CN110635587B - 定子组件以及具有该定子组件的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定子组件以及具有该定子组件的电机。所述定子组件包括定子支架以及安装在定子支架上的定子铁芯，所述定子支架包括支撑围板，在所述定子支架的支撑围板与所述定子铁芯的径向侧表面之间形成有第一轴向气流通道，所述定子组件还包括气流输送单元，用于向所述第一轴向气流通道供应第一冷气流，使得冷气流沿轴向流动。根据本发明的实施例，能够在电机运行的过程中对定子的与气隙相对的另一侧通入冷气流，使得定子的径向两侧同时冷却，减小定子铁芯的膨胀变形，防止气隙变窄，同时防止定子高温烘烤磁极，保护磁极，延长电机的使用寿命。

Description

定子组件以及具有该定子组件的电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地，涉及一种具有冷却结构的定子组件以及具有该定子组件的电机。

背景技术

在电机的运行过程中会产生大量的热，热源来自于电机内部，一部分是电流流过定子绕组时产生的铜损耗，一部分是铁芯内磁通变化时产生的铁损耗。损耗转化为热量，使电机温度升高。电机的温度升高会直接影响电机的使用寿命和额定容量，还会导致电机故障。电机发热导致电机故障的一个主要风险在于定子铁芯受热膨胀导致定子和转子之间的气隙减小，设置在转子上永磁磁极有可能与定子铁芯摩擦碰撞而损坏，严重时还会导致电机故障或损毁。因此，冷却问题对电机具有重要意义，尤其是对于风力发电机而言，电机故障带来的维修成本、造成的经济损失更是不容乐观的。

现有技术中，通常将冷却介质通入定子和转子之间的气隙中来对电机的热源部件进行冷却。对于风力发电机这种大型旋转电机，通常对绕组产热源实施强制对流换热，并依靠大功率、大尺度(叶轮直径)流体机械(通风机)，例如，依靠流体机械强制性地将冷却介质通入定子和转子之间的气隙或定子铁芯绕组的径向通风道中。一方面，这种将冷气流通入气隙中的冷却方式并不能完全防止定子的膨胀变形，另一方面，进行冷却介质的流体传输与空气流的风致噪声对自然环境生物的严重影响也是生态法规所不允许的。

此外，现有技术中在对风力发电机组进行冷却时，在机舱内设置间壁式换热器，借助外循环自然环境空气流来冷却内循环腔体内的产热表面，引风机将换热器冷却降温后的流体引出并360度扩散在机舱尾部空间内。但是，这种冷却方式中流体传输过程中沿程和局部阻力损失较大，制约了电机内部产热环节的换热速率，使得电机内部关键组织——绝缘结构仍然存在温升较高、永磁磁极性能稳定保障受到威胁的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有冷却结构的定子组件以及具有该定子组件的电机。

根据本发明的一方面，提供了一种定子组件，所述定子组件包括定子支架和定子铁芯，所述定子支架包括支撑围板，所述定子铁芯安装在所述支撑围板上，并在所述支撑围板与所述定子铁芯的径向侧表面之间形成第一轴向气流通道，所述定子组件还包括气流输送单元，用于向所述第一轴向气流通道供应第一冷气流，使得冷气流在第一轴向气流通道中沿轴向流动。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，所述电机包括如上所述的定子组件。

根据本发明的又一方面，提了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的定子组件。

根据本发明的实施例，能够在电机运行的过程中对定子的与气隙相对的另一侧通入冷气流，使得定子的径向两侧同时冷却，减小定子铁芯的膨胀变形，防止气隙变窄，同时防止定子高温烘烤磁极，从而保护磁极，延长电机的使用寿命。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明实施例的定子组件的结构示意图；

