CN110518728B - 一种带有转子风路的风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有转子风路的风力发电机，属于风力发电机技术领域，包括机座、定子、转子、进风口和出风口，所述转子包括转子支架和转子磁极；所述转子支架包括转子支承筒、与转子支承筒连接的第一锥形板和第二锥形板；所述第一锥形板和第二锥形板上均设有锥形板通风孔；所述转子支承筒的非驱动端与转子支架圆筒连接；所述转子支架圆筒上设有转子支架通风孔；所述转子支架圆筒外侧设有挡风板；所述转子支架圆筒与机座之间设有隔板。通过在现有技术上增加转子风路的设计，解决风力发电机非驱动端的转子磁极冷却风力不足的问题，提高风力发电机的冷却效果。

Description

一种带有转子风路的风力发电机

技术领域

本发明是一种风力发电机，具体涉及一种带有转子风路的风力发电机，属于发电机技术领域。

背景技术

目前，直驱式风力发电机中常见的通风冷却方式主要有径向通风冷却、轴向通风冷却和轴径向混合式通风冷却。其中，轴径向混合式通风冷却在直驱式风力发电机中较为常用。轴径向混合式通风冷却即冷却风在发电机内部有轴向和径向两路通道。轴向通道主要由气隙、转子磁极、定子铁心等组成。径向通道主要由定子铁心背部通风道、定子铁心通风沟道组成。冷却风由电机静止部件上的进风口进入电机内部，经轴向通道和径向风道并冷却电机内部发热部件后，由电机静止部件上的出风口流出。进风口和出风口可外接风扇设备提供风压。但是，此种通风冷却方式下，流经电机各部分的风量得不到有效的分配和调节，具体来说，一是定子铁心和转子磁极的驱动端与非驱动端的风量分配不均、无法调节，二是线圈端部的冷却风量相对不足。因而存在线圈端部冷却不足，电机轴向温度梯度较大，各部分冷却不均，局部死风区产生过热点致使绝缘寿命降低等问题，影响发电机的正常运行。

中国专利CN207559785U公开了一种定子带通风槽口的电机，包括机座、定子和转子，所述定子的外表面设有径向的定子风沟，定子的冲片空腔内安装有线圈和槽楔，所述槽楔与定子的内环面设有槽楔间隙，所述机座的一侧设有进风口和出风口，所述定子的端部安装有定子压板，所述定子压板与机座固定连接，定子压板上设有多个通风孔，所述转子的端部与机座之间设有环形板，所述环形板、定子和定子压板将机座的内腔分成导流腔体I和导流腔体II，所述导流腔体I与导流腔体II通过通风孔、定子风沟、定转子气隙和槽楔间隙连通。虽然CN207559785U虽然增大电机内部的轴向通风量，减小电机实际运行过程中的阻力、电机内部温度分布均匀且结构简单。但由于其并未就非驱动端线圈端部以及非驱动端的转子设置设置专门的冷却风路，所以依然存非驱动端的转子磁极冷却风量不足，冷却效果不好以及转子磁极轴向温差大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有转子风路的风力发电机，通过在现有技术上增加转子风路的设计，解决风力发电机非驱动端的转子磁极冷却风力不足，转子磁极轴向温差大的问题，提高风力发电机的冷却效果。

本发明通过下述技术方案实现：一种带有转子风路的风力发电机，包括机座、定子、转子、进风口和出风口，所述转子包括转子支架和转子磁极；所述转子支架包括转子支承筒、与转子支承筒连接的第一锥形板和第二锥形板；所述第一锥形板和第二锥形板上均设有锥形板通风孔；所述转子支承筒的非驱动端与转子支架圆筒连接；所述转子支架圆筒上设有转子支架通风孔；所述转子支架圆筒外侧设有用于分割风区的挡风板；所述转子支架圆筒与机座之间设有用于分割风区的隔板。本发明通过在转子的非驱动端设置带有通风孔的转子支架圆筒以及在转子支架圆筒上设置了挡风板，并利用转子与定子之间的气隙，形成专门冷却非驱动端转子磁极的转子风路，提高对转子磁极的冷却效果，达到减小转子磁极轴向温差。

