng)道。從而避免增加額外的一層金屬托板，結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便，消除了現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用局限。

本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：

一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道，包括磁極鐵芯、磁極線圈以及磁極托板，所述磁極鐵芯側(cè)面與磁極線圈之間有間隙形成若干磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口，所述磁極線圈由若干層載流排堆疊而成，所述磁極線圈在其最外側(cè)的載流排表面設(shè)置與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口的位置與數(shù)量相對應(yīng)的通風(fēng)道，通風(fēng)道與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口連通共同形成磁極內(nèi)冷風(fēng)路。

對上述方案進行優(yōu)選，所述通風(fēng)道于最外側(cè)載流排表面，通過不同厚度的載流排焊接而成，或在整體載流排上加工而成，或以預(yù)留出溝槽的成型手段形成。

對上述方案進行優(yōu)選，所述通風(fēng)道橫截面為矩形、梯形、半圓形或腰形或其他任意的能夠供氣體通過的幾何形狀。

對上述方案進行優(yōu)選，所述通風(fēng)道的出入口垂直距離與載流排寬度的比值為0.2-1。

對上述方案進行優(yōu)選，所述通風(fēng)道的出入口中心連線與載流排側(cè)面法線之間的夾角為0-70°。

對上述方案進行優(yōu)選，所述通風(fēng)道的走勢為直線、弧線或折線。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是：

1、與現(xiàn)有的無內(nèi)冷通風(fēng)道結(jié)構(gòu)的磁極線圈相比，磁極線圈的冷卻效果顯著提高。

2、與現(xiàn)有的無內(nèi)冷通風(fēng)道結(jié)構(gòu)的磁極線圈相比，本實用新型無需再設(shè)金屬托板，結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便，消除了現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用局限。

3、通過不同的通風(fēng)道尺寸、形狀、走勢、斜度等配比，可以調(diào)節(jié)磁極內(nèi)表面通風(fēng)道的過風(fēng)面積、散熱表面積和出風(fēng)口方向，合理利用磁極內(nèi)冷風(fēng)路的散熱性能，優(yōu)化磁極內(nèi)冷風(fēng)路。

4、通風(fēng)道與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口一一對應(yīng)，這樣可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)前方的入風(fēng)口截面積與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后方的入風(fēng)口截面積之比來進入調(diào)整磁極“迎風(fēng)面”和“背風(fēng)面”磁極線圈內(nèi)冷通風(fēng)道的冷卻氣體流量和流速，從而減小“迎風(fēng)面”和“背風(fēng)面”溫差，利于提高磁極安全性、可靠性以及使用壽命。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例1的主視圖。

圖2是本實用新型實施例1中磁極線圈最外側(cè)的載流排的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型實施例2的主視圖。

圖4是本實用新型實施例2中磁極線圈最外側(cè)的載流排的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型實施例3中磁極線圈最外側(cè)的載流排的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1-通風(fēng)道，2-通風(fēng)道高度，3-通風(fēng)道寬度，4-出入口中心線連線，5-載流排側(cè)面法線，6-磁極托板，7-磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口，8-磁極內(nèi)冷風(fēng)路，9-磁極線圈1，10-出入口垂直距離，11-出入口中心線連線與載流排側(cè)面法線的夾角。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

實施例1：

如圖1、2所示，一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道，包括磁極鐵芯、磁極線圈9以及磁極托板6，所述磁極鐵芯側(cè)面與磁極線圈9之間有間隙形成若干磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7，所述磁極線圈9由若干層載流排堆疊而成，所述磁極線圈9在其最外側(cè)的載流排表面設(shè)置與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7的位置與數(shù)量相對應(yīng)的通風(fēng)道1，通風(fēng)道1與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7連通共同形成磁極內(nèi)冷風(fēng)路8。