图2示出了根据本发明第一实施例的定子组件的结构；

图3示出了根据本发明第二实施例的定子组件的结构；

图4和图5分别示出了热汇桥的布置方式；

图6示出了定子铁芯的径向内侧边界与支架围板之间形成的流道；

图7示出了在定子铁芯的径向内侧边界与支架围板之间形成的流道内插入有扰流板；

图8示出了扰流板的另一种布置方式；

图9示出了定子铁芯的径向内侧边界与支架围板之间形成的流道；

图10、图11和图12分别示出了定子铁芯的径向内侧边界与支架围板之间形成的流道的其他示例；

图13示出了涡流管制冷原理示意图；

图14示出了涡流管内的流场分布示意图；

图15示出了根据本发明实施例的冷气流供应装置。

附图中的标号：

50-冷气流汇流箱；60-热气流汇流箱；100-定子铁芯；110-鸽尾槽；

120-桥连部；140-齿压板；200-定子支架；210-立柱；220-支撑围板；

300-扰流板；310-网孔；400-涡流管；410-涡流室；420-热端管段；

430-喷管；440-冷端管段；450-冷端孔板；460-调节阀；610-过滤器；

620-压气机；630-压缩空气集气箱；640-分流支管；650-热气流收集箱

具体实施方式

以下，以电机的内定子为例，参照附图来详细说明本发明的实施例。

如图1和图2所示，为了减小涡流损耗和其它损耗，电机的定子铁芯100采用电阻率较大、磁滞回线面积较小的铁磁导体薄片经过冲制和绝缘处理后叠压而成。现有技术中在制造定子铁芯时，通常将多个扇形硅钢片沿圆周方向拼接并沿轴向方向叠置，定子支架200的支撑柱210通过紧固件与鸽尾槽110结合，从而将硅钢片沿圆周方向固定到定子支架的支撑围板220上，轴向两端通过齿压板140夹紧，从而形成包括定子铁芯100和定子支架200的定子组件。

本发明的发明人通过研究发现，在电机定子和转子之间的气隙内通入冷气流的方式虽然可以有效地冷却气隙两侧的磁极和绕组，但是，对于定子铁芯而言，冷气流直接接触气隙侧的径向端部表面，而远离气隙侧的径向端部表面难以得到冷却，使得定子铁芯的沿着径向方向的温度分布不均匀，径向外侧和径向内侧部分的热分布差异较大。定子铁芯的远离气隙侧的部分容易发生膨胀变形，导致定子和转子之间的气隙变窄。

为了解决上述问题，本发明的实施例提出了对电磁装置(如电机铁芯热源)的传统冷却方式和传统冷却结构进行革新的技术方案，对定子铁芯的与气隙相对的径向侧表面进行冷却，使得定子铁芯的径向两侧同时降温，减小定子铁芯的径向两侧的热分布差异。此外，还对定子支架进行冷却，减小远离气隙侧的定子支架与铁芯绕组的冷却程度之间的差异，减小铁芯绕组与定子支架的热分布差异，从而避免铁芯绕组和定子支架存在热膨胀差异导致定子和转子之间的气隙的变化。

为了便于描述，在下面的实施例以及附图中，以电机的内定子为例来示出根据本发明的实施例的定子组件。图1、图2和图3示出了具有根据本发明实施例的冷却结构的定子组件的结构示意图。

如图所示，在定子铁芯100与支撑围板220之间形成有环状间隙。由于空气的低热导率将影响定子100的热转移到定子支架200，因此这样的间隙的存在一定程度上会阻碍定子100从定子铁芯吸收热量。根据本发明的实施例，为了更有效地对电机进行冷却，在定子铁芯100与支撑围板220之间的环状间隙内通入冷气流，使得定子铁芯100的远离气隙侧的径向侧表面与冷源直接接触，从而能够实现从两侧同时对定子铁芯100进行冷却，减小定子铁芯的径向热分布差异，降低定子铁芯100的膨胀程度和变形风险。与此同时，还在定子支架200的轴向通风道内通入冷气流，使得定子支架200也能够作为吸收定子铁芯100的热量的冷源。在定子支架200和定子铁芯100的径向内侧温度降低的情况下，形成一个沿径向向内的收缩力和拉紧力，能够更有效地防止定子铁芯100沿径向向外膨胀。

具体地，根据本发明实施例的定子组件包括气流输送单元，该气流输送单元包括设置在定子组件的轴向第一端的冷气流供应管道，例如，设置在定子组件的第一端的冷气流汇流箱50，用于向定子铁芯100与支撑围板220之间的环状间隙(下面称为第一轴向通风道)内通入第一冷气流，第一冷气流沿着定子铁芯100的轴向从第一端流向第二端，从而同时对定子铁芯100和支撑围板220进行冷却。

