凸极电机磁极内冷通风道的制作方法

本实用新型涉及一种电机冷却技术领域，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。在采用相同匝数和重量的磁极线圈的条件下，线圈的电流密度将会越来越高，磁极线圈发热也越来越严重；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。

而磁极、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的难度和成本。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，从而减小整个磁极装配的重量，以达到降低磁极、磁轭、转子支架部位应力的目的，最终将设计制造的难度和成本控制在合理范围内。

凸极同步电机的磁极由磁极铁芯、磁极压板、磁极线圈、阻尼绕组、磁极拉杆等组成，其中磁极线圈用于通电流，磁极线圈套于磁极铁芯外，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，而心磁极铁芯则将磁场增强，同时心磁极铁芯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”。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性能的可靠性和使用寿命。

我公司申请的专利申请号为201410024279.7的专利文献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组成。所述过流通道也成为通风道。为防止污染物在磁极内冷风路中积聚，在磁极线圈最外侧必须设置所述的通风道。

设置通风道的方式一般为，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。转子旋转时，金属托板的离心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，金属托板又需要设置额外的固定装置，如此一来，最外侧通风道的结构更加复杂，安装不便。因此该种结构一般仅用于理论上不存在侧向分力的向心磁极中，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，通过在最外侧载流排表面预留若干沟槽形成通风道。从而避免增加额外的一层金属托板，结构简单、安装简便，消除了现有技术的应用局限。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

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磁极内冷风道入口，所述磁极线圈由若干层载流排堆叠而成，所述磁极线圈在其最外侧的载流排表面设置与磁极内冷风道入口的位置与数量相对应的通风道，通风道与磁极内冷风道入口连通共同形成磁极内冷风路。

对上述方案进行优选，所述通风道于最外侧载流排表面，通过不同厚度的载流排焊接而成，或在整体载流排上加工而成，或以预留出沟槽的成型手段形成。

对上述方案进行优选，所述通风道横截面为矩形、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。

对上述方案进行优选，所述通风道的出入口垂直距离与载流排宽度的比值为0.2-1。

对上述方案进行优选，所述通风道的出入口中心连线与载流排侧面法线之间的夹角为0-70°。

对上述方案进行优选，所述通风道的走势为直线、弧线或折线。

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、与现有的无内冷通风道结构的磁极线圈相比，磁极线圈的冷却效果显著提高。

2、与现有的无内冷通风道结构的磁极线圈相比，本实用新型无需再设金属托板，结构简单、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、形状、走势、斜度等配比，可以调节磁极内表面通风道的过风面积、散热表面积和出风口方向，合理利用磁极内冷风路的散热性能，优化磁极内冷风路。

4、通风道与磁极内冷风道入口一一对应，这样可以通过调整转子旋转前方的入风口截面积与转子旋转后方的入风口截面积之比来进入调整磁极“迎风面”和“背风面”磁极线圈内冷通风道的冷却气体流量和流速，从而减小“迎风面”和“背风面”温差，利于提高磁极安全性、可靠性以及使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的主视图。

图2是本实用新型实施例1中磁极线圈最外侧的载流排的立体结构示意图。

图3是本实用新型实施例2的主视图。

图4是本实用新型实施例2中磁极线圈最外侧的载流排的立体结构示意图。

图5是本实用新型实施例3中磁极线圈最外侧的载流排的立体结构示意图。

图中标记：1-通风道，2-通风道高度，3-通风道宽度，4-出入口中心线连线，5-载流排侧面法线，6-磁极托板，7-磁极内冷风道入口，8-磁极内冷风路，9-磁极线圈1，10-出入口垂直距离，11-出入口中心线连线与载流排侧面法线的夹角。

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1、2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9以及磁极托板6，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈9之间有间隙形成若干磁极内冷风道入口7，所述磁极线圈9由若干层载流排堆叠而成，所述磁极线圈9在其最外侧的载流排表面设置与磁极内冷风道入口7的位置与数量相对应的通风道1，通风道1与磁极内冷风道入口7连通共同形成磁极内冷风路8。

所述通风道1位于最外侧载流排表面，通过不同厚度的载流排焊接而成，或在整体载流排上加工而成，或以预留出沟槽的成型手段形成。

所述通风道1横截面为矩形。

所述通风道1的出入口垂直距离10与载流排宽度的比值为1。

所述通风道1的出入口中心连线4与载流排侧面法线5之间的夹角11为0。

所述通风道1的走势为直线。

本实施例为本实用新型的基本方式，通过调节通风道1尺寸，可以调节磁极线圈9内通风道1的过风面积及散热表面积，合理利用磁极内冷风路8的散热性能。

实施例2：

如图3、4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9以及磁极托板6，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈9之间有间隙形成若干磁极内冷风道入口7，所述磁极线圈9由若干层载流排堆叠而成，所述磁极线圈9在其最外侧的载流排表面设置与磁极内冷风道入口7的位置与数量相对应的通风道1，通风道1与磁极内冷风道入口7连通共同形成磁极内冷风路8。

所述通风道1位于最外侧载流排表面，通过不同厚度的载流排焊接而成，或在整体载流排上加工而成，或以预留出沟槽的成型手段形成。

所述通风道1横截面为矩形。

所述通风道1的出入口垂直距离10与载流排宽度的比值为0.8。

所述通风道1的出入口中心连线4与载流排侧面法线5之间的夹角11为0。

所述通风道1的走势为直线。

本实施例为本实用新型的另一应用方式，通过调节通风道1的尺寸，可以调节磁极内通风道1的过风面积及散热表面积，合理利用磁极内冷风路8的散热性能。通过调节通风道出入口垂直距离10，可以改变出风方向，避免经磁极内冷风路8的冷却空气与外表面冷却空气撞击，风路更加流畅。

实施例3：

如图3、5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9以及磁极托板6，所述磁极铁芯侧面与磁极线圈9之间有间隙形成若干磁极内冷风道入口7，所述磁极线圈9由若干层载流排堆叠而成，所述磁极线圈9在其最外侧的载流排表面设置与磁极内冷风道入口7的位置与数量相对应的通风道1，通风道1与磁极内冷风道入口7连通共同形成磁极内冷风路8。

所述通风道1位于最外侧载流排表面，通过不同厚度的载流排焊接而成，或在整体载流排上加工而成，或以预留出沟槽的成型手段形成。

所述通风道1横截面为矩形。

所述通风道1的出入口垂直距离10与载流排宽度的比值为1。

所述通风道1的出入口中心连线4与载流排侧面法线5之间的夹角11为30°。

所述通风道1的走势为折线。

本实例为本实用新型的另一应用方式，通过调节通风道1的尺寸，可以调节磁极内通风道1的过风面积及散热表面积，合理利用磁极内冷风路8的散热性能。通过调节出入口中心连线4与载流排侧面法线5的夹角11，可以改变出风方向，避免经磁极内冷风路8的冷却空气与外表面冷却空气撞击，风路更加流畅，可应用于轴向、径向混合通风的磁极冷却中。

上述三个实施例中，通风道1的高度为2-15mm，宽度为2-100mm。