一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法，涉及电机技术领域，在径向等截面通风道不变的情况下，改变径向通风道相邻间距，把等间距分布改为不等间距分布，通过分析温度变化，确定局部最优方案1；在局部最优方案基础上，改变径向通风道尺寸大小，分析温度确定最佳通风道尺寸，为局部最优方案2；把等截面径向通风道结构变为变截面分段式通风道结构，确定局部最优方案3为全局最优方案。本发明专利技术一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法，能够加快永磁发电机的散热速率，使得定子铁芯沿径向的温度分布更加均匀，有效地减小了高温对定子绕组绝缘的热损伤，保证了永磁同步发电机的正常运行。保证了永磁同步发电机的正常运行。保证了永磁同步发电机的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法


[0001]本专利技术涉及电机
，尤其是涉及一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着风力发电逐渐成为全球能源发展的新趋势，永磁同步发电机被广泛地应用于海上和陆上风力发电。同时，风力发电机装机容量和电磁负荷的扩大引起了发电机过高的温升，随之带来了发电机内部散热难的问题，这也是制约着风力发电进一步发展的关键因素。
[0003]永磁风力发电机主要包括发电机定转子、定子绕组、永磁体、机壳及其他附加结构，内部结构复杂而紧凑。通常发电机散热主要依靠定转子之间的热传导和气隙间空气的热交换。当发电机温度升高而散热不及时时，势必会引发一系列的热故障问题。一方面，温度过高会引起永磁体性能的不稳定，甚至是退磁和失磁；同时，温度直接影响绝缘材料的寿命；温度过高至超过临界值，绕组绝缘材料易变脆老化，绝缘性能下降。另一方面，发电机的温度在轴向和径向上具有不均匀分布的特点，易出现局部过热现象。因此，温升是保证发电机正常运行的一个不可忽视的因素。为减少高温对发电机内部结构性能的影响，改善发电机冷却效果，就需对发电机定子通风结构进行合理设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种永磁同步发电机及发电机定子径向通风道设置方法，解决目前现有的发电机内部不易散热的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种永磁同步发电机，包括发电机外壳和设置在所述发电机外壳内部的定子铁芯和转子铁芯，所述转子铁芯位于所述定子铁芯内部，所述定子铁芯、所述转子铁芯和所述发电机外壳被转轴贯穿，所述转子铁芯的外表面上设置有若干个永磁体，所述永磁体之间设置有气缝；所述定子铁芯的定子槽内设置有若干个定子绕组和若干个绕组绝缘，所述定子铁芯的外表面上均匀分布有若干个定子径向通风道；所述发电机外壳的下方设置有发电机基座，所述发电机外壳的上表面和下表面均设置有发电机外壳散热翅。
[0006]一种发电机定子径向通风道设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：沿定子铁芯轴向均匀设置n个等截面且不改变定子铁芯原长的径向通风道，等截面径向通风道将定子铁芯等厚度分为n+1段，所述等截面径向通风道轴向宽度D0，对上述等间距分布的等截面径向通风道的发电机模型进行温度场计算，分析其温度变化规律，温度场结果作为原始方案OS；定子铁芯总长度为L；
[0008]步骤2：在步骤1所建立定子铁芯模型基础上，改变径向通风道在定子铁芯上的分布情况，将n个等截面径向通风道改为不等间距分布，保持径向通风道自身轴向尺寸；对修改后的发电机模型进行温度场仿真，确定局部最优方案P1；
[0009]步骤3：在局部最优方案P1已确定的通风道间距分布下，改变径向通风道轴向宽度，合理范围内设计轴向尺寸从D
min
到D
max
，依次增加步长为d；对每个修改轴向尺寸的等截面径向通风道进行温度场仿真，对比确定局部最优方案P2；
[0010]步骤4：局部最优方案P2中确定的等截面径向通风道最优轴向尺寸记为d
z
，将等截面径向通风道变为不等截面分段式通风道结构，分析不同分段数下的径向通风道对发电机定子铁芯温度场的影响规律，确定最佳分段数，与局部最优方案P2比较，确定定子绕组温度最低方案为局部最优方案P3；不等截面分段式径向通风道结构的轴向尺寸从d
min
增大到d
max
，每段增加的步长为s；其每段径向通风道的高度为定子铁芯径向宽度的均分；
[0011]步骤5：上述所确定的局部最优方案P3为全局最优方案，记为GS。
[0012]优选的，步骤2的具体步骤如下：步骤1中设置n个等截面径向通风道，定子铁芯被等分为n+1段，所述定子铁芯轴向长度为L，则每段定子铁芯长度为(L
‑
n*D0)/(n+1)；在此基础上，改变每段定子铁芯长度，以径向通风道的初始轴向尺寸D0为度量；
[0013]定子铁芯径向通风道关于定子轴向中心两侧对称分布，当径向通风道数量为n时，定子铁芯段数为n+1，一侧的定子铁芯段数为(n+1)/2，由中心侧向两侧开始计量定子铁芯段数，分别为从第一段到第(n+1)/2段；
[0014]当n为奇数，定子铁芯被分为偶数段时，当(n+1)/2为整数时，第1段定子铁芯长度到第(n+1)/2段定子铁芯长度分别为：(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
1]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
2]*D0，