优选地，还可通过设置冷气流供应管道，在定子支架200的轴向通风道(下面称为第二轴向通风道)内通入第二冷气流，用于对定子支架200的支撑围板220、径向支撑筋板以及定子轴进行冷却降温。冷气流可以通过冷气流汇流箱50汇集在定子铁芯100的轴向第一端。热气流汇流箱60可以设置在定子铁芯100的轴向第二端，用于汇集热气流。在图2所示的示例中，第一冷气流和第二冷气流沿着轴向同向流动。在图3所示的示例中，第一冷气流和第二冷气流沿着轴向逆向流动。与第一冷气流和第二冷气流被布置为同向流动的情况相比，将第一冷气流和第二冷气流布置为逆向流动，冷却效果更好。

如图3所示，根据本发明实施例的电机，在定子铁芯100和支撑围板220之间还可设置有多个桥连部120，桥连部120形成为柱体，沿着定子铁芯100的径向延伸，一端连接定子铁芯100，另一端连接支撑围板220。更具体地，桥连部120沿着径向方向连接定子铁芯100的径向内侧表面与支撑围板200的外周表面。

桥连部120可由导热率高的材料制成，以有利于将定子铁芯100的热量快速传导给支撑围板220。优选地，桥连部120与定子铁芯100一体形成。更具体地，在冲压用于形成定子铁芯100的硅钢片时，在一部分硅钢片的径向内侧保留一定长度(例如，10mm-20mm)的突起，当将多个硅钢片叠置在一起时，轴向上相邻叠置的硅钢片上的突起也依次叠置而形成柱状结构，并且在将硅钢片安装到定子支架200上之后，将突起的另一端焊接到支撑围板220上，从而在定子铁芯100和支撑围板220之间形成用于传导热量的桥连部120。一方面，桥连部120能够使定子铁芯100的热量更快速地传导给支撑围板220，另一方面，在设置多个桥连部120的情况下，定子铁芯100与支撑围板220之间的连接结构更加稳定，使得定子铁芯100和定子支架200一体化，从而两者之间的结合更强壮。

多个桥连部120可以分散开形成在定子铁芯100的径向内周表面上。图4和图5分别示出了多个桥连部120的布置方式。在图4所示的示例中，沿着气流流动的方向，多个桥连部120叉排布置。在图5所示的示例中，沿着气流流动的方向，多个桥连部120顺排布置。多个桥连部120在将定子铁芯100的热量传导给定子支架200的支撑围板220时，自身的温度升高。第一冷气流在流过第一轴向通风道时，冲击定子铁芯100的径向内周表面、支撑围板220的外周表面，并且横掠过桥连部120，以对流换热的方式，将定子铁芯100、支撑围板220以及桥连部120的热量带走。

桥连部120的横截面可以为各种形状，例如，圆形，椭圆形、多边形等。在图4和图5所示的示例中，桥连部120的横截面形状大体上为水滴型，包括第一圆弧面、第二圆弧面以及连接第一圆弧面和第二圆弧面的平面部分。第一圆弧面形成迎流面，第二圆弧面形成背风面，第一圆弧面的半径r1大于第二圆弧面的半径r2。两侧的平面部分可以分别与第一圆弧面和第二圆弧面的两侧相切。

当第一冷气流在第一轴向气流通道内沿轴向流动时，气流冲击到桥连部120的迎流面上，被迎流面劈开后，气流沿着迎流面的圆弧面从两侧向前流动，将在圆弧面的两侧发生扰流脱体。然而，由于在该即将扰流脱体的位置形成了平面部分，已经脱体的气流再次附着到桥连部120的表面上，继续与桥连部120进行对流换热，带走桥连部120的热量。在接近背风面的第二圆弧面时，由于第二圆弧面的半径r2变小，气流的尾流变窄，脱离柱体后继续向前流动。这种截面形状的桥连部120的气流阻力较小，气流边界层较薄，有利于气体与固体表面的换热。

