CN109120104B - 风力发电机组、电机、电机气隙的气流输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种风力发电机组、电机、电机气隙的气流输送装置，电机气隙的气流输送装置，包括环形配气室，所述环形配气室位于所述气隙的至少一端，所述环形配气室具有朝向所述气隙的输送口，以向所述气隙输送热气流或冷气流。在气隙端部设置环形配气室，将所需的气流注入环形配气室，则环形配气室可以将蓄积后的气流输出至气隙，有助于气流顺畅地通过气隙，气隙的流量更易于控制，从而有效地向气内输出，减少进入气隙时的局部阻力，进入气隙的气流可以接触到整个铁心的外周，从而提升对铁心的冷却和干燥效果。

Description

风力发电机组、电机、电机气隙的气流输送装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种风力发电机组、电机、电机气隙的气流输送装置。
背景技术
请参考图1-2，图1为空气间壁式换热器对发电机内部实施冷却的整机布局示意图；图2为图1中的间壁式换热器的结构分解原理图。
如图1所示，发电机500’的右侧连接叶轮600’，左侧设有机舱100’，机舱100’内设置间壁式换热器300’，具体设置在机舱100’的尾部。间壁式换热器300’的左侧设有内循环引风机202’，内循环引风机202’由内循环驱动电机201’驱动，还设有内循环气流引出输送管400’，发电机500’产热后的热气流，经内循环引风机202’作用，将沿内循环气流引出输送管400’进入间壁式换热器300’的换热器芯体中。
间壁式换热器300’还设有外循环引风机102’，外循环引风机102’由外循环驱动电机101’驱动，外循环引风机102’将自然环境空气流引入至间壁式换热器300’的换热芯体中，换热后的外循环气流流出机舱100’，图1中示出连接外部的外循环风排出口103’。内循环气流冷却降温后排出间壁式换热器300’，并扩散在机舱的尾部空间。
图2中，在引入内循环气流时，间壁式换热器300’和内循环气流引出输送管400’之间还设有内循环汇流腔体203’，上下均设有内循环气流汇流入口203a’。外循环引风机102’与间壁式换热器300’之间设有外循环引风机入口连接段104’，内循环引风机202’与间壁式换热器300’之间设有内循环引风机入口连接段204’。
图1中，发电机500’的壳体处设有冷却气流入口孔板500a’，可参考图3理解，图3为图1中冷却气流入口孔板500a’的示意图。
扩散在机舱内被冷却降温的内循环流体，可经该冷却气流入口孔板500a’的入口孔500b’进入发电机500’内，作为冷却气流再次使用，对发电机500’的内部，比如电机铁心，进行冷却。
然而，上述的冷却方案在对发电机500’的铁心进行冷却时，效果依然差强人意。
发明内容
本发明提供一种电机气隙的气流输送装置，电机的转子和定子之间形成所述气隙，所述气流输送装置包括环形配气室，所述环形配气室位于所述气隙的至少一端，所述环形配气室具有朝向所述气隙的输送口，以向所述气隙输送热气流或冷气流。
可选地，所述环形配气室包括进气喷管，所述进气喷管沿进气方向，通流面积渐缩，或所述进气喷管为缩放喷管；所述进气喷管的喷嘴形成所述输送口。
可选地，所述环形配气室为环形贯通腔体；或，所述环形配气室包括配气室主体，所述配气室主体沿其周向隔离为两个以上的子配气室，所述进气喷管沿其周向隔离为两个以上的子进气喷管，每个所述子配气室，对应于一个或一个以上的所述子进气喷管。
可选地，所述气隙的两端均设有所述环形配气室；还包括连通所述气隙中部的回流流道，热气流或冷气流经所述环形配气室流向所述气隙，并从所述回流流道流出所述气隙。
可选地，还包括环形回流室，所述环形配气室位于所述气隙的一端，所述环形回流室位于所述气隙的另一端；所述环形回流室具有朝向所述气隙的回流口，所述热气流或所述冷气流经所述气隙后，经所述回流口回流至所述环形回流室。
可选地，所述环形回流室还包括回流扩压管，所述回流扩压管沿气流流动方向，通流面积渐增；所述回流扩压管的入口形成所述回流口。
可选地，所述环形回流室为环形贯通腔体；或，所述环形回流室包括回流室主体，所述回流室主体沿其周向隔离为两个以上的子回流室，所述回流扩压管沿其周向隔离为两个以上的子回流扩压管，每个所述子回流室对应于一个或一个以上的所述子回流扩压管。
可选地，所述气流输送装置还包括换热器，所述环形回流室的流出的气流经所述换热器换热后形成进入所述环形配气室的所述冷气流或所述热气流。
可选地，所述换热器设于所述电机的外部；所述环形回流室设有第一出口和/或第二出口，所述冷气流或热气流能够经所述第一出口流出，并经电机绕组的端部后流出所述电机，进入所述换热器；所述冷气流或热气流能够经所述第二出口直接流出所述电机并进入所述换热器。
可选地，所述换热器包括设于机舱顶部外侧的第一间壁式换热器和/或位于所述电机机舱侧壁的第二间壁式换热器。
可选地，所述气流输送装置还包括涡流分离器；所述涡流分离器产生的热气流或冷气流输能够输送至所述气隙。
可选地，所述涡流分离器产生的热气流或冷气流连通至所述气隙的一端端口位置。
可选地，所述气流输送装置还包括涡流分离器和/或换热器，所述涡流分离器、所述换热器向所述环形配气室输送热气流或冷气流。
可选地，所述换热器与所述环形配气室之间设有鼓风机。
本发明还提供一种电机，包括定子、转子、转轴，所述转子为内转子，还包括如第十一项所述的电机气隙的气流输送装置；所述电机设有输送流道，所述输送流道贯穿所述转轴的侧壁以及所述转子，以连通所述转轴的内腔和所述气隙；所述涡流分离器产生的冷气流或热气流输送至所述转轴的内腔内，并能够进入所述输送流道。
可选地，所述涡流分离器通过气体滑环与所述输送流道涡流分离器连通；或所述涡流分离器直接向所述转轴的内腔内喷射热气流或冷气流，再进入所述输送流道。
本发明还提供一种电机，包括定子、转子、转轴，所述转子为内转子，其特征在于，还包括如上述第四项所述的电机气隙的气流输送装置；所述电机设有回流流道，所述回流流道贯穿所述转轴的侧壁以及所述转子，以连通所述转轴的内腔和所述气隙的中部；进入所述气隙的冷气流或热气流经所述回流流道进入所述转轴的内腔。
可选地，设有沿所述电机周向分布的两个或以上的所述回流流道，所述转轴的内腔设有汇流腔室，各所述回流流道内的气流均汇入所述汇流腔室，并引出所述转轴的内腔；所述转轴的内腔设有引风机，以引出所述汇流腔室内的气流。
本发明还提供一种电机，包括定子、转子，所述转子为外转子，其特征在于，还包括上述任一项所述的电机气隙的输送装置；所述环形配气室外套所述定子一端的所有绕组的端部。
本发明还提供一种电机，包括定子、转子、转轴，其特征在于，还包括上述任一项所述的电机气隙的输送装置。
可选地，所述气流输送装置还包括涡流分离器和/或换热器，所述涡流分离器、所述换热器至少一者向所述环形配气室输送气流；
所述涡流分离器安装于电机的端盖；或所述电机为外定子电机，所述涡流分离器安装于所述外定子的壳体。
本发明还提供一种风力发电机组，包括机舱和设于机舱内的发电机，其特征在于，所述发电机为上述第二十项所述的电机。
可选地，所述气流输送装置还包括涡流分离器和/或换热器，所述涡流分离器、所述换热器向所述环形配气室输送热气流或冷气流；所述换热器设于所述风力发电机组的机舱内或机舱外。
可选地，所述换热器为设于所述机舱内间壁式换热器；所述气流输送装置还包括输运管路，所述输运管路将所述间壁式换热器流出的气流输送至所述环形配气室。
