[0001] 本发明涉及高转速、大容量水轮发电机和抽水蓄能发电电动机冷却技术领域，具体涉及一种用于降低磁极线圈背风面和迎风面温差的装置及方法。

[0002] 水轮发电机转子往某一方向旋转时，磁极线圈外侧迎风面冷却情况比磁极背风面要好，往往背风面的温升高于迎风面，导致磁极线圈两侧温差较大，这是转子固有结构带来的不可避免的温升均匀性问题，容易带来磁极线圈热变形不协调的问题，对于规划明确的国家重大水电工程高转速、大容量发电机和抽水蓄能发电电动机更为突出，所以如何改善磁极线圈背风面和迎风面的温差是目前急需解决的问题。

[0003] 现有技术方案，有采用磁极线圈内部冷却，来减弱磁极线圈背风面和迎风面冷却条件差异带来的温差影响，但是受限于磁轭风道结构，往往难以对磁极线圈轴向的冷却做到合理有效的分配和调整，不能进一步降低磁极线圈背风面和迎风面的温差。

[0004] 例如一个中国专利申请号为201410024279.7，申请日2014年1月20日，专利名称为《一种转子磁极内冷与外冷分区冷却的方法》的发明专利，其技术方案如下：冷却气体经两磁极线圈进风端上的通风分区装置流至两磁极线圈之间的通道内，形成外冷通风风路，并对磁极线圈的外部进行冷却，同时冷却气体经磁极铁心和磁极线圈之间的间隙流入磁极线圈内部，形成内冷通风风路，并对磁极线圈内部进行冷却，再从磁极线圈内部流至两磁极线圈之间的通道内，通风分区装置将流至通道内的外冷通风风路和内冷通风风路相互隔开。

[0005] 上述专利将内冷和外冷在两磁极线圈之间的通道内的通风风路隔开，内冷和外冷通风风路互不干涉，使内通风的冷却气体顺利地流入两磁极线圈之间的通道内，从而提高整个转子磁极冷却效果；但上述专利并不能很好的提高整个转子磁极冷却效果，从而良好的解决磁极线圈背风面和迎风面的温差过大的技术问题，理由如下：1.上述专利仅在通风分区装置上开设通风窗口，使得冷却风从通风窗口进入，对相邻磁极线圈的外表面进行冷却，但在磁极线圈与磁极铁心之间的内侧风道并未设置通风窗口或其他冷却风引导结构，使得进入内侧风道的冷却风并不稳定；2.磁极在工作时，磁极线圈的背风面和迎风面存在温差不一致现象，而对比专利未设置合适的通风窗口大小以及通风窗口数量，来调节风量匹配，会使磁极线圈的降温不均匀，磁极线圈的整体降温效果较差，最终导致磁极整体的冷却效果减弱。

[0032] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0033] 实施例1如图1所示，图1为图2和图3的c向示意图，一种用于降低磁极线圈背风面和迎风面温差的装置，包括极间分区隔板3；极间分区隔板3安装在相邻的磁极线圈2之间，在极间分区隔板3的中部区域沿轴向方向开设有轴向均压腔13；轴向均压腔13上开设有能使冷却风通入到磁极线圈2的中间导向通风孔10，且轴向均压腔13与极间分区隔板3两侧开设的侧边导向通风孔11相连通；所述中间导向通风孔10的宽度尺寸小于轴向均压腔13的宽度尺寸；
侧边导向通风孔11与中间导向通风孔10均沿极间分区隔板3的轴向方向错位布置；侧边导向通风孔11与磁极线圈2和磁极铁心1之间形成的间隙相连通；磁极线圈2与磁极铁心1之间形成的间隙为磁极线圈径向风道9；磁极线圈周向风道12为多个，开设在磁极线圈2上，并且磁极线圈周向风道12连通磁极线圈径向风道9和磁极线圈2的迎风面4或背风面5形成的风道；错位布置是指在极间分区隔板3的同一宽度方向上，侧边导向通风孔11与中间导向通风孔10无任何孔位上的重叠，错位布置的目的是为了通过中间导向通风孔10通风和侧边导向通风孔11通风，使得磁极线圈2的表面和磁极线圈2的内部冷却，并且能在轴向上实现中间导向通风孔10和侧边导向通风孔11交替进行通风，从而提高磁极线圈2冷却的均匀性，降低磁极线圈2的整体温差。

