CN107528423B - 一种小型风力发电用密闭式永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，包括机壳、转子铁心、定子铁心、定子绕组和电机轴，所述机壳包括前外壳及后外壳，还包括散热装置及散热通道，散热装置包括散热器及导流罩，散热通道，散热通道包括转子冷却风道、永磁体冷却风道、定子冷却风道及后外壳散热风道，所述转子铁心两端面上设有非磁性材料隔板。本发明能充分利用永磁发电机的内部结构，使得永磁发电机内部的热量能得到有效的换热散发，从而确保永磁发电机的磁综合性能及发电效率、质量。

Description

一种小型风力发电用密闭式永磁发电机

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种小型风力发电用密闭式永磁发电机。

背景技术

永磁发电机，其基本构成包括机壳、转轴、轴承、转子、定子以及冷却风扇。为了散去发电机运行过程中由于铜损和铁损产生的热量，机壳往往开有散热孔；然而小型风力发电机需要在户外运行，为了保证其使用寿命，就要求其中的永磁发电机需为密闭式发电机，并要求电机的体积尽可能小。由于没有散热孔，也没有足够的内部空间进行空气对流，永磁发电机内的冷却风扇，在该密闭式电机中就没有了存在的意义。

目前小型风力发电用的永磁发电机采取的散热方式是在外壳上布置一圈散热肋片。当小型风力发电机在有风的条件下运行发电时，外界的风流就可以带走永磁发电机表面的热量。而这样存在一个较大的问题，即：发电机的热量是由发电机的绕组、定子铁心和转子铁心产生的，但它们与发电机外壳之间的直接金属连接很小，产生的热量主要通过空气对流传递到外壳上；由于空气的低导热率，且外壳上提供换热的面积小，这种散热方案的后果是在满载运行时，永磁发电机的内部核心温度往往比外壳高出20～40℃；特别是转子上的永磁体，纵使转子铁心上开有用作永磁体冷却风道的槽，但由于槽内空气缺乏轴向的流动，加剧了永磁体的升温；永磁体的剩磁、矫顽力、磁能积等都会随着永磁体的温度升高而降低，当温度达到100℃时，磁综合性能下降很快，输出功率减少，效率降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，能充分利用永磁发电机的内部结构，使得永磁发电机内部的热量能得到有效的换热散发，从而确保永磁发电机的磁综合性能及发电效率、质量。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现：

本发明所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，包括机壳、转子铁心、定子铁心、定子绕组和电机轴，所述机壳内设有：

散热装置，包括用于促进机壳内部气体流动的散热器及导流罩，所述电机轴贯穿固定在所述机壳内，所述散热器、转子铁心依次设于位于所述机壳内的电机轴上，所述导流罩中心设有用于配合所述散热器使用的通孔，所述导流罩对应所述散热器设置于所述机壳内；

散热通道，包括发电机内冷却风道及所述导流罩与所述机壳间形成的外壳散热风道。

作为优选，所述发电机内冷却风道包括转子冷却风道、永磁体冷却风道及定子冷却风道，所述转子冷却风道设于转子铁心上，转子铁心上嵌设有若干永磁体，所述永磁体与所述永磁体冷却风道相间隔地设于转子铁心的侧面上，所述定子冷却风道设于所述机壳内侧。

作为优选，所述机壳包括前外壳及后外壳，所述前外壳与所述后外壳间通过螺栓紧固连接，电机轴与所述前外壳连接处设有至少二个圆珠滚子轴承。

作为优选，所述散热器为轴流风扇，所述轴流风扇贴近转子铁心端面设置，所述轴流风扇与转子铁心间设有弹性挡圈，所述转子铁心两端面上均设有非磁性材料隔板。

作为优选，所述机壳设计为圆柱形，所述导流罩对应所述机壳设置为圆环形，所述导流罩与所述机壳成同心圆并嵌设在所述机壳内，所述导流罩直径与定子绕组外周直径一致。

作为优选，所述机壳设置为圆锥形，所述导流罩对应所述机壳设置为圆锥环形，所述导流罩与所述机壳成同心圆并嵌设在所述机壳内，所述导流罩大端直径与定子绕组外周直径一致。

作为优选，所述转子冷却风道包括至少两条，所述转子冷却风道以电机轴为圆心呈环形均匀分布在转子铁心上。

作为优选，所述定子冷却风道包括至少三条，所述定子冷却风道以电机轴为圆心呈环形均匀分布在所述前外壳内侧。

作为优选，所述轴流风扇叶片的根部攻角为30～40°，所述轴流风扇叶片的顶部攻角为25～35°。

作为优选，所述机壳上设置有固定连接座。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、设置前外壳与后外壳的配套使用，既保证了密闭式永磁发电机的密闭要求，同时还可以使永磁发电机外壳与空气之间进行热交换的面积大大增大，提高了换热效率，并且后外壳上设有可进行固定安装的固定连接座，使得整个永磁发电机使用起来更为方便、可靠；