研究发现，背景技术中的冷却气流在输送至电机内部后，处于相对无序的流动状态，动能损失很大，并且只有一部分向气隙流入，流量较小，且无法控制。进一步而言，气隙的径向高度H实际上非常小，转子和定子之间只存在较薄一层气隙，而在传统电机的内部，气隙端部以外的空间与这一层薄薄的气隙相比，可以认为是一个非常广阔的空间，气流由一个非常广阔的空间突然间要进入这层气隙时，是非常困难的，从流体力学上而言，气隙可以认为是一个局部阻力件，所以气隙端口结构的进气阻力非常大，本来流量就不足、流速较低的气流，进入气隙后的流量和速度均受较大的限制，冷却效果也必然是差强人意。
本发明方案中，在气隙的一端设置环形配气室，将所需的气流注入环形配气室，则环形配气室可以将蓄积后的气流输出至气隙，有助于气流顺畅地通过气隙，气隙的流量更易于控制。应知，冷气流具有冷却的作用(也兼具一定的干燥作用)，热气流则具有干燥的作用。所以，本方案设置专门的环形配气室，使得气流能够被针对性地收集在环形配气室内，从而有效地向气隙内输出，减少进入气隙时的局部阻力，进入气隙的气流可以接触到整个铁心的外周，从而提升对铁心的冷却和干燥效果。
进一步地，本实施例中的环形配气室还设置通流面积渐缩或缩放的进气喷管，则进气喷管具有加速的作用，相当于设置引流的喷管，将环形配气室内的气流从气隙的端口向气隙内喷入，从而大幅度降低气隙端口的局部阻力，获得高质量的气流流量进入气隙内，确保进入气隙内的气流的流量和流速，流速加快后，可以更快地带走热量或带走水分，起到较好的冷却或干燥的作用。
附图说明
图1为空气间壁式换热器对发电机内部实施冷却的整机布局示意图；
图2为图1中间壁式换热器的结构分解原理图；
图3为图1中冷却气流入口孔板的示意图；
图4为本发明所提供内转子永磁磁极电机第一具体实施例的结构示意图；
图5为图4中中间的电机的示意图；
图6为图4中A部位的局部放大图；
图7为内转子永磁磁极电机的端部原理视图；
图8为图4中环形配气室、气隙、环形回流室的局部视图；
图9为图5中环形配气室的左视图；
图10为图5中环形回流室的右视图；
图11为一种进气喷管向气隙喷射气流并流出的示意图；
图12为本发明所提供内转子永磁磁极电机第二具体实施例的结构示意图；
图13为图12中B部位的局部放大图；
图14为图12中环形配气室、气隙的局部视图；
图15为图12中转轴内回收部的示意图；
图16为本发明所提供内转子永磁磁极电机第三具体实施例的结构示意图；
图17为图16中C部位的局部放大图；
图18为图16中环形配气室、气隙、环形回流室的局部视图；
图19为图16中涡流分离器的基本结构及气流的总温分离工作原理图；
图20为图19中喷管流道的通流截面图；
图21为图19中涡流分离器部件内的内部流场、热能传递示意图；
图22为自由涡流和强制涡流的对比示意图；
图23为图19中涡流分离器内部总温分离工作过程基于热力学温-熵(T-S)的示意图；
图24为本发明所提供内转子永磁磁极电机第四具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；
图25为图24中电机的示意图；
图26为图24中D部位的局部放大图。
图27为本发明所提供内转子永磁磁极电机第五具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；
图28为图27中E部位的局部放大示意图；
图29为本发明所提供内转子永磁磁极电机第六具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；
图30为图29中电机的轴向剖视图。
图1-3中附图标记说明如下：
机舱100’、外循环驱动电机101’、外循环引风机102’、外循环风排出口103’、外循环引风机入口连接段104’、内循环驱动电机201’、内循环引风机202’、内循环汇流腔体203’、内循环气流汇流入口203a’、内循环引风机入口连接段204’、间壁式换热器300’、输送管400’、发电机500’、冷却气流入口孔板500a’、入口孔500b’、叶轮600’；
图4-30中附图标记说明如下：
100机舱；
10定子、101铁心、102绕组、103铁心支架；
20转子、201磁极、202转轴、203轴承、204驱动轴、205联轴器；
301环形配气室、301a子配气室、301b进气接口、302环形回流室、302a子回流室、302b回流接口、303鼓风机、304换热器、304a第一间壁式换热器、304b第二间壁式换热器、305进气喷管、305a子进气喷管、306回流扩压管、306a子回流扩压管、307回流流道、308引风机、309汇流腔室、310输送流道、311涡流分离器、3111涡流分离管、3112喷管、3111a涡流室、3111b热端管段、3111c冷端管段、3111d冷端、3111e热端、3111a1端板、3113节流件、312三通阀、313输运管路、314输运喷管、315进接口、316出接口；
40齿轮箱、50叶轮、601偏航轴承、602变桨轴承、70轮毂、80压气机、801压气机、802空滤器、90气液分离器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本方案提供一种电机气隙的气流输送装置，电机的转子和定子之间形成气隙，气流输送装置包括环形配气室301，环形配气室301位于气隙的至少一端，且环形配气室301朝向气隙的内侧设有输送口，以向气隙输送热气流或冷气流。这里的环形并不限于圆形，由于环形配气室301需要向气隙输送气流，所以环形配气室301最好是与气隙的形态匹配，而气隙的径向截面未必是圆形，决定于定子和转子的形状。
具体可参考如下实施例。
实施例1
请参考图4，图4为本发明所提供内转子永磁磁极电机第一具体实施例的结构示意图；图5为图4中中间的电机的示意图；图6为图4中A部位的局部放大图；图7为内转子永磁磁极电机的端部原理视图。
该电机包括转子20和定子10，转子20为内转子结构，即转子20位于定子10的内腔。定子10包括铁心101和绕设于铁心101上的多个绕组102，转子20的转轴202通过轴承203插装于电机的端盖，转轴202还连接驱动轴204，在驱动轴204带动下转动。如图6所述，转子20和定子10之间存在气隙a，气隙a沿电机的轴向延伸，请再结合图7理解，定子10和转子20之间的气隙a实际上呈环形。
本方案提供的气流输送装置是向电机的气隙a输送气流，所以设置与气隙a对应的环形配气室301。图4视图的中间为电机的轴向剖视图(即图5的视图)，轴向剖视图只能示出环形配气室301的轴向截面，而图4最左侧以环状示意的环形配气室301、最右侧以环状示意的环形回流室302(下面将详细说明)，是便于理解图4中环形配气室301、环形回流室302从两端观察时的位置和形态。
环形配气室301至少位于气隙a的一端，实施例1中，环形配气室301只位于气隙a的一端，另一端设有环形回流室302。环形配气室301具有输送口，环形回流室302具有回流口，环形配气室301、环形回流室302可以正对气隙a端口，以外罩在气隙a的端部，这样，气流(指冷气流或热气流，下述各实施例相同)可经过环形配气室301进入气隙a，然后再流回环形回流室302，并经环形回流室302流出。
需要说明的是，环形配气室301和环形回流室302也不限于正对气隙a的端口，只要大概处于气隙a端口附近位置，能够将气流输送至气隙a内即可。此外，本实施例中的环形配气室301包括进气喷管305，环形回流室302包括回流扩压管306，进气喷管305的喷嘴形成环形配气室301的输送口，回流扩压管306的入口形成环形回流室302的回流口。进气喷管305的喷嘴和回流扩压管306的入口正对气隙a的端口。
