CN110635589B - 定子组件以及具有该定子组件的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定子组件以及具有该定子组件的电机。一种定子组件，包括定子铁芯(100，500)和支撑所述定子铁芯(100，500)的定子支架(200，600)，所述定子组件还包括气流输送装置，所述气流输送装置被构造为沿所述定子铁芯(100，500)的径向方向向所述定子铁芯(100，500)的与气隙侧相对的径向侧表面输送第一冷气流。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进行冷却，使得定子的径向两侧同时受到冷却，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，涉及一种具有冷却通风结构的定子组件以及具有该定子组件的电机。

背景技术

铁芯是电机磁路的重要组成部分，定子铁芯、转子以及定子和转子之间的气隙组成电机的磁路。在感应电机中，定子铁芯中的磁通是交变的，因而产生铁芯损耗，称铁损。铁损包括两部分：磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于铁芯在交变磁化时磁分子取向不断发生变化而引起的能量损耗。涡流损耗是由于铁芯在交变磁化时产生涡流并由涡流产生的电阻损耗。它们是热源的一部分，另一部分热源是电机绕组流过电流产生的。从传热学角度，它们构成了电机工作时的热源。

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(例如，通风机)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

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明旨在提供一种具有能够对定子铁芯的与气隙侧相对的径向侧表面进行直接喷射冷却的气流输送装置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，提供一种定子组件，所述定子组件包括定子铁芯和支撑所述定子铁芯的定子支架，所述定子组件还包括气流输送装置，所述气流输送装置被构造为沿所述定子铁芯的径向方向向所述定子铁芯的与气隙侧相对的径向侧表面输送第一冷气流。

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。

通过采用本发明的实施例，能够在电机运行的过程中对定子的与气隙相对的另一侧进行冷却，使得定子的径向两侧同时受到冷却，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。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的定子组件的一部分的截面图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的喷管和涡流管的示意图；

图3是示出根据本发明的涡流管的剖视示意图；

图4是示出根据本发明的涡流管的内部流场的示意图；

图5是示出根据本发明的第一实施例的设置在定子支架的围板上的导流件的示意图；

图6是示出根据本发明的定子组件的局部剖视图；

图7是示出根据本发明的第一实施例的喷管的透视图和变截面示意图；

图8是示出根据本发明的第一实施例的喷管的透视图；

图9和图10是示出根据本发明的第一实施例的气流流过多个喷管的示意图；

图11是示出根据本发明的第二实施例的定子组件的一部分的剖视图；

图12和图13是示出根据本发明的第二实施例的喷管和回流通道的示意图；

图14是示出根据本发明的冷气流供应单元的示意图；

附图标号说明：

100-定子铁芯；110-鸽尾槽；200-定子支架；210-立柱；220-围板；230-第二通孔；231-导流件；240-内筒板；250-筋板；260-空腔；300-喷管；310-气流输入口；320-喷口；330-喉部；400-涡流管；410-涡流室；420-热端管段；430-变截面流道；440-冷端管段；450-冷端孔板；460-热端阀；500-定子铁芯；530-散热肋片；600-定子支架；610-立柱；640-内筒板；650-筋板；660-空腔；800-回流通道；910-过滤器；920-压气机；930-压缩空气集气箱；940-分流支管；950-热气流收集箱；50-冷气流汇流箱；60-热气流汇流箱。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明的技术构思，下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。

如图1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的立柱(支撑柱)210通过紧固件与鸽尾槽110结合，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示意性地示出了电机的定子组件的一部分，定子组件包括定子铁芯100和支撑定子铁芯100的定子支架200。由于本发明的实施例旨在详细描述对定子铁芯的与气隙侧(定子与转子之间的气隙)相对的径向内侧表面进行冷却，因此图中仅示出了电机的定子组件的结构，而未示出电机的其它部分(例如，转子、铁芯绕组等)。定子铁芯100可由多个铁芯叠片(例如，硅钢片)堆叠形成，定子铁芯100上设置有齿槽，绕组设置在齿槽中，与转子相面对。定子支架200可设置在定子铁芯100的径向内侧并将定子铁芯100紧固到其上。