[0034] 极间分区隔板3轴向方向的两个侧边分别为背风侧和迎风侧；其中，极间分区隔板3的背风侧为靠近磁极线圈2背风面5的一侧；极间分区隔板3的迎风侧为靠近磁极线圈2迎风面4的一侧；极间分区隔板3背风侧开设的侧边导向通风孔11数量大于迎风侧开设的侧边导向通风孔11数量；极间分区隔板3背风侧的每个侧边导向通风孔11轴向长度小于迎风侧的每个侧边导向通风孔11轴向长度。

[0035] 极间分区隔板3背风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和大于迎风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和，使得背风侧一侧进风量大于迎风侧一侧的进风量，从而减小磁极线圈迎风面4和背风面5的温差；背风侧开设的侧边导向通风孔11数量是迎风侧开设的侧边导向通风孔11数量的两倍；如图1所示，设背风侧的每个侧边导向通风孔11长度为H1，背风侧的侧边导向通风孔11数量为N1，迎风侧的每个侧边导向通风孔11长度为H2，迎风侧的侧边导向通风孔11数量为N2，则N1=2N2；若背风侧的每个侧边导向通风孔11长度H1为迎风侧每个侧边导向通风孔11长度为H2的3/4，那么N1·H1=1.5N2·H2；由于磁极工作时，背风侧的磁极线圈2温度会高于迎风侧的磁极线圈2温度，将极间分区隔板3背风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和设置为大于迎风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和的目的在于，保持磁极线圈2背风面5的通风量大于磁极线圈2迎风面4的通风量，才能减小磁极线圈2背风面5和磁极线圈2迎风面4的温差。

[0036] 迎风侧相邻的两个侧边导向通风孔11与背风侧的一个侧边导向通风孔11构成一组侧边导向通风孔11，一组侧边导向通风孔11中位于背风侧的一个侧边导向通风孔11的中心线与迎风侧的一个侧边导向通风孔11的中心线在极间分区隔板3的轴向上高度一致。

[0037] 多个中间导向通风孔10沿轴向均压腔13的轴向方向等间距开设；多个中间导向通风孔10之间等间距的间隔范围为150mm 200mm；此处间隔范围设置综合考虑磁极线圈2多部~位的冷却需求和结构可行性，如果间距低于150mm，中间导向通风孔10设置过于密集，会与侧边导向通风孔11间距过小，并且对应的磁极线圈周向风道12间距也会过小，此时一方面会存在极间径向风道6通风与磁极线圈2内部通风之间风路太近而相互干扰的问题，另一方面磁极线圈2内部开孔太密集对自身刚强度削弱过多，加工制造困难的同时，也不利于磁极线圈2机械安全性；如果间距大于200mm，中间导向通风孔10设置数量减少，同时侧边导向通风孔11的数量也会减少，会影响磁极线圈2冷却效果。

[0038] 每个中间导向通风孔10沿轴向均压腔13轴向方向的开设长度范围为30mm 60mm。~
轴向均压腔13与磁轭8上开设的磁轭径向通风孔相连通，且中间导向通风孔10和侧边导向通风孔11与磁轭径向通风孔相连通；每个侧边导向通风孔11沿极间分区隔板3轴向方向的开设长度范围为30mm 60mm，该通风孔高度与中间导向通风孔10的间距及高度相适应，同时~
也考虑了磁极线圈周向风道12的设置；若开设高度范围小于30mm，产生的风阻较大，风量过小，不利于磁极线圈2冷却；若开设高度范围大于60mm，受限于磁极线圈周向风道12的大小，增大部分不会产生明显的冷却效益，还会削弱极间分区隔板3本身的结构强度。

[0039] 轴向均压腔13为开设在极间分区隔板3轴向方向上的凹槽。

[0040] 实施例2如图2和图3所示，图2为图1的A‑A截面图，图3为图1的B‑B截面图，一种用于降低磁极线圈背风面和迎风面温差的方法，包括如下具体步骤：
步骤一：开始从磁轭8的磁轭径向通风孔通入冷却风，冷却风进入到极间分区隔板
3的轴向均压腔13中，使得冷却风在轴向均压腔13中保持均压，更稳定的输入到中间导向通风孔10以及侧边导向通风孔11。

