一种新型转子磁极励磁绕组结构及其制备方法与流程

本发明涉及水轮发电机零部件领域，尤其涉及一种新型转子磁极励磁绕组结构及其制备方法。

背景技术：

水轮发电机转子一般为传统的凸极式结构励磁线圈，其采用平行转绕而成，层与层整齐排列，层间经绝缘坯布模压后，成型磁极线圈相当于一只或圆形或马鞍形或圆形的铜圈，而水轮发电机转子多采用马鞍形励磁线圈，其内侧经厚厚的绝缘材料与磁轭配合，因此通过磁轭散热的条件很差，只有通过矩形的外侧向空气中散热，但外侧散热因层与层整齐排列结构，因此整体励磁绕组散热面积小，散热条件差，转子非常容易升温。而随着转子温度升高，其引发了如降低发电机效率、形成安全隐患等问题。

为解决此类转子中励磁绕组线圈结构散热不佳的问题，目前市面上已经对部分励磁线圈进行了改良。如中国专利局于2013年11月13日公开的一种带水冷散热的励磁线圈的实用新型专利授权，授权公告号为cn203289683u，其为由带水冷套管导线缠绕而成的一体结构，所述带水冷套管导线由金属线包扎绝缘层或涂漆绝缘层，再外套导流管构成，并且所述导流管与水循环冷却控制系统连通并与水循环冷却控制系统形成水循环回路，该实用新型利用水循环直接对励磁线圈进行降温散热，具有散热效果好，无噪音，安全耐用等优点。但是该方案仅适用于少数励磁线圈，如电磁炉等设备，用于电机中显然不合适。

技术实现要素：

为解决现有的水轮发电机转子中励磁绕组线圈结构散热不佳的问题，本发明提供了一种新型转子磁极励磁绕组结构及其制备方法。其首要实现的是提高励磁绕组线圈散热能力的目的，并在此基础上进一步对其性能产生一定的强化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型转子磁极励磁绕组结构，包括若干层励磁绕组，单层励磁绕组由若干励磁线圈组成，励磁线圈为铜线线圈，所述励磁线圈为单匝铜线线圈，且单层励磁绕组中励磁线圈等距交错排布。

传统的励磁线圈是采用扁绕机将铜排螺旋式绕成圆角柱筒形，柱筒的内外壁整齐，单层励磁绕组中励磁线圈之间层叠排布，单个励磁线圈是许多铜线外侧包覆厚厚的绝缘材料绕制成的，仅有最外侧未被绝缘材料包覆的部分可接触空气进行散热，整体散热性能极差，而本发明中的励磁线圈为单匝的铜线线圈，但单层励磁绕组中总体铜线线圈数量与传统结构的单层励磁绕组数量相近，即在保证其性能的同时增大了励磁绕组的比表面积，使每个励磁线圈都能接触到空气、都有良好的散热环境，此外交错排布相较于层叠排布其各个重叠处的重叠面积更小，进一步提高了其比表面积，即散热面积，具有更优的散热效果。此外，该结构的励磁绕组提高了其性能。由于水轮发电子转子多采用马鞍形励磁线圈，而马鞍形励磁线圈所产生的磁通密度随沿中轴线和测量管轴方向较为均匀，但在整个空间分布中均匀性较差，传统的励磁绕组线圈结构也同样存在着该缺点，但在本发明所提供的新型结构中，单层或多层励磁绕组结构在整体空间中磁通密度均匀度也十分高，即进一步具备了圆形励磁线圈的优点。