2、现有技术上的电机轴多为两端固定的形式，本技术方案中，通过在电机轴末端设置轴流风扇，并且轴流风扇与转子铁心间设置有弹性挡圈，使得转子在运作转动时轴流风扇也随着转动，并产生气压差从而促进机壳内部的气流运动速度，使得当转子与绕组的发热能得到及时的散发，保障了磁综合性能及发电效率；

3、本技术方案中，转子铁心上设置有转子冷却风道、永磁体冷却风道、定子冷却风道及后外壳散热风道，通过导流罩及轴流风扇的设置，使得永磁发电机在运转时，轴流风扇强制永磁体冷却风道、转子冷却风道、定子冷却风道和后外壳散热风道内的空气进行对流，从而充分利用后外壳所增加的换热表面，进一步降低发电机内部空气的温度，使定子和转子、特别是永磁体得到有效降温，从而使永磁发电机的永磁体、电气性能及机械性能保持可靠，保证发电机的功率输出，延长永磁发电机的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明密闭式永磁发电机装配结构示意图；

图2是本发明密闭式永磁发电机剖视结构示意图；

图3是本发明密闭式永磁发电机前外壳截面剖视结构示意图；

图4是本发明密闭式永磁发电机a处结构放大示意图；

图中：1、前外壳，11、定子冷却风道，12、螺栓，2、后外壳，21、后外壳散热风道，22、固定连接座，3、电机轴，31、圆珠滚子轴承，4、转子铁心，41、转子冷却风道，42、非磁性材料隔板，5、定子铁心，51、定子绕组，6、轴流风扇，61、弹性挡圈，7、导流罩，8、永磁体，81、永磁体冷却风道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图所示，本发明所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，包括机壳、转子铁心4、定子铁心5、定子绕组51和电机轴3，所述机壳包括前外壳1及后外壳2，还包括：

散热装置，包括散热器及导流罩7，所述散热器设于电机轴3末端，电机轴3上还依次连接有转子铁心4及所述前外壳1，所述导流罩7对应定子绕组51设置于所述后外壳2内；

散热通道，包括转子冷却风道41、永磁体冷却风道81、定子冷却风道11及后外壳散热风道21，所述转子冷却风道41设于转子铁心4上，转子铁心4上嵌设有若干永磁体8，所述永磁体8与所述永磁体冷却风道81相间隔地设于转子铁心4侧面上，所述定子冷却风道11设于所述前外壳1内侧，所述导流罩7与所述后外壳2间设有所述后外壳散热风道21；所述转子铁心4两端面上设有非磁性材料隔板42。

所述前外壳1与所述后外壳2间通过螺栓12紧固连接，电机轴3与所述前外壳1连接处设有至少一个圆珠滚子轴承31，由于将传统的电机轴3双向固定设计为单侧固定，本技术方案中电机轴3与前外壳1连接处应设有2个或2个以上所述轴承，以确保电机轴3运动的准确度；所述散热器为轴流风扇6，所述轴流风扇6贴近转子铁心4端面设置，所述轴流风扇6与转子铁心4间设有弹性挡圈61，所述轴流风扇6叶片的根部攻角为30～40°，所述轴流风扇6叶片的顶部攻角为25～35°。

所述后外壳2可设计为圆柱形，所述导流罩7对应所述后外壳2设置为圆环形，所述导流罩7与所述后外壳2成同心圆并嵌设在所述后外壳2内，所述导流罩7直径与定子绕组51外周直径一致；同样地，为了减小空气阻力，保证轴端所安装的风力发电机可以高效工作,同时，后外壳2尾端一般会安装用于风力发电机对风的尾舵，流线型的后外壳2可以保证空气流场稳定，有利于风力发电机的尾舵稳定对风，因此所述后外壳2优选地设置为圆锥形；所述导流罩7对应所述后外壳设置为圆锥环形，所述导流罩7大端直径与定子绕组51外周直径一致，并且在所述后外壳2上设置有固定连接座22。

所述转子冷却风道41包括至少两条，本技术方案中所述转子冷却风道41设计为四条，以电机轴3为圆心呈环形均匀分布在转子铁心4上；所述定子冷却风道11包括至少三条，所述定子冷却风道11以电机轴3为圆心呈环形均匀分布在所述前外壳1内侧，所述转子冷却风道41及定子冷却风道11的具体开设数量与永磁发电机的散热效率相关，可根据实际所需进行调整。

圆柱形的前外壳1与近似圆锥形的后外壳2，通过螺栓12连接在一起，形成永磁发电机的外壳整体，后外壳2由小型风力发电机座改进而来，因而仍承担着小型风力发电机座的作用，即固定小型风力发电机的尾舵和风轮，并通过法兰将整个机组安装到塔架顶端的滑环上；包含定子绕组51的定子嵌入安装到前外壳1内，定子铁心5与前外壳1的外周壁面之间设有若干定子冷却风道11，为冷却空气提供回流通道，并冷却定子铁心5。

