本發明涉及永磁直驅風電電機通風冷卻，具體涉及一種高海拔長鐵心風電電機定子分區冷卻的方法，適用于高海拔大容量永磁低速風電電機。

背景技術：

1、低速永磁風電電機轉速低，僅有10r/min左右，旋轉部件產生的壓力僅有幾帕，無法驅動空氣在電機內部流動帶走電機運行的損耗。一般采用專門風機用作空氣流動的主要壓力源。而對于較大容量永磁低速風電電機鐵心較長，采用鐵心徑向通風方式，冷卻空氣經過定子后，進入氣隙，向鐵心兩端擴散，最后通過定子繞組端部以及通風道，其鐵心較長，對定子實現直接冷卻的部位的通風路徑長，加之由于結構限制，一般無法在機座周向均勻布置風機，從而會因為定子線圈和鐵心周向溫度分布不均，周向溫差可達30k-40k，導致難以實現電磁負荷的進一步提升，影響電機經濟性。

2、例如中國專利中，授權公告號為cn110429747b，授權公告日為2020年11月20日，名稱為一種降低電機線圈和鐵心周向溫差的方法,該方法中，冷卻空氣從下方的進風管道進入大空腔中，冷卻空氣從大空腔進入氣隙的同時對定子鐵心的端部進行冷卻，冷卻空氣進入氣隙進行擾流，進入定子通風溝進行熱交換，但定子鐵心較長，冷卻空氣從定子一端的氣隙流向定子另一端的行程中，冷卻空氣的溫度由于定子鐵心、定子線圈、轉子磁鋼發散熱量的影響，冷卻空氣溫度逐漸升高，對定子端部的冷卻效果不顯著，由于行程越長，流向定子通風溝的冷卻空氣溫度越高，導致每一段定子鐵心冷卻不均勻，冷卻效率不高；冷卻空氣從大空腔進入進風腔中，由于進風腔的徑向尺寸小，導致風阻大，進入的冷卻空氣就少，一方面導致與定子鐵心直接接觸時間短，能夠進行熱交換的時間短，熱交換效率低，另一方面冷卻空氣從進風腔一端流向另一端時受定子鐵心、定子線圈發散熱量的影響，冷卻空氣溫度逐漸升高，導致每一段定子鐵心冷卻不均勻，冷卻效率不高。

3、特別對于高海拔大容量永磁低速風電電機，由于空氣密度低，降溫更加困難，進一步限制電機電磁負荷提升。

技術實現思路

1、為解決上述現有技術的不足，本發明提供了一種高海拔長鐵心風電電機定子分區冷卻的方法，適用于高海拔大容量永磁低速風電電機。

2、本發明通過如下計算方案實現：

3、一種高海拔長鐵心風電電機定子分區冷卻的方法，其特征在于：冷卻空氣從第一通風管道進入第一均壓腔后，在圓周方向分散開，流向第一均壓腔對應定子鐵心圓周上分布的徑向通風道到氣隙，再進入第四空間對定子線圈的非驅動端進行冷卻，同時冷卻空氣由第四空間流向第五空間；

4、冷卻空氣從第二通風管道進入到第三均壓腔后，同樣在圓周方向分散開，流向第三均壓腔對應定子鐵心圓周上分布的徑向通風道到氣隙，再進入第六空間對定子線圈的驅動端進行冷卻，同時冷卻空氣由第六空間進入第三空間，再流向第五空間；

5、冷卻空氣從第三通風管道進入到第二均壓腔后，在圓周方向分散開進入進風腔內，流向進風腔對應定子鐵心圓周上分布的徑向通風道到氣隙，通過氣隙流向第一出風腔和第二出風腔對應圓周上分布的徑向通風道，進入到第一出風腔和第二出風腔，第一出風腔的冷卻空氣進入第一空間、第二空間，進入第五空間，第二出風腔內的冷卻空氣流向第二空間，第五空間；至此，三路風匯集到第五空間，經由第五空間上安裝的出風管道排出。

6、在定子鐵心與定子機座之間形成腔體，在定子機座上安裝第三環板，該第三環板將腔體分隔為左右兩個腔室；在腔室內間隔設置多個軸向筋板，軸向筋板將腔室分隔為多個軸向腔，軸向腔沿定子機座圓周均勻分布，多個軸向腔一部分為進風腔，一部分為出風腔，進風腔和出風腔相鄰設置，且沿圓周均勻分布；進風腔的第三環板上開設有通風孔道，將該進風腔形成為軸向上更長的進風腔；出風腔由第三環板分隔為第一出風腔和第二出風腔；在定子線圈的非驅動端設置第四空間，第四空間下方設置第五空間，并與第四空間連通；第五空間和軸向腔之間設置有第一均壓腔和第二均壓腔，第二均壓腔與進風腔連通，軸向腔靠近定子線圈的驅動端處相鄰設置有第三均壓腔，第五空間內安裝第一通風管道、第二通風管道和第三通風管道；第一通風管道的出風口置于第一均壓腔內，與第一均壓腔連通；第二通風管道出風口穿過進風腔置于第三均壓腔內，與第三均壓腔連通；第三通風管道的出風口置于第二均壓腔內，與第二均壓腔連通；在腔體下方設置第一空間、第二空間，第一出風腔連通第一空間，第二出風腔連通第二空間，第一空間與第二空間連通，第二空間連通第五空間；第一空間與第二空間下方安裝第六空間和第三空間，第六空間連通第三空間，第三空間連通第五空間。

