一种永磁电机的叠片式冷却结构及其应用的制作方法

1.本发明属于风力发电机技术领域，涉及冷却结构，具体涉及一种永磁电机的叠片式冷却结构及其应用。


背景技术：

2.目前，半直驱风力发电机多采用三种冷却方式：一、定子采用水套冷却，转子采用空水冷却器；二、定子采用油冷，转子自然冷却；三、定子与转子空空冷。上述三种冷却方式均有不足之处：
3.第一种冷却方式，由于定子水套的散热效率低，主要依靠转子上的空水冷却器进行散热，当转子冷却器发生故障时，发电机定子温升会急速上升，从而影响发电机正常运行。此外，定子水套的生产制造成本远高于转子空水冷却器，但其作用并没有达到理想的效果。转子空水冷却器上的冷却电机故障率高，发电机在海上环境工作时，维护成本高。
4.第二种冷却方式，由于定子与转子需要用特殊材料隔离密封，定、转子之间很难做到绝对密封，难免出现电机漏油现象。
5.第三种冷却方式，受空气密度及海拔高度的影响，且不易应用在海上环境。由于海上风力发电机容量越来越大，体积越来越小，对散热的要求越来越高，且需要散热系统具有很高的可靠性，故需要对现有半直驱发电机的冷却方式进行改进。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种永磁电机的叠片式冷却结构，能够保证永磁半直驱风力发电机在容量持续增加，转矩密度持续增大的同时，其工作温度依然能够保持在相对合理的水平。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
8.这种永磁电机的叠片式冷却结构，包括下底板、上盖板和固定在两者之间的冷却框，所述冷却框呈圆环型，且由冷却隔离条焊接形成；所述冷却框的内圆等间距设置有齿部和与所述齿部相对应的轭部，所述冷却框的齿部固定焊接有第一挡板，所述第一挡板的一端与冷却框的外圆相接，另一端距冷却框的齿顶设有间隙；所述冷却框的轭部固定焊接有第二挡板，所述第二挡板的一端距冷却框的外圆设有间隙，另一端与槽底相接；所述冷却框上开设有冷却流体入口和冷却流体出口。
9.进一步，所述冷却流体入口和冷却流体出口分别设置于冷却框的外圆弧上。
10.进一步，所述冷却框的一侧与下底板/上盖板焊接固定，利用定子冲片叠压时的压力使另一侧与上盖板/下底板固定连接，所述上盖板、冷却框与下底板形成冷却流体腔。
11.进一步，所述下底板和上盖板均采用薄不锈钢板冲制而成，且与发电机定子冲片的结构相同。
12.进一步，所述冷却隔离条、第一挡板和第二挡板的材质均采用不锈钢。
13.此外，本发明还提供了一种永磁电机的叠片式冷却结构的应用，将多组如上所述
的永磁电机的叠片式冷却结构叠放在定子铁心中，冷却流体经冷却流体入口进入，经冷却流体腔再从冷却流体出口流出，完成对定子铁心及定子线圈的降温。
14.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：采用下底板、上盖板和固定在两者之间的冷却框形成的冷却结构，冷却流体直接冷却发电机发热部位(如定子铁心、定子线圈)，可极大改善发电机内温度的分布，将发电机绕组温度控制在一个相对较低的水平；使发电机绕组铁心段温度低于绕组端部温度，发电机绕组铁心段可以不放置温度传感器，原来放置温度传感器的空间可以省去，铁心齿部相应的空间可以减少，由此，发电机硅钢片用量可以减少，降低发电机成本；叠压放置在定子铁心中时，该冷却结构的冷却面积为定子冲片整圆面积的倍数，且线圈处与叠片式冷却结构接触部位也可导热，总的冷却面积是现有技术中的数倍以上。
15.现有技术中心，定子冷却水套，不仅冷却发电机定子，还要支撑发电机定子结构，所用材料如采用不锈钢，必然加工困难，只能用碳钢。且定子冷却水套的防腐，采用热喷涂及电镀其它材料，都会消耗极大的成本；而直接喷漆，又无法保证定子水套在使用期间漆膜不脱落，造成水路堵塞。本发明提供的该冷却结构所用材料为不锈钢，提高了现有永磁半直驱风力发电机的防腐效果，同时阻止了冷却流体因冷却流体通道锈蚀而减弱冷却效果，提高了冷却通道的使用寿命。
附图说明