图6示出了根据本发明实施例的由定子铁芯100与支撑围板220形成的第一轴向气流通道的一部分的示意图。沿着定子的轴向方向，定子铁芯100的径向内表面起伏不平，使得流道的截面形状和截面积大小沿着气流流动的方向是变化的。当气流沿着定子铁芯100的起伏不平的侧表面流动时，气流边界层受到起伏不平的表面的扰动而变薄，前面的气流被扰流后脱离固体表面，后面的冷气流不断地补充上来，使得在前的冷气流在从定子铁芯100上吸热后及时脱离定子铁芯100的内侧表面，为后面的温度更低的冷气流让道，使得定子铁芯100始终与温度较低的冷气流接触，从而强化传热效果。

如图6所示，定子铁芯100的径向端表面沿轴向方向可以形成为多个弯折的波浪形。例如，沿着定子的轴向方向，定子铁芯100的内表面沿径向向外倾斜而与轴向方向呈角度α1，沿着预定长度H1后，改变为沿径向向内倾斜而与轴向方向呈角度α2，并延伸预定长度H2。如此重复，使得沿着轴向方向形成波折的不平坦表面。当定子铁芯100的内侧表面沿着轴向方向起伏变化时，相当于在定子铁芯100和支撑围板220之间的气流通道被形成为包括依次连接的多个缩放通道，渐扩通道和渐缩通道交替设置。

当气流顺次流过交替布置的渐扩通道和渐缩通道时，气流速度不断地发生变化。当进入渐扩通道时，流速减小，当经过渐缩通道时，流速增大。在流速不断变化的过程中，扰动气流边界层，避免气流始终附着在通道壁的表面上，使得冷气流与定子铁芯100以及支撑围板220的表面充分接触，从而带走更多的热量。

为了使定子铁芯100的内侧表面沿着轴向方向起伏变化，可以在裁切硅钢片时，在硅钢片的径向内圆周上保留预定长度/预定形状的突起，使得硅钢片的径向内圆周各处的半径完全相同。此外，还可以通过将叠置的硅钢片的半径裁切为不同尺寸，通过选择相应的硅钢片叠置，在定子铁芯100的径向内侧表面上形成多个突起部，从而使定子铁芯100形成为具有沿轴向方向起伏不平的径向内侧表面。

为了进一步提高定子铁芯100向定子支架200传递热量的效果，可以提高支撑围板220的外圆周表面的黑度，从而提高支撑围板220的表面热吸收率，提高定子铁芯100到支撑围板220的辐射传热效果。理想情况下，可以使支撑围板220的外表面形成为黑体表面。作为示例，可以通过铬来处理支撑围板220的外圆周表面，从而在支撑围板220上形成铬黑表面。

如图7所示，还可以在定子铁芯100与支撑围板220之间插入扰流板300。扰流板300可以形成为圆弧形，插入定子铁芯100与支撑围板220之间的气流通道中，径向两侧分别与定子铁芯100与支撑围板220保持预定距离。扰流板300可以是完整的圆筒，也可以是多个分散布置的弧形板。通过定子铁芯100与支撑围板220之间的间隙中插入扰流板300，使得气流被进一步扰动，使气流湍流化。扰流板300可以形成为具有粗糙表面，可以采用高粗糙度烧结板来制作扰流板300。

扰流板300上还可开设有网孔310，使得扰流板300一侧的气流可以穿过网孔310进入到扰流板300的另一侧。例如，扰流板300径向外侧的高速气流在穿过网孔310后喷射到支撑围板220上，从而以较高的速度冲击支撑围板220，增强对流换热效果。扰流板300可以由表面处理成粗糙表面的金属板制成，以具有较高的热传导系数。

通过使扰流板300的表面粗糙化，可以提高扰流板300的表面的黑度以及换热面积，提高辐射热的吸收效率。此外，还可以在扰流板300的表面上形成铬黑表面，以提高扰流板300的吸热能力。通过插入扰流板300，使得气流通道内的换热面积增加，提高对流换热效果；通过提高扰流板300的黑度，提高辐射换热效果。此外，通过使扰流板300具有粗糙表面以及开设网孔310，可以使得气流边界层减薄，通过缩放通道能够使气流湍流化。根据本发明的实施例的换热结构能够建立起从绕组向定子铁芯的径向内侧以及定子支架的内部进行散热的通道，并且能够从多个角度、多个维度来增强换热效果。

