CN114499048A - 一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构，通过改变电机内部的机座结构：一是在空空冷却器内部中间换热部分下方设计导流板，取消了定子铁心上方的机座挡板或圆筒结构；二是在机座右侧幅板和右侧端板之间增加第一隔板，取消了和机座右侧幅板连接的导风筒。通过上述两个主要结构的改变，使得冷却空气流动路径发生变化，由于铁心上部和空空冷却器之间的空间增大，空气流动阻力大幅降低，空气流速增大，且铁心上部和空空冷却器导流板之间的空气流动方向和空空冷却器内部管道之间空气的流动方向是相反的，从而起到逆流的作用，有利于空气的换热冷却。
Description
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，涉及电机冷却结构，具体涉及一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构。
背景技术
随着风电市场单机功率大型化趋势的发展和度电成本逐年下调的压力，近代电机都采用较高的电磁负荷，以提高材料的利用率，电机的单机容量日益增大，因此必须改进电机的冷却系统，以提高其散热能力。目前，在电机制造中最广泛采用的是以空气为冷却介质的空气冷却系统。
现有的混合式通风系统的空空冷却电机，结构如图1-2所示，通风冷却回路包含一次风路和二次风路；其中，电机内部一次风路流过路径如下：转子转动时，带动转轴上安装的离心式风扇转动，处于叶片间的气体受到离心力的作用向外飞逸，空气从机座出风口进入空空冷却器进风口，经过空空冷却器换热后，冷却空气从空空冷却器左侧出风口流出，进入机座左侧进风口，然后分两路分别进入气隙和转子铁心轴向通风孔、转子铁心径向通风道、气隙、定子铁心径向通风道、定子铁心背部，然后向右拐弯，通过机座右侧幅板通风孔进入离心风扇，实现一个循环。二次风路由电机本体上方的空空冷却器产生，冷却空气从空空冷却器进风口进入空冷器本体部分密集排列的管道，然后从空空冷却器出风口流出，经过软管排出到机舱外部。这种采用空气冷却的电机，具有结构简单、成本较低的优点，但其缺点是空气的冷却效果较差，在高速电机中引起的摩擦损耗较大。
因此，在电机设计工作中，如何提高散热能力，减少摩擦损耗和局部损耗产生的热量损失，改善换热效率成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构，减少了电机内部的摩擦和管道阻力，实现冷却介质流动的连续性，解决了现有空空冷却结构风阻大、摩擦损耗大、散热效果差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
这种用于异步电机的逆流式空空冷却结构，包括电机机座及安装于电机机座上方的空空冷却器，所述电机机座内安装有转子，所述转子装配在定子上，所述定子包括定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组，所述定子铁心上设置定子径向通风道；
所述定子左侧设置有导风罩、右侧设置有集流器，用以减少空气入口的冲击损耗和空气流动阻力；
所述转子包括转轴、安装在所述转轴上的转子铁心及缠绕在所述转子铁心上的转子绕组，所述转轴的一端还安装有离心风扇，所述转子铁心上设置轴向通风孔和转子径向通风道，所述转子径向通风道内设置风道片；
所述电机机座分别设置机座左侧进风口、机座右侧出风口；所述机座左侧进风口由机座左侧幅板、机座左侧端板和机座底板围成，所述机座右侧出风口由第一隔板、机座右侧端板和机座底板围成，所述第一隔板位于机座右侧幅板和机座右侧端板之间；
所述空空冷却器内换热结构的下方设置有导流板，通过增大定子铁心和空空冷却器之间的空间来降低空气流动阻力。
进一步，所述导风罩为弧形导风罩。
进一步，所述集流器为具有弧形结构的集流器。
进一步，所述导流板为U型导流板。
进一步，所述空空冷却器的中心处设置第二隔板，用以将空空冷却器内的冷热空气隔开。
进一步，所述换热结构位于空空冷却器的中间，并包括多个通风管道。