[0041] 步骤二：如图3所示，轴向均压腔13中的一部分冷风，进入到比轴向均压腔13宽度尺寸小的中间导向通风孔10中，冷风经过相邻的磁极线圈2的迎风面4和背风面5形成的风道，再到达磁极铁心1的外侧；步骤三：如图2所示，轴向均压腔13中的另一部分冷却风，从极间分区隔板3的迎风侧的侧边导向通风孔11以及背风侧的侧边导向通风孔11进入，到达磁极线圈径向风道9，进入到磁极线圈周向风道12，再到达磁极线圈2的迎风面4和背风面5形成的风道，最后到达磁极铁心1的外侧。

[0042] 步骤二和步骤三中的磁轭径向通风孔、轴向均压腔13和极间分区隔板3的中间导向通风孔10连通形成极间径向风道6。

[0043] 步骤三中的磁轭径向通风孔、轴向均压腔13和极间分区隔板3的侧边导向通风孔11连通形成极间侧向风道7。

[0044] 磁极线圈周向风道12为多个，开设在磁极线圈2上，并且磁极线圈周向风道12连通磁极线圈径向风道9和磁极线圈2的迎风面4或背风面5形成的风道。

[0045] 磁极线圈2背风面5的磁极线圈周向风道12数量比磁极线圈2迎风面4的磁极线圈周向风道12数量多10% 30%。~

[0046] 实施例3如图1所示，图1为图2和图3的c向示意图，一种用于降低磁极线圈背风面和迎风面温差的装置，包括极间分区隔板3；极间分区隔板3安装在相邻的磁极线圈2之间，在极间分区隔板3的中部区域沿轴向方向开设有轴向均压腔13；轴向均压腔13上开设有能使冷却风通入到磁极线圈2的中间导向通风孔10，且轴向均压腔13与极间分区隔板3两侧开设的侧边导向通风孔11相连通；所述中间导向通风孔10的宽度尺寸小于轴向均压腔13的宽度尺寸；
侧边导向通风孔11与中间导向通风孔10均沿极间分区隔板3的轴向方向错位布置；侧边导向通风孔11与磁极线圈2和磁极铁心1之间形成的间隙相连通；磁极线圈2与磁极铁心1之间形成的间隙为磁极线圈径向风道9；磁极线圈周向风道12为多个，开设在磁极线圈2上，并且磁极线圈周向风道12连通磁极线圈径向风道9和磁极线圈2的迎风面4或背风面5形成的风道；错位布置是指在极间分区隔板3的同一宽度方向上，侧边导向通风孔11与中间导向通风孔10无任何孔位上的重叠，错位布置的目的是为了通过中间导向通风孔10通风和侧边导向通风孔11通风，使得磁极线圈2的表面和磁极线圈2的内部冷却，并且能在轴向上实现中间导向通风孔10和侧边导向通风孔11交替进行通风，从而提高磁极线圈2冷却的均匀性，降低磁极线圈2的整体温差。

[0047] 极间分区隔板3轴向方向的两个侧边分别为背风侧和迎风侧；其中，极间分区隔板3的背风侧为靠近磁极线圈2背风面5的一侧；极间分区隔板3的迎风侧为靠近磁极线圈2迎风面4的一侧；极间分区隔板3背风侧开设的侧边导向通风孔11数量大于迎风侧开设的侧边导向通风孔11数量；极间分区隔板3背风侧的每个侧边导向通风孔11轴向长度小于迎风侧的每个侧边导向通风孔11轴向长度。

[0048] 极间分区隔板3背风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和大于迎风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和，使得背风侧一侧进风量大于迎风侧一侧的进风量，从而减小磁极线圈迎风面4和背风面5的温差；背风侧开设的侧边导向通风孔11数量是迎风侧开设的侧边导向通风孔11数量的两倍；如图3所示，设背风侧的每个侧边导向通风孔11长度为H1，背风侧的侧边导向通风孔11数量为N1，迎风侧的每个侧边导向通风孔11长度为H2，迎风侧的侧边导向通风孔11数量为N2，则N1=2N2；若背风侧的每个侧边导向通风孔11长度H1为迎风侧每个侧边导向通风孔11长度为H2的3/4，那么N1·H1=1.5N2·H2；由于磁极工作时，背风侧的磁极线圈2温度会高于迎风侧的磁极线圈2温度，将极间分区隔板3背风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和设置为大于迎风侧的所有侧边导向通风孔11的轴向长度之和的目的在于，保持磁极线圈2背风面5的通风量大于磁极线圈2迎风面4的通风量，才能减小磁极线圈2背风面5和磁极线圈2迎风面4的温差。