具体请参考图8，图8为图4中环形配气室301、气隙a、环形回流室302的局部视图。
如图8所示，进气喷管305沿进气方向，通流面积渐缩，即在图8中所示的从左向右方向，通流面积渐缩。而回流扩压管306沿气流流动方向，通流面积渐增，即在图8中所示的从左向右的方向，通流面积渐增。图8中单箭头表示流体的流动方向，在气隙a位置，还有双头箭头，指示气隙a的径向高度为H(其他实施例相同)。
进入环形配气室301的气流由进气喷管305喷出，输送至气隙a内。气流经过气隙a后，再从气隙a的另一端进入回流扩压管306，然后进入环形回流室302主腔室，最后流出。
研究发现，背景技术中的冷却气流在输送至电机内部后，处于相对无序的流动状态，动能损失很大，并且只有一部分向气隙a流入，流量较小，且无法控制。进一步而言，气隙a的径向高度H实际上非常小，转子20和定子10之间只存在较薄一层气隙a，而在传统电机的内部，气隙端部以外的空间与这一层薄薄的气隙a相比，可以认为是一个非常广阔的空间，气流由一个非常广阔的空间突然间要进入这层气隙a时，是非常困难的，从流体力学上而言，气隙a可以认为是一个局部阻力件，所以气隙a端口结构的进气阻力非常大，本来流量就不足、流速较低的气流，进入气隙a后的流量和速度均受较大的限制，冷却效果也必然是差强人意。
该实施例中，在气隙a的一端设置环形配气室301，将所需的气流注入环形配气室301，则环形配气室301可以将蓄积后的气流输出至气隙a，有助于气流顺畅地通过气隙a，气隙a的流量更易于控制。应知，冷气流具有冷却的作用(也兼具一定的干燥作用)，热气流则具有干燥的作用。所以，本方案设置专门的环形配气室301，使得气流能够被针对性地收集在环形配气室301内，从而有效地向气隙a内输出，减少进入气隙a时的局部阻力，进入气隙a的气流可以接触到整个铁心101的外周，从而提升对铁心102的冷却和干燥效果。
进一步地，本实施例中的环形配气室301还设置通流面积渐缩的进气喷管305，则进气喷管305具有加速的作用，相当于设置引流的喷管，将环形配气室301内的气流从气隙a的端口向气隙a内喷入，从而大幅度降低气隙a端口的局部阻力，获得高质量的气流流量进入气隙a内，确保进入气隙a内的气流的流量和流速，流速加快后，可以更快地带走热量或带走水分，起到较好的冷却或干燥的作用。
另外，由于气体从气隙a端口流出时，也存在空间的急剧变化，即气流要从薄层的气隙a突然膨胀进入一个相比气隙a而言非常广阔的空间内，那么此时气流的流速必然会大大减小，气流变得无序化向周围扩容，从而堆积在气隙a端部附近，影响后续的气流流动，造成局部的阻力非常大。举例而言，当跳水运动员快速跳入水中后，很快就停滞不再继续往水深处走，先前的动能全部消耗殆尽。由于气隙a端口的局部阻力大，所以气流也不易从气隙a内流出。而本实施例还设置回流扩压管306，回流扩压管306的通流面积渐增，则起到扩压的作用，有利于气隙a内的气流能够有足够的压力从气隙a内流出，继而进入环形回流室302的主体，即气流能够顺利地从气隙a内流出，也反过来有助于上游的气流能够更快地进入。
可见，该实施例中在同时设置进气喷管305和回流扩压管306时，相当于设置引流、扩压结构，彻底改变传统电机中气隙a端口阻力大，气流难以穿越气隙a的现象，而是能够实现不断地向气隙a内输送气流，同时气流流过后迅速排出，从而大幅提高气流流动的雷诺数、努谢特数和表面传热系数，由此带来换热速率的提高，进而提升了气隙a表面传热、传质系数和速率，强化对流换热、对流传质(即干燥)效果。
上述在气隙a端口还设置环形回流室302，是便于将气流予以回收，同时设置通流面积渐增的回流扩压管306，则进一步引导气流流出。可以理解，不设置环形回流室302也是可以的，环形配气室301也不限于设置进气喷管305，环形配气室301本身已经达到将气流更好地引导入气隙a，提高进入气隙a内的气流流量、流速的目的，。
如上所述，由于气隙a是环形气隙，为了匹配，环形配气室301和环形回流室302都设置为环形，相应地，二者的进气喷管305和回流扩压管306也为环形。这里，环形配气室301、环形回流室302可以为环向贯通腔体。实际上，环形配气室301的主体和进气喷管305可以是整体，或者是相通的分体，环形回流室302的主体与回流扩压管306也是可以整体设置或者分体连通。
具体在本实施例中，环形配气室301、环形回流室302并非环向贯通，而是进行分隔。
请参考图9、10，图9为图5中环形配气室301的左视图；图10为图5中环形回流室302的右视图。
如图9所示，环形配气室301包括配气室主体和进气喷管305，配气室主体沿其周向隔离为两个以上的子配气室301a，进气喷管305则沿其周向隔离为两个以上的子进气喷管305a，每个子配气室301a，对应于一个或一个以上的子进气喷管305a。将环形配气室301进行分隔，并为每个子配气室301a设置进气接口301b，这样可以保证整个环向上进气较为均匀，图9中共分隔为四个子配气室301a，每个子配气室301a设有八个子进气喷管305a。一个子配气室301a配备一个或以上的子进气喷管305a，可以保证子进气喷管305a的喷气均匀，且有助于气流的增速。
环形回流室302与环形配气室301的设置方式相同，如图10所示，环形回流室302包括回流室主体和回流扩压管306，回流室主体被分隔为两个以上的子回流室302a，每个子回流室302a设置回流接口302b，以排出气流。具体是分成四个子回流室302a，每个子回流室302a对应配置一个或以上的子回流扩压管306a，具体是配备八个子回流扩压管306a，目的也是均匀地回流。
请参考图11，图11为图9中进气喷管305向气隙a喷射气流并流出的示意图。
从图11来看，进气喷管305为叶栅结构，图中每个带有箭头的流线，均表示在叶栅的一个栅格单元中的流动路径。当设置为子进气喷管305a时，且数量较多时，则进气喷管305即呈叶栅结构，叶栅结构形成多个小喷口，可以更好确保气流以所需的流速进入气隙a内。
同样的，回流扩压管306也可以是叶栅结构，当设置为子回流扩压管306a时，且数量较多时，则回流扩压管306即呈叶栅结构，叶栅结构形成多个小喷口，可以更好确保气流以所需的流速流出气隙a。
该实施例中的气流输送装置还包括换热器304，冷气流或热气流由换热器304换热后形成，并向环形配气室301输送。具体在图6中，环形回流室302的流出的气流经换热器304换热后形成进入环形配气室301的冷气流或热气流。该换热器304可以是电机机舱内的间壁式换热器，输送至气隙a的气流可以是冷却用的冷气流，则冷气流在气隙a内对接触的铁心101等冷却换热形成温升气流，经环形回流室302排出后，再进入间壁式换热器重新换热形成冷气流，再次输送至环形配气室301。
当然，换热器304不限于是间壁式换热器，只要能对气流进行换热，形成所需的热气流或冷气流，输送至环形配气室301即可。间壁式换热器的气流可以来自于回收的从气隙a流出的气流，也可以是外部气流。
气流输送装置还可以包括鼓风机303，如图6所示，鼓风机303设于换热器304的下游，以便抽吸换热器304流出的气流，并进入环形配气室301，使进入环形配气室301的气流具有一定的压力、流速，则最终能够更为顺畅地进入气隙a。
换热器304向环形配气室301输送气流之前，或气流从气隙a流出后，都可以经过绕组102的位置，以同时对绕组102部位进行冷却或干燥。
如图6所示，换热器304设于电机的外部，气流从换热器304流出，并经过鼓风机303后，进入电机壳体内，首先经过环形配气室301这一端的绕组102端部(并非松散地进入，而是有输运管路至环形配气室301，图中未示出)，然后再进入环形配气室301。这样，进入的热气流或冷气流可以对绕组102的端部进行干燥或冷却。
