[發明專利]一種電機繞組端部冷卻結構

無效

• 申請號: 201210088867.8
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102624121A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 孫微;范濤;趙峰;溫旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02K3/24
• 分類號: H02K3/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種電機繞組端部冷卻結構。

背景技術

電機是電能的變換裝置。由于電機運行時內部會產生交變的磁場，所以處在交變磁場中的鐵心就會產生鐵心損耗(鐵耗)。同時，基于電流的熱效應，繞組通電后也會發熱，稱之為銅耗。此外還有通風摩擦損耗、機械損耗及其它雜散損耗等。電機的很多部件的壽命都受溫度限制，比如繞組線圈的絕緣層在過熱時就會導致壽命減少。因此電機損耗將會轉換成熱能而使電機的各個部件發熱甚至失效。隨著電機制造工業水平的提高，電機的單機容量不斷增大，體積不斷減小，單位體積產生的損耗也就不斷增長，引起電機各部分溫度升高。目前，發熱問題甚至已經成為限制電機性能提高的主要因素。

現有電機冷卻方式主要有空氣冷卻和水冷卻。空氣冷卻效率較低，適合功率密度不大的電機。水冷卻效率較高，常用結構是在機殼處(定子部分)設計水套，通過水對流來帶走熱量，電機內部的傳熱路徑為：端部——繞組——定子鐵心——機殼——水套。從傳熱路徑可以看出，一般繞組端部溫度最高，最容易發生過熱現象。

不少學者和技術人員提出了降低端部溫升的方法。

中國專利CN200610148048.2提出了一種在定子繞組端部和機殼之間包封填充料，電機端部熱量通過填充料傳到機殼再通過其他方式散出。通過實際應用，可降低電機溫升5～10K，端部溫升降低幅度較小。

中國專利200510086794.9提出了一種蒸發冷卻定子，通過不銹鋼隔離套筒將定子隔開，向腔體內灌入冷卻液，依靠液體氣化吸熱的原理來冷卻電機。此發明可使定子鐵心溫度分布均勻、電機溫升較低。然而蒸發冷卻技術對工質要求較高，且需配套冷凝器等附屬設備，僅適用于大型風力發電機。

中國專利201020160245.8提出了一種自然風冷直驅發電機線圈端部冷卻裝置，通過靜止迷宮密封、轉動迷宮密封和氣體攪拌裝置聯合作用，改變氣隙不封地氣體流動狀態，并通過散熱筋將鐵心兩端的熱量帶走，改善端部散熱狀況。但是這種風冷方式的散熱效率較低，且增加了電機的通風損耗。

另有一些學者和技術人員提出，采用油作為冷卻液來冷卻電機。

中國專利201110061329.5提出了一種內循環油冷式永磁直流電機，電機內充滿冷卻油，定子和轉子全部浸泡在油中，轉子鐵心疊片上開有通孔，形成冷卻油循環通道。這種結構能夠直接冷卻轉子永磁體同時降低繞組溫升，但是由于冷卻油經過限位環葉片攪動，能量損失很大，而且最終仍然需要依靠機殼上的散熱筋通過空氣對流散出熱量，散熱效率相對較低。

發明內容

為了解決現有技術對電機繞組端部直冷卻效率較低的問題，本發明提出了一種電機定子繞組端部冷卻結構。本發明采用定子繞組端部油冷方式，極大改善端部散熱狀況，降低電機溫升從而提高電機效率。由于采用絕緣性能較好的變壓器油作為冷卻介質，可降低繞組絕緣等級，且結構簡單易于實現。

本發明所提出的電機定子繞組端部冷卻結構，采用以下技術方案。

所述的電機定子繞組端部冷卻結構包含：電機殼體、定子鐵心、定子繞組端部、隔離套筒、密封端蓋和O型圈，定子鐵心安裝在電機殼體內壁，隔離套筒安裝在定子鐵心和轉子之間的氣隙中，隔離套筒的兩端插入密封端蓋中，O型圈嵌入密封端蓋，使密封端蓋與隔離套筒之間密封。電機殼體、密封端蓋和隔離套筒組成電機的端部密閉空間，定子鐵心位于端部密閉空間的中心，將端部密閉空間分成兩個空腔，兩個空腔通過定子槽楔附近的縫隙連通，定子繞組端部位于兩個空腔中。所述的端部密閉空間內充有冷卻油，定子繞組端部浸泡在端部密閉空間內部冷卻油中。

本發明還包含油冷循環系統，油冷循環系統由泵、散熱器、端部密閉空間、進油管和出油管組成。所述的密封端蓋的下部開設有進油口，密封端蓋的上部開設有出油口。所述的泵通過進油管連接到所述密封端蓋下部的進油口，所述的散熱器通過出油管連接到所述密封端蓋上部的出油口，泵與散熱器之間通過管路連接，組成循環油冷回路。定子繞組端部損耗產生的熱量傳遞給所述的端部密閉空間內的冷卻油，使冷卻油溫度升高，在泵的作用下，冷卻油流經散熱器冷卻后再進入所述的端部密閉空間進行循環。

所述的隔離套筒分為中心段、漸變段和端部直線段。所述的隔離套筒中的心段長度與定子鐵心軸向長度相等。隔離套筒的中心段厚度小于定子鐵心和轉子之間的氣隙徑向厚度。隔離套筒的中心段粘接于定子鐵心內壁。隔離套筒中心段的兩端漸變加厚，即為漸變段。漸變段的兩端為端部直線段。所述的端部直線段插入密封端蓋上的槽中固定，隔離套筒的內外壁分別通過O型圈與密封端蓋密封。

所述的隔離套筒為不導磁不導電的非金屬材料制作。