凸极电机磁极内冷通风道的制作方法

本实用新型涉及电机冷却技术领域，特别是一种凸极电机磁极内冷通风道。

背景技术：

凸极电机每极容量通常在10MVA以下，部分能达到15MVA。随着市场需求的变化和相关技术的发展，凸极电机磁极的每极容量不断攀升，每极容量有望达到30-40MVA/极。随着每极容量的提高，磁极的设计难度增大。如果在采用相同匝数和重量的磁极线圈的条件下，线圈的电流密度就会越来越高，磁极线圈发热将越来越严重；但是，如果通过增加磁极线圈匝数和重量来降低磁极线圈电流密度，则会使磁极重量显著增加，从而会使磁极、磁轭、转子支架等部件的应力显著增加。

磁极、磁轭、转子支架的应力是制约电机转子设计和制造的关键因素。对于转子线速度高的机组而言，其应力本身就非常大，如果磁极重量过大，则可能使磁极、磁轭、转子支架等的应力超过大部分材料的许用应力，从而会显著增加设计制造难度和成本。因此，对于每极容量高的，特别是每极容量超高的高速机组，需要通过改善磁极通风冷却效果，以减小磁极线圈的匝数和重量来减小整个磁极装配的重量，从而达到降低磁极、磁轭、转子支架部位应力的目的，最终将设计制造难度以及成本控制在合理范围内。

凸极电机的磁极冷却方式一般为气体冷却。转子支架在旋转过程中产生风压头，将冷却气体经磁轭吹至磁极极间，冷却气体在流过磁极极间进入气隙和定子铁芯通风沟的过程中，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。

此外，转子在旋转过程中，磁极的磁极线圈朝向旋转方向的面为“迎风面”，朝向旋转方向的反方向的面为“背风面”，两相邻磁极之间的磁极线圈表面，一个为“背风面”，一个为“迎风面”；磁极旋转会产生周向风压，其会使“迎风面”的风压高于“背风面”的风压，即通过线圈外表面的冷却气体的风压在磁极旋转的影响下会出现“迎风面”风压高于“背风面”风压的情况，由此会导致“背风面”的冷却效果比“迎风面”的冷却效果更差，导致“背风面”和“迎风面”温升差异较大，从而可能影响磁极线圈及其绝缘的可靠性和使用寿命。

我公司专利申请号为201410024279.7文件中提出一种转子磁极内冷与外冷分区冷却的方法，该方法通过对磁极线圈同时进行内冷和外冷，并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，从而提高整个转子磁极冷却效果。磁极的内冷风路由磁极线圈与磁极铁芯间的间隙和若干设置在磁极线圈上或任意相邻载流排之间的过流通道（也称为通风道）组成。为防止污染物在内冷风路中积聚，在磁极线圈最外侧必须设置所述的通风道。

常规的磁极铁芯结构如图1所示，一般通过在磁极托板和磁极铁芯靴部之间额外设置一层金属托板，并通过在金属托板上加工一系列沟槽形成该最外侧通风道。但是，该方法也存在问题，当转子旋转时，金属托板的离芯力经过分解会产生侧向分力，对磁极结构的安全稳定带来威胁。为避免侧向分力的破坏，需要设置额外的固定装置对金属托板进行固定，如此一来，最外侧通风道的结构就变得复杂，安装非常不便。因此，这种方法所涉及的结构一般仅用于理论上不存在侧向分力的向芯磁极中，应用范围受到局限。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种凸极电机磁极内冷通风道。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

方案一：

一种凸极电机磁极内冷通风道，包括磁极铁芯、磁极线圈以及磁极托板，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈之间有间隙形成若干风道入口，磁极铁芯外侧设有靴部，所述靴部下表面开设与风道入口数量和位置对应的通风道，通风道与风道入口共同形成磁极内冷风道。

方案二：

一种凸极电机磁极内冷通风道，包括磁极铁芯、磁极线圈以及磁极托板，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈之间有间隙形成若干风道入口，磁极铁芯外侧设有靴部，所述磁极铁芯由若干具有不同靴部高度的磁极冲片叠装而成，各磁极冲片的靴部由于靴部高度不同而在磁极铁芯两侧分别形成若干通风道，各通风道与风道入口数量和位置对应，通风道与风道入口共同形成磁极内冷风道。

上述两个方案中，所述通风道横截面为方形、梯形、半圆形或腰形或其他任意的能够供气体通过的几何形状。

上述两个方案中，所述通风道的通风道高度为2-20mm，所述通风道的通风道宽度为2-100mm。

上述两个方案中，在磁极铁芯的单侧，各所述通风道的宽度总和与磁极铁芯的长度之比为0.05-0.5。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、与现有的磁极线圈无内冷通风道结构相比，磁极线圈冷却效果显著提高；

2、与现有的磁极线圈无内冷通风道结构相比，本实用新型取消了原来存在的金属托板，结构更加简单，安装简便，消除了现有技术的应用局限；

3、通过不同的通风道尺寸配比，可以调节磁极内表面通风道的过风面积和散热表面积，合理利用磁极内冷风路的散热性能。

附图说明

图1是常规的磁极铁芯（正常使用状态翻转180°之后的示意图）；

图2是本实用新型实施例1的带通风道的磁极铁芯（正常使用状态翻转180°之后的示意图）；

图3是本实用新型实施例1中磁极铁芯与磁极线圈共同形成的磁极内冷风道（正常使用状态翻转180°之后的示意图）；

图4本实用新型实施例2中的磁极冲片（正常使用状态翻转180°之后的示意图）。

图中标记：1-靴部，2-通风道，3-通风道宽度，4-通风道高度，5-磁极托板，6-风道入口，7-磁极内冷风道，8-磁极线圈，9-磁极冲片，10-靴部高度。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

实施例1：

如图2、3所示，一种凸极电机磁极内冷通风道，包括磁极铁芯、磁极线圈8以及磁极托板5，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈8之间有间隙形成若干风道入口6，磁极铁芯外侧设有靴部1，所述靴部1下表面开设与风道入口6数量和位置对应的通风道2，通风道2与风道入口6共同形成磁极内冷风道7。

所述通风道2横截面为方形、梯形、半圆形或腰形或其他任意的能够供气体通过的几何形状。

所述通风道2的通风道高度4为2-20mm，所述通风道2的通风道宽度3为2-100mm。

在磁极铁芯的单侧，各所述通风道2的宽度总和与磁极铁芯的长度之比为0.05-0.5。

实施例2：

如图2、3所示，一种凸极电机磁极内冷通风道，包括磁极铁芯、磁极线圈8以及磁极托板5，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈8之间有间隙形成若干风道入口6，磁极铁芯外侧设有靴部1，所述磁极铁芯由若干具有不同靴部高度10的磁极冲片9（如图4所示）叠装而成，各磁极冲片9的靴部1由于靴部高度10不同而在磁极铁芯两侧分别形成若干通风道2，各通风道2与风道入口6数量和位置对应，通风道2与风道入口6共同形成磁极内冷风道7。

所述通风道2横截面为方形、梯形、半圆形或腰形或其他任意的能够供气体通过的几何形状。

所述通风道2的通风道高度4为2-20mm（更优地，通风道2的通风道高度4可选择为2-15mm），所述通风道2的通风道宽度3为2-100mm。

在磁极铁芯的单侧，各所述通风道2的宽度总和与磁极铁芯的长度之比为0.05-0.5。