一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机的制作方法

本发明属于发电机，特别涉及一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机。

背景技术：

1、大型电机磁极线圈通常由多匝铜线绕制而成，当电流流过时会产生大量的欧姆损耗导致线圈发热和温度升高。相对于定子线圈而言，高转速、大容量转子结构十分紧凑，线圈有效散热面积小，会导致磁极线圈温升高且温度分布不均匀。

2、一般情况下，凸极同步电机为了保证结构的简单和可靠，磁极线圈多采用表面冷却方式，即通过流经极间的空气吹拂磁极外表面，带走对应的损耗以控制磁极线圈的温升，但该结构存在空气利用率低，冷却效果不佳的缺点。随着电机的高速化和大容量化，采用改进型冷却结构提高磁极线圈冷却效果变得十分关键和重要，甚至直接关系产品研发的成败。

3、在整体通风结构基本维持不变的条件下，为了进一步磁极绕组增强冷却效果，多位设计者发明了磁极线圈改进型冷却结构，主要措施是通过设置特殊的风路或增加线圈散热面积，提高冷却效果。如专利《201620476391.9-凸极电机磁极线圈内冷导风装置》公开了一种新型散热结构。该专利通过在磁轭通风道中设置导风片，将进入磁极线圈内冷通风道和磁极极间的冷却气体的风路独立分开达到增强磁极线圈的冷却效果的目的。

4、专利《201621467353.3-一种转子磁极绕组内冷与外冷联合冷却结构》公开了一种新型散热结构，包括磁极线圈，磁极线圈由多层载流排堆叠而成，磁极线圈轴向线圈边的载流排上设置有纵向过流通道，所述设置有纵向过流通道的载流排相邻排布或间隔排布。该结构同样可以降低磁极线圈温升。

5、上述结构虽然都可以提高磁极线圈散热效果，但均是通过利用转子旋转产生的径向压力驱动空气循环，且磁极线圈散热面积增加有限，冷却效果的提升幅度不够明显，不能很好的适应电机进一步高速化和大容量化的趋势。

6、研究表明：大型凸极电机磁极线圈线速度可接近120m/s,对于可产生接近8000pa的动压力，若能设计结构充分利用该动压力能并大幅提高磁极线圈的散热面积，可使线圈的温度可得到明显降低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种充分利用转子旋转动压力能且可大幅提高磁极线圈散热面积的磁极线圈增强冷却的凸极发电机。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，包括转子磁轭，转子磁轭上连接有转子铁心，转子铁心上绕设有磁极线圈，磁极线圈两端与转子铁心之间设置有绝缘托板；相邻两个磁极线圈的极间设置有导风装置，导风装置包括依次设置并形成整体的外缘周向双侧板、中心径向板和内周向半延伸板，外缘周向双侧板分别与两侧转子铁心的外缘连接，内周向半延伸板设置于磁极线圈背风侧的内缘与定子铁心之间并充当绝缘托板，中心径向板与磁极线圈迎风侧内缘处的绝缘托板之间形成进风口，外缘周向双侧板的背风段上设置有出风口；所述磁极线圈相邻两个线匝之间设置用于支撑的绝缘板，绝缘板与两侧的线匝之间形成匝间风道。

4、本发明内周向半延伸板仅布置在磁极线圈的背风侧且与转子铁心相接触，而转子极间迎风侧进口敞开，电机旋转后，在径向压力和切向动压的综合作用下，空气依次流经磁轭风道、转子极间迎风区域、磁极线圈迎风侧、转子铁心、磁极线圈背风侧、转子极间背风区域、外缘周向双侧板上的出风口。本发明充分利用转子旋转径向压力和周向旋转动压，使空气沿确定的路径流动，保证磁极线圈和转子铁心得到充分且均匀冷却。

5、磁极线圈相邻线匝利用一定厚度绝缘板支撑，形成3mm～5mm的架空风道，大幅增加线圈表面的散热面积。本发明通过特殊的导风装置结构和磁极线圈的匝间风道，配合转子铁心的切向风道，形成了可以同时充分利用转子旋转产生的径向压力和切向动压的特殊增强型冷却结构，可降低磁极线圈温升30k以上。

6、作为本发明的优选方案，所述内周向半延伸板靠近转子铁心位置开设楔形缺口，部分空气从楔形缺口进入磁极线圈背风侧，使磁极线圈背风侧与转子铁心之间区域的端部也能被充分冷却，避免形成气流死区。