7、進一步的，所述定子機座包括定子鐵心內徑側背部依次設置第一環板、第二環板、第三環板，第四環板和第五環板和若干軸向筋板，第二環板與第三環板之間設置第六環板，第六環板一端與第二環板連接，另一端與第三環板連接；第三環板與第五環板之間設置第七環板，第七環板一端與第三環板連接，另一端與第五環板連接，第四環板底端與第七環板連接，由第二環板、第六環板、第七環板和第四環板圍成腔體，第三環板將腔體分隔為左右兩個腔室，其中一個腔室由第二環板、第三環板、第六環板圍成，另一個腔室由第三環板、第七環板和第四環板圍成；第一環板和第三環板之間連接斜向的錐形環板，第二環板末端連接在錐形環板上，第一環板、第二環板和錐形環板圍成第三均壓腔；第四環板與第五環板之間設置第十環板，第十環板一端連接第四環板，另一端連接第五環板，且第十環板位于第七環板的上方；由第四環板、第五環板、第七環板、第十環板圍成冷卻空氣通過的第一均壓腔和第二均壓腔。

8、進一步的，第二均壓腔的第四環板上圓周間隔設置第一通風孔使得進風腔與第二均壓腔連通；第六環板沿圓周間隔設置第二通風孔，第二通風孔僅分布在第一出風腔所對應的第六環板上，用于連通第一空間；第七環板上沿圓周間隔設置第三通風孔，第三通風孔僅分布在第二出風腔所對應的第七環板上，用于連通第二空間；第二通風孔和第三通風孔在圓周上的位置相同。

9、進一步的，第六環板位于錐形環板的上方，第三環板、第六環板和錐形環板圍成第一空間，第七環板下方設置第八環板，第八環板一端連接第三環板，另一端連接第五環板；第三環板、第五環板、第七環板和第八環板圍成第二空間；位于第一空間和第二空間中的第三環板上沿圓周設置第四通風孔用于第一空間連通第二空間；第八環板下方設置第九環板，第九環板一端連接第三環板，另一端連接第五環板，第三環板、第五環板、第八環板和第九環板圍成第三空間。

10、進一步的，定子鐵心設置在轉子圓筒內，轉子圓筒與定子鐵心間設置轉子磁鋼，相鄰兩段定子鐵心之間設置通風槽鋼，兩段定子鐵心與通風槽鋼形成徑向分隔的徑向通風道，拉緊螺桿貫穿多段定子鐵心，拉緊螺桿的兩端均用定子端部壓板固定；轉子磁鋼與定子鐵心之間設置有氣隙。

11、進一步的，轉子圓筒連接轉子非驅動端環板，轉子非驅動端環板裝配密封結構m，轉子非驅動端環板與第五環板之間設置第十一環板，第十一環板一端連接第五環板，另一端連接轉子非驅動端環板，第十一環板和第五環板、定子端部壓板、轉子非驅動端環板、轉子圓筒形成第四空間；轉子非驅動端環板連接第十二環板一端；第十一環板下方設置第十三環板，第十三環板一端連接第五環板，另一端連接第十二環板另一端，由轉子非驅動端環板、第十一環板、第十二環板、第十三環板和第五環板圍成第五空間；第十一環板上沿圓周均勻設置第五通風孔用于第四空間連通第五空間；第一環板、錐形環板、第三環板、轉子圓筒圍成第六空間，位于第六空間和第三空間中的第三環板上設置第六通風孔用于第六空間連通第三空間，位于第二空間、第三空間和第五空間的第五環板沿圓周設置第七通風孔，使得第二空間和第三空間均連通第五空間。

12、進一步的，第五環板和第十二環板在圓周上對應開設多個第八通風孔用于多根第一通風管道穿過，第一通風管道的一端位于第一均壓腔內，另一端位于第五空間外；第二環板、第三環板、第四環板、第五環板、第十二環板在圓周上對應開設多個第九通風孔用于多根第二通風管道穿過，第二通風管道的一端位于第三均壓腔內，另一端位于第五空間外；第五環板和第十二環板在圓周上對應開設多個第十通風孔用于多根第三通風管道穿過，第三通風管道的一端位于第二均壓腔內，另一端位于第五空間外；第十二環板上沿圓周安裝多根出風管道。