再看环形回流室302的一端，环形回流室302设有第一出口和/或第二出口，冷气流或热气流可经第一出口流出，并经电机该端的绕组102的端部后流出电机，进入换热器304；冷气流或热气流还可经第二出口直接流出电机并进入换热器304。即，气流流出气隙a时，可以有两个回路，一条回路是经过绕组102的端部，一条回路是直接流出电机，两条回路可以任意设置，也可以同时设置。经第一出口流出时，同样可以对该端的绕组102进行干燥或冷却，可以理解，气流进入环形配气室301时，也可以从外部直接进入或进过绕组102后再进入。
结合图6和图8理解，当气流经过绕组102的端部时，气流的流动方向与气隙a的方向垂直，出气位置也同样如此。此时，进气喷管305和回流扩压管306相应地呈近似弧形地设置，以减小气流的压降。
实施例2
请继续参考图12，图12为本发明所提供内转子永磁磁极电机第二具体实施例的结构示意图；图13为图12中B部位的局部放大图；图14为图12中环形配气室301、气隙a的局部视图。
该实施例的电机结构与实施例1基本相同，与实施例1不同的是，实施例2并不设置环形回流室302，而是在气隙a的两个气隙端口均设置环形配气室301。如图12所示，气隙a的左端和右端均设有环形配气室301。如此一来，气流经环形配气室301进入气隙a后，均向气隙a的中部流动。环形配气室301的设置如同实施例1，还可以设置进气喷管305。
此时，为了便于气流的流出，还可以设置回流流道307，如图12所示，回流流道307连通气隙a的中部，热气流或冷气流经环形配气室301流向气隙a，并从中部的回流流道307流出气隙a，这里的中部显然不限于正中间的位置。
具体地，回流流道307设于电机的转子20和转轴202，回流流道307贯穿转轴202的侧壁以及转子20，以连通转轴202的内腔和气隙a的中部，这样，从两个气隙端口分别进入气隙a的冷气流或热气流，均流向回流流道307，并进入转轴202的内腔，从而便于回收。为了保证环形的气隙a内的气流，能够相对均匀快速地回流，可以设置多个上述回流流道307，回流流道307沿转子20的周向均布。该实施例中环形配气室301同样可与实施例1相同，采用分隔布置的方式，此时的回流流道307位置可以与多个子配气室301a的位置对应。
如图15所示，图15为图12中转轴202内回收部的示意图。
回收部包括位于转轴202内腔的汇流腔室309，各回流流道307内的气流均汇入汇流腔室309，并引出转子20的内腔，可以作回收用。该实施例中回收部还包括引风机308，引风机308抽吸汇流腔室309，有利于气隙a内的气流流向回流流道307。当然，回流流道不限于设置在转子上，只要能够将气隙a内的气流引出即可，例如贯穿定子。
该实施例中的气流输送装置也可以包括换热器304和鼓风机303，向两端的环形配气室301输送气流。此时，从回流流道307流出的气流可以重新流回换热器304。当进入气隙a的气流为冷气流时，温升后的气流也可以作为干燥的热气流使用，无需回到换热器304，换热器304的进气气流可以来自于电机的外部，或者整个机组的外部。
实施例3
请参考图16，图16为本发明所提供内转子永磁磁极电机第三具体实施例的结构示意图；图17为图16中C部位的局部放大图；图18为图16中环形配气室301、气隙a、环形回流室302的局部视图。
该实施例与实施例1基本相同，只是在实施例1的基础上，气流输送装置还包括涡流发生器311，以产生冷气流或热气流，向气隙a输送。关于涡流发生器311产生冷气流、热气流的原理，下面将进行详细说明。
如图19、20所示，图19为图16中涡流分离器311的基本结构及气流的总温分离工作原理图；图20为图19中喷管3112流道的通流截面图。
图中，可作为冷源和热源的涡流分离器311包括喷管3112和涡流分离管3111，喷管3112连通于涡流分离管3111的侧壁，涡流分离管3111的内腔与喷管3112正对的部分形成涡流室3111a，涡流室3111a的一端(图中的左端)为冷端管段3111c，另一端(图中的右端)为热端管段3111b，冷端管段3111c的出口为输出冷气流的冷端3111d，热端管段3111b的出口为输出热气流的热端3111e，涡流室3111a的一端端板3111a1设有一个通孔，这里定义为冷端孔板，冷端管段3111c与该通孔连通，如图所示，冷端管段3111c是截面积小于涡流室3111a的相对较细的细管段。而涡流室3111a和热端管段3111b是等径管段，二者可一体或分体设置，一体设置更为简单。
自身携带冷源和热源的涡流分离器311的喷管3112是将压缩气体的压力能转化为高速气流携带动能的能量转化部件，喷管3112可包括进口段、主体段、出口段，出口段设有喷嘴，以喷出气流。气流经喷管3112后可形成螺旋气流，如图20所示，喷管3112内部设有旋流板，即喷管3112的出口段为蜗壳，气流进入喷管3112后可形成螺旋气流输出，喷管3112要求切向连通涡流室3111a，即随喷嘴喷出的螺旋气流沿涡流分离管3111的切向旋入涡流分离管3111内。蜗壳可将气流均匀地分配到喷管3112出口段的喷嘴处，且尽可能地减少能量损失，并保证蜗壳内圆上的气流流动是轴对称流动。
由于冷端管段3111c截面积较小，则对于进入涡流室3111a内的螺旋气流而言，冷端3111d孔板处的阻力较大，切向旋入涡流分离管3111内的气流向反向的热端管段3111b流动。这里，热端管段3111b的截面积可以等于或大于涡流室3111a的截面积，以保证螺旋气流会向热端管段3111b的方向流动。
在热端管段3111b内还设有具有锥面的阀门，具体如图所示的锥状的节流件3113，节流件3113的锥端的朝向与螺旋气流流动方向相反，图中螺旋气流从喷管3112进入涡流分离管3111后，自左向右螺线流动，流动至节流件3113时，螺旋气流的外部气流可从阀门流出，即沿节流件3113和涡流分离管3111之间的环形间隙流出并升温为热气流，如图所示，热气流从热端管段3111b的热端3111e流出。
而螺旋气流的中部气流会碰到节流件3113，在与节流件3113的锥面碰撞、引导后，会反向回旋流动，形成回流气流，在流动过程中，会逐渐降温，冷却气流的温度可大幅度降低，温度可降低至-50～摄氏度。这里所述的外部气流和中部气流是相对于螺旋气流的中心线而言，靠近中心线附近的螺旋气流为中部气流，远离中心线靠近螺旋气流径向最外侧的气流，为外部气流。为保证螺旋气流向热端管段3111b流动以及回流的行程，以形成热气流和冷气流，节流件3113可设于热端管段3111b的末端。
以上要求螺旋气流经阀门后可以形成反向流动的螺旋气流，所以设置锥状的节流件3113，从回旋的螺旋气流的形成而言，阀门只要具有一定范围内的锥面即可，比如，是圆台状(即没有锥尖，而是锥形的一段)，或者是沿轴向剖开的半锥等。但可以理解，为了较好地形成雍塞效应，并能够较好地引导成回流的螺旋气流，优选的方案是将阀门设置呈图所示的完整的锥形。另外，锥形的节流件3113的轴线与冷端管段3111c的轴线重合，这样在回流的螺旋气流旋向冷端管段3111c，有利于气流的旋进，可减少能量损失。
可见，电磁装置铁心101自身携带冷源的涡流分离器311，可产生将同一股气流进行温度分离的分离效应，获得冷、热两股气流，且是两种温度水平高低十分悬殊的气流。该涡流分离器311是基于龙卷风的现象启发研发而成。