进一步，所述逆流式空空冷却结构的风路包括一次风路和二次风路，所述一次风路的路径如下：转子转动时，在所述离心风扇和风道片的作用下，处于叶片间的气体受到离心力的作用向外飞逸，空气从机座右侧出风口进入空空冷却器进风口，经过空空冷却器换热后，冷却空气从空空冷却器出风口流出，进入机座左侧进风口；进入机座内的冷却空气分两路分别进入气隙和转子铁心轴向通风孔、转子铁心径向通风道、气隙、定子铁心径向通风道、空空冷却器，再通过机座右侧幅板和第一隔板之间的通风道进入电机内部，最后进入离心风扇，完成一个循环。
进一步，所述二次风路由外置式的空空冷却器产生，冷却空气从左侧进风口进入空空冷却器内部密集排列的通风管道，然后从右侧出风口流出，经过软管排出到机舱外部；所述一次风路和二次风路空气流动过程中气流的方向相反。
进一步，所述转子通过前端盖、后端盖及轴承单元装配在定子上。
进一步，还包括导风筒，所述导风筒与机座左侧幅板连接。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过改变电机内部的机座结构：一是在空空冷却器内部中间换热部分下方设计导流板，取消了定子铁心上方的挡板(或圆筒)结构；二是在机座右侧幅板和右侧端板之间增加第一隔板，取消了和机座右侧幅板连接的导风筒。通过上述两个主要结构的改变，使得冷却空气流动路径发生变化，由于铁心上部和空空冷却器之间的空间增大，空气流动阻力大幅降低，空气流速增大，且铁心上部和空空冷却器导流板之间的空气流动方向和空空冷却器内部管道之间空气的流动方向是相反的，从而起到逆流的作用，有利于空气的换热冷却。
此外，通过在空空冷却器的中心处设置第二隔板，将冷却器内的冷热空气隔开，同时增加了空气流通路径长度，使得换热能力得到提升；而且第二隔板的设计也增加了空空冷却器的强度和刚度，对降低电机振动有益。最后，在电机左侧采用弧形结构的导风罩、右端采用弧形结构的集流器，减少了空气流动阻力和入口冲击损耗。
因此，本发明提供的技术方案，通过改变电机机座和外置空空冷却器的内部结构，减少了电机的内部摩擦和管道阻力，实现冷却介质(空气)流动的连续性，解决了现有空空冷却结构风阻大、摩擦损耗大、散热效果差的问题，具有良好的应用前景。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有混合式通风系统的空空冷却电机的轴向剖面图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明提供的一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构的示意图；
图4为本发明中电机机座的结构简图及空气流向示意图；
图5为本发明中空空冷却器的换热结构简图；
图6为本发明中空空冷却器内的空气流向图。
其中：1、空空冷却器；2、机座左侧幅板；3、导风筒；4、导风罩；5、前端盖；6、转子；7、第二隔板；8、导流板；9、机座右侧幅板；10、第一隔板；11、集流器；12、离心风扇；13、后端盖；14、左挡板；15、右挡板；16、机座挡板；17、机座左侧端板；18、机座左侧进风口；19、机座右侧端板；20、机座右侧出风口；21、机座右侧幅板通风孔；22、冷风区域；23、热风区域；24、空空冷却器进风口；25、导流板进风口；26、空空冷却器出风口。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的结构的例子。
参见图1-2所示，现有混合式通风系统的空空冷却电机，其通风结构具有如下缺点：①铁心上方空间较小，从定子铁心径向通风道上来的空气阻力较大；②空气刚出机座右侧幅板通风孔21口后马上就要向右急速拐弯，必然会引起流体质点间的互相碰撞，产生涡流损耗；③右边径向通风道出来的气流会阻碍左边径向通风道出来的气流，也会造成流体阻力增大，风速减小。故上述缺点都会造成风阻变大，损耗增大，换热效率降低。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图3所示，本发明提供了一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构，包括电机机座及安装于电机机座上方的空空冷却器1，所述电机机座内安装有转子6，所述转子6装配在定子上，所述定子包括定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组，所述定子铁心上设置定子径向通风道；
所述定子左侧设置有导风罩4、右侧设置有集流器11，用以减少空气入口的冲击损耗和空气流动阻力；