[0049] 迎风侧相邻的两个侧边导向通风孔11与背风侧的一个侧边导向通风孔11构成一组侧边导向通风孔11，一组侧边导向通风孔11中位于背风侧的一个侧边导向通风孔11的中心线与迎风侧的一个侧边导向通风孔11的中心线在极间分区隔板3的轴向上高度一致。

[0050] 多个中间导向通风孔10沿轴向均压腔13的轴向方向等间距开设；多个中间导向通风孔10之间等间距的间隔范围为150mm 200mm；此处间隔范围设置综合考虑磁极线圈2多部~位的冷却需求和结构可行性，如果间距低于150mm，中间导向通风孔10设置过于密集，会与侧边导向通风孔11间距过小，并且对应的磁极线圈周向风道12间距也会过小，此时一方面会存在极间径向风道6通风与磁极线圈2内部通风之间风路太近而相互干扰的问题，另一方面磁极线圈2内部开孔太密集对自身刚强度削弱过多，加工制造困难的同时，也不利于磁极线圈2机械安全性；如果间距大于200mm，中间导向通风孔10设置数量减少，同时侧边导向通风孔11的数量也会减少，会影响磁极线圈2冷却效果。

[0051] 每个中间导向通风孔10沿轴向均压腔13轴向方向的开设长度范围为30mm 60mm。~
轴向均压腔13与磁轭8上开设的磁轭径向通风孔相连通，且中间导向通风孔10和侧边导向通风孔11与磁轭径向通风孔相连通；每个侧边导向通风孔11沿极间分区隔板3轴向方向的开设长度范围为30mm 60mm，该通风孔高度与中间导向通风孔10的间距及高度相适应，同时~
也考虑了磁极线圈周向风道12的设置；若开设高度范围小于30mm，产生的风阻较大，风量过小，不利于磁极线圈2冷却；若开设高度范围大于60mm，受限于磁极线圈周向风道12的大小，增大部分不会产生明显的冷却效益，还会削弱极间分区隔板3本身的结构强度。

[0052] 轴向均压腔13为开设在极间分区隔板3轴向方向上的凹槽。

[0053] 如图2和图3所示，图2为图1的A‑A截面图，图3为图1的B‑B截面图，一种用于降低磁极线圈背风面和迎风面温差的方法，包括如下具体步骤：步骤一：开始从磁轭8的磁轭径向通风孔通入冷却风，冷却风进入到极间分区隔板
3的轴向均压腔13中，使得冷却风在轴向均压腔13中保持均压，更稳定的输入到中间导向通风孔10以及侧边导向通风孔11。

[0054] 步骤二：如图3所示，轴向均压腔13中的一部分冷风，进入到比轴向均压腔13宽度尺寸小的中间导向通风孔10中，冷风经过相邻的磁极线圈2的迎风面4和背风面5形成的风道，再到达磁极铁心1的外侧；步骤三：如图2所示，轴向均压腔13中的另一部分冷却风，从极间分区隔板3的迎风侧的侧边导向通风孔11以及背风侧的侧边导向通风孔11进入，到达磁极线圈径向风道9，进入到磁极线圈周向风道12，再到达磁极线圈2的迎风面4和背风面5形成的风道，最后到达磁极铁心1的外侧。

[0055] 步骤二和步骤三中的磁轭径向通风孔、轴向均压腔13和极间分区隔板3的中间导向通风孔10连通形成极间径向风道6。

[0056] 步骤三中的磁轭径向通风孔、轴向均压腔13和极间分区隔板3的侧边导向通风孔11连通形成极间侧向风道7。

[0057] 磁极线圈周向风道12为多个，开设在磁极线圈2上，并且磁极线圈周向风道12连通磁极线圈径向风道9和磁极线圈2的迎风面4或背风面5形成的风道。

[0058] 磁极线圈2背风面5的磁极线圈周向风道12数量比磁极线圈2迎风面4的磁极线圈周向风道12数量多10% 30%。~

[0059] 上述说明是针对本申请的较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本申请的专利申请范围，凡本申请所提示的技术精神下等变化或修饰变更，均应属于本申请所涵盖专利范围。