[发明专利]风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的定子结构及包含其的风力发电机。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

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。