13、進一步的，第一通風管道、第二通風管道和第三通風管道組合配置為一套進風管道，進風管道和出風管道沿圓周均勻分布，數量為6-8個，并在進風管道處安裝鼓風機。

14、進一步的，所述進風腔、第一出風腔、第二出風腔徑向尺寸不小于100毫米。

15、進一步的，第一均壓腔徑向尺寸不小于150毫米；第二均壓腔徑向尺寸不小于100毫米，第三均壓腔徑向尺寸不小于200毫米。

16、進一步的，所述氣隙值為4-5毫米。

17、進一步的，所述徑向通風道軸向高度為3-4毫米。

18、進一步的，定子鐵心軸向總長度為1500毫米以上，每段定子鐵心軸向長度為20-30毫米，并在軸向均勻分布。

19、進一步的，所述密封結構m包括轉子非驅動端環板、密封安裝環板、壓塊、c型密封、密封環板，轉子非驅動端環板上安裝密封安裝環板、壓塊、c型密封、密封環板；轉子非驅動端環板內徑側的兩端面上加工有用以安裝c型密封的溝槽，并借助壓塊進行固定c型密封，c型密封唇口均朝向內徑側，與安裝在密封安裝環板上的密封環板擠壓配合完成電機動靜分離處的密封。

20、進一步的，所述第四通風孔的數量與第二通風孔或第三通風孔的一致，且與第二通風孔和第三通風孔在圓周上的位置相同。

21、本發明的有益效果如下：

22、1、通過在定子靠近端部的直線段與定子端部采用徑向通風冷卻，在定子中部采用切向氣隙繞流冷卻，改善了定子溫度沿軸向的梯度分布，減小了定子溫差。

23、2、本發明一路冷卻空氣從第一通風管道進入第一均壓腔后，在圓周上散開，流向第一均壓腔對應定子鐵心圓周上分布的徑向通風道到氣隙，再進入第四空間對定子線圈的非驅動端進行冷卻，一方面冷卻空氣對靠近非驅動端定子直線段進行冷卻；另一方面，冷卻空氣流向定子線圈的非驅動端的行程短，能夠充分對定子線圈的非驅動端進行冷卻，提高了冷卻空氣的效率。

24、3、本發明第二路冷卻空氣從第二通風管道進入到第三均壓腔后，同樣在圓周方向分散開，流向第三均壓腔對應定子鐵心圓周上分布的徑向通風道到氣隙，再進入第六空間對定子線圈的驅動端進行冷卻。由于第二通風管道穿過進風腔，有進風腔內的冷卻空氣的作用，再加上第二通風管道的隔離，第二通風管道內的冷卻空氣流向第三均勻腔的行程中，受定子鐵心發散的熱量影響較小，因此能夠保證對靠近驅動端定子直線段的充分冷卻，同時也能夠保證對定子線圈的驅動端的充分冷卻，提高了冷卻空氣的效率。

25、4、本發明第一方面，進風腔和第一出風腔和第二出風腔的徑向尺寸大，能夠減少風阻，保證進風腔內有充足的冷卻空氣對定子鐵心進行冷卻，冷卻空氣于定子鐵心進行熱交換后，能夠保證熱風順暢的流出第一出風腔和第二出風腔；第二方面，進風腔的徑向尺寸大，風阻減小，進入的冷卻空氣足夠多，冷卻空氣從對應的進風腔流向徑向通風道、氣隙，通過徑向通風道流向出風腔，使得在定子中間部分冷卻空氣與定子鐵心的接觸面積足夠大，熱交換效果高，從而使每一段定子鐵心及處于每一段定子鐵心處的定子線圈得到更充足的冷卻空氣，提升冷卻效果，軸向溫差降低效果顯著。

26、5、本發明中，每段定子鐵心較常規的較大容量永磁低速風電電機定子鐵心短20%，由于定子鐵心與線圈為徑向通風冷卻，徑向通風道間距越短，越能更大程度增加定子鐵心與定子線圈的散熱面積，提升冷卻效果。

27、6、本發明中，徑向通風道軸向高度為3-4毫米，比現有技術小10%以上，徑向通風道高度的降低，能在盡可能不顯著增加鐵心總長的情況下，使得徑向通風道數量增多，從而增加散熱表面積，利于提升冷卻效果。

28、7、本發明中，第一通風管道、第二通風管道和第三通風管道組合配置為一套進風管道，進風管道和出風管道沿圓周均勻分布，數量為6-8個，并在進風管道處安裝鼓風機，利于冷卻空氣在圓周上流動的更加均勻，利于降低周向風溫差，保證通風冷卻效果。

29、綜上，本發明的冷卻風路提高冷卻效果，降低定子溫差，與現有技術對比，風阻減小30%以上，軸向溫差降低20%以上，周向溫差降低20至25%，提高了冷卻空氣的利用率，從而使得風電電機適應高海拔地區空氣密度更低的不利條件。