根据本发明的实施例的定子组件包括气流输送装置，该气流输送装置用于产生冷气流并将冷气流输送到定子铁芯的与气隙相对的径向侧表面(在外转子、内定子型的发电机结构的示例中，该径向侧表面也可称为定子铁芯的径向内侧表面、根部、背部等)，以对定子铁芯的径向内侧表面进行直接冷却。

如图1至图2所示，气流输送装置可包括设置在定子支架200上的多个喷管300，喷管300的喷口320面向定子铁芯100的与气隙侧相对的径向侧表面，用于朝向该径向侧表面喷射冷气流。

根据本发明的第一实施例，定子支架200可包括外侧圆筒状的围板220、位于围板220的径向内侧的内筒板240以及连接围板220和内筒板240的多个径向筋板250。围板220和内筒板240之间可形成有空腔260。多个轴向延伸的立柱210设置在筋板250上，定子铁芯100可被紧固到围板220和立柱210上。围板220可由一定厚度的钢板制成，以在定子铁芯100紧固到定子支架200上之后保持定子铁芯100的形状，例如，使定子铁芯100保持环形。

如图1所示，在将定子铁芯100紧固到定子支架200上之后，在定子铁芯100的径向侧表面和围板220之间会形成环状间隙。由于空气的低热导率将影响定子铁芯100的热转移到定子支架200，这样的间隙的存在一定程度上会阻碍定子铁芯100的散热。因此，对该间隙处进行针对性的冷却将会是有益的。

参照图1至图2，喷管300可沿着定子支架200的大体上径向布置，并使喷管300的喷口320朝向定子铁芯100的径向内侧表面，通过径向布置喷管300，可大体上沿定子铁芯100的径向方向向定子铁芯100的与气隙侧相对的径向侧表面输送冷气流。在此提及的“径向方向”可以是大体上沿径向的，并不限于完全垂直于轴向或完全沿着定子支架200的半径方向，可相对于半径方向有一定范围内的角度偏移。

喷管300可以是缩放喷管、渐缩喷管或其它具有恒定内径的管。

优选地，本发明中的喷管300可以是缩放喷管，在下文中，将结合附图以缩放喷管为例来描述喷管300。如图1至图2所示，喷管300具有气流输入口310、喷口320以及位于气流输入口310与喷口320之间的喉部330，气流输入口310可连接到冷气流供应源(下文将详细描述)。在围板220上可开设有多个第一通孔，喷管300的喷口320可穿过围板220而卡设在第一通孔中。

来自冷气流供应源的流体可经由喷管300的气流输入口310进入喷管300的内部缩放流道到达喷口320，并从喷口320喷射到定子铁芯100的径向内侧表面以及定子铁芯100和围板220之间的间隙中，从而对定子铁芯100的径向内侧表面进行直接冷却并有效地解决因间隙的存在而导致定子铁芯散热受负面影响的问题。

如图2所示，喷管300的截面面积可从气流输入口310到喉部330逐渐变小，并从喉部330到喷口320逐渐变大。喉部330处为喷管300的内部流道的最窄处，来自冷气流供应源的冷气流经由气流输入口310进入喷管300的缩放流道，并在喉部330处使气流加速，加速的气流经由喷口320喷射到定子铁芯100的径向内侧表面以及定子铁芯100和围板220之间的间隙中，从而对定子铁芯100进行冷却。

如上所述，本发明中的喷管300优选地可以是缩放喷管，但喷管300还可具有其它形状，例如，喷管300可以是渐缩喷管，并具有气流输入口和喷口，渐缩喷管的截面面积可从气流输入口到喷口逐渐变小。气流在直径较小的喷口处可以被加速，加速的气流可喷射到定子铁芯100的径向侧表面。缩放喷管和渐缩喷管仅是本发明的喷管300的优选示例，喷管300的形状并不限于此，例如，喷管300还可以是其它具有恒定内径的管。

