一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法技术

本发明专利技术公开一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，包括下述步骤：1)获取设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸信息；2)首次确定铁心段份数及每份铁心段数量；3)首次确定各铁心段叠片高度；4)结合步骤1和步骤3信息首次确定各风沟风量；5)重新确定各铁心段叠片高度；6)对除边端铁心段外其余各段叠片高度进行取整；7)重新确定边端铁心段叠片高度；8)按照步骤1、步骤6和步骤7信息重新确定各风沟风量；9)以相邻两次风沟风量差异为判定依据，最终确定定子铁心段叠片高度。与目前常用铁心段叠片高度确定方法相比，本发明专利技术方法可以使定子轴向温度更加均匀的同时，有效降低定子的最高温度，提高发电机的运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法
本专利技术涉及一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，更具体而言，涉及一种改善永磁直驱风力发电机定子温度分布，使之更加均匀的铁心段叠片高度的确定方法。
技术介绍
永磁直驱风力发电机定子主要依靠空气流经各定子铁心段及其之间的通风槽钢组成的风沟来进行冷却。目前各铁心段叠片高度常用的确定方法：在已知风沟数、风沟高度、定子铁心轴向高度的基础上，定子铁心轴向高度减各风沟高度和得到定子铁心段总高度，然后再用定子铁心段总高度除以铁心段数即为各铁心段叠片高度，若为非整数，则保证除边端两段外其余各段均为最接近平均值的整数，剩余尺寸由边端两铁心段平均承担。虽然上述方法简单快捷，铁心叠装过程更易操作，但由于永磁直驱风力发电机风路结构特征导致各风沟风量呈现中间多、两端少的明显变化趋势，即热负荷相近的铁心段在接近两端位置由较少风冷却，在近中部位置由较多风冷却，造成了定子轴向温度分布的不均匀性，长时间运行可能导致铁心翘曲，发生事故。本专利技术就是在目前常用铁心段叠片高度确定方法优缺点基础上，提出了一种改进的永磁直驱外转子风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，改进后的方法可以使定子轴向温度更加均匀的同时，降低定子的最高温度，提高发电机的运行稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是为了解决永磁直驱风力发电机各铁心段叠片高度均匀情况下导致的定子轴向温度分布不均匀的问题，提出了一种新的，可以减小定子最高温度，可以使定子轴向温度更加均匀，进而提高发电机运行稳定性的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法。本专利技术的具体实现步骤如下：步骤1：获取设计永磁直驱风力发电机时的设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸参数，其中其他发电机尺寸参数包括定子铁心内径、定子铁心外径、气隙高度、定子铁心槽形尺寸、定子线圈尺寸、通风槽钢尺寸、转子尺寸，各尺寸单位均为毫米，以上参数为下述步骤的基本输入参数；步骤2：首次确定铁心段份数及每份铁心段数量，定子铁心段数为n+1，将铁心段数按照(n+1)/3分为上、中、下三份：整除时，三份铁心段数相同；不能整除时存在两种情况，余数为1和余数为2，余数为1时，上、下份铁心段数均为n/3，中份铁心段数为n/3+1，余数为2时，中份铁心段数为(n-1)/3，上、下份铁心段数均为(n-1)/3+1；步骤3：首次确定各铁心段叠片高度，上份和下份各铁心段叠片高度均为a，中份各铁心段叠片高度均为b，a和b满足以下三个要求：第一，a<b；第二，a和b均为最接近(L-nh)/(n+1)的整数；第三，上、中、下三份铁心段叠片高度总和为L-nh；步骤4：首次确定各风沟风量，对由步骤1获得的信息和步骤3各铁心段叠片高度信息确定的流体场进行N-S方程离散化求解，得到第1风沟至第n风沟风量分别为Q11、Q12、……、Q1n，其中下标第一位数1表示第1次求解风沟风量；步骤5：重新确定各铁心段叠片高度，两边端铁心段叠片高度为步骤3中a，第2段铁心两侧风量占比第3段铁心两侧风量占比……，第n段铁心两侧风量占比更新各铁心段叠片高度：第2段l12＝x12·(L-nh-2a)，第3段l13＝x13·(L-nh-2a)，……，第n段l1n＝x1n·(L-nh-2a)，此步骤中下标第一位数1表示第1次求解风沟风量，且根据此次风沟风量值求得的铁心段两侧风量占比及铁心段叠片高度的下标第一位数也用此数；步骤6：第2段至第n段铁心段叠片高度取整，以个位数和小数的组合数作为判断依据，当组合数∈[0,2.5)，取0将其替代，其余位上的数不变；当组合数∈[2.5,7.5)，取5将其替代，其余位上的数不变；当组合数∈[7.5,10)，取0将其替代，十位数、百位数相应进位，取整后第2段至第n段铁心叠片高度记为[l12]、[l13]、……、[l1n]；步骤7：重新确定第1段、第n+1段铁心段叠片高度[l11]和[l1(n+1)]，保留1位小数；步骤8：重新确定各风沟风量，对由步骤1尺寸参数和步骤6、步骤7各铁心段叠片高度参数确定的流体场进行N-S方程离散化求解，得到第1风沟至第n风沟风量分别为Q21、Q22、……、Q2n，其中下标第一位数2表示第2次求解风沟风量；步骤9：当数值存在大于10％的情况，则将步骤8中各风沟风量带入步骤5中进行替换，重复步骤5～步骤8，并以10％为依据决定是否继续替换和重复，直到均不大于10％，停止迭代，即可确定第2段至第n段铁心段两侧风量占比xi2、xi3、……、xin，进一步地确定了各段铁心段叠片高度[li1]、[li2]、……、[li(n+1)]，其中下标第一位数i表示第i次求解风沟风量，且根据第i次风沟风量值求得的铁心段两侧风量占比及铁心段叠片高度的下标第一位数也用此数。