如图8所示，扰流板300也可以沿着定子的轴向方向多次弯折。在定子铁芯100和扰流板300之间形成渐缩喷管和渐扩喷管交替布置的气流通道。在与渐缩喷管对应的区段，可以在扰流板300上开设网孔310，使得渐缩喷管段的气流穿过扰流板300后，高速冲击支撑围板220。

虽然图6、图7和图8的示例中，定子铁芯100的径向内表面沿轴向方向多次弯折变化，然而，使定子铁芯100的径向内表面形成为不平坦的表面的方式不限于图6至图8所示的示例，还可以以很多种方式来形成。

图9示出了沿着轴向方向截取的定子铁芯的一部分的截面图。如图9所示，沿着轴向方向，定子铁芯100的内表面可以形成有多个突起部，突起部呈半水滴状。所谓半水滴状可以是沿着长轴方向对称的水滴结构的一半。所述多个半水滴状突起部沿着气流的方向交替布置，可以叉排布置，也可以顺排布置。

在图9所示的示例中，突起部的迎流面和背风面均为弧面，迎流面的弧面半径R1可大于背风面的弧面半径R2，在迎流面和背风面之间，以直线段连接，从而形成平直的气流路径。该半水滴状突起能够降低边界层处流固阻力，形成具有场协同强化传热效果的铁芯边界。

图10、图11和图12示出了定子铁芯边界的其他形状示例。如图10所示，定子铁芯100的径向端部表面可以形成有多个钟乳石状突起。如图11所示，定子铁芯100的径向端部表面可以形成有多个方形突起。如图12所示，定子铁芯100的径向端部表面可以形成有多个圆弧状突起。在定子铁芯100的径向端部表面上，也可以交替设置这些钟乳石状突起、方形突起、圆弧状突起，而不限于仅采用某一种特定形状。

如前面参照图3描述对桥连部进行的描述，可以通过在冲压扇形硅钢片时，在硅钢片的径向内侧预留突起部，当将多个硅钢片叠置时，可以形成这些乳石状突起、方形突起、圆弧状突起等。

在定子铁芯100的内表面上形成突起部的主要目的是用于破坏边界层，减薄边界层，避免附着的边界层将定子铁芯100的内表面与气流通道中的主气流隔开，影响传热效果。突起部的高度可以为1mm-3mm，可以沿长度方向可为20mm-30mm，例如，可以通过堆叠20-30层的硅钢片来形成。相邻突起部沿长度方向的间隔可以是50mm左右。

根据本发明的实施例，通过在定子铁芯100与支撑围板220之间的间隙内通入第一冷气流，能够使得定子铁芯100从径向内侧端面进行降温，形成径向向内的收缩力，避免定子铁芯100从内向外膨胀变形。进一步地，通过在定子支架200的轴向通风道中进一步通入第二冷气流，能够使得定子支架200冷却降温，使得定子支架200用作使定子铁芯100降温的冷源。通过设置桥连部120，能够增强定子铁芯100向定子之间200传导热量的速度，使得定子铁芯100的热量进一步向内传导。本发明的实施例，基于能量守恒、间接降低电机热源(绕组及其导磁部件)结构的气隙侧径向外表面跨越气隙空间向电机转子磁极释放辐射热的强度及其散热份额的大小，避免高温烘烤磁极，抑制温升，从而保护磁极以及绝缘介质。

在上面的描述中，虽然以内定子结构为例描述了本发明的实施例，但是，上述冷却结构也可以应用于外定子结构。通过对定子铁芯的与气隙相对的一侧通入冷气流，使得定子铁芯的腹背两侧均得到冷却，能够有效防止定子铁芯的膨胀变形，防止定子铁芯的高温烘烤磁极，从而保护磁极以及电机中的绝缘材料。

为了向电机中不断地供应冷气流，本发明提出了一种冷气流供应结构。本发明实施例提出的冷气流供应结构包括涡流管，通过涡流管产生冷空气，从而源源不断地供应到电机中。

图13示出了涡流管制冷原理示意图，图14示出了涡流管内的流场分布示意图。如图13和14所示，涡流管400包括管道主体，管道主体的第一端为冷端，第二端为热端。按照功能划分，包括位于中部的涡流室410、与涡流室410切向连通的喷管430、位于涡流室410一侧的热端管段420、位于涡流室410另一侧的冷端管段440。喷管430的流道沿着涡流室410的径向外围切向布置，涡流室410和热端管段420的管道直径相同，冷端管段440的直径小于热端管段420的直径，与涡流室410通过具有通孔的冷孔板450相连接。在热端管段420的出口处设置有调节阀460。调节阀460为节流件，可以为锥状阻挡体，锥状阻挡体的锥尖面向管道主体的内部。