7、作为本发明的优选方案，在靠近内缘的磁极线圈线匝位置布置有弧形挡风板。弧形挡风板可改进从楔形缺口进入磁极线圈背风侧的气流压力和速度，提高风速分布的均匀性。

8、作为本发明的优选方案，所述内周向半延伸板靠近中心径向板位置开设有通风孔，使磁极线圈背风侧与中心径向板之间区域的内侧也能被充分冷却，避免形成气流死区，进一步改善磁极线圈背风侧冷却效果。

9、作为本发明的优选方案，所述转子磁轭由若干薄钢板交错叠装而成。

10、作为本发明的优选方案，所述转子铁心由若干冲片叠装而成，并由拉紧螺杆通过冲片轴向孔连接一个整体。

11、作为本发明的优选方案，所述转子铁心和转子磁轭通过t型鸽尾结构连接。

12、作为本发明的优选方案，所述磁极线圈切向风道的宽度为3mm～5mm。

13、作为本发明的优选方案，所述磁极线圈与转子铁心间留有供空气流动的气流空间。

14、作为本发明的优选方案，所述转子铁心内设置有铁心切向风道。转子铁心由包括整张冲片和上半冲片、下半冲片三种不同规格的冲片叠装而成，若干个相同数量的上半冲片和下半冲片叠装后在轴向形成一定数量的铁心切向风道。

15、本发明的有益效果为：

16、本发明充分利用转子旋转径向压力和周向旋转动压，使空气沿确定的路径流动，保证磁极线圈和转子铁心得到充分且均匀冷却。磁极线圈相邻线匝利用一定厚度绝缘板支撑，形成架空风道，大幅增加线圈表面的散热面积。本发明通过特殊的导风装置结构和磁极线圈切向风道，配合转子铁心的切向风道，形成了可以同时充分利用转子旋转产生的径向压力和切向动压的特殊增强型冷却结构，可降低磁极线圈温升30k以上。

技术特征：

1.一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，包括转子磁轭(1)，转子磁轭(1)上连接有转子铁心(2)，转子铁心(2)上绕设有磁极线圈(4)，磁极线圈(4)两端与转子铁心(2)之间设置有绝缘托板(3)；其特征在于：相邻两个磁极线圈(4)的极间设置有导风装置(5)，导风装置(5)包括依次设置并形成整体的外缘周向双侧板(51)、中心径向板(52)和内周向半延伸板(53)，外缘周向双侧板(51)分别与两侧转子铁心(2)的外缘连接，内周向半延伸板(53)设置于磁极线圈(4)背风侧的内缘与定子铁心之间并充当绝缘托板(3)，中心径向板(52)与磁极线圈(4)迎风侧内缘处的绝缘托板(3)之间形成进风口(54)，外缘周向双侧板(51)的背风段上设置有出风口(55)；所述磁极线圈(4)相邻两个线匝之间设置用于支撑的绝缘板，绝缘板与两侧的线匝之间形成匝间风道(41)。

2.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述内周向半延伸板(53)靠近转子铁心(2)位置开设楔形缺口(56)。

3.根据权利要求2所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：在靠近内缘的磁极线圈(4)线匝位置布置有弧形挡风板(42)。

4.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述内周向半延伸板(53)靠近中心径向板(52)位置开设有通风孔(57)。

5.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述转子磁轭(1)由若干薄钢板交错叠装而成。

6.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述转子铁心(2)由若干冲片叠装而成，并由拉紧螺杆通过冲片轴向孔连接一个整体。

7.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述转子铁心(2)和转子磁轭(1)通过t型鸽尾结构(21)连接。

8.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述匝间风道(41)的宽度为3mm～5mm。

9.根据权利要求1所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述磁极线圈(4)与转子铁心(2)间留有供空气流动的气流空间(22)。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机，其特征在于：所述转子铁心(2)内设置有铁心切向风道(23)。

技术总结本发明属于发电机技术领域，特别涉及一种磁极线圈增强冷却的凸极发电机。本发明的发电机的相邻两个磁极线圈的极间设置有导风装置，导风装置包括依次设置并形成整体的外缘周向双侧板、中心径向板和内周向半延伸板，外缘周向双侧板分别与两侧转子铁心的外缘连接，内周向半延伸板设置于磁极线圈背风侧的内缘与定子铁心之间并充当绝缘托板，中心径向板与磁极线圈迎风侧内缘处的绝缘托板之间形成进风口，外缘周向双侧板的背风段上设置有出风口；所述磁极线圈相邻两个线匝之间设置用于支撑的绝缘板，绝缘板与两侧的线匝之间形成匝间风道。本发明提供了一种充分利用转子旋转动压力能且可大幅提高磁极线圈散热面积的磁极线圈增强冷却的凸极发电机。技术研发人员：王超,周光厚,刘健俊,蒋富强,曾玉好,张海波受保护的技术使用者：东方电气集团东方电机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25