CN108712019A - 一种屏蔽电机及其绕组端部散热机构及散热方法 - Google Patents

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刘立志
杨松
邓礼平
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    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明公开了一种屏蔽电机及其屏蔽电机绕组端部散热机构及散热方法，屏蔽电机绕组端部散热机构包括设置在定子铁芯内壁的屏蔽套；屏蔽套两端与电机机座密封连接形成一个密闭空腔，将定子铁芯和绕组线圈密封在该密闭空腔内，密闭空腔内在绕组线圈的端部处填充有导热系数高于空气的导热材料。本发明在屏蔽电机绕组端部的空腔中填充导热材料，提高绕组端部至电机机座的导热系数，从而提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效。

Description

一种屏蔽电机及其绕组端部散热机构及散热方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种屏蔽电机及其绕组端部散热机构及散热方法。
背景技术
屏蔽电机由于全密封无泄漏、辅助系统少的优点被广泛应用于核能系统，以避免带放射性的冷却剂泄露到大气环境中。屏蔽电机运行时其内部转子腔室充满所输送的介质，为避免屏蔽电机绕组与输送介质的接触，设置了定子屏蔽套将电机绕组与介质隔离。屏蔽电机绕组和定子铁芯处于电机机座、定子屏蔽套所围成的、充满空气的密闭空腔内。
现有的屏蔽电机冷却方法是在电机外部通水冷却，绕组端部的热量需首先散发到绕组所在空腔内的空气中，再通过空气将热量传导至电机机座，然后由电机外部的冷却水将热量带走。
屏蔽电机运行时产生的热量主要位于绕组端部，空气的导热系数较低导致绕组产生的热量不易散发至环境中，绕组端部产生的热量传导至电机机座的效果差，绕组端部的热量不能有效导出，绕组端部的温度相对较高，经常导致绕组端部绝缘损坏、击穿，造成屏蔽电机失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屏蔽电机绕组端部散热机构，解决绕组端部的热量不能有效导出的问题，在屏蔽电机绕组端部的空腔中填充导热材料，提高绕组端部至电机机座的导热系数，从而提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效。本发明还提供可一种屏蔽电机绕组端部散热方法以及一种屏蔽电机。
本发明通过下述技术方案实现：
一种屏蔽电机绕组端部散热机构，包括设置在定子铁芯内壁的屏蔽套；屏蔽套两端与电机机座密封连接形成一个密闭空腔，将定子铁芯和绕组线圈密封在该密闭空腔内，所述密闭空腔内在绕组线圈的端部处填充有导热系数高于空气的导热材料。在核能装置高温高压全密封结构的屏蔽泵电机定子中，为了避免电机的定子铁芯和绕组线圈与反应堆冷却剂液体接触而造成电机故障，采用了将薄壁不锈钢屏蔽套装入电机定子铁芯内壁、并在不锈钢屏蔽套两端进行密封焊接，以达到密封隔离的目的，但采用这种结构后，密闭空腔内空气的导热系数较低导致绕组产生的热量不易散发至环境中，造成绕组端部散热条件较差，经常导致绕组端部绝缘损坏、击穿，使屏蔽电机失效，于是，本申请的发明人在密闭空腔内绕组端部所在的位置填充导热材料，利用导热材料导热系数高于空气的特性，提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效。相较于水冷方式，本申请中的技术方案存在以下优势：a、不需要在电机定子腔内设置冷却水管，结构更为简单；b、不存在冷却水管泄漏的隐患，有利于电机绕组安全；c、定子腔内填充物与绕组直接接触，更利于实现绕组与电机机座的热量传递，散热效果更好。
作为本发明的进一步改进，上述电机机座两端开设有填充孔，该填充孔与密闭空腔连通，主要用于使用前向密闭空腔填充导热材料或者使用后从密闭空腔取出导热材料，在使用中该填充孔通过密封结构(例如螺栓)密封。
