[实用新型]一种转子磁极内冷与外冷独立通风的分区装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及到电机冷却技术领域，尤其涉及一种转子磁极内冷与外冷独立通风的分区装置。

背景技术

凸极电机每极容量通常在10MVA以下，部分能达到15MVA。随着市场需求的变化和相关技术的发展，凸极电机磁极的每极容量不断攀升，每极容量有望达到30-40MVA/极。随着每极容量的提高，磁极的设计难度增大。如果在采用相同匝数和重量的磁极线圈的条件下，线圈的电流密度就会越来越高，磁极线圈发热将越来越严重；但是，如果通过增加磁极线圈匝数和重量来降低磁极线圈电流密度，则会使磁极重量显著增加，从而会使磁极、磁轭、转子支架等部件的应力显著增加。磁极、磁轭、转子支架的应力是制约电机转子设计和制造的关键因素；对于转子线速度高的机组而言，其应力本身就非常大，如果磁极重量过大，则可能使磁极、磁轭、转子支架等的应力超过大部分材料的许用应力，从而会显著增加设计制造难度和成本。因此，对于每极容量高的，特别是每极容量超高的高速机组，需要通过改善磁极通风冷却效果，以减小磁极线圈的匝数和重量，从而减小整个磁极装配的重量，以达到降低磁极、磁轭、转子支架部位应力的目的，最终将设计制造难度以及成本控制在合理范围内。

凸极同步电机磁极由磁极铁心、磁极压板、磁极线圈、阻尼绕组、磁极拉杆等组成，其中磁极线圈用于通电流，磁极线圈套于磁极铁心外，磁极线圈由多层载流排堆叠而成，载流排间有绝缘材料。所述载流排也称母线或母排，是承载电流的一种导体，用于承载凸极同步电机的励磁电流，互相绝缘堆叠而成的载流排中通以电流后，类似于螺形线圈，能产生磁场，而磁极铁心则将磁场增强，同时磁极铁心对磁极线圈起支撑作用。

凸极电机的磁极冷却方式一般为气体冷却。转子支架在旋转过程中产生风压头，将冷却气体经磁轭吹至磁极极间，冷却气体在流过磁极极间进入气隙和定子铁心通风沟的过程中，会掠过磁极线圈处于极间的表面，冷却气体在磁极线圈表面与磁极线圈发生热交换，将磁极线圈的热量带走，从而实现对磁极线圈的冷却。此种冷却方式，磁极线圈参与换热的表面仅有处于极间的沿磁极载流排厚度方向的小部分，冷却效果不理想。

此外，转子在旋转过程中，磁极的磁极线圈朝向旋转方向的面为“迎风面”，朝向旋转方向的反方向的面为“背风面”，两相邻磁极之间的磁极线圈表面，一个为“背风面”，一个为“迎风面”；磁极旋转会产生周向风压，其会使“迎风面”的风压高于“背风面”的风压，即通过线圈外表面的冷却气体的风压在磁极旋转的影响下会出现“迎风面”风压高于“背风面”风压的情况，由此会导致“背风面”的冷却效果比“迎风面”的冷却效果更差，导致“背风面”和“迎风面”温升差异较大，从而可能影响磁极线圈及其绝缘的可靠性和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种转子磁极内冷与外冷独立通风的分区装置，本实用新型通过在两磁极线圈之间的通道内设置内外通风分区块，冷却气体可同时对磁极线圈内部和外部进行冷却，经磁极线圈内冷通道进入两磁极线圈之间的气体和直接从两磁极线圈进风端进入两磁极线圈之间的气体被完全隔开，形成独立的通风风路，使内通风的冷却气体能顺利地流入两磁极线圈之间的通道内，可显著减小通风阻力，降低通风损耗，提高转子磁极冷却效果，从而提高整机的效率，同时，还能在一定程度上减小磁极线圈“背风面”和“迎风面”的温差，利于提高磁极线圈及其绝缘的可靠性和使用寿命。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种转子磁极内冷与外冷独立通风的分区装置，包括套在磁极铁心上的磁极线圈，磁极线圈由多层载流排堆叠形成，其特征在于：所述磁极线圈内侧和磁极铁心之间有间隙，所述载流排上开有过流通道或任意相邻载流排之间有过流通道，两磁极线圈之间的通道内设置有内外通风分区块，所述内外通风分区块径向上开有内通风凹槽和外通风窗口，所述外通风窗口沿转子的径向方向贯穿内外通风分区块，内通风凹槽位于过流通道处于载流排长度方向上的对应位置处，所述内通风凹槽与过流通道连通。

所述内通风凹槽和外通风窗口间隔分布。

所述内通风凹槽数量与过流通道数量相适配。

所述外通风窗口为缺口。

所述外通风窗口的横截面形状呈方形、梯形、半圆形、腰形或其他任意几何形状。

所述内通风凹槽与外通风窗口的过流面积比可调。

所述内外通风分区块上靠近磁极线圈“迎风面”的内通风凹槽及外通风窗口的过流面积之和与靠近磁极线圈“背风面”的内通风凹槽及外通风窗口的过流面积之和的比值可调。

本实用新型的工作原理是：