龙卷风是自然界中在特定大气条件下产生的强旋风现象，海洋中在特定条件下也会产生自水面向海底垂直传播的大洋旋涡。典型龙卷风的气流结构显示龙卷风中心是一个漏斗型或喇叭形的尖锥体。这个锥体是龙卷风的旋聚区，该锥体的旋向与外围充满尘土的上升的热气流的旋向相同，但中心锥体内气流的轴向流动方向与外围上升气流相反，呈现下降气流。在自然环境中实际跟踪测量一个龙卷风中心锥体冷气流的下降流速可达到17米/秒。当中心锥体的锥尖一旦触及发散时，龙卷风就会迅速强化，而且锥尖随之消失，变为截锥体。当外围热气流边旋转边上升，到达上层冷云层底面或同温层时，会立即呈现喇叭口型水平旋射发散并改变旋转方向反向旋转抛出。空气绕龙卷的轴快速旋转，受龙卷中心气压极度减小的吸引，在近地面几十米厚的薄层空气内，气流从四面八方被吸入涡旋的底部，并随即变为绕轴心高速向上旋转的涡流，所以龙卷中的风总是气旋性，其中心的气压比周围气压低百分之十，一般可低至400hPa，最低可达200hPa。龙卷风具有很大的吸吮作用，可把海水或湖水吸离海面或湖面，形成水柱，然后同云相接，俗称“龙取水”。
龙卷风的能量来源：一是龙卷风外围气流的热能，另一是涡心低压区的真空能。龙卷风外围气流的高温气体与龙卷风相互作用，使得热能转化为旋转动能，机理通过Crocco定理解释。Crocco定理是基于能量守恒的热力学第一定律在流体旋涡场中得出的。该定理定量表达了旋涡场中热力学焓的梯度、熵的梯度与涡流旋转强度的关系。大气中的温差及上下对流是龙卷风旋涡形成的前提条件，而使龙卷风旋涡得以增强的能量则来自周围的热能。龙卷风外围的上升热气流与旋涡中心的下降冷气流形成的热力学焓的梯度成为大气热能转化为漩涡流动动能的关键因素。在龙卷风依靠热能达到一定强度之后，进一步的强化则需要依靠涡心低压区的真空能。龙卷风中心的下锥体与外围气流同旋向。该锥体内的气流边旋转下降同时向中心聚集。当其向心加速度超过一定的临界值之后，径向聚集过程并在科氏力的作用下通过粘性扩散对径向外围气流产生加速旋转的作用。
即龙卷风存在总温分离现象，本实施例中提供的涡流分离器311就是比拟龙卷风，而设置喷管3112将进入的压缩气流形成螺旋气流，可看作为小尺度的龙卷风的螺旋状流动，这样可以在涡流分离管3111内模拟出龙卷风的总温分离，继而形成所需的热气流和冷气流。
以上是从自然界追寻本方案的机理，下面继续对涡流分离器311温度分离效应的原理进行说明。
请参考图21-22，图21为图19中涡流分离器311部件内的内部流场、热能传递示意图；图22为自由涡流和强制涡流的对比示意图。
根据能量守恒法则，从涡流分离管3111中流出的冷气流、热气流的能量总和应等于进入涡流分离器311的喷管3112内的压缩气体的能量(前提是涡流分离器311绝热良好)。因此，在涡流分离器311中必然存在能量再分配的过程，使一部分能量从冷却气流转移到热气流中。
首先，向喷管3112提供压缩气体，后称为高压气体，可设置压气机，由压气机提供压缩气体，为避免提供的冷却气流影响铁心101的内部环境，可以在压气机的入口处设置空气过滤器。
压缩气体的气流在涡流分离器311的喷管3112中膨胀加速，在进入涡流分离管3111的涡流室3111a时速度可以接近音速，如果采用缩放型的喷管3112，则速度会超过音速。由于气流在喷管3112中迅速膨胀通过，可近似认为是一绝热过程，气流在喷管3112出口喷嘴处的流速非常大，其相应的热力学温度将大大低于喷管3112入口处的温度，即经过一次可控降温。
当气流切向进入涡流分离管3111的涡流室3111a后，会沿涡流室3111a的内壁继续作螺线运动，形成高速的旋转气流，气流刚出喷管3112时，存在V＝const或ω·r＝const，其中，V是气流切向速度，ω为角速度，此类旋转又称为自由涡流，如图22所示，图22示出自由涡流和强制涡流的切向速度、角速度的区别。此时气流在涡流室中的运动轨迹可以看作是沿着阿基米德螺线运动。下面分析冷却气流和热气流的形成过程。
热气流的形成：由于刚出喷管3112的气流的流动是自由涡流，角速度沿着半径方向存在梯度，引起了气流径向层间的摩擦，使螺旋气流的外部气流的角速度逐渐升高，而螺旋气流的中部气流的角速度逐渐降低，但因流动很快，历经路程短，螺旋气流还没有达到完全的强制涡流，而是向其中心部分发展，螺旋气流的外部气流会在热端管段3111b中沿着螺线运动，既具有旋转运动，又具有轴向运动，运动过程中外部气流与热端管段3111b的内壁摩擦，外部气流的速度越来越低，温度逐渐升高，最终从节流件3113和热端管段3111b之间的环形空隙流出。通过调节节流件3113和热端管段3111b之间的间隙，可以调节冷、热气流的比例。
冷气流的形成：气流刚出喷管3112属于自由涡流，在离心力的作用下，同时受到冷端管段3111c的冷端3111d孔板的阻隔，会贴近热端管段3111b的内壁向节流件3113处流动。在流动过程中，由于轴向速度的逐步耗散，此旋流运动至轴向某个位置时其轴向速度已经接近于零，可以定义为滞止点。此时，由于中部气流在滞止点处的聚集，压力不断上升，滞止点处的压力会高于冷端管段3111c的出口处的冷端3111d压力，便会在热端管段3111b的中心区域产生反向的轴向运动，即从滞止点处开始出现回流气流，逐渐降温形成冷气流，即二次降温。在滞止点处，外部气流的总温比中部气流的总温高。此逆向流动在向冷端管段3111c运动过程中，不断有外层的部分螺旋气流转向汇入，因而逐步壮大，在达到冷端3111d孔板时其逆向流量达到最大。
如图21所示，在涡流分离管3111的同一流道截面上，外部气流的最外层气流静压最大，而中部气流位于中心轴线上的最中心气流静压最小，在接近喷管3112的喷嘴处的截面上，该截面的最大静压和最小静压的比值为最大，比值可达到1.5-2，静温则在涡流分离管3111的壁面处最高，而在中心轴线上最低。
在任一流道截面上，任一点气流的切向速度都占主导地位。在喷管3112的喷嘴附近，气流的径向速度和轴向速度都达到最大值，且沿着各自的方向逐渐减弱。
如前所述，气流离开喷嘴后沿着切向进入涡流分离管3111内，分为两个区域，外部气流沿涡流分离管3111内壁切向旋转趋于热端管段3111b的热端3111e出口，即外层区域的外部气流形成自由涡流。中部气流自设置节流件3113的位置回流，受周围自由涡流的驱动，然后经过摩擦，气流如同刚体一样转动的内层区域(中部气流)会转变成或接近强制涡流。
外部和中部两个区域的分界，即外部气流和回流的中部气流视冷流率的大小而定，从图21可看出冷、热气流的边界。在整个涡流分离管3111的长度上，边界的界面一般位于距离中心轴线0.65-0.75R的范围内，即中部气流在径向上的流动范围，R为涡流分离管3111的半径。从喷管3112的喷嘴到节流件3113之间的外部气流的轴向流动在半径0.65-1R之间的范围进行，即外部气流在径向上的流动范围。在内部区域，中部气流朝着相反的方向流动，流动正好从节流件3113处开始。
中部气流的中心气流温度在节流件3113处最高，反向流动逐渐降温，而到达冷端3111d孔板处时最低。最大温差即出现在中心轴线方向，最高温度在节流件3113对应的中心轴线处，最低温度在冷端3111d孔板对应的中线轴线处。对于内层的中部气流而言，即冷气流，其静温在中心轴线处最低，在与外层气流的分界的界面处达到最高。
在涡流分离管3111的流道的任一截面上，总温在接近涡流分离管3111的内壁面处最高，在中心轴线上最低。在喷嘴处的流道截面，涡流分离管3111的壁温和中心轴线温度之差达到最大值。
对于涡流分离器311的总温分离效应，可参考图23，图23为图中涡流分离器311内部总温分离工作过程基于热力学温-熵(T-S)的示意图。从图23可看出，涡流分离器311的确将进入喷管3112的压缩气流进行了温度分离。