[0015](L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
3]*D0，
···
(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
k]*D0；
[0016]其中k＝0，1，2，3，
···
，(n+1)/2
‑
1；
[0017]当n为偶数，定子铁芯被分为奇数段时，当(n+1)/2为分数时，第1段定子铁芯长度到第段定子铁芯长度分别为：(L
‑
n*D0)/(n+1)，
[0018](L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
2)/4]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
2)/4
‑
1]*D0，
[0019](L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
2)/4
‑
2]*D0，
[0020](L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
2)/4
‑
3]*D0，
···
(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
2)/4
‑
k]*D0；
[0021]对k向下取整，其中k＝0，1，2，3，
···
，
[0022]上述定子铁芯各段长度受定子铁芯总长度和径向通风道轴向宽度约束。
[0023]优选的，步骤4的具体步骤如下：局部最优方案P2中确定的等截面径向通风道最优轴向尺寸为d
z
，以此为基础，将不等截面分段式径向通风道结构分为m段，其轴向尺寸从d
min
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步发电机，其特征在于：包括发电机外壳和设置在所述发电机外壳内部的定子铁芯和转子铁芯，所述转子铁芯位于所述定子铁芯内部，所述定子铁芯、所述转子铁芯和所述发电机外壳被转轴贯穿，所述转子铁芯的外表面上设置有若干个永磁体，所述永磁体之间设置有气缝；所述定子铁芯的定子槽内设置有若干个定子绕组和若干个绕组绝缘，所述定子铁芯的外表面上均匀分布有若干个定子径向通风道；所述发电机外壳的下方设置有发电机基座，所述发电机外壳的上表面和下表面均设置有发电机外壳散热翅。2.一种发电机定子径向通风道设置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：沿定子铁芯轴向均匀设置n个等截面且不改变定子铁芯原长的径向通风道，等截面径向通风道将定子铁芯等厚度分为n+1段，所述等截面径向通风道轴向宽度D0，对上述等间距分布的等截面径向通风道的发电机模型进行温度场计算，分析其温度变化规律，温度场结果作为原始方案OS；定子铁芯总长度为L；步骤2：在步骤1所建立定子铁芯模型基础上，改变径向通风道在定子铁芯上的分布情况，将n个等截面径向通风道改为不等间距分布，保持径向通风道自身轴向尺寸；对修改后的发电机模型进行温度场仿真，确定局部最优方案P1；步骤3：在局部最优方案P1已确定的通风道间距分布下，改变径向通风道轴向宽度，合理范围内设计轴向尺寸从D
min
到D
max
，依次增加步长为d；对每个修改轴向尺寸的等截面径向通风道进行温度场仿真，对比确定局部最优方案P2；步骤4：局部最优方案P2中确定的等截面径向通风道最优轴向尺寸记为d
z
，将等截面径向通风道变为不等截面分段式通风道结构，分析不同分段数下的径向通风道对发电机定子铁芯温度场的影响规律，确定最佳分段数，与局部最优方案P2比较，确定定子绕组温度最低方案为局部最优方案P3；不等截面分段式径向通风道结构的轴向尺寸从d
min
增大到d
max
，每段增加的步长为s；其每段径向通风道的高度为定子铁芯径向宽度的均分；步骤5：上述所确定的局部最优方案P3为全局最优方案，记为GS。3.根据权利要求2所述的一种发电机定子径向通风道设置方法，其特征在于，步骤2的具体步骤如下：步骤1中设置n个等截面径向通风道，定子铁芯被等分为n+1段，所述定子铁芯轴向长度为L，则每段定子铁芯长度为(L
‑
n*D0)/(n+1)；在此基础上，改变每段定子铁芯长度，以径向通风道的初始轴向尺寸D0为度量；定子铁芯径向通风道关于定子轴向中心两侧对称分布，当径向通风道数量为n时，定子铁芯段数为n+1，一侧的定子铁芯段数为(n+1)/2，由中心侧向两侧开始计量定子铁芯段数，分别为从第一段到第(n+1)/2段；当n为奇数，定子铁芯被分为偶数段时，当(n+1)/2为整数时，第1段定子铁芯长度到第(n+1)/2段定子铁芯长度分别为：(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
1]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
2]*D0，(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
3]*D0，
···
(L
‑
n*D0)/(n+1)
‑
[(n
‑
1)/4
‑
k]*D0；其中k＝0，1，2，3，
···
，(n+1)/2
‑
1；当n为偶数，定子铁芯被分为奇数段时，当(n+1)/2为分数时，第1段定子铁芯长度到第段定子铁芯长度分别为：(L
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉灵，白怡凡，李勇，张文，刘翔奥，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：