作为优选，相邻的两个励磁线圈的间距≥0.5mm。

相邻的励磁线圈之间的间距越大，所产生的散热效果越好，其可根据转子的尺寸以及所需铜线线圈的数量决定。但至少要保证其间距为0.5mm才能保证其散热优良。

作为优选，所述励磁线圈为马鞍形励磁线圈。

马鞍形励磁线圈是水轮发电子转子所用的最常规的线圈形状。

作为优选，所述励磁绕组层与层间错位排列。

层与层之间错位排列，进一步增大了层与层之间的散热面积，提高散热效果。

作为优选，所述单层励磁绕组中交错排布的励磁线圈以及励磁绕组层与层之间的连接采用焊接的方式进行，励磁线圈之间采用导电焊材进行焊接，层与层之间采用绝缘焊材进行焊接。

焊接的方式能够提高励磁绕组的稳定性，避免励磁线圈产生滑移。

一种新型转子磁极励磁绕组结构的制备方法，所述制备方法包括：

1)将单匝铜线线圈作为励磁线圈等距交错排布与加工台上，并利用导电焊材对励磁线圈之间交错重叠的部分进行焊接，得到单层励磁绕组；

2)重复1)步骤得到多个单层励磁绕组后，将两层励磁绕组错位层叠，随后在相互层叠接触的部位进行焊接后在焊接部涂覆绝缘材料，得到励磁绕组。

整体加工制备简单，容易实现量产。

作为优选，步骤1)所用铜线线圈为马鞍形铜线线圈。

马鞍形铜线线圈作为励磁线圈，是水轮发电子转子所用的最常规的线圈形状。

本发明的有益效果是：

1)大幅度提高励磁绕组线圈散热能力，避免了转子温度升高，其引发了如降低发电机效率、形成安全隐患等问题的发生；

2)在保持了马鞍形励磁线圈的特点同时通过该结构使其整体具备了圆形励磁线圈所具有的产生的磁通密度在整体空间中均匀度也十分高的优点；

3)制备成本低，无需大量额外的材料；

4)制备方法简单，对设备要求低，容易实现量产。

附图说明

图1为本发明单层励磁绕组中励磁线圈的示意图；

图2为传统单层励磁绕组中励磁线圈的示意图；

图3为图2中b部分的放大示意图；

图4为本发明励磁绕组层与层之间连接的示意图；

图5为图1中a部分的放大示意图；

图中，1励磁绕组，101励磁线圈，102绝缘材料。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示的一种新型转子磁极励磁绕组结构，其包括若干层励磁绕组1，其单层励磁绕组1与图2所示的传统励磁绕组1相似，均由若干励磁线圈101组成，励磁线圈101为铜线线圈，但是传统励磁绕组1如图3所示其单个励磁线圈101由若干铜线外包覆厚厚的绝缘材料102，在扁绕机中螺旋式叠绕而成。但本发明的励磁线圈101如图1和图5所示为马鞍形励磁线圈101，并且是单匝铜线线圈形成的马鞍形励磁线圈101，且单层励磁绕组1中励磁线圈101等距交错排布。其间距如图5中l所示，至少为0.5mm。该排布方式提供了增大了每个励磁线圈101的散热面积，增大了整体的散热空间，极大地提高了散热效果。此外如图4所示，励磁绕组1层与层间错位排列。位错排布的励磁绕组1进一步增大了散热面积、提供了更大的散热空间，提高了散热效果。

此外，所述单层励磁绕组1中交错排布的励磁线圈101以及励磁绕组1层与层之间的连接采用焊接的方式进行，励磁线圈101之间采用导电焊材进行焊接，层与层之间采用绝缘焊材进行焊接。焊接的方式能够提高励磁绕组的稳定性，避免励磁线圈101产生滑移。

一种新型转子磁极励磁绕组结构制备过程为：

1)将马鞍形的单匝铜线线圈作为励磁线圈等距交错排布与加工台上，并对励磁线圈之间交错重叠的部分进行锡焊，得到单层励磁绕组；

2)重复1)步骤得到多个单层励磁绕组后，将两层励磁绕组错位层叠，随后在相互层叠接触的部位进行焊接后在焊接部涂覆沥青，得到励磁绕组。

所得励磁绕组即为新型转子磁极励磁绕组结构。