压缩空气进入喷管430的内部流道膨胀加速后，以很高的速度沿着直管段径向切线方向进入涡流室410，在涡流室410内形成高速螺旋涡流，气流能够沿着管道内壁以高达每分钟一百万转的速度流向涡流管400的热端管段420，一部分气流被调节阀460阻挡后，在内螺旋涡流管内部中心区域形成回流气流，在原气流内圈反向旋转，并流向涡流管的冷端管段440，剩余部分的气体通过热端出口流出。在此过程中，两股气流发生热交换，内环气流的温度大幅度降低(温度可达-50～-10℃)，形成冷气流从涡流管400的冷端出口流出，外环气流变得很热，从涡流管400的热端出口流出。通过涡流管400可以产生同一股气流温度的分离效应，获得温度高低悬殊的冷、热两股气流。

在这里，本发明的实施例将冷气流用于电机内部产热部件(绕组及其导磁部件结构)的冷却降温。此外，还可将热气流用于绕组端部的根部与铁芯交界处的干燥或风力发电机停止发电时的气隙内部的干燥作用。

图15示出了根据本发明实施例的冷气流供应装置。如图15所示，通过空气过滤器610将空气过滤后，利用压气机620将空气压缩成高压空气，供应到压缩空气集气箱630中。多个分流支管640将压缩空气分别供应到多个涡流管400中，利用涡流管产生冷、热两股气流。冷气流可以供应到电机内部，对电机的产热部件进行冷却降温。热气流可以汇集到热气流收集箱650中，用于绕组端部的根部与铁芯交界处的干燥或风力发电机停止发电时的气隙内部的干燥等。

如图15所示，多个涡流管400(例如，两个涡流管400可以共用一个冷气流供应管道，即共用一个分流支管640。

根据本发明的冷气流供应装置可以设置在机舱内或者设置在定子支架内。与现有技术中设置间壁式换热器的结构相比，本发明的冷气流供应装置结构更加简单，气流传输过程中流动阻力损失小。冷气流能够直接供应到需要降温的产热部件上，提高了内部产热部件的换热速率。用于产生压缩空气的来源可以是环境空气、机舱内空气或来自风力发电机组的换热器的气体。

根据本发明的实施例，采用了对圆柱结构、回转结构的电磁装置沿着径向的两端同时进行冷却的方式，这种方式符合传热学对称换热并获得高速率换热的效果，更符合工程热应力借助结构件温度对称(受热或冷却)，避免了结构件不对称膨胀变形。此外，本发明的实施例采用涡流管产生冷气流，不增加冷却介质流体传输动力源头功率，考虑长期运行使用，受装置成本和环境保护的要求，解决冷却介质流体传输过程通道中的内部矛盾。

根据本发明的实施例，通过对电磁装置(如电机铁芯产热部件)冷却的传统方式和传统结构进行革新，将定子铁芯和定子支架同时发挥强化吸收热能的冷源作用，尤其是同时冷却电机热源(绕组及其导磁部件)结构径向的根部(或背部及其流道)，使得电机热源(绕组及其导磁部件)冷却散热获得径向强化散热的新渠道。基于能量守恒，获得间接降低电磁装置，如电机热源结构(绕组及其导磁部件)的气隙侧径向外表面跨越气隙空间向电机转子磁极释放辐射热的强度及其散热份额大小；借此来保护电机绝缘、保护电机的永磁磁极并抑制其温升。

根据本发明的实施例，通过使轴向气流通道形成为渐缩通道和渐扩通道，、轴向气流通道内设置扰流板、在扰流板上开设网孔、在扰流板上形成铬黑表面，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)、辐射换热的强化传热技术(表面涂层)、工程热力学角度的“切向输入内螺旋涡流管”(涡流管)、革新电机铁芯径向端部表面结构、与冷流体热汇传热的结构。