喷管300所连接的冷气流源可以是环境空气、机舱内空气或来自风力发电机组的换热器的气体等。

本发明提出采用涡流管400作为喷管300的冷气流供应源。如图2所示，喷管300的气流输入口310可连接到涡流管400的冷端，以从涡流管400接收冷气流。

下面将参照图3至图4详细描述作为喷管300的冷气流供应源的涡流管400的结构。

涡流管400可以为切向输入内螺旋(例如阿基米德螺线)涡流管。涡流管400包括变截面流道(也可被称为喷管流道)430、涡流室410、冷端孔板450、冷端管段440、热端管段420和热端阀(节流件)460。涡流室410将切向涡流管400分成冷端管段440和热端管段420两部分。冷端孔板450设置在涡流室410和冷端管段440之间，热端管段420出口处装设阀门(节流件460)。喷管流道430沿着涡流室410的径向外围切向布置。工作时高压气体由进气管进入喷管流道430，经过喷管流道430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，由于热端管段420出口处装设阀门(节流件460)与冷端孔板450之间存在压力差，会在切向输入内螺旋涡流管内部中心区域形成回流气流，分离成总温不相等的两部分气流。其中，处于中心部位的回流气流从冷端孔板450经过冷端管段440的出口流出，温度大幅度降低(温度可抵达-50～-10℃)，形成冷气流，而处于切向输入内螺旋涡流管内径向外层的螺旋气流从热端经过阀门(节流件)流出，温度升高，形成热气流，产生同一股气流温度的分离效应，获得冷、热两股气流，并且该两股气流的温度高低悬殊。

在本发明中，涡流管产生的冷气流可用于电机内部产热环节(绕组及其导磁部件结构)，产生内冷源；热气流可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。

如图2所示，喷管300的气流输入口310可连接到涡流管400的冷端管段(简称冷段)440，采用涡流管400作为喷管300的冷气流供应源，可省去传统的产生和输送冷却流体的大型流体机械(例如，压缩机、泵、换热器等)，风力发电机组中减少旋转元件的使用(例如，压缩机、泵)可大大降低故障发生的可能性。进入涡流管400的气流可以是高压气流、塔筒空气、自然环境空气等。

当冷气流从喷管300中喷射到定子铁芯100或定子铁芯100和围板220之间的环状间隙之后，冷气流可带走定子铁芯100或环状间隙中的热，同时冷气流本身被加热，加热后的气流需要被及时地从环状间隙中转移出去并且可用于回收再利用，例如，加热后的气流可被应用到风力发电机组的其它需要加热的部分。因此，可在围板220上设置能够将气流从环状间隙中转移出去的结构特征。如上所述，围板220和内筒板240之间可形成空腔260。围板220上可开设有连通环状间隙和空腔260的第二通孔230，使得通过喷管300喷射到环状间隙中的冷气流通过第二通孔230进入空腔260中。为了更好地引导气流从环状间隙中进入空腔260中，如图1和图5所示，可在第二通孔230中插入导流件231，形成导流通道。

导流件231可以为缩放形管或渐缩形管。导流件231还可以是嵌入在第二通孔230中的弧形板，只要能够以缩放通道或渐缩通道的形式引导气流加速进入空腔260中即可。

在使喷射到环状间隙中的冷气流(还可被称为第一冷气流)通过第二通孔230或导流件231回流到空腔260中，从而将由定子铁芯100加热的气流引流出去的情况下，可在空腔260中沿轴向通入第二冷气流，从而将回流到空腔260的气流带出定子支架200。

例如，如图6所示，可向定子支架200的空腔260中通入第二冷气流，第二冷气流沿定子支架200的轴向流动，穿过定子支架200的空腔260，从而带走从定子铁芯100和围板220之间的间隙通过设置在第二通孔230中的导流件231回流到空腔260中的气流。

如图6所示，气流输送装置可包括设置在定子组件的轴向端部的冷气流汇流箱50以及热气流汇流箱60。位于定子组件的轴向一端的冷气流汇流箱50可接收来自冷源的气流并将冷气流输送到定子支架200内的空腔260中，轴向另一端的热气流汇流箱60可收集从空腔260流出的气流，在热气流汇流箱60中收集的气流可被引入到风力发电机组的机舱换热器，或应用到风力发电机组的任何其它部位。

在此，当向定子支架200的空腔260中通入第二冷气流以将从环状间隙中进入空腔260中的气流带走时，设置在定子支架200上并在空腔260中沿径向延伸的喷管300将会成为轴向气流的流动路径中的阻挡件，从而在一定程度上会增大轴向气流的流动阻力。在这种情况下，为了最大程度地降低轴向气流的流动阻力，本发明将喷管300设计为具有雨滴状气动外形。