进一步的说，所述定子主要由定子铁心、定子线圈组成；所述机座包括机座外筒、机座环板、机座端板、V型钢板、机座尾板；所述机座端板与机座外筒驱动端端部固定连接；所述机座尾板与机座外筒非驱动端端部固定连接；所述V型钢板固定设置于机座外筒内侧；所述V型钢板上焊接有过渡块；所述定子铁心通过固定于过渡块上；所述定子铁心沿轴向分段，每段之间的孔隙形成定子铁心通风沟道；所述机座环板与定子铁心的驱动端固定连接，并与机座外筒固定连接；所述机座环板上设有机座环板通风孔。

再进一步的说，所述转子支架通风孔位置处于两个转子磁极的中间位置,数量与磁极数相同。

再进一步的说，隔板与转子支架圆筒连接。

再进一步的说，隔板与机座尾板连接。

再进一步的说，所述隔板包括隔板筒板和隔板环板；所述隔板筒板与机座尾板连接；所述隔板环板与支架圆筒连接。

再进一步的说，所述转子磁极的非驱动端设有磁极压板；所述挡风板由挡风板筒板和挡风板环板组成；所述挡风板环板与转子支架圆筒外侧连接；所述挡风板筒板一端与挡风板环板连接，另一端与磁极压板止口配合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）传统的风力发电机直驱式风力发电机中常见的通风冷却方式主要有径向通风冷却、轴向通风冷却和轴径向混合式通风冷却，这类传统的冷却方式存在线圈端部特别是非驱动端额线圈端部以及非驱动端的转子磁极的冷却效果较差的问题。本发明在传统风力发电机径向、轴向或轴径向通风冷却方式的基础上，增加了转子风路的结构，让气流从进风口流入，并经过转子与定子之间的气隙、非驱动端转子磁极、转子支架圆筒上的转子支架通风孔，从出风口流出，形成第一条冷却气流通道（即第一转子风路），对非驱动端的转子磁极进行冷却，提高风力发电机的冷却效果。通过转子支撑筒的非驱动端设置的带有通风孔的转子支架圆筒以及挡风板，对发电机的进风区与非驱动端转子磁极的出风区进行有效分割，分割出专门冷却非驱动端转子磁极的风区，引导进风口进入的冷空气高速进入定子与转子磁极之间的气隙，并从转子支架通风孔流出，专门冷却非驱动端的转子磁极，提高对非驱动端转子磁极冷却效果，实现减小转子磁极的轴向温差的问题。而在转子支架圆筒与机座尾板之间设置隔板，可以有效地将发电机的非驱动端对进出风区进行分割，保证冷却气流在风道内顺畅流动。

（2）本发明通过设置定子通风沟道，让气流从进风口进入，流经非驱动端定子线圈端部、定子铁心背部（即定子铁心外侧与机座外筒之间的空间）、非驱动端的定子铁心通风沟道、非驱动端转子磁极、转子支架通风孔，最后出风口流出，形成第二条冷却风道（即第二转子风路），对将非驱动端定子线圈端部产生的铜耗、非驱动端定子以及非驱动端转子的铜耗及铁耗转化的热量进行冷却，同时对非驱动端转子磁极的冷却进行补强。同时，本发明还设置有让冷空气从进风口流入，经由非驱动端定子线圈端部、定子铁心背部、驱动端定子铁心通风沟道、驱动端转子磁极侧面、气隙和转子支架锥形板通风孔，并从出风口流出的第三条冷却风道，用于冷却靠近非驱动端定子铁心、靠近非驱动端转子磁极、靠近非驱动端转子线圈。此外，本发明还设置了让冷空气从进气口流入，经由非驱动端定子线圈端部、定子铁心背部、机座环板通风孔、驱动端定子线圈端部、驱动端转子磁极端部和转子支架锥形板通风孔，并从出风口流出的第四条冷却风道，用于冷却驱动端定子线圈端部、驱动端转子磁极端部。

（3）将通风孔设置于转子磁极的两极的中间位置，保证了空气的充分流动，进而提高冷却效果的目的。通风孔的开孔数量与磁极相同，能够保证转子在运行过程中通风量的充足、进风量的均衡以及转子的平稳运行。

（4）隔板采用一侧固定，一侧间隙配合的方式设置于转子支架圆筒与机座尾板之间，既能保证高低压区域分开，又能避免各部件之间的摩擦损耗。

（5）采用由隔板筒板与隔板环板间隙配合的组成的隔板，并将隔板环板与转子支架圆筒固定，隔板筒板与机座尾板固定的方案，不仅能够有效将高低压区域分开，避免摩擦损耗，而且加工方便，利与提高制造精度，减小配合间隙。

