[发明专利]一种电机绕组端部冷却结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机绕组端部冷却结构。

背景技术

电机是电能的变换装置。由于电机运行时内部会产生交变的磁场，所以处在交变磁场中的铁心就会产生铁心损耗(铁耗)。同时，基于电流的热效应，绕组通电后也会发热，称之为铜耗。此外还有通风摩擦损耗、机械损耗及其它杂散损耗等。电机的很多部件的寿命都受温度限制，比如绕组线圈的绝缘层在过热时就会导致寿命减少。因此电机损耗将会转换成热能而使电机的各个部件发热甚至失效。随着电机制造工业水平的提高，电机的单机容量不断增大，体积不断减小，单位体积产生的损耗也就不断增长，引起电机各部分温度升高。目前，发热问题甚至已经成为限制电机性能提高的主要因素。

现有电机冷却方式主要有空气冷却和水冷却。空气冷却效率较低，适合功率密度不大的电机。水冷却效率较高，常用结构是在机壳处(定子部分)设计水套，通过水对流来带走热量，电机内部的传热路径为：端部——绕组——定子铁心——机壳——水套。从传热路径可以看出，一般绕组端部温度最高，最容易发生过热现象。

不少学者和技术人员提出了降低端部温升的方法。

中国专利CN200610148048.2提出了一种在定子绕组端部和机壳之间包封填充料，电机端部热量通过填充料传到机壳再通过其他方式散出。通过实际应用，可降低电机温升5～10K，端部温升降低幅度较小。

中国专利200510086794.9提出了一种蒸发冷却定子，通过不锈钢隔离套筒将定子隔开，向腔体内灌入冷却液，依靠液体气化吸热的原理来冷却电机。此发明可使定子铁心温度分布均匀、电机温升较低。然而蒸发冷却技术对工质要求较高，且需配套冷凝器等附属设备，仅适用于大型风力发电机。

中国专利201020160245.8提出了一种自然风冷直驱发电机线圈端部冷却装置，通过静止迷宫密封、转动迷宫密封和气体搅拌装置联合作用，改变气隙不封地气体流动状态，并通过散热筋将铁心两端的热量带走，改善端部散热状况。但是这种风冷方式的散热效率较低，且增加了电机的通风损耗。

另有一些学者和技术人员提出，采用油作为冷却液来冷却电机。

中国专利201110061329.5提出了一种内循环油冷式永磁直流电机，电机内充满冷却油，定子和转子全部浸泡在油中，转子铁心叠片上开有通孔，形成冷却油循环通道。这种结构能够直接冷却转子永磁体同时降低绕组温升，但是由于冷却油经过限位环叶片搅动，能量损失很大，而且最终仍然需要依靠机壳上的散热筋通过空气对流散出热量，散热效率相对较低。

发明内容

为了解决现有技术对电机绕组端部直冷却效率较低的问题，本发明提出了一种电机定子绕组端部冷却结构。本发明采用定子绕组端部油冷方式，极大改善端部散热状况，降低电机温升从而提高电机效率。由于采用绝缘性能较好的变压器油作为冷却介质，可降低绕组绝缘等级，且结构简单易于实现。

本发明所提出的电机定子绕组端部冷却结构，采用以下技术方案。

所述的电机定子绕组端部冷却结构包含：电机壳体、定子铁心、定子绕组端部、隔离套筒、密封端盖和O型圈，定子铁心安装在电机壳体内壁，隔离套筒安装在定子铁心和转子之间的气隙中，隔离套筒的两端插入密封端盖中，O型圈嵌入密封端盖，使密封端盖与隔离套筒之间密封。电机壳体、密封端盖和隔离套筒组成电机的端部密闭空间，定子铁心位于端部密闭空间的中心，将端部密闭空间分成两个空腔，两个空腔通过定子槽楔附近的缝隙连通，定子绕组端部位于两个空腔中。所述的端部密闭空间内充有冷却油，定子绕组端部浸泡在端部密闭空间内部冷却油中。

本发明还包含油冷循环系统，油冷循环系统由泵、散热器、端部密闭空间、进油管和出油管组成。所述的密封端盖的下部开设有进油口，密封端盖的上部开设有出油口。所述的泵通过进油管连接到所述密封端盖下部的进油口，所述的散热器通过出油管连接到所述密封端盖上部的出油口，泵与散热器之间通过管路连接，组成循环油冷回路。定子绕组端部损耗产生的热量传递给所述的端部密闭空间内的冷却油，使冷却油温度升高，在泵的作用下，冷却油流经散热器冷却后再进入所述的端部密闭空间进行循环。

所述的隔离套筒分为中心段、渐变段和端部直线段。所述的隔离套筒中的心段长度与定子铁心轴向长度相等。隔离套筒的中心段厚度小于定子铁心和转子之间的气隙径向厚度。隔离套筒的中心段粘接于定子铁心内壁。隔离套筒中心段的两端渐变加厚，即为渐变段。渐变段的两端为端部直线段。所述的端部直线段插入密封端盖上的槽中固定，隔离套筒的内外壁分别通过O型圈与密封端盖密封。

所述的隔离套筒为不导磁不导电的非金属材料制作。