图23中，点4为气体压缩前的状态，即进入压气机前的状态。点4-5为气流的等熵压缩过程。点5-1为压缩气体的等压冷却过程。点1表示压缩气体进入涡流分离器311的喷管3112前的状态，在理想条件下绝热膨胀到p2压力，随之温度降低到Ts，即点2a状态。点2为涡流管流出的冷气流状态，其温度为Tc。点3为分离出的热气流状态，其温度为Th。点1-2和点1-3为冷、热气流的分离过程。3-3′为热气流经过节流件3113的节流过程，节流前后比焓值不变。
由于整个工作过程中，气流在喷管3112中不可能作等熵膨胀。涡流室3111a内外层气体之间的动能交换存在一定的损失，且涡流室3111a内存在的向中心热传递过程，使气流在点1-2过程偏离绝热膨胀过程，造成涡流分离管3111分离出来的冷气流温度Tc总高于绝热膨胀条件下的冷气流温度Ts。
再请看上述实施例中涡流分离器311的冷却效应和加热效应。
涡流分离管3111在工作过程中使温度T1的气体分离为温度为Tc的冷气流和温度为Th的热气流。因此，ΔTc＝T1-Tc称作涡流分离管3111的冷却效应，ΔTh＝Th-T1被称作涡流管的加热效应。将ΔTs＝T1-Ts定义为等熵膨胀效应，以标志涡流分离管3111的理论冷却效应。因此，涡流分离管3111制冷的有效性用冷却效率ηc表示，即：
Figure BDA0001815747890000221
其中，p1-涡流分离器311进口气流压力；p2-气流在喷管3112中膨胀进入涡流室3111a后的压力；k-气体(如空气)的绝热指数。
另外，涡流分离器311在工作过程，存在流量及热量的平衡，如下：
若以qm1、qmc、qmh分别表示进入涡流分离管3111的高速气流、冷端3111d的冷气流和热端3111e的热气流的流量，则qm1＝qmc+qmh。
若以h1、hc和hh(KJ/Kg)分别表示它们的比焓，忽略气体流出时的动能，则qm1h1＝qmchc+qmhhh。
冷气流量比
Figure BDA0001815747890000222
气体焓值与温度对应关系h＝CpT
得到：T1＝μcTc+(1-μc)Th T
Figure BDA0001815747890000231
还可以得到涡流分离管3111的制冷量，如下：
涡流分离管3111制冷量Q0(kW)为
Q0＝qmccp(T1-Tc)＝μcqm1cpΔTc
则每一千克冷气流的制冷量为
Figure BDA0001815747890000232
若对于每一千克高压气体而言，其单位制冷量q’0可表示为：
Figure BDA0001815747890000233
再请看涡流分离管3111的制热量Qh(kW)：
Qh＝qmhcp(Th-T1)＝(1-μc)qm1cpΔTh
每一千克热气流的制热量为
Figure BDA0001815747890000234
若对于每一千克高压气体而言，其单位制热量可表示为：
Figure BDA0001815747890000235
上述的涡流分离管3111的冷却冷却效应ΔTc＝T1-Tc和单位制冷量q0，与以下因素有关，即冷气流分量μc、喷管3112的进口工作压力p1、气流中的水汽含量。
冷气流分量μc，当冷气流分量值变化时，ΔTc和qo均有相应变化，而且在μc＝0～1的范围内有最大值存在。当μc＝0.3～0.35时，ΔTc有最大值；而当μc＝0.6～0.7时，qo达到最大值。同时，加热效应也随着μc变化而改变，当μc增大时ΔTh不断增大，且无极限存在。
喷管3112的进口工作压力p1，当p1增大时，ΔTc和qo均增大。但增大时ΔTc的最大值向μc减小的方向移动，qo的最大值则向μc增大的方向移动。
气体潮湿时，冷气流中水汽要凝结放热，故制冷温度上升，冷却效率降低；热气流温升减少，加热效应降低。
以上详细介绍了涡流分离器311的原理，可分离出热气流和冷气流，则冷气流或热气流都可以输送至环形配气室301，起到冷却或干燥的作用。该结构简单、节能，对于冷却或干燥而言，易于形成所需的气流。
如图16所示，涡流分离器311产生的热气流或冷气流连通至气隙a的一端端口位置。具体可以设置输送流道310，与上述的回流流道307设置方式类似，输送流道310也是贯穿转轴202的侧壁以及转子20，以连通转轴202的内腔和气隙a。涡流分离器311产生的冷气流或热气流输送至转轴202的内腔内，并能够进入输送流道310，继而输送至气隙a。
输送流道310设于转子20和转轴202，便于涡流分离器311的设置。尤为重要的是，当转轴202和转子20转动时，在离心力作用下，涡流分离器311产生的冷气流或热气流可以自动地进入输送流道310内，从而进入气隙a，进行冷却或干燥。
如图16所示，转轴202内设有汇流输送腔，输送流道310可以是多个，多个输送流道310都与汇流输送腔连通，从而增加输送流道310向气隙a输送的均匀性。涡流管的冷端管段3111c或热端管段3111b可以与汇流输送腔通过气体滑环连接，或者，涡流分离器311的冷端管段3111c和热端管段3111b直接向转轴202内腔进行喷射，气流也会进入输送流道310。图16中在转轴202的内腔内示出涡流分离器311只是一种原理示意，涡流分离器311的主体并不设置在转轴202内，避免涡流分离器311随转轴202转动，当然，对于小型的涡流分离器311，转动也是可行的。
实施例4
请参考图24，图24为本发明所提供内转子永磁磁极电机第四具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；图25为图24中电机的示意图；图26为图24中D部位的局部放大图。
该实施例中的电机为发电机，设置在风力发电机组的机舱100内。实施例4的电机与实施例3基本相同，区别之一是实施例3中设置一组换热器304，实施例4设置两组换热器，一组位于机舱100内，一组位于机舱100外。具体是图25中所示的位于电机机舱100侧壁的第二间壁式换热器304b，和位于机舱100顶部外侧的第一间壁式换热器304a。从环形回流室302流出的气流，通过三通阀312，一部分进入第一间壁式换热器304a，另一部分进入的第二间壁式换热器304b，第一间壁式换热器304a和第二间壁式换热器304b流出的气流均经鼓风机303抽吸而进入环形配气室301。可以理解，仅采用第一间壁式换热器304a或第二间壁式换热器304b也是可以的，两个都采用，可以提高换热效率，且互为冗余，一个出现故障时，另一个依然可以保持正常的工作。
此外，如图24所示，实施例4的电机与实施例3的区别之二是，涡流分离器311并未通过设置于转子20、转轴202的输送流道310进行气流的输送，而是直接将产生的冷气流或热气流输送至气隙a的一端端口。涡流分离器311可以继续设置于电机的内部，也可以设置于图24中所示的外部，此时的涡流分离器311的安装更加便利。在与换热器304共同提供所需气流时，从环形配气室301向气隙a输送气流，会在气隙a的端口位置形成负压，从而有利于将连通至气隙a端口的涡流分离器311的气流引入气隙a中，即将涡流分离器311的气流带入气隙a内。上述实施例中将涡流分离器311和进气喷管305有机的结合起来，即涡流分离器311输出的热气流或冷气流在出气口流动一段距离后动力会减小，而进气喷管305在将气流喷入气隙a后，进气喷管305的进气端压力小，那么此时从涡流分离器311输出的热气流或冷气流会自然的向压力较小的进气喷管305进气端扩散，这样就将涡流分离器311和进气喷管305有机的结合起来。
另外，需要说明的是，图24中的发电机组示出齿轮箱40，转轴202与齿轮箱40之间设有联轴器205，即该风力发电机组为中速传动永磁风力发电机组，当然，对于不设置齿轮箱40的直驱风力发电机组也同样适用。
实施例5