本专利技术的有益技术效果是：针对永磁直驱风力发电机，目前定子铁心段叠片高度常用的确定方法为平均法，即各定子铁心段叠片高度相似，且接近平均值，进一步地说明各铁心段热负荷相似。由于永磁直驱风力发电机风路结构特征导致会各风沟风量呈现中间多、两端少的分布特征，即热负荷相近的铁心段在接近两端位置由较少风冷却，在近中部位置由较多风冷却，造成了定子轴向温度分布的不均匀性。新的铁心段叠片高度确定方法可以更协调地将各铁心段热负荷及其对应的冷却风量进行匹配，使定子温度沿轴向分布更加均匀，有效防止铁心翘曲，保证发电机的可靠运行。附图说明图1为一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定流程。图2为一种永磁直驱风力发电机定子铁心段示意图。图3为一种永磁直驱风力发电机冷却风路示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术方法的实施方式作详细说明。本专利技术主要涉及一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸信息的获取问题不是本专利技术的考虑范围。本专利技术假设在确定定子铁心段叠片高度之前，在设计一种永磁直驱风力发电机时，设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸信息已经被获取，其中其他发电机尺寸信息包括定子铁心内径、定子铁心外径、气隙高度、定子铁心槽形尺寸、定子线圈尺寸、通风槽钢尺寸、转子尺寸，各尺寸单位均为毫米。此外，对流体场进行N-S方程离散化求解所涉及的算法也不属于本专利技术的考虑范围。在介绍本专利技术方法的详细过程前，我们先对涉及到的符号作如下约定：Q：设计风量，m3/s；n：定子风沟数；h：定子风沟高度，mm；L：定子铁心轴向高度，mm；a：首次确定铁心段份数及每份铁心段数量时，上份和下份各铁心段叠片高度，mm；b：首次确定铁心段份数及每份铁心段数量时，中份各铁心段叠片高度，mm；Q11、Q12、……、Q1n：第1风沟风量、第2风沟风量、……、第n风沟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，其特征包括如下步骤：/n步骤1：获取设计永磁直驱风力发电机时的设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸参数，其中其他发电机尺寸参数包括定子铁心内径、定子铁心外径、气隙高度、定子铁心槽形尺寸、定子线圈尺寸、通风槽钢尺寸、转子尺寸，各尺寸单位均为毫米，以上参数为下述步骤的基本输入参数；/n步骤2：首次确定铁心段份数及每份铁心段数量，定子铁心段数为n+1，将铁心段数按照(n+1)/3分为上、中、下三份：整除时，三份铁心段数相同；不能整除时存在两种情况，余数为1和余数为2，余数为1时，上、下份铁心段数均为n/3，中份铁心段数为n/3+1，余数为2时，中份铁心段数为(n-1)/3，上、下份铁心段数均为(n-1)/3+1；/n步骤3：首次确定各铁心段叠片高度，上份和下份各铁心段叠片高度均为a，中份各铁心段叠片高度均为b，a和b满足以下三个要求：第一，a<b；第二，a和b均为最接近(L-nh)/(n+1)的整数；第三，上、中、下三份铁心段叠片高度总和为L-nh；/n步骤4：首次确定各风沟风量，对由步骤1获取的参数和步骤3各铁心段叠片高度参数确定的流体场进行N-S方程离散化求解，得到第1风沟至第n风沟风量分别为Q...

【技术特征摘要】
1.一种永磁直驱风力发电机定子铁心段叠片高度的确定方法，其特征包括如下步骤：
步骤1：获取设计永磁直驱风力发电机时的设计风量Q、定子风沟数n、定子风沟高度h、定子铁心轴向高度L及其他发电机尺寸参数，其中其他发电机尺寸参数包括定子铁心内径、定子铁心外径、气隙高度、定子铁心槽形尺寸、定子线圈尺寸、通风槽钢尺寸、转子尺寸，各尺寸单位均为毫米，以上参数为下述步骤的基本输入参数；
步骤2：首次确定铁心段份数及每份铁心段数量，定子铁心段数为n+1，将铁心段数按照(n+1)/3分为上、中、下三份：整除时，三份铁心段数相同；不能整除时存在两种情况，余数为1和余数为2，余数为1时，上、下份铁心段数均为n/3，中份铁心段数为n/3+1，余数为2时，中份铁心段数为(n-1)/3，上、下份铁心段数均为(n-1)/3+1；
步骤3：首次确定各铁心段叠片高度，上份和下份各铁心段叠片高度均为a，中份各铁心段叠片高度均为b，a和b满足以下三个要求：第一，a<b；第二，a和b均为最接近(L-nh)/(n+1)的整数；第三，上、中、下三份铁心段叠片高度总和为L-nh；
步骤4：首次确定各风沟风量，对由步骤1获取的参数和步骤3各铁心段叠片高度参数确定的流体场进行N-S方程离散化求解，得到第1风沟至第n风沟风量分别为Q11、Q12、……、Q1n，其中下标第一位数1表示第1次求解风沟风量；
步骤5：重新确定各铁心段叠片高度，两边端铁心段叠片高度为步骤3中a，第2段铁心两侧风量占比第3段铁心两侧风量占比第n段铁心两侧风量占比更新各铁心段叠片高度：第2段l12＝x12·...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平超，金波，明野，韩荣娜，秦光宇，轩秋月，刘双，王海，杨越，于鸿浩，
申请(专利权)人：哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司，哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23