通过涡流管产生冷气流，提供了电磁装置冷却介质的发生、传输、换热的渠道，成为电机铁芯热源和铁芯槽内绕组热源的冷源，借此来保护电机绝缘、保护永磁磁极抑制温升，并用于革新定子铁芯冷却的传统方式。通过涡流管产生冷、热两股气流，从而产生永磁风力发电机磁极和电枢绝缘系统具有冷却作用的冷气流和具有干燥功能的热气流，实现电机内热源多维度散热渠道。

虽然已经参照示例实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说将明显的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，应该理解的是，上述实施例不是限制性的，而是说明性的。因此，本发明的范围将由权利要求书及其等同物的最宽的可允许的解释来确定，并且不应受前面的描述的制约或限制。

Claims (22)

1.一种定子组件，所述定子组件包括定子支架(200)和定子铁芯(100)，所述定子支架(200)包括支撑围板(220)，所述定子铁芯(100)安装在所述支撑围板(220)上，并在所述支撑围板(220)与所述定子铁芯(100)的径向侧表面之间形成第一轴向气流通道，其特征在于，所述定子组件还包括气流输送单元，用于向所述第一轴向气流通道供应第一冷气流，使得冷气流在第一轴向气流通道中沿轴向流动，

所述定子组件还包括设置在所述第一轴向气流通道中的桥连部(120)，所述桥连部(120)沿所述定子组件的径向延伸，两端分别连接所述定子铁芯(100)与所述支撑围板(220)，

其中，所述定子铁芯(100)由多个硅钢片叠置而成，所述硅钢片的径向内圆周具有沿径向向内一体延伸的多个第一突起，在多个所述硅钢片叠置后，相邻硅钢片上的第一突起相互叠置而形成所述桥连部(120)。

2.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述桥连部(120)为柱状并且被设置为多个，沿着第一冷气流流动的方向，多个所述桥连部(120)顺排排列或叉排排列。

3.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述桥连部(120)的横截面形状为水滴形，沿着第一冷气流流动的方向，包括朝向所述定子铁芯(100)的轴向第一端的迎流面和朝向所述定子铁芯(100)的轴向第二端的背风面，所述迎流面和背风面均为圆弧面，所述迎流面和背风面之间通过与所述迎流面和背风面相切的平直表面连接，所述迎流面的弧面半径大于所述背风面的弧面半径。

4.如权利要求1-3中任一项所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(100)的所述径向侧表面沿着所述定子铁芯(100)的轴向方向起伏不平，使得所述第一轴向气流通道形成为变截面通道。

5.如权利要求4所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(100)的所述径向侧表面沿着轴向方向多次弯折，使得所述第一轴向气流通道被形成为渐扩通道和渐缩通道沿着轴向方向交替设置的变截面通道。

6.如权利要求4所述的定子组件，其特征在于，所述定子组件还包括插入在第一轴向气流通道中的扰流板(300)，所述扰流板(300)具有如下结构特征中的至少一种：

所述扰流板(300)具有粗糙表面；

所述扰流板(300)开设有穿透所述扰流板(300)的径向厚度的网孔(310)；

所述扰流板(300)为金属板或陶瓷板；

所述扰流板(300)的表面形成为铬黑表面或烧结表面；

所述扰流板(300)沿着所述定子铁芯(100)的轴向起伏不平，在所述定子铁芯(100)与所述扰流板(300)之间形成变截面通道。

7.如权利要求6所述的定子组件，其特征在于，所述扰流板(300)沿着所述定子铁芯(100)的轴向多次弯折，在所述定子铁芯(100)与所述扰流板(300)之间形成渐扩通道和渐缩通道沿着轴向方向交替设置的变截面通道。

8.如权利要求7所述的定子组件，其特征在于，所述网孔(310)设置在与所述渐缩通道对应的位置。

9.如权利要求4所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(100)的所述径向侧表面形成有多个突起部，所述突起部的沿轴向方向的截面形状为半水滴状、钟乳石状、或圆弧形或方形中的至少一种。

10.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(100)由多个硅钢片叠置而成，所述硅钢片的径向内圆周具有径向向内一体延伸的第二突起，在多个所述硅钢片叠置后，所述第二突起相互叠置而形成所述突起部。