图27为本发明所提供内转子永磁磁极电机第五具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；图28为图27中E部位的局部放大示意图。
该实施例与实施例4基本相同，但实施例5中，气流输送装置中产生气流的结构只包括涡流分离器311，即仅由涡流分离器311向气隙a内输送气流。如图27所示，涡流分离器311可以设置于机舱100的底座位置，底座下方安装塔筒，机舱100底座位置具有足够的安装空间，以供涡流分离器311的安装定位。涡流分离器311的高压气流由压气机80提供，压气机80的上游还可设有气液分离器90,以保证进入气隙a内的气流足够的干燥。
涡流分离器311产生的冷气流或热气流进入气隙a并流出后，可以被引出至机舱100内的间壁式的换热器304中进行换热，并作为内循环气流再循环利用。
因此，上述实施例主要是在气隙a的端口位置设置环形配气室301，并向环形配气室301输送冷气流或热气流，至于冷气流或热气流如何形成并不做限制，可以由换热器304形成，也可以由涡流分离器311形成，或者由二者共同提供都是可行的方案，此时换热器304的位置、类型，以及涡流分离器311的设置位置等也均不做限制，上述实施例仅仅是给出几种可能的设置位置示意。
需要说明的是，上述各实施例中的附图多以内转子电机进行说明，可以理解，上述方案显然也可以用于外转子电机，如下述实施例6所示。
实施例6
如图29、30所示，图29为本发明所提供外转子永磁磁极电机第六具体实施例的结构示意图，示出电机在风力发电机组中位置；图30为图29中电机的轴向剖视图。
外转子电机的转子20和定子10之间同样存在环形的气隙a，可按照上述实施例所述的方式设置环形配气室301，还可以设置上述的环形回流室302，也可以配设进气喷管305、回流扩压管306等结构，可参照本实施例附图和上述实施例理解，不赘述。
上述实施例中的电机设置内转子20，设置环形配气室301时，可以直接安装在电机的端盖上。实施例6中电机具有外转子20，设置环形配气室301时，可以直接将环形配气室301支撑于绕组102的端部，相当于外套沿环形分布的多个绕组102的端部，如图30所示。相应地，环形回流室302也可以外套多个绕组102的端部，安装较为便利。
当然，也可以在定子10的铁心支架103上设置安装支架，以安装环形配气室301，设置环形回流室302时，同样可安装于铁心支架103。此时，由涡流分离器311提供气流时，由于铁心101处于电机的中部，且并不转动，则涡流分离器311可以设于定子10的内腔部位，或者按照上述实施例中设于机舱100、设于电机外部的其他位置，都是可行的方案。
如图29所述，输送至环形配气室301的气流也可由机舱100内的换热器304提供，该换热器304可以是图29中所示的间壁式换热器，换热形成的冷气流进入环形配气室301，并由输送管路313进行输送，同时设置输送喷管314，输送喷管314可以是沿进气方向，通流面积渐缩，或者为缩放喷管(也是可以起到加速作用)，输送管路将冷气流聚集并有序地输送至输送喷管314，输送喷管314再输入环形配气室301，不设置输送喷管314也是可以的。
如图30所示，气流也可以来自其他结构，此时配备压气机801和空滤器802，以将产生的冷气流或热气流输送至环形配气室301，其他结构例如可以是与压气机801连接的涡流分离器。另外，还在电机内设置进接口315和出接口316，以便气流流入气隙a和流出气隙a。
可以理解，对于外转子方案，气流的输入和输出也可以有多种方式，比如上述实施例中提到的气隙a两端端口均设置环形配气室301，气流从两端流入从中部流出。或者，气流从一端流入另一端流出，并结合涡流分离器311，涡流分离器311提供的气流设于气隙a的端口位置，在环形配气室301气流的带动下共同进入气隙a内，此处不再赘述。
以上例举了多个实施例，以说明对气隙a的气流输送进行的改进。其中涉及的特征在不矛盾的前提下，各个实施例可以互相组合。比如，作为冷气流或热气流的气源，涡流分离器311可以适用于各实施例，间壁式的换热器304也可以适用于各实施例，涡流分离器311与换热器304可以单独使用，也可以混合使用，二者可以直接输送气流至环形配气室301，即直接通过环形配气室301的接口通入环形配气室301。二者共同提供气流时，涡流分离器311或换热器304，可以通过转轴202内腔输送气流至气隙a的端口(也是位于环形配气室301的出口附近，利用负压将气流带入气隙a内)，也可以直接输送气流至气隙a的端口等，此处不再赘述。涡流分离器311与换热器304的数量均不限于一个。
值得注意的是，上述实施例中，输入气隙a的气流可以是热气流，也可以冷气流。输入的冷气温升后可以回收重新换热冷却后作为冷气流使用，也可以用于干燥电机其他部分，当电机是风力发电机组的发电机时，也可以用于干燥风力发电机组的其他部位，例如图25所示的叶轮50、变桨轴承602、偏航轴承601等。涡流分离器311除了产生冷气流，还同时产生热气流，则热气流也可以输入上述位置，进行干燥，尤其是电机处于湿润环境且不工作时，可以进行干燥的操作。
另外，上述多个实施例中的涡流分离器311也可以具有调峰作用，比如可以根据季节或电机温度的变化而开启。举例，当冬天时，由于自然界温度本身角度，此时可以仅使用通风机就能完成电机的换热。当外界温度较高或电机温度较高，不能满足电机的绕组冷却需求时，可以开启涡流分离器311，进行换热。
此外，涡流分离器311可以微型化设计并安装与风力发电机组机舱内，此时，如果电机是外定子内转子的结构，那么由于采用涡流分离器311换热，也大大减小了风力发电机组换热带来的噪音问题。
此外，涡流分离器311可以单独安装布置，也可以在电机制造时与电机部件一起安装布置。以外定子内转子电机举例，在制造外定子壳体时，可以将一个或以上的涡流分离器311安装布置在外定子沿着轴向缝隙的周向。也可以将涡流分离器311与电机的端盖安装布置在一起。即涡流分离器311与不旋转的电机的端盖或定子壳体可以实现一体化的制造安装。
另外，以上主要是以风力发电机组的发电机为例进行说明，可以理解，其他结构的电机，只要转子和定子之间存在气隙，都可以通过上述实施例(诸如设置环形配气室)的方式将气流输送至气隙内，以更好地进行冷却或者干燥。
从以上实施例可以看出，本发明方案借助传热学对流换热的场协同原理(包括射流冲击传热技术)、工程热力学角度的“切向输入内螺旋涡流管”(涡流分离器)，革新电机轴系冷却、革新对电机转子和永磁磁极的冷却，特别是借助离心力(设置输送流道310)驱动气流至永磁磁极或冲击、喷射定子铁心表面。
同时，也革新电机转子磁极热源径向冷却，将转子的转轴同时发挥强化吸收磁极热能的作用，作为热沉。可以起到冷却电机热源(比如磁极)结构径向的根部，使得电机热源冷却、散热获得径向强化散热的两个渠道。基于能量守恒、间接降低电机热源结构的气隙侧径向外表面跨越气隙空间向电机定子(绕组及其导磁部件)释放辐射热的强度及其散热份额的大小。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (23)

1.电机气隙的气流输送装置，电机的转子(20)和定子(10)之间形成所述气隙(a)，其特征在于，所述气流输送装置包括环形配气室(301)，所述环形配气室(301)位于所述气隙(a)的至少一端，所述环形配气室(301)与所述气隙(a)的形态匹配，且具有正对所述气隙(a)的端口的输送口，以向所述气隙(a)输送热气流或冷气流；
所述环形配气室(301)包括进气喷管(305)，所述进气喷管(305)沿进气方向，通流面积渐缩，或所述进气喷管(305)为缩放喷管；所述进气喷管(305)的喷嘴形成所述输送口；所述进气喷管(305)为环形。