所述通風(fēng)道1位于最外側(cè)載流排表面，通過不同厚度的載流排焊接而成，或在整體載流排上加工而成，或以預(yù)留出溝槽的成型手段形成。

所述通風(fēng)道1橫截面為矩形。

所述通風(fēng)道1的出入口垂直距離10與載流排寬度的比值為1。

所述通風(fēng)道1的出入口中心連線4與載流排側(cè)面法線5之間的夾角11為0。

所述通風(fēng)道1的走勢為直線。

本實施例為本實用新型的基本方式，通過調(diào)節(jié)通風(fēng)道1尺寸，可以調(diào)節(jié)磁極線圈9內(nèi)通風(fēng)道1的過風(fēng)面積及散熱表面積，合理利用磁極內(nèi)冷風(fēng)路8的散熱性能。

實施例2：

如圖3、4所示，一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道，包括磁極鐵芯、磁極線圈9以及磁極托板6，所述磁極鐵芯側(cè)面與磁極線圈9之間有間隙形成若干磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7，所述磁極線圈9由若干層載流排堆疊而成，所述磁極線圈9在其最外側(cè)的載流排表面設(shè)置與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7的位置與數(shù)量相對應(yīng)的通風(fēng)道1，通風(fēng)道1與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7連通共同形成磁極內(nèi)冷風(fēng)路8。

所述通風(fēng)道1位于最外側(cè)載流排表面，通過不同厚度的載流排焊接而成，或在整體載流排上加工而成，或以預(yù)留出溝槽的成型手段形成。

所述通風(fēng)道1橫截面為矩形。

所述通風(fēng)道1的出入口垂直距離10與載流排寬度的比值為0.8。

所述通風(fēng)道1的出入口中心連線4與載流排側(cè)面法線5之間的夾角11為0。

所述通風(fēng)道1的走勢為直線。

本實施例為本實用新型的另一應(yīng)用方式，通過調(diào)節(jié)通風(fēng)道1的尺寸，可以調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通風(fēng)道1的過風(fēng)面積及散熱表面積，合理利用磁極內(nèi)冷風(fēng)路8的散熱性能。通過調(diào)節(jié)通風(fēng)道出入口垂直距離10，可以改變出風(fēng)方向，避免經(jīng)磁極內(nèi)冷風(fēng)路8的冷卻空氣與外表面冷卻空氣撞擊，風(fēng)路更加流暢。

實施例3：

如圖3、5所示，一種凸極電機磁極內(nèi)冷通風(fēng)道，包括磁極鐵芯、磁極線圈9以及磁極托板6，所述磁極鐵芯側(cè)面與磁極線圈9之間有間隙形成若干磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7，所述磁極線圈9由若干層載流排堆疊而成，所述磁極線圈9在其最外側(cè)的載流排表面設(shè)置與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7的位置與數(shù)量相對應(yīng)的通風(fēng)道1，通風(fēng)道1與磁極內(nèi)冷風(fēng)道入口7連通共同形成磁極內(nèi)冷風(fēng)路8。

所述通風(fēng)道1位于最外側(cè)載流排表面，通過不同厚度的載流排焊接而成，或在整體載流排上加工而成，或以預(yù)留出溝槽的成型手段形成。

所述通風(fēng)道1橫截面為矩形。

所述通風(fēng)道1的出入口垂直距離10與載流排寬度的比值為1。

所述通風(fēng)道1的出入口中心連線4與載流排側(cè)面法線5之間的夾角11為30°。

所述通風(fēng)道1的走勢為折線。

本實例為本實用新型的另一應(yīng)用方式，通過調(diào)節(jié)通風(fēng)道1的尺寸，可以調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通風(fēng)道1的過風(fēng)面積及散熱表面積，合理利用磁極內(nèi)冷風(fēng)路8的散熱性能。通過調(diào)節(jié)出入口中心連線4與載流排側(cè)面法線5的夾角11，可以改變出風(fēng)方向，避免經(jīng)磁極內(nèi)冷風(fēng)路8的冷卻空氣與外表面冷卻空氣撞擊，風(fēng)路更加流暢，可應(yīng)用于軸向、徑向混合通風(fēng)的磁極冷卻中。

上述三個實施例中，通風(fēng)道1的高度為2-15mm，寬度為2-100mm。