进一步，所述导热材料为固体颗粒，固体颗粒一方面能够更好地接触绕组端部和电机机座，另一方面也便于使用结束后通过填充孔移出屏蔽套与电机机座形成的密闭空腔。
优选的，所述导热材料为石英砂，石英砂具有良好的电绝缘性能，提高绕组线圈与定子铁芯、电机机座的电绝缘性能；且石英砂的导热系数大幅高于空气的导热系数，可显著提高屏蔽泵电机定子绕组线圈的散热效果。
优选的，所述导热材料的直径不大于2mm。
一种屏蔽电机，包括电机机座、定子铁芯和连接在定子铁芯上的绕组线圈，所述定子铁芯和绕组线圈位于电机机座内，所述定子铁芯内壁设置有屏蔽套，屏蔽套两端还与电机机座密封连接形成一个密闭空腔，所述定子铁芯和绕组线圈密封在该密闭空腔内，所述密闭空腔内在绕组线圈的端部处填充有导热系数高于空气的导热材料。
一种屏蔽电机绕组端部散热方法，在绕组线圈的端部处填充导热系数高于空气的导热材料。
进一步，所述导热材料采用固体颗粒，直径不大于2mm。
进一步，所述导热材料采用石英砂。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在屏蔽电机绕组端部的空腔中填充导热材料，提高绕组端部至电机机座的导热系数，从而提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效；
2、本发明的导热材料采用固体颗粒，一方面能够更好地接触绕组端部和电机机座，另一方面也便于使用结束后通过填充孔移出屏蔽套与电机机座形成的密闭空腔；
3、本发明的导热材料采用石英砂，石英砂具有良好的电绝缘性能，提高绕组线圈与定子铁芯、电机机座的电绝缘性能；且石英砂的导热系数大幅高于空气的导热系数，可显著提高屏蔽泵电机定子绕组线圈的散热效果。
4、本发明中石英砂的当量直径小于2mm，可以尽量增大与绕组线圈、电机机座的接触面积，提高导热效果。
5、相较于现有技术的水冷方式，本发明不需要在电机定子腔内设置冷却水管，结构更为简单；本发明不存在冷却水管泄漏的隐患，有利于电机绕组安全；本发明定子腔内填充物与绕组直接接触，更利于实现绕组与电机机座的热量传递，散热效果更好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的一种实施方式的结构示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-绕组线圈，2-定子铁芯，3-屏蔽套；4-电机机座；5-导热材料；6-填充孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
【实施例1】
现有技术中，高温高压全密封结构的屏蔽泵的电机部分与水力部件连成一个整体处于全密封主泵压力边界之内的液体之中，为了避免电机的绕组线圈1和定子铁芯2与输送液体接触而造成电机故障，采用了将薄壁不锈钢屏蔽套3装入电机定子铁芯2内壁、并在定子铁芯2两端进行密封焊接，以达到密封隔离的目的。但采用这种结构后，屏蔽套3两端与电机机座4密封连接形成一个密闭空腔，定子铁芯2和绕组线圈1密闭在屏蔽套3与电机机座4形成的密闭空腔内，对电机定子的散热较为不利。有鉴于此，本申请的发明人提供了以下的散热方案，具体为一个屏蔽电机绕组端部散热机构，该散热结构包括了上述的设置在定子铁芯2内壁的屏蔽套3，并且在屏蔽套3与电机机座4形成的密闭空腔内在绕组线圈1的端部处(即定子铁芯2两端)填充有导热系数高于空气的导热材料；此外，所述电机机座4两端开设有填充孔6，该填充孔6为直径Φ20mm的螺孔，与密闭空腔连通。在定子铁芯2、绕组线圈1、电机机座4组装完成后，通过电机机座4两端的螺孔向定子铁芯2两端的密闭空间内填充导热材料5，使导热材料充满绕组端部所在空腔，利用导热材料导热系数高于空气的特性，提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效。
利用本实施例中的屏蔽电机绕组端部散热机构进行绕组端部散热方法为在绕组线圈1的端部处填充满导热系数高于空气的导热材料。