如图7所示，以喷管300为缩放喷管为例，喷管300的横截面可呈雨滴形，可包括朝向定子铁芯100的轴向一端的第一圆弧面、朝向定子铁芯100的轴向另一端的第二圆弧面以及与第一圆弧面和第二圆弧面相切的平直侧面。

结合喷管300的缩放形的截面面积，如图7所示，喷管300可具有尺寸沿径向变化的径向变截面。图中示出了四个径向位置的截面的示意图。如图7中右边的截面图所示，从上到下第一个最大的截面可对应于喷管300的喷口320处的截面，第二个最小的截面可对应于喷管300的喉部330处的截面，第三个截面可对应于喷管300的喉部330与气流输入口310之间的某个位置处的截面，第四个截面可对应于喷管300的气流输入口310处的截面。每个截面包括圆心同轴的第一圆弧面、第二圆弧面以及与第一圆弧面和第二圆弧面相切的平直侧面。

如图7所示，从上到下第一个最大的截面具有半径为r11的第一半圆和半径为r21的第二半圆，r11>r21，两条切线分别连接第一半圆和第二半圆。第二个最小的截面具有半径为r12的第一半圆和半径为r22的第二半圆，第三个截面具有半径为r13的第一半圆和半径为r23的第二半圆，第四个截面具有半径为r14的第一半圆和半径为r24的第二半圆。在设置喷管300时，将半径大的圆弧面布置为轴向气流的迎流面，将半径小的圆弧面布置为轴向气流的背风面。

如图9至图10更清楚地示出的，多个喷管300可沿着定子铁芯100的轴向顺排布置或叉排布置，并将半径大的圆弧面布置为迎流面，将半径小的圆弧面布置为背风面。在图9至图10中，箭头表示通入定子支架200的空腔260中的轴向气流，轴向气流在经过喷管300时，首先接触喷管300的半径大的半圆弧面，轴向气流贴着喷管300的半径大的半圆弧面流动，并在该半圆弧面下游的切线处与喷管300的外表面暂时脱离，并在切线处产生漩涡，之后轴向气流在接近半径小的半圆弧面处再次附着喷管300的外表面，边界层气流的再附着可大大减小轴向流的流动阻力。

如图9至图10所示，喷管300在轴向上呈雨滴状，因此为了使喷管300的气流输入端310与涡流管(或其它冷源)的冷段440连接，冷段440在轴向上也可具有雨滴状，这也可使轴向流在掠过冷段440时也具有减小的阻力。如图7所示，冷段440可与喷管300的气流输入口310完全连通地连接，返回参照图1，喷管300和冷段440可一起设置在定子支架200的空腔260中，喷管300和冷段440的雨滴状气动外形可减小轴向气流经过喷管300和冷段440时的流动阻力。

此外，冷段440也可不具有雨滴状气动外形，在设置喷管300时，可仅使喷管300设置在定子支架200的空腔260中或部分地设置在空腔260中，从而冷段440的外形将不影响轴向气流的流动阻力。此外，冷段440可具有任意的径向截面形状，冷段440可在喷管300的气流输入端310的局部位置连接到喷管300，例如，如图8所示，两个单独的冷段440分别为圆筒形的管道，可分别在气流输入端310的轴向两端连接到喷管300，来自冷段440的气流可在两端处流入喷管300中，在喷管300内汇流并进一步经过喷管300的缩放流道到达喷口320而喷射到定子铁芯100。

虽然上文以缩放喷管为例描述了具有雨滴状气动外形的喷管300，但上文所描述的渐缩喷管(在径向方向上内径渐缩)也可具有雨滴状气动外形。

上文描述了在气流输送装置包括设置在定子支架200上的喷管300，用于将冷气流送达定子铁芯100的径向内侧表面，以利用冷气流从该径向内侧表面冷却定子铁芯100的示例，定子支架200上可设置多个喷管300，喷管300可用于使气流加速并使高速气流直接喷射到径向内侧表面，从而可以进行高效地冷却。

