风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机，其包括：入口，所述入口用于供冷却介质流入；出口，所述出口用于供冷却介质流出；定子铁芯；冷却通道，所述冷却通道位于所述定子铁芯的径向外周面处，所述入口与所述冷却通道导通；所述定子结构还包括线圈，所述线圈设置在所述定子铁芯上，所述线圈具有第一径向表面和第二径向表面，所述第一径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向外周面，所述第二径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向内周面。冷却介质和冷却气流可以同时对线圈的第一径向表面和第二径向表面进行直接换热，缩短了换热路径，增加了冷却介质与线圈的有效换热面积，从而提高发电机的冷却效率。从而提高发电机的冷却效率。从而提高发电机的冷却效率。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机


[0001]本专利技术涉及一种风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机。

技术介绍

[0002]电机特别是大型电动机或发电机，如风力发电机，内部常采用空气冷却的方式，即通过将外部低温空气强制注入电机内部，低温空气沿着设计好的内部风路进行流动，从而带走电机内部损耗源如绕组、铁芯、磁钢等产生的热量，将热量排出电机外部。通常电机的内部风路有两种形式，一种是从电机轴向一侧通入冷空气，冷空气沿着定子和转子之间的气隙沿轴向向另一侧流动，从电机轴向另一侧排出并带走热量的热空气；另外一种是沿电机的轴向两侧同时通入冷空气，从定转子间的气隙沿轴向向电机中间流动，通过在定子铁芯设置若干径向通风槽，换热后流动的热空气可以最终沿径向排出定子机壳。
[0003]现有技术中的大型风力发电机，特别是在转速较高的应用场合(数十转到数千转)，常采用永磁同步发电机，由于电机体积较大，为了尽可能的降低频率及损耗，电机定子常采用分布绕组结构，即单个线圈的两个线圈边沿圆周方向设置在不相邻的两个定子槽中。此外，通过在电机轴向端侧注入冷空气，冷空气沿定转子气隙内部进行流动，从而带走内部的热量，或者采用混合冷却式结构，即同时采用气体加液体的方式对发电机进行冷却。现有技术中电机结构主要存在三个问题，第一、发电机绕组产生的铜耗往往占据电机总损耗的一半甚至以上，端部绕组处产生的铜耗仅能通过冷却空气径向流通进行换热，换热面积有限，有效铁芯段绕组产生的铜耗热量需要先传导到定子铁芯，再通过冷空气进行换热，换热路径长，总体换热效率较低；第二、当采用液体冷却加气体冷却的混合式冷却结构时，液体冷却通过在发电机定子机壳与定子铁芯轭部之间设置冷却通道，其中液体冷却部分，由于冷却液体先与定子铁芯进行换热后再与线圈进行间接换热，其换热路径较长，冷却效率较低；第三、大型风力发电机往往外径大、轴长短，定子采用分布式绕组型式会造成线圈端部无效绕组长度过长，损耗增加，降低了电机的效率；此外由于电机端部绕组占用大量轴向空间，大幅增加了相关结构件及电机整体的重量、体积和成本。上述问题均会造成电机整体换热效率低，且容易出现绕组局部热点，降低了电机的功率密度及可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中风力发电机冷却效率低的缺陷，提供一种风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]一种风力发电机的定子结构，其包括：
[0007]入口，所述入口用于供冷却介质流入；
[0008]出口，所述出口用于供冷却介质流出；
[0009]定子铁芯；
[0010]冷却通道，所述冷却通道位于所述定子铁芯的径向外周面处，所述入口与所述冷
却通道导通；
[0011]其特点在于，所述定子结构还包括线圈，所述线圈设置在所述定子铁芯上，所述线圈具有第一径向表面和第二径向表面，所述第一径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向外周面，所述第二径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向内周面。
[0012]冷却介质通过冷却通道与线圈的第一径向表面可以进行直接换热，与现有技术中冷却介质通过冷却通道再与定子铁芯和线圈间接换热相比，其换热路径更短，线圈的第二径向表面露出于定子铁芯的内周面，冷却气体可以流动至定子铁芯与转子之间的间隙对线圈的第二径向表面接触换热，即冷却介质和冷却气流可以同时对线圈的第一径向表面和第二径向表面进行直接换热，增加了冷却介质与线圈的有效换热面积，从而提高发电机的冷却效率。
[0013]较佳地，所述线圈包括第一线圈边和第二线圈边，所述第一线圈边与所述第二线圈边沿所述定子结构的径向设置，所述第一线圈边的最大外径大于所述第二线圈边的最大外径，所述第一径向表面为所述第一线圈边的外周面，所述第二径向表面为所述第二线圈边的内周面，所述第一线圈边和所述第二线圈边连接。