电机轴3通过轴承安装到前外壳1上，其外侧一端用于安装小型风力发电机的风轮，内侧一端安装永磁发电机转子；嵌在转子上的永磁体8之间留有永磁体冷却风道81，而转子铁心4和用于固定永磁体8的非磁性材料隔板42则均留有转子冷却风道41，永磁体冷却风道81和转子冷却风道41为空气在转子中的轴向流动提供了通道。

轴流风扇6通过弹性挡圈61安装在电机轴3的内侧一端，并紧贴转子铁心4；轴流风扇6随转子转动，在永磁体冷却风道81和转子冷却风道41的端部产生正压，驱使两个冷却风道的空气轴向流动，并最后经定子冷却风道11流回轴流风扇6的负压侧。

圆锥形的中空导流罩7嵌入后外壳2内部，导流罩7大端直径与定子绕组51的外周直径大致相等，导流罩7与后外壳2之间的空间成为后外壳散热风道21，由于小型风力发电机转速一般为400～1000RPM的低转速，且永磁体冷却风道81的尺寸受限而空气流动阻力较大，因此永磁发电机内部空气的轴向流动速度不会很大；导流罩7可以保证空气从定子冷却风道11流回后不会直接回流至轴流风扇6的负压侧，而是先经过后外壳散热风道21，与后外壳2的壁面进行充分的换热冷却后再从后外壳2后部流回轴流风扇6的负压侧。

本发明的有益效果是：

1、设置前外壳与后外壳的配套使用，既保证了密闭式永磁发电机的密闭要求，同时还可以使永磁发电机外壳与空气之间进行热交换的面积大大增大，提高了换热效率，并且后外壳上设有可进行固定安装的固定连接座，使得整个永磁发电机使用起来更为方便、可靠；

2、现有技术上的电机轴多为两端固定的形式，本技术方案中，通过在电机轴末端设置轴流风扇，并且轴流风扇与转子铁心间设置有弹性挡圈，使得转子在运作转动时轴流风扇也随着转动，并产生气压差从而促进机壳内部的气流运动速度，使得当转子与绕组的发热能得到及时的散发，保障了磁综合性能及发电效率；

3、本技术方案中，转子铁心上设置有转子冷却风道、永磁体冷却风道、定子冷却风道及后外壳散热风道，通过导流罩及轴流风扇的设置，使得永磁发电机在运转时，轴流风扇强制永磁体冷却风道、转子冷却风道、定子冷却风道和后外壳散热风道内的空气进行对流，从而充分利用后外壳所增加的换热表面，进一步降低发电机内部空气的温度，使定子和转子、特别是永磁体得到有效降温，从而使永磁发电机的永磁体、电气性能及机械性能保持可靠，保证发电机的功率输出，延长永磁发电机的使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，包括机壳、转子铁心、定子铁心、定子绕组和电机轴，其特征在于，所述机壳内设有：

散热装置，包括用于促进机壳内部气体流动的散热器及导流罩，所述电机轴贯穿固定在所述机壳内，所述散热器、转子铁心依次设于位于所述机壳内的电机轴上，所述导流罩中心设有用于配合所述散热器使用的通孔，所述导流罩对应所述散热器设置于所述机壳内；

散热通道，包括发电机内冷却风道及所述导流罩与所述机壳间形成的外壳散热风道；

所述发电机内冷却风道包括转子冷却风道、永磁体冷却风道及定子冷却风道，所述转子冷却风道设于转子铁心上，转子铁心上嵌设有若干永磁体，所述永磁体与所述永磁体冷却风道相间隔地设于转子铁心的侧面上，所述定子冷却风道设于所述机壳内侧。

2.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述机壳包括前外壳及后外壳，所述前外壳与所述后外壳间通过螺栓紧固连接，电机轴与所述前外壳连接处设有至少二个圆珠滚子轴承。

3.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述散热器为轴流风扇，所述轴流风扇贴近转子铁心端面设置，所述轴流风扇与转子铁心间设有弹性挡圈，所述转子铁心两端面上均设有非磁性材料隔板。

4.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述机壳设计为圆柱形，所述导流罩对应所述机壳设置为圆环形，所述导流罩与所述机壳成同心圆并嵌设在所述机壳内，所述导流罩直径与定子绕组外周直径一致。

5.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述机壳设置为圆锥形，所述导流罩对应所述机壳设置为圆锥环形，所述导流罩与所述机壳成同心圆并嵌设在所述机壳内，所述导流罩大端直径与定子绕组外周直径一致。

6.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述转子冷却风道包括至少两条，所述转子冷却风道以电机轴为圆心呈环形均匀分布在转子铁心上。

7.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述定子冷却风道包括至少三条，所述定子冷却风道以电机轴为圆心呈环形均匀分布在所述前外壳内侧。

8.根据权利要求3所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述轴流风扇叶片的根部攻角为30～40°，所述轴流风扇叶片的顶部攻角为25～35°。

9.根据权利要求1所述的一种小型风力发电用密闭式永磁发电机，其特征在于，所述机壳上设置有固定连接座。