11.如权利要求9所述的定子组件，其特征在于，截面为半水滴状的所述突起部包括第一圆弧面、第二圆弧面以及与第一圆弧面和第二圆弧面相切的平直面，所述第一圆弧面为迎流面，所述第二圆弧面为背风面，所述第一圆弧面的半径大于所述第二圆弧面的半径。

12.如权利要求1-3中任一项所述的定子组件，其特征在于，所述定子组件还包括插入在第一轴向气流通道中的扰流板(300)，所述扰流板(300)具有如下结构特征中的至少一种：

所述扰流板(300)具有粗糙表面；

所述扰流板(300)开设有穿透所述扰流板(300)的径向厚度的网孔(310)；

所述扰流板(300)为金属板或陶瓷板；

所述扰流板(300)的表面形成为铬黑表面或烧结表面；

所述扰流板(300)沿着所述定子铁芯(100)的轴向起伏不平，在所述定子铁芯(100)与所述扰流板(300)之间形成变截面通道。

13.如权利要求12所述的定子组件，其特征在于，所述扰流板(300)沿着所述定子铁芯(100)的轴向多次弯折，在所述定子铁芯(100)与所述扰流板(300)之间形成渐扩通道和渐缩通道沿着轴向方向交替设置的变截面通道。

14.如权利要求1-3中任一项所述的定子组件，其特征在于，所述定子支架(200)设置在所述定子铁芯(100)的径向内侧，所述定子支架(200)还具有形成在所述支撑围板(220)的径向内侧的第二轴向气流通道，所述气流输送单元还被构造为向所述第二轴向气流通道内供应第二冷气流，并使所述第二冷气流沿着轴向流动。

15.如权利要求14所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送单元被构造为使得所述第一冷气流和所述第二冷气流沿着轴向同向流动或逆向流动。

16.如权利要求14所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送单元包括设置在所述定子铁芯(100)的轴向一端的冷气流汇流箱(50)和设置在所述定子铁芯(100)的轴向另一端的热气流汇流箱(60)，第一冷气流通过所述冷气流汇流箱(50)被供应到所述第一轴向气流通道和第二轴向气流通道内，所述热气流汇流箱(60)用于收集通过所述第一轴向气流通道的第一冷气流和/或通过第二轴向气流通道的第二冷气流。

17.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送单元还包括安装在所述定子支架(200)上的涡流管(400)，所述涡流管(400)包括涡流室(410)、沿所述涡流室(410)的径向切向与所述涡流室(410)连通的喷管(430)，与所述涡流室(410)的轴向一侧连接的热端管段(420)，与所述涡流室(410)的轴向另一侧连接的冷端管段(440)，设置在所述热端管段(420)中的调节阀(460)，所述冷端管段(440)与所述第一轴向气流通道连通。

18.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求1-17中任一项所述的定子组件。

19.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-16中任一项所述的定子组件。

20.如权利要求19所述的风力发电机组，其特征在于，所述气流输送单元包括冷气流供应装置，所述冷气流供应装置包括涡流管(400)，所述涡流管(400)包括涡流室(410)、沿所述涡流管(400)的径向切向与所述涡流室(410)连通的喷管(430)，与所述涡流室(410)的轴向一侧连接的热端管段(420)，与所述涡流室(410)的轴向另一侧连接的冷端管段(440)，设置在所述热端管段(420)中的调节阀(460)，所述冷端管段(440)与所述第一轴向气流通道连通。

21.如权利要求20所述的风力发电机组，其特征在于，所述涡流管(400)为多个，所述冷气流供应装置还包括：

压气机(620)，用于产生压缩空气；

压缩空气集气箱(630)，从所述压气机(620)接收压缩空气；

多个分流支管(640)，一端与所述压缩空气集气箱(630)连通，另一端与至少一个所述涡流管(400)的喷管(430)连通，以将压缩空气供应到多个所述涡流管(400)中，所述涡流管(400)布置在所述定子支架上、机舱中或轮毂中。

22.如权利要求20所述的风力发电机组，其特征在于，所述气流输送单元还包括热气流收集箱(650)，与多个所述涡流管(400)的热端管段(420)连通，用于收集热气流。

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