[0014]在本方案中，第一线圈边和第二线圈边直接连接，其端部绕组长度近似等于定子的轭部厚度，而常规分布式绕组的端部长度近似等于转子极距，因而本方案的端部绕组长度较短，可以大幅度缩短发电机的轴向长度，减小发电机的体积和重量，另外，绕组端部损耗降低，减小了发电机局部热量集中，提高冷却效率，从而提高了发电机的功率密度和可靠性。
[0015]较佳地，所述定子结构包括第一线圈槽和第二线圈槽，所述第一线圈槽开设于所述定子铁芯的径向外周面，所述第二线圈槽开设于所述定子铁芯的径向内周面，所述第一线圈边设置在所述第一线圈槽中，所述第二线圈边设置在所述第二线圈槽中。
[0016]在本方案中，线圈槽方便第一线圈边和第二线圈边的安装，且安装后稳定性好。
[0017]较佳地，所述入口和所述出口沿所述定子结构的轴向错位设置。
[0018]在本方案中，避免冷却介质从入口流入后直接沿着定子结构的轴向从出口流出，使冷却介质在发电机内部流动更充分，从而提高换热效果。
[0019]较佳地，所述冷却介质为气体，所述第一径向表面与所述冷却通道导通，所述冷却介质可以通过所述冷却通道与所述第一径向表面接触。
[0020]在本方案中，冷却介质直接接触线圈表面进行冷却，与冷却介质通过定子铁芯与线圈进行间接换热相比冷却效率更高。
[0021]较佳地，所述入口包括第一入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口沿所述定子结构的轴向相对设置。
[0022]在本方案中，相对设置的第一入口和第二入口使得发电机可以沿定子结构的轴向进行双向通风，外部低温冷却气体通过第一入口和第二入口从轴向两端进入到发电机的内部，并沿定子结构和转子之间的气隙进行流动，然后经线圈之间的空隙流动到出口，两股气体在发电机内部汇流后会产生扰动作用，使冷却气体与线圈表面接触更充分，换热效果更好。
[0023]较佳地，所述冷却介质为液体，所述第一径向表面与所述冷却通道的侧壁相接触。
[0024]在本方案中，冷却通道的侧壁直接与线圈表面接触进行换热，冷却效率更高。
[0025]较佳地，所述定子结构包括机壳，所述冷却通道设置在所述机壳上，所述机壳包括用于换热的换热表面，所述换热表面为所述机壳的径向内周面，所述第一径向表面与所述换热表面相接触。
[0026]在本方案中，便于对冷却通道进行布置，避免将冷却通道设置在定子铁芯上导致的定子铁芯强度下降的缺陷。
[0027]较佳地，所述冷却通道呈螺旋型或者直线型。
[0028]在本方案中，螺旋型或者直线型的冷却通道使的换热面积增加，提高换热效率。
[0029]较佳地，所述定子铁芯的径向外周面与所述换热表面相接触。
[0030]在本方案中，换热表面同时对定子铁芯换热进而间接对线圈进行冷却，增大了线圈的换热面积，提高换热效果。
[0031]较佳地，所述机壳还包括液冷套，所述液冷套为绝缘材料，所述液冷套位于所述冷却通道与所述定子铁芯的径向外周面之间，所述换热表面为所述液冷套的径向内周面。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机的定子结构，其包括：入口，所述入口用于供冷却介质流入；出口，所述出口用于供冷却介质流出；定子铁芯；冷却通道，所述冷却通道位于所述定子铁芯的径向外周面处，所述入口与所述冷却通道导通；其特征在于，所述定子结构还包括线圈，所述线圈设置在所述定子铁芯上，所述线圈具有第一径向表面和第二径向表面，所述第一径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向外周面，所述第二径向表面靠近且露出于所述定子铁芯的径向内周面。2.如权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述线圈包括第一线圈边和第二线圈边，所述第一线圈边与所述第二线圈边沿所述定子结构的径向设置，所述第一线圈边的最大外径大于所述第二线圈边的最大外径，所述第一径向表面为所述第一线圈边的外周面，所述第二径向表面为所述第二线圈边的内周面，所述第一线圈边和所述第二线圈边连接。3.如权利要求2所述的定子结构，其特征在于，所述定子结构包括第一线圈槽和第二线圈槽，所述第一线圈槽开设于所述定子铁芯的径向外周面，所述第二线圈槽开设于所述定子铁芯的径向内周面，所述第一线圈边设置在所述第一线圈槽中，所述第二线圈边设置在所述第二线圈槽中。4.如权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述入口和所述出口沿所述定子结构的轴向错位设置。5.如权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述冷却介质为气体，所述第一径向表面与所述冷却通道导通，所述冷却介质可以通过所述冷却通道与所述第一径向表面接触。6.如权利要求5所述的定子结构，其特征在于，所述入口包括第一入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口沿所述定子结构的轴向相对设置。7.如权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华阳，钟云龙，刘军伟，吴立建，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：