（6）挡风板采用挡风板筒板与挡风板环板的方案，制造加工方便。

附图说明

图1为实施例1的结构剖面图。

图2为图1中A处的放大图。

图3为图1中B处的放大图。

图4为实施例中第一条风道的冷空气流向图。

图5为实施例中第二条风道的冷空气流向图。

图6为实施例中第三条风道的冷空气流向图。

图7为实施例中第四条风道的冷空气流向图。

其中，1-机座；11-机座外筒；12-机座环板；121-机座环板通风孔；13-机座端板；14-V型钢板；15-过渡块；16-机座尾板；2-定子；21-定子铁心；211-定子铁心通风沟道；22-定子线圈；3-转子；31-转子支架；311-转子支承筒；312-支架内筒；313-第一锥形板；314-第二锥形板；32-转子磁极；331-锥形板通风孔；33-磁极压板，35-转子支架圆筒；351-转子支架通风孔；4-进风口；5-出风口；6-挡风板；62-挡风板筒板；63-挡风板环板；7-隔板；71-隔板筒板；72-隔板环板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1-3所示，一种带有转子风路的风力发电机，功率为2.2MW，包括机座1、定子2、转子3、进风口4和出风口5，进风口4直径452mm，出风口5直径452mm；转子3包括转子支架31和转子磁极32，转子支架31包括转子支承筒311、与转子支承筒311连接的第一锥形板313和第二锥形板314；第一锥形板313和第二锥形板314上均设有锥形板通风孔331，第一锥形板313和第二锥形板314上的锥形板通风孔331尺寸不同；所述转子支承筒311的非驱动端与转子支架圆筒35连接；转子支架圆筒35的侧壁上设转子支架通风孔351，本实施例的转子支架通风孔351采用等间距设置，几何尺寸为60x100mm，设于两个转子磁极32之间，数量与转子磁极32数量相等；转子支架圆筒35外侧连接挡风板6，挡风板6如图2所示，包括断面为倒L型挡风板环板63与挡风板筒板62组成，挡风板环板63焊接在转子支架圆筒35外侧，挡风板筒板62一端通过螺栓固定在挡风板环板63上，挡风板筒板62另一端与非驱动端的转子磁极32上设置的磁极压板33止口配合；挡板6的作用主要是为了将进风口进来的冷空气和从非驱动端转子磁极流出的空气进行分割，保证冷空气流动的顺畅。转子支架圆筒35与机座1之间设有隔板7，隔板7由隔板环板72和隔板筒板71间隙配合组成，配合间隙3mm，隔板筒板71如图所示固定于进风口4和出风口5之间的机座尾板16内侧，隔板环板72固定于转子支架圆筒35的内侧；隔板7的作用主要是将进风口的进风区与出风口的出风区进行有效分割，保证进出气流的顺畅流动。定子2主要由定子铁心21、定子线圈22组成；机座1包括由机座外筒11、机座环板12、机座1端 板、V型钢板14、机座尾板16；机座端板13与机座外筒11驱动端端部固定连接；机座尾板16与机座外筒11非驱动端端部固定连接； V型钢板14固定设置于机座外筒11内侧； V型钢板14上焊接有过渡块15；所述定子铁心21通过固定于过渡块15上；所述定子铁心21沿轴向分段，每段之间的孔隙形成定子铁心通风沟道211；所述机座环板12与定子铁心21的驱动端固定连接，并与机座外筒11固定连接；所述机座环板12上设有机座环板通风孔121。

具体工作原理：本实施例的风力发电机，在工作时，将发电机内部原本的轴径向混合式通风冷却改进为轴径向混合通风加转子3双路出风的风路结构。冷风从电机非驱动端的进风口4流入发电机，流过发电机内部的四条冷却风道，将发电机各个发热部件损耗转化的热量带走，从发电机非驱动端的出风口5流出，具体的四条冷却气流通道分别为：

第一条冷却风道（即转子3第一风路），冷空气的主要流动路径（如图4所示）：进风口4→定子2与转子磁极32之间的气隙→非驱动端转子磁极32→转子支架通风孔351→出风口5。第一条冷却气流通道主要利用挡风板6的作用，使从进风口进入的冷空气高速进入转子磁极32与冷却非驱动端转子磁极32与定子2之间的气隙，提高对转子降低转子磁极32的冷却效果，减小转子磁极32的轴向温差。