但本发明并不限于此。例如，也可不设置喷管300，气流输送装置可将经过加压后的冷气流输送到空腔260中，并通过开设在围板200上的一个或更多个第一通孔进入到环状间隙中，从而冷却定子铁芯100。通入到环状间隙中的冷气流在吸收热量后可以从环状间隙的轴向端部抽走。

以上描述了定子支架200具有围板220并且定子铁芯100与围板220之间存在环状间隙的实施例，以下将描述定子支架不包括围板的实施例。

如图11所示，根据本发明的第二实施例的定子支架600包括沿轴向延伸的多个立柱610、沿轴向延伸的内筒板640以及连接立柱610和内筒板640的多个筋板650，多个立柱610沿圆周方向均匀布置，定子铁芯500通过紧固到多个立柱610上而安装到定子支架600上，定子铁芯500的径向侧表面(以径向内侧表面为例)和内筒板640之间形成有空腔660，喷管300的喷口320位于空腔660中并面对该径向侧表面。

定子铁芯500的径向内侧表面可设置有用于增强散热的多个散热肋片530。在本实施例中，当来自冷源的冷气流通过喷管300中的缩放或渐缩流道并经由喷口320喷射到定子铁芯500的径向内侧表面时，冷气流在对定子铁芯500进行冷却的同时被加热，加热后的气流回到定子支架600的空腔660中。

因此，定子组件的气流输送装置中可包括回流通道800，用于排出空腔660中的气体。例如，可在定子支架600上设置回流通道800，回流通道800可围绕喷管300外侧，并且回流通道800的入口设置在空腔660中，回流通道800的出口位于空腔660外部，由此可用于将空腔660中的气流排出。

在此应理解，喷管300还可以包括与气流输入口310相连接的冷气流引入管，回流通道800可围绕冷气流引入管的外侧，或者回流通道800可围绕连接气流输入口310(可根据需要设置冷气流引入管)的涡流管400的冷段440的外侧设置。回流通道800可具有与所围绕的管段随形的形状。回流通道800还可设置在定子支架600的其它地方处，只要能够使气流从空腔中流出即可。

在本实施例中，喷管300的截面可为圆形、椭圆形、雨滴形、多边形中的任一种。如图12所示，喷管300的截面可以呈圆形或椭圆形。当然，在本实施例中，喷管300也可如上文描述的第一实施例中所述的具有雨滴形气动外形和雨滴形变截面(如图13所示)。

如图12和图13所示，回流通道800可设置在连接喷管300的冷段440的外侧并具有与冷段440的外形随形的形状，冷段440可为圆柱形、椭圆柱形、雨滴状气动外形等。

虽然在第二实施例中描述了回流通道800，但回流通道800还可应用于第一实施例中，也就是说，在第一实施例中，也可在定子支架200上设置回流通道800，并使从定子铁芯100和围板220之间的被定子铁芯100加热后的气流通过第二通孔230进入空腔260中的气流通过回流通道800流出。在设置回流通道800的情况下，还可省略轴向通入定子支架200的空腔260中的轴向气流。此时，在第一实施例中的喷管300的截面也可以为圆形、椭圆形、雨滴形、多边形中的任一种。

图14示出了根据本发明的实施例的冷气流供应单元。如上所述的气流输送装置可包括冷气流供应单元，冷气流供应单元可包括如上所述的产生冷气流的涡流管400。如图14所示，冷气流供应单元还包括过滤器910、连接过滤器910的压气机920、连接压气机920的压缩空气集气箱930。环境空气、机舱或塔筒内空气或其它换热器中的气体可经由过滤器910和压气机920成为压缩空气并进入压缩空气集气箱930，压缩空气集气箱930中的压缩空气通过多个分流支管940进入到多个涡流管400，涡流管400形成冷流和热流，冷流通过冷段440连接到喷管300，热流被汇集到热气流收集箱950，以供其它需要部件使用。

上文主要描述了对定子铁芯的径向内侧表面进行直接地对流换热来冷却定子铁芯，此外还可通过增强定子支架的辐射吸热能力来进一步增加定子铁芯的散热能力。例如，可将定子支架200的围板220的面对定子铁芯100的表面处理为铬黑表面，或者可将定子支架600的筋板650的外表面处理为铬黑表面，以增加定子支架200的外表面的黑率，从而增强定子支架200的辐射吸热能力，进而促进定子铁芯的散热。