导热材料为具有导热功能、绝缘性能优良的材料。本实施例中导热材料为固体颗粒，固体颗粒导热材料应同时具有良好的电绝缘性能，在绕组线圈1自身浸渍的绝缘漆基础上，进一步提高绕组线圈与定子铁芯、电机机座的电绝缘性能。导热材料的当量直径应尽量小以增大与绕组线圈、电机机座的接触面积，提高导热效果。导热材料填满定子内腔两端的密闭空间，绕组线圈产生的热量传导给导热材料，再通过导热材料传导给电机机座，由电机机座外的冷却水带走热量。导热材料5采用固体颗粒，一方面能够更好地接触绕组端部和电机机座，另一方面也便于使用结束后通过填充孔移出屏蔽套与电机机座形成的密闭空腔；
导热材料优选采用直径不大于2mm的石英砂。由于石英砂的导热系数为10W/m·K，大幅高于空气的导热系数0.023W/m·K，因此可显著提高屏蔽泵电机定子绕组线圈的散热效果。
在其他实施例中，导热材料也可以采用石膏或者硅胶等导热、绝缘性能优良的材料。
相较于现有技术的水冷方式，本实施例中的散热结构存在以下优势：a、不需要在电机定子腔内设置冷却水管，结构更为简单；b、不存在冷却水管泄漏的隐患，有利于电机绕组安全；c、定子腔内填充物与绕组直接接触，更利于实现绕组与电机机座的热量传递，散热效果更好。
【实施例2】
本实施例中提供一种屏蔽电机，如图1所示，屏蔽电机包括电机机座4、定子铁芯2和连接在定子铁芯2上的绕组线圈1，所述定子铁芯2和绕组线圈1位于电机机座4内，所述定子铁芯2内壁设置有屏蔽套3，屏蔽套3两端还与电机机座4密封连接形成一个密闭空腔，所述定子铁芯2和绕组线圈1密封在该密闭空腔内，所述密闭空腔内在绕组线圈1的端部处填充有导热系数高于空气的导热材料5。所述导热材料5为固体颗粒，本实施例中采用直径不大于2mm的石英砂。此外，所述电机机座4两端开设有填充孔6，该填充孔6为螺孔，与密闭空腔连通，用于将石英砂填入密闭空腔或从密闭空腔中取出。在定子铁芯2、绕组线圈1、电机机座4组装完成后，通过电机机座4两端的螺孔向定子铁芯2两端的密闭空间内填充导热材料5，使导热材料充满绕组端部所在空腔，利用导热材料导热系数高于空气的特性，提高绕组端部的散热效果，避免绕组端部的绝缘因温度超过限值而加速老化、失效。
为了更好地支撑屏蔽套3，所述密闭空腔内还设置有支撑板，该支撑板连接在屏蔽套3于电机机座4之间，且紧贴定子铁芯2设置，支撑板可以很好地提高屏蔽套对外部压力的承受能力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种屏蔽电机绕组端部散热机构，包括设置在定子铁芯(2)内壁的屏蔽套(3)；屏蔽套(3)两端与电机机座(4)密封连接形成一个密闭空腔，将定子铁芯(2)和绕组线圈(1)密封在该密闭空腔内，其特征在于，所述密闭空腔内在绕组线圈(1)的端部处填充有导热系数高于空气的导热材料(5)。
2.根据权利要求1所述的一种屏蔽电机绕组端部散热机构，其特征在于，所述电机机座(4)两端开设有填充孔(6)，该填充孔(6)与密闭空腔连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种屏蔽电机绕组端部散热机构，其特征在于，所述导热材料(5)为固体颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种屏蔽电机绕组端部散热机构，其特征在于，所述导热材料(5)为石英砂。
5.根据权利要求3所述的一种屏蔽电机绕组端部散热机构，其特征在于，所述导热材料(5)的直径不大于2mm。
6.一种屏蔽电机，包括电机机座(4)、定子铁芯(2)和连接在定子铁芯(2)上的绕组线圈(1)，所述定子铁芯(2)和绕组线圈(1)位于电机机座(4)内，其特征在于，还包括权利要求1-5任一所述的屏蔽电机绕组端部散热机构。
7.一种屏蔽电机绕组端部散热方法，其特征在于，在绕组线圈(1)的端部处填充导热系数高于空气的导热材料(5)。
8.根据权利要求7所述的一种屏蔽电机绕组端部散热方法，其特征在于，所述导热材料(5)采用固体颗粒。
9.根据权利要求8所述的一种屏蔽电机绕组端部散热方法，其特征在于，所述导热材料(5)采用石英砂。
10.根据权利要求8所述的一种屏蔽电机绕组端部散热方法，其特征在于，所述导热材料(5)的直径不大于2mm。
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