CN108566045B - 一种提高空气冷却发电机散热效率的通风结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高空气冷却发电机散热效率的通风结构和方法，使冷却空气从发电机的若干个进风口进入定子和转子之间的气隙，再经过由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，进入导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道，之后流入发电机内部空腔，再经由出风口流出。冷却空气通过扁平流道时，能以较高速度横掠铁芯背面，从而加强了铁芯背面的散热，有效降低了铁芯和绕组的温度。使用导热性良好的材料制成导流板，并增大了散热面积，有效提升了散热的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机的通风结构及方法。
背景技术
近年来风力发电机的单机容量正逐步提高，发电机产生的热量也随之增加，直接导致发电机各部件温度的增加。如何有效控制这些部件温度在合理的范围内，已经成为影响风力发电机发展的关键问题。
目前空气冷却仍然是风力发电机最普遍的冷却方式。一种较为常见的空气冷却系统为：强制冷却风从定子和转子之间的气隙流入，经过铁芯之间的通风道流入发电机内部空腔，最后从发电机排出。由于气隙和通风道尺寸非常狭窄，冷却空气以较高流度通过这些区域，使得相邻于气隙的铁芯正面和相邻于通风道的铁芯上下端面具有较高的散热效率。但是，冷却空气通过通风道进入空腔后会形成射流，速度迅速下降，且流动方向与铁芯背面近似成90°夹角，使得铁芯背面散热效率较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高空气冷却发电机散热效率的通风结构及方法，通过改善铁芯背部散热，有效提高了发电机空气冷却系统的散热效率。
本发明的技术方案是提供一种提高空气冷却发电机散热效率的通风结构，其设有导流板；
所述通风结构，包含：
冷却空气的进风口；
在发电机的转子与定子之间形成的气隙，其与所述进风口连通；
在定子内部由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，其与所述气隙连通；
在导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道，其与所述通风道连通；
发电机内部空腔，其与所述扁平流道连通。
可选地，所述导流板通过其设置的连接段，安装至铁芯背部、或铁芯支撑结构、或定子轴向支撑结构上。
可选地，所述导流板还设置有与所述连接段相连的延伸段，并在所述延伸段与铁芯的背面之间形成扁平流道。
可选地，所述导流板的连接段与延伸段连接成L型或T型；或者，所述导流板的连接段与延伸段以弧形段过渡连接。
可选地，设每个导流板的当前对应铁芯，是与该导流板的连接段的安装位置所对应的一个铁芯；
该导流板的延伸段与当前对应铁芯的背面之间形成扁平流道，和/或与当前对应铁芯相邻的至少一个铁芯的背面之间形成扁平流道。
可选地，所述导流板的延伸段与铁芯背面夹角小于20°。
可选地，所述导流板的延伸段与铁芯背面平行。
可选地，所述导流板的延伸段与铁芯的间距为0.5～3倍通风道的高度。
可选地，所述导流板的延伸段的长度大于通风道轴向间距的50％。
可选地，所述导流板由导热性良好的材料制成。
可选地，所述导流板由金属制成。
可选地，每个铁芯配设有一个对应的导流板；
或者，每隔一个或多个铁芯配设有一个对应的导流板。
可选地，所述冷却空气的进风口，包含位于轴向两端的上进风口、下进风口；所述通风结构还包含与发电机内部空腔连通的出风口；所述出风口与所述上进风口位于轴向的同一端。
本发明的另一个技术方案是使用上述任意一种通风结构，提供一种提高空气冷却发电机散热效率的通风方法：冷却空气从发电机的若干个进风口进入定子和转子之间的气隙，再经过由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，进入导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道，对铁芯和绕组进行降温散热后流入发电机内部空腔。
与现有技术相比，本发明所述提高空气冷却发电机散热效率的通风结构及方法，改变了空气的流动路径，使冷却空气从通风孔流出后能以较高速度横掠铁芯背面，从而加强了铁芯背面的散热，有效降低了铁芯和绕组的温度。优选地，使用导热性良好的材料制成导流板，形成类似于翅片式的散热结构，增大了散热面积。因此，该导流板本身也能起到加强散热的效果。
附图说明
图1是本发明第一实施例中发电机的剖面简化图及冷却空气流动路径；
图2是本发明第二实施例中导流板布置的示意图；
图3是本发明第三实施例中导流板布置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图，说明本发明所述提高空气冷却发电机散热效率的通风结构及方法的多种实施方式。
参照图1，本实施例的通风结构，涉及发电机转子1，铁芯8，绕组3和导流板7。发电机主要包含定子和转子1，转子1与定子之间形成气隙2。定子主要包含铁芯8和绕组3；定子内部，铁芯8与绕组3的间隙形成通风道4。导流板7，安装于发电机铁芯8背部、或铁芯支撑结构、或定子轴向支撑结构上，该导流板7与铁芯8背面形成狭窄扁平的流道。