所述转子6包括转轴、安装在所述转轴上的转子铁心及缠绕在所述转子铁心上的转子绕组，所述转轴的一端还安装有离心风扇12，所述转子铁心上设置轴向通风孔和转子径向通风道，所述转子径向通风道内设置风道片，所述风道片在转子转动时产生风压起到鼓风作用，加速空气的流动；
所述电机机座分别设置机座左侧进风口18、机座右侧出风口20；所述机座左侧进风口18由机座左侧幅板2、机座左侧端板17和机座底板围成，所述机座右侧出风口20由第一隔板10、机座右侧端板19和机座底板围成，所述第一隔板10位于机座右侧幅板9和机座右侧端板19之间；
所述空空冷却器1内换热结构的下方设置有导流板8，通过增大定子铁心和空空冷却器1之间的空间来降低空气流动阻力。
进一步，所述导风罩4为弧形导风罩。
进一步，所述集流器11为具有弧形结构的集流器。
进一步，所述导流板8为U型导流板。
进一步，所述空空冷却器1的中心处设置第二隔板7，用以将空空冷却器1内的冷热空气隔开。
进一步，所述换热结构位于空空冷却器1的中间，并包括多个通风管道。
进一步，所述一次风路和二次风路空气流动过程中气流的方向相反。
进一步，所述转子6通过前端盖5、后端盖13及轴承单元装配在定子上，前端盖5、后端盖13作为支撑部件，主要是将转子6装配到定子上，通过前端盖5、后端盖13装配中的滚动轴承实现转动，同时，前端盖5、后端盖13也作为冷却风路的一部分。
进一步，该结构还包括导风筒3，所述导风筒3与机座左侧幅板2连接。
综上，本发明提供的这种逆流式空空冷却结构，较现有的混合式混合式通风系统的冷却结构相比，一是在空空冷却器1内部中间换热部分下方设计导流板8，取消了定子铁心上方的机座挡板16或圆筒结构；二是在机座右侧幅板9和机座右侧端板19之间增加第一隔板10，取消了和机座右侧幅板9连接的导风筒3。通过上述两个主要结构的改变，使得冷却空气流动路径发生变化，由于铁心上部和空空冷却器1之间的空间增大，空气流动阻力大幅降低，空气流速增大，且铁心上部和空空冷却器1的导流板8之间的空气流动方向和空空冷却器1内部管道之间空气的流动方向是相反的，从而起到逆流的作用，有利于空气的换热冷却通过在空空冷却器1的中心处设置第二隔板7，将空空冷却器1内的冷热空气隔开，同时增加了空气流通路径长度，使得换热能力得到提升；同时，第二隔板7的设计也增加了空空冷却器1的强度和刚度，对降低电机振动有益。最后，在电机左侧采用弧形结构的导风罩4、右端采用弧形结构的集流器11，减少了空气流动阻力和入口冲击损耗。
结合图4所示，机座左侧端板17和机座左侧幅板2空间构成从空空冷却器1进入机座的机座左侧进风口18；第一隔板10和机座右侧端板19空间构成从机座进入空空冷却器1的机座右侧出风口20；机座左侧幅板2和机座右侧幅板9空间构成从铁心径向通风道出来进入空空冷却器1的导流板8的出风口；机座右侧幅板9和第一隔板10空间构成从空空冷却器1的导流板8下来进入电机内部的进风口，空气流动路线如图4中的箭头所示。
本发明提供的这种逆流式空空冷却结构，其风路包括一次风路和二次风路，所述一次风路的路径如下：转子6转动时，在所述离心风扇12和风道片的作用下，处于叶片间的气体受到离心力的作用向外飞逸，空气从机座右侧出风口20进入空空冷却器1右侧的空空冷却器进风口24，经过空空冷却器1换热后，冷却空气从空空冷却器1左侧的空空冷却器出风口26流出，进入机座左侧进风口18(图6中浅色箭头)；进入机座内的冷却空气分两路分别进入气隙和转子铁心轴向通风孔、转子铁心径向通风道、气隙、定子铁心径向通风道、空空冷却器1的导流板8，再通过机座右侧幅板9和第一隔板10之间的通风道进入电机内部，最后进入离心风扇12，完成一个循环。所述二次风路为电机机座上方的外置式空空冷却器1产生，参见图3，冷却空气从左侧进风口进入空空冷却器1内部密集排列的通风管道，然后从右侧出风口流出，经过软管排出到机舱外部。
结合图5所示，从机座右侧出风口20出来的热空气从空空冷却器进风口24(右侧)流入空空冷却器1，然后进入热风区域23、冷风区域22，然后从空空冷却器出风口26(左侧)流出进入电机内部，构成一次风路的一部分。同时，冷空气从外置式的空空冷却器1二次风路的进风口(即图3中的左侧进风口)进入管道，热交换后从空空冷却器1二次风路的出风口(即图3中的右侧出风口)排出。以上一次风路和二次风路空气流动过程中气流方向是相反的，换热效率大幅提高，空气流动路径如图6中的箭头所示。