以上描述的第一实施例和第二实施例的喷管可一体地形成在定子支架中，例如，可在制造定子支架过程中，在定子支架上形成喷管，在发电机的各个部件组装期间，可将一体地形成在定子支架中的喷管直接到安装到冷气流供应源的管段。

冷气流供应单元(包括涡流管)也可一体地形成在定子支架中，从而使定子组件集成用于对定子铁芯进行冷却的冷却通风结构。

当然，冷气流供应单元也可设置在机舱内，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单元结构更加简单，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。

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。

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，本发明提出应用涡流管产生冷源，涡流管是非旋转元件，风力发电机组中减小非旋转元件的使用可大大降低发生故障的可能性，此外，涡流管还可被微小化，从而可以方便地设置在风力发电机组的任何适合的位置中，从而使风力发电机组的冷却变得方便。

此外，本发明可对定子支架进行直接冷却，降低定子支架的热膨胀，从而降低因定子支架的热膨胀而挤压定子从而使定子和转子之间的气隙减小的潜在问题。

此外，将定子支架同时发挥强化吸收热能的冷源作用，冷却电机热源(绕组及其导磁部件)结构径向的根部(底部或端部及其空间)，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、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(永磁磁极)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。

上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本发明的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (24)

1.一种定子组件，所述定子组件包括定子铁芯(100，500)和支撑所述定子铁芯(100，500)的定子支架(200，600)，其特征在于，所述定子组件还包括气流输送装置，所述气流输送装置被构造为沿所述定子铁芯(100，500)的径向方向向所述定子铁芯(100，500)的与气隙侧相对的径向侧表面输送第一冷气流，所述气流输送装置包括喷管(300)，所述喷管(300)设置在所述定子支架(200，600)上，所述喷管(300)的喷口(320)朝向所述定子铁芯(100，500)的所述径向侧表面，

所述定子支架(200)包括围板(220)，所述定子铁芯(100)安装在所述围板(220)上，所述定子铁芯(100)的所述径向侧表面与所述围板(220)之间形成有环状间隙，所述围板上开设有一个或多个第一通孔，所述喷管(300)插入在所述第一通孔中，朝向所述径向侧表面喷射第一冷气流。

2.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置包括多个喷管(300)。

3.如权利要求2所述的定子组件，其特征在于，所述喷管(300)为缩放喷管，并具有气流输入口(310)、喷口(320)以及位于所述气流输入口(310)与所述喷口(320)之间的喉部(330)，或者

所述喷管(300)为渐缩喷管，并具有气流输入口和喷口，所述喷管的截面面积从所述气流输入口到所述喷口逐渐变小。

4.如权利要求2所述的定子组件，其特征在于，所述喷管(300)的截面为圆形、椭圆形、雨滴形、多边形中的任一种。

5.如权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(100)安装在所述围板(220)的径向外侧，所述定子支架(200)包括位于所述围板(220)的径向内侧的内筒板(240)以及连接所述围板(220)和所述内筒板(240)的多个径向筋板(250)，所述围板(220)和所述内筒板(240)之间形成有空腔(260)，所述围板(220)上开设有连通所述环状间隙和所述空腔(260)的第二通孔(230)，使得通过所述喷管(300)喷射到所述环状间隙中的第一冷气流通过所述第二通孔(230)进入到所述空腔(260)中。

6.如权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述第二通孔(230)中安装有用于引导气流的导流件(231)。

7.如权利要求6所述的定子组件，其特征在于，所述导流件(231)为插入所述第二通孔(230)中的缩放形管、渐缩形管或弧形引导板。

8.如权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述喷管(300)的横截面呈雨滴形，包括朝向所述定子铁芯(100)的轴向一端的第一圆弧面、朝向所述定子铁芯(100)的轴向另一端的第二圆弧面以及与所述第一圆弧面和所述第二圆弧面相切的平直侧面。

9.如权利要求8所述的定子组件，其特征在于，多个所述喷管(300)沿着所述定子铁芯(100)的轴向顺排布置或叉排布置，并将所述第一圆弧面布置为迎流面，所述第二圆弧面布置为背风面，所述第一圆弧面的半径大于所述第二圆弧面的半径。