16.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。
17.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。
18.图1为本发明提供的冷却结构图；
19.图2为本发明提供的去除上盖板的叠片式冷却结构图；
20.图3为本发明提供的叠片式冷却结构的流体路径图。
21.其中：1、下底板；2、冷却流体入口；3、冷却隔离条；4、上盖板；5、冷却流体出口；6、冷却框；7、第一挡板；8、第二挡板；9、槽底。
具体实施方式
22.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。
23.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。
24.实施例
25.参见图1-2所示，本实施例提供了一种永磁电机的叠片式冷却结构，包括下底板1、上盖板4和固定在两者之间的冷却框6，所述冷却框6呈圆环型，且由冷却隔离条3焊接形成；
所述冷却框6的内圆等间距设置有齿部和与所述齿部相对应的轭部，所述冷却框6的齿部固定焊接有第一挡板7，所述第一挡板7的一端与冷却框6的外圆相接，另一端距冷却框6的齿顶设有间隙；所述冷却框6的轭部固定焊接有第二挡板8，所述第二挡板8的一端距冷却框6的外圆设有间隙，另一端与槽底9相接；所述冷却框6上开设有冷却流体入口2和冷却流体出口5。
26.进一步，所述冷却流体入口2和冷却流体出口5分别设置于冷却框6的外圆弧上。
27.进一步，所述冷却框6的一侧与下底板1/上盖板4焊接固定，利用定子冲片叠压时的压力使另一侧与上盖板4/下底板1固定连接，所述上盖板4、冷却框6与下底板1形成冷却流体腔。
28.进一步，所述下底板1和上盖板4均采用薄不锈钢板冲制而成，且与发电机定子冲片的结构相同。
29.进一步，所述冷却隔离条3、第一挡板7和第二挡板8的材质均采用不锈钢。具体地，冷却隔离条3是围绕下底板1与上盖板4圆周一圈形成的冷却流体腔体，和下底板1与上盖板4齿部与轭部交错布置的第一挡板7、第二挡板8形成流体通道。
30.更具体地，冷却隔离条3形成的冷却流体腔体避开了下底板1与上盖板4的槽口部分，冷却隔离条3形成的流体通道在下底板1与上盖板4齿部的第一挡板7采用长不锈钢板，轭部的第二挡板8采用短不锈钢板，长不锈钢板靠近齿顶处留有流体通道，短不锈钢板靠近下底板1与上盖板4的外圆处留有流体通道；冷却流体入口2和冷却流体出口5分别布置在冷却流体隔离条3形成的流体通道两侧的外圆弧上。
31.冷却流体隔离条3形成的流体通道如图3所示，该流体通道结构上完全对称，不存在流体无法到达的死区，在此通道上的流体可实现正反向流动，将冷却通路中的杂质通过正反向流通冲出冷却片，从而可以避免流体通道的堵塞。
32.此外，本发明还提供了上述永磁电机的叠片式冷却结构的应用，具体为：将多组如上部分或全部所述的永磁电机的叠片式冷却结构叠放在定子铁心中，不导磁且涡流损耗小，冷却流体经冷却流体入口2进入，经冷却流体腔再从冷却流体出口5流出，完成对定子铁心及定子线圈的降温。
33.综上，本发明提供的这种永磁电机的叠片式冷却结构，该下底板1与上盖板4均与定子铁心接触，且冷却流体隔离条3与定子线圈接触，有效冷却面积高达98％。相比水套冷却的发电机，该结构的散热效率明显提高，采用该冷却结构的发电机，温升可明显降低。与相同功率永磁半直驱发电机相比，现有永磁半直驱发电机有效材料用量可以减少，发电机制造成本降低，同时可提高现有永磁半直驱发电机的市场竞争力。由于现有半直驱永磁风力发电机定子水套加工困难生成成本高，转子冷却器冷却电机可靠性低维护困难；利用本发明提供的冷却结构后，发电机内部温升能明显减少，现有半直驱永磁风力发电机定子水套及转子冷却器都可以取消，从而降低发电机生产成本，减少了发电机维护成本。
34.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。
35.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。