基于本发明的通风方法，冷却空气从上进风口5和下进风口11进入定子和转子1之间的气隙2，经过通风道4进入导流板7与铁芯背面间的扁平流道。然后再进入发电机内部空腔10，再经由出风口6流出。冷却空气通过扁平流道时，能以较高速度横掠铁芯8背面，从而加强了铁芯8背面的散热，有效降低了铁芯8和绕组3的温度。
本例中，连通发电机内部空腔10的出风口6，与上进风口5在轴向的同一端，下进风口11在轴向的另一端；图中的标记9为固定轴。本实施例中的导流板7呈L型，一短边(或称连接段)连接至铁芯8背面的任意位置(本例在靠近边缘的位置)，一长边(或称延伸段)作为导流板7，向相邻铁芯8所在的方向延伸，并与相邻铁芯8的背面之间形成扁平流道。各导流板7的延伸段，朝着同一方向(如朝着出风口6所在方向)形成开口。
示例地，导流板7的延伸段与铁芯8背面夹角小于20°，两者平行最佳。导流板7的延伸段与铁芯8的间距D为0.5～3倍通风道4的高度h。导流板7的延伸段的长度L大于通风道4轴向间距的50％。
导流板7的材料选用导热性良好的材料，例如金属。一般为每个铁芯8安装一个导流板7；根据实际情况，在其他的一些实施例中，也可以是每隔一个或几个铁芯8安装一个导流板7。
以上只是本发明的一种实施方式，一个优选示范例。本发明申请请求保护的范围并不只限于所述实施方式。凡与本实施例等效的技术方案均属于本发明的保护范围。
例如，图2所示的另一实施例中，导流板7’与铁芯8背面以圆弧连接。
如图3所示的又一实施例中，导流板7”可以为T型，一短边连接在铁芯8背面的任意位置(本例连接在中间位置)，两条长边朝着两侧与之相邻的铁芯8分别延伸；两条长边的长度可以相同或不同。
示例的多种变化结构中，根据导流板长边距离的不同，可以使长边延伸的末端，对应于当前铁芯的边缘81附近、相邻一个铁芯的近侧边缘82附近、中部83附近、远侧边缘84附近等，但不限于此。此处描述的“附近”，是指在长边的延伸末端需为扁平流道留出足够出风的开口，和/或为相邻一个导流板的短边连接或长边延伸留出空间。
根据实际应用情况的不同，一个发电机中的导流板，可以只有一种形状或连接位置，也可以同时使用图1、图2、图3或其他具有不同形状和/或连接位置的多种导流板。一个导流板，可以对应当前所连接的铁芯背面的一部分或全部形成扁平流道，和/或对应相邻铁芯背面的一部分或全部形成扁平流道。若设计的导流板的延伸段足够长，甚至可以使一个导流板对应邻近的多个铁芯形成扁平流道。由此，本发明的通风结构可以更灵活的设计，有效提高空气冷却发电机的散热效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种提高空气冷却发电机散热效率的通风结构，所述发电机包括定子和转子，所述定子包括多个铁芯、多个绕组，其特征在于，
所述通风结构，包含：
冷却空气的进风口；
在发电机的转子与定子之间形成的气隙，所述气隙与所述进风口连通；
在定子内部由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，其与所述气隙连通；
多个导流板；
在所述导流板与所述铁芯远离气隙的背面之间形成多个扁平流道，所述扁平流道与所述通风道连通；
发电机内部空腔，其与所述扁平流道连通。
2.如权利要求1所述的通风结构，其特征在于，
所述导流板通过其设置的连接段，安装至铁芯背部、或铁芯支撑结构、或定子轴向支撑结构上。
3.如权利要求2所述的通风结构，其特征在于，
每个所述导流板包括与所述连接段相连的延伸段，每个所述导流板通过所述延伸段与当前对应铁芯的背面之间形成所述扁平流道，和/或与当前对应铁芯相邻的至少一个铁芯的背面之间形成所述扁平流道。
4.如权利要求2所述的通风结构，其特征在于，
所述导流板的连接段与延伸段连接成L型或T型；
或者，所述导流板的连接段与延伸段以弧形段过渡连接。
5.如权利要求2所述的通风结构，其特征在于，符合以下的任意一项或多项：
所述导流板的延伸段与铁芯背面夹角小于20°；
所述导流板的延伸段与铁芯的间距为0.5~3倍通风道的高度；
所述导流板的延伸段的长度大于通风道轴向间距的 50%；
所述导流板由导热性良好的材料制成；
所述导流板由金属制成。
6.如权利要求2或5所述的通风结构，其特征在于，
所述导流板的延伸段与铁芯背面平行。
7.如权利要求1所述的通风结构，其特征在于，
每个铁芯配设有一个对应的导流板；
或者，每隔一个或多个铁芯配设有一个对应的导流板。
8.如权利要求1所述的通风结构，其特征在于，
所述冷却空气的进风口，包含位于轴向两端的上进风口、下进风口；
所述通风结构还包含与发电机内部空腔连通的出风口；所述出风口与所述上进风口位于轴向的同一端。
9.一种提高空气冷却发电机散热效率的通风方法，使用权利要求1-8中任意一项所述提高空气冷却发电机散热效率的通风结构，其特征在于，
冷却空气从发电机的若干个进风口进入定子和转子之间的气隙，再经过由铁芯与绕组的间隙形成的通风道，进入导流板与铁芯背面之间形成的扁平流道，对铁芯和绕组进行降温散热后流入发电机内部空腔。
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