10.如权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置还包括设置在所述定子组件的轴向第一端的冷气流汇流箱(50)，所述气流输送装置还被构造为将所述冷气流汇流箱(50)供应的第二冷气流输送到所述空腔(260)中。

11.如权利要求10所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置还包括设置在所述定子组件的轴向第二端的热气流汇流箱(60)，所述第二冷气流沿着所述定子铁芯(100)的轴向流动并进入所述热气流汇流箱(60)。

12.如权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置还包括设置在所述定子支架(200)上的回流通道，所述回流通道的入口设置在所述空腔(260)中，所述回流通道的出口位于所述空腔(260)外部，用于使所述空腔(260)中的气流经由所述回流通道从所述定子组件中排出。

13.如权利要求12所述的定子组件，其特征在于，所述回流通道(800)为筒状，并围绕在所述喷管(300)的外侧设置。

14.如权利要求12所述的定子组件，其特征在于，所述喷管(300)包括气流输入口(310)和与所述气流输入口(310)相连接的冷气流引入管，所述回流通道(800)围绕在所述冷气流引入管的外侧并固定在所述内筒板(240)上。

15.如权利要求5所述的定子组件，其特征在于，所述围板(220)的面向所述定子铁芯(100)的表面被处理为铬黑表面和/或粗糙表面。

16.一种定子组件，所述定子组件包括定子铁芯(100，500)和支撑所述定子铁芯(100，500)的定子支架(200，600)，其特征在于，所述定子组件还包括气流输送装置，所述气流输送装置被构造为沿所述定子铁芯(100，500)的径向方向向所述定子铁芯(100，500)的与气隙侧相对的径向侧表面输送第一冷气流，所述气流输送装置包括喷管(300)，所述喷管(300)设置在所述定子支架(200，600)上，所述喷管(300)的喷口(320)朝向所述定子铁芯(100，500)的所述径向侧表面，所述定子支架(600)包括沿轴向延伸的多个立柱(610)、沿轴向延伸的内筒板(640)以及连接所述立柱(610)和所述内筒板(640)的多个筋板(650)，多个所述立柱(610)沿圆周方向均匀布置，所述定子铁芯(500)通过紧固到多个所述立柱(610)上而安装到所述定子支架(600)上，所述定子铁芯(500)的所述径向侧表面和所述内筒板(640)之间形成有空腔(660)，所述喷管(300)的喷口(320)位于所述空腔(660)中并面对所述径向侧表面。

17.如权利要求16所述的定子组件，其特征在于，所述定子铁芯(500)的所述径向侧表面为径向内侧表面，所述气流输送装置还包括回流通道(800)，用于排出所述空腔(660)中的气体，所述回流通道(800)围绕在所述喷管(300)外侧，并且所述回流通道(800)的入口设置在所述空腔(660)中，所述回流通道(800)的出口位于所述空腔(660)外部。

18.如权利要求16所述的定子组件，其特征在于，所述径向侧表面上形成有多个散热肋片(530)，所述筋板(650)的外表面被处理为铬黑表面。

19.如权利要求16所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置还包括冷气流供应单元，所述冷气流供应单元包括涡流管(400)，所述涡流管(400)设置在所述定子支架(200)上，所述喷管(300)的输入口与所述涡流管(400)的冷端连通。

20.如权利要求19所述的定子组件，其特征在于，所述气流输送装置还包括压气机(920)和多个分流支管(940)，所述压气机(920)用于提供压缩空气，并通过多个分流支管(940)将压缩空气提供给所述涡流管(400)的涡流室(410)。

21.一种电机，其特征在于，所述电机包括如权利要求1-20中任一项所述的定子组件。

22.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机包括如权利要求1-18中任一项所述的定子组件。

23.如权利要求22所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括冷气流供应单元，所述冷气流供应单元包括涡流管(400)，所述气流输送装置中的喷管(300)的输入口与所述涡流管(400)的冷端连通。

24.如权利要求23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压气机(920)和多个分流支管(940)，所述压气机(920)用于提供压缩空气，并通过多个分流支管(940)将压缩空气提供给所述涡流管(400)的涡流室(410)。

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