综上，本发明提供的技术方案，通过改变电机机座和外置空空冷却器1的内部结构，减少了电机的内部摩擦和管道阻力，实现冷却介质(空气)流动的连续性，解决了现有空空冷却结构风阻大、摩擦损耗大、散热效果差的问题，具有良好的应用前景。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种用于异步电机的逆流式空空冷却结构，包括电机机座及安装于电机机座上方的空空冷却器(1)，所述电机机座内安装有转子(6)，所述转子(6)装配在定子上，所述定子包括定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组，所述定子铁心上设置定子径向通风道；其特征在于，
所述定子左侧设置有导风罩(4)、右侧设置有集流器(11)，用以减少空气入口的冲击损耗和空气流动阻力；
所述转子(6)包括转轴、安装在所述转轴上的转子铁心及缠绕在所述转子铁心上的转子绕组，所述转轴的一端还安装有离心风扇(12)，所述转子铁心上设置轴向通风孔和转子径向通风道，所述转子径向通风道内设置风道片；
所述电机机座分别设置机座左侧进风口(18)、机座右侧出风口(20)；所述机座左侧进风口(18)由机座左侧幅板(2)、机座左侧端板(17)和机座底板围成，所述机座右侧出风口(20)由第一隔板(10)、机座右侧端板(19)和机座底板围成，所述第一隔板(10)位于机座右侧幅板(9)和机座右侧端板(19)之间；
所述空空冷却器(1)内换热结构的下方设置有导流板(8)，通过增大定子铁心和空空冷却器(1)之间的空间来降低空气流动阻力。
2.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述导风罩(4)为弧形导风罩。
3.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述集流器(11)为具有弧形结构的集流器。
4.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述导流板(8)为U型导流板。
5.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述空空冷却器(1)的中心处设置第二隔板(7)，用以将空空冷却器(1)内的冷热空气隔开。
6.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述换热结构位于空空冷却器(1)的中间，并包括多个通风管道。
7.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述逆流式空空冷却结构的风路包括一次风路和二次风路，所述一次风路的路径如下：转子(6)转动时，在所述离心风扇(12)和风道片的作用下，处于叶片间的气体受到离心力的作用向外飞逸，空气从机座右侧出风口(20)进入空空冷却器进风口(24)，经过空空冷却器(1)换热后，冷却空气从空空冷却器出风口(26)流出，进入机座左侧进风口(18)；进入机座内的冷却空气分两路分别进入气隙和转子铁心轴向通风孔、转子铁心径向通风道、气隙、定子铁心径向通风道、空空冷却器(1)，再通过机座右侧幅板(9)和第一隔板(10)之间的通风道进入电机内部，最后进入离心风扇(12)，完成一个循环。
8.根据权利要求7所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述二次风路由外置式的空空冷却器(1)产生，冷却空气从左侧进风口进入空空冷却器(1)内部密集排列的通风管道，然后从右侧出风口流出，经过软管排出到机舱外部；所述一次风路和二次风路空气流动过程中气流的方向相反。
9.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，所述转子(6)通过前端盖(5)、后端盖(13)及轴承单元装配在定子上。
10.根据权利要求1所述的用于异步电机的逆流式空空冷却结构，其特征在于，还包括导风筒(3)，所述导风筒(3)与机座左侧幅板(2)连接。
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