第二条冷却风道（即转子3第二风路），冷空气的主要流动路径（如图5所示）：进风口4→非驱动端定子线圈22端部→定子铁心21背部（即定子铁心外侧与机座外筒之间的空间）→非驱动端的定子铁心通风沟道211→非驱动端的转子磁极32→转子支架圆筒35通风孔→出风口5共同组成。第二条冷却气流通道主要冷却非驱动端定子线圈22端部、靠近非驱动端定子铁心21、靠近非驱动端转子磁极32、靠近非驱动端转子3线圈。

第三条冷却风道（即径向风路），冷空气的主要流动路径（如图6所示）：进风口4→非驱动端定子线圈22端部、定子铁心21背部（即定子铁心外侧与机座外筒之间的空间）→驱动端的定子铁心通风沟道211→驱动端的转子磁极32侧面→转子支架31的锥形板通风孔331→出风口5。第三条冷却气流通道主要冷却靠近非驱动端定子铁心21、靠近非驱动端转子磁极32、靠近非驱动端转子3线圈。

第四条冷却风道（即轴向风路），冷空气的主要流动路径（如图7所示）：进风口4→非驱动端定子线圈22端部→定子铁心21背部（即定子铁心外侧与机座外筒之间的空间）→机座环板通风孔121→驱动端的定子线圈22端部→驱动端的转子磁极32端部→转子支架31的锥形板通风孔331→出风口5。第四条冷却气流通道主要冷却驱动端定子线圈22端部、驱动端转子磁极32端部。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有转子风路的风力发电机，包括机座（1）、定子（2）、转子（3）、进风口（4）和出风口（5），其特征在于：所述转子（3）包括转子支架（31）和转子磁极（32）；所述转子支架（31）包括转子支承筒（311）、与转子支承筒（311）连接的第一锥形板（313）和第二锥形板（314）；所述第一锥形板（313）和第二锥形板（314）上均设有锥形板通风孔（331）；所述转子支承筒（311）的非驱动端与转子支架圆筒（35）连接；所述转子支架圆筒（35）上设有转子支架通风孔（351）；所述转子支架圆筒（35）外侧设有用于分割风区的挡风板（6）；所述转子支架圆筒（35）与机座（1）之间设有用于分割风区的隔板（7）;

所述转子支架通风孔（351）位于两个转子磁极（32）之间,数量与磁极数相同;

所述隔板（7）包括间隙配合的隔板筒板（71）和隔板环板（72）；所述隔板筒板（71）与机座尾板（16）连接；所述隔板环板（72）与转子支架圆筒（35）连接;

所述转子磁极（32）的非驱动端外侧设有磁极压板（33）；所述挡风板（6）由挡风板筒板（62）和挡风板环板（63）组成；所述挡风板环板（63）与转子支架圆筒（35）外侧连接；所述挡风板筒板（62）一端与挡风板环板连接，另一端与磁极压板（33）止口配合。

2.根据权利要求1的一种带有转子风路的风力发电机，其特征在于：所述定子（2）主要由定子铁心（21）、定子线圈（22）组成；所述机座（1）包括机座外筒（11）、机座环板（12）、机座端板（13）、V型钢板（14）、机座尾板（16）；所述机座端板（13）与机座外筒（11）驱动端端部固定连接；所述机座尾板（16）与机座外筒（11）非驱动端端部固定连接；所述V型钢板（14）固定设置于机座外筒（11）内侧；所述V型钢板（14）上焊接有过渡块（15）；所述定子铁心（21）固定于过渡块（15）上；所述定子铁心（21）沿轴向分段，每段之间的孔隙形成定子铁心通风沟道（211）；所述机座环板（12）与定子铁心（21）的驱动端固定连接，并与机座外筒（11）固定连接；所述机座环板（12）上设有机座环板通风孔（121）。

3.根据权利要求1的一种带有转子风路的风力发电机，其特征在于：隔板（7）一侧与转子支架圆筒（35）连接，另一侧与机座尾板（16）间隙配合。

4.根据权利要求1的一种带有转子风路的风力发电机，其特征在于：隔板（7）一侧与机座尾板（16）的内部连接，另一侧与转子支架圆筒间隙配合。

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