2.如权利要求1所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述环形配气室(301)为环形贯通腔体；或，所述环形配气室(301)包括配气室主体，所述配气室主体沿其周向隔离为两个以上的子配气室(301a)，所述进气喷管(305)沿其周向隔离为两个以上的子进气喷管(305a)，每个所述子配气室(301a)，对应于一个或一个以上的所述子进气喷管(305a)。
3.如权利要求1所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述气隙(a)的两端均设有所述环形配气室(301)；还包括连通所述气隙(a)中部的回流流道(307)，热气流或冷气流经所述环形配气室(301)流向所述气隙(a)，并从所述回流流道(307)流出所述气隙(a)。
4.如权利要求1所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，还包括环形回流室(302)，所述环形配气室(301)位于所述气隙(a)的一端，所述环形回流室(302)位于所述气隙(a)的另一端；所述环形回流室(302)具有朝向所述气隙(a)的回流口，所述热气流或所述冷气流经所述气隙(a)后，经所述回流口回流至所述环形回流室(302)。
5.如权利要求4所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述环形回流室(302)还包括回流扩压管(306)，所述回流扩压管(306)沿气流流动方向，通流面积渐增；所述回流扩压管(306)的入口形成所述回流口。
6.如权利要求5所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述环形回流室(302)为环形贯通腔体；或，所述环形回流室(306)包括回流室主体，所述回流室主体沿其周向隔离为两个以上的子回流室(302a)，所述回流扩压管(306)沿其周向隔离为两个以上的子回流扩压管(306a)，每个所述子回流室(302a)对应于一个或一个以上的所述子回流扩压管(306a)。
7.如权利要求4所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述气流输送装置还包括换热器(304)，所述环形回流室(302)的流出的气流经所述换热器(304)换热后形成进入所述环形配气室(302)的所述冷气流或所述热气流。
8.如权利要求7所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述换热器(304)设于所述电机的外部；所述环形回流室(302)设有第一出口和/或第二出口，所述冷气流或热气流能够经所述第一出口流出，并经电机绕组(102)的端部后流出所述电机，进入所述换热器(304)；所述冷气流或热气流能够经所述第二出口直接流出所述电机并进入所述换热器(304)。
9.如权利要求8所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述换热器(304)包括设于机舱顶部外侧的第一间壁式换热器(304a)和/或位于所述电机机舱(100)侧壁的第二间壁式换热器(304b)。
10.如权利要求7所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述气流输送装置还包括涡流分离器(311)；所述涡流分离器(311)产生的热气流或冷气流输能够输送至所述气隙(a)。
11.如权利要求10所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述涡流分离器(311)产生的热气流或冷气流连通至所述气隙(a)的一端端口位置。
12.如权利要求1-5任一项所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述气流输送装置还包括涡流分离器(311)和/或换热器(304)，所述涡流分离器(311)、所述换热器(304)向所述环形配气室(301)输送热气流或冷气流。
13.如权利要求12所述的电机气隙的气流输送装置，其特征在于，所述换热器(304)与所述环形配气室(301)之间设有鼓风机(303)。
14.电机，包括定子(10)、转子(20)、转轴(202)，所述转子为内转子，其特征在于，还包括如权利要求10所述的电机气隙的气流输送装置；所述电机设有输送流道(310)，所述输送流道(310)贯穿所述转轴(202)的侧壁以及所述转子(20)，以连通所述转轴(202)的内腔和所述气隙(a)；所述涡流分离器(311)产生的冷气流或热气流输送至所述转轴(202)的内腔内，并能够进入所述输送流道(310)。
15.如权利要求14所述的电机，其特征在于，所述涡流分离器(311)通过气体滑环与所述输送流道涡流分离器(310)连通；或所述涡流分离器(311)直接向所述转轴(202)的内腔内喷射热气流或冷气流，再进入所述输送流道(311)。
16.电机，包括定子(10)、转子(20)、转轴(202)，所述转子为内转子，其特征在于，还包括如权利要求3所述的电机气隙的气流输送装置；所述电机设有回流流道(307)，所述回流流道(307)贯穿所述转轴(202)的侧壁以及所述转子(20)，以连通所述转轴(202)的内腔和所述气隙(a)的中部；进入所述气隙(a)的冷气流或热气流经所述回流流道(307)进入所述转轴(202)的内腔。
17.如权利要求16所述的电机，其特征在于，设有沿所述电机周向分布的两个或以上的所述回流流道(307)，所述转轴(202)的内腔设有汇流腔室(309)，各所述回流流道(307)内的气流均汇入所述汇流腔室(309)，并引出所述转轴(202)的内腔；所述转轴(202)的内腔设有引风机(308)，以引出所述汇流腔室(309)内的气流。
18.电机，包括定子(10)、转子(20)，所述转子为外转子，其特征在于，还包括权利要求1-13任一项所述的电机气隙的输送装置；所述环形配气室(301)外套所述定子(10)一端的所有绕组(102)的端部。
19.电机，包括定子(10)、转子(20)、转轴(202)，其特征在于，还包括权利要求1-13任一项所述的电机气隙的输送装置。
20.如权利要求19所述的电机，其特征在于，所述气流输送装置还包括涡流分离器(311)和/或换热器(304)，所述涡流分离器(311)、所述换热器(304)至少一者向所述环形配气室(301)输送气流；
所述涡流分离器(311)安装于电机的端盖；或所述电机为外定子电机，所述涡流分离器(311)安装于所述外定子的壳体。
21.风力发电机组，包括机舱(100)和设于机舱(100)内的发电机，其特征在于，所述发电机为权利要求20所述的电机。
22.如权利要求21所述的风力发电机组，其特征在于，所述气流输送装置还包括涡流分离器(311)和/或换热器(304)，所述涡流分离器(311)、所述换热器(304)向所述环形配气室(301)输送热气流或冷气流；所述换热器(304)设于所述风力发电机组的机舱(100)内或机舱(100)外。
23.如权利要求22所述的风力发电机组，其特征在于，所述换热器(304)为设于所述机舱(100)内间壁式换热器；所述气流输送装置还包括输运管路(313)，所述输运管路(313)将所述间壁式换热器流出的气流输送至所述环形配气室(301)。
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