CN110297513B - 基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控温方法 - Google Patents

基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控温方法 Download PDF

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Abstract

基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控温方法，属于中大型电机冷却散热技术领域。本发明解决了现有的轴向多流式通风系统及其冷却结构不能够达到很好的冷却散热效果的问题。本发明的创新点在于定子铁芯上开有风隙口，风隙口处设有挡风板，挡风板用于控制风隙口的封闭或打开，自动控制器以STM32单片机作为内核，内部集成了温度传感器、挡风板驱动器以及自动控制电路；温度传感器测量中大型电机内部温度，判断冷却散热情况，通过自动控制器中的挡风板驱动器对挡电动推杆进行自动控制，将推杆伸出或缩回，使挡风板放下或收起，以此来改变风隙口的封闭与打开，通过改变风隙口的封闭或打开状态。本发明用于中大型电机冷却散热。

Description

基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控 温方法
技术领域
本发明涉及一种抑制电机温升的冷却系统及控温方法，具体涉及一种基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控温方法，属于中大型电机冷却散热领域。
背景技术
现实生活中，在中大型电机表现出优越性能的同时，其有效的散热也是关键问题，是核心设计技术之一。现有的散热技术会出现：如进、出风区的温升较大的问题，还出现了进风区轭部和齿部温差高于出风区的轭部和齿部温差的问题。中大型电机在军事方面，能为重要的军事设备提供动力保障，在生产方面，为大型生产设备提供动力或发出电能，在科技领域方面也起着不可替代的作用，中大型电机同样也是国民经济发展的动力源。然而中大型电机在工作时会产生大量的热，不利于电机的运转，这时冷却技术显得尤为重要。在对电机进行冷却时，需要好的冷却结构的支撑。但现在的轴向分段多流式散热方式会导致进、出风区温差较大，还出现了进风区轭部和齿部的温差高于出风区轭部和齿部的温差；这可能是由于从风扇流入的气流原本希望分成两股，一股流入机座背部，另一股流入定、转子铁芯气隙，但前一股在定子铁芯端部及通风道中风比较大，所以大部分气流往气隙内流，由于部分风区机座底部堵塞，这部分风区流量要小得多，因此，出现进风区轭部温升高的现象。
基于上述，研究发现，现有的轴向多流式通风系统及其冷却结构不能够达到很好的冷却散热效果，会出现进风区轭部温升高的现象。不利于电机的运转，甚至可能会损坏电机。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，为了解决现有的轴向多流式通风系统及其冷却结构不能够达到很好的冷却散热效果，会出现进风区轭部温升高的现象，不利于电机的运转，甚至可能会损坏电机的问题，进而提供一种基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统及控温方法。针对现有的结构予以研究改良，以期达到具有更加实用价值性的目的，切实改善处于不同运转工况下的中大型电机的散热问题。
方案一：基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统，包括定子铁芯、转子铁芯、定子机座和端部绕组，所述定子铁芯安装在定子机座内，转子铁芯安装在定子铁芯内，且两者之间构成气隙，端部绕组安装于定子铁芯上，外部冷却器安装于定子机座的外部；所述定子铁芯的径向开设有多个风隙口，每个风隙口的外端均设置有一个挡风板，挡风板用于控制风隙口的封闭或打开，电动推杆置于定子机座外部，电动推杆的执行部穿过定子机座与挡风板连接，定子机座的外部还设置有自动控制器，所述自动控制器以STM32单片机作为内核，内部集成了温度传感器、挡风板驱动器以及自动控制电路，温度传感器的温度探针探入电机内部，温度传感器与自动控制电路电连接，挡风板驱动器与自动控制电路电连接，挡风板驱动器发送脉冲信号控制电动推杆工作。
进一步地：所述STM32单片机具体为广州市星翼电子科技有限公司生产的STM32F103单片机。
进一步地：所述挡风板驱动器为深圳市亿星科技有限公司生产的TB6600驱动器。
进一步地：所述自动控制电路集成在STM32F103单片机的电路板上，向TB6600驱动器发送脉冲信号，控制电动推杆工作。
方案二：基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统的控温方法，该方法是依托方案一所述的基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统实现的，具体为：
温度传感器测量中大型电机内部温度，判断中大型电机冷却散热情况，以达到识别中大型电机在不同工况下运行状态的目的，并通过自动控制器中的挡风板驱动器对挡电动推杆进行自动控制，将推杆伸出或缩回，使挡风板放下或收起，以此来改变风隙口的封闭与打开，通过改变风隙口的封闭或打开状态，使中大型电机内部风路结构改变，改善中大型电机的冷却散热情况；
其中，不同工况为中大型电机处于低功耗额定运行状态、处于高功耗短时过载运行状态以及处于进相运行状态。
进一步地：所述风隙口为28组，由左至右依次编号为11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20、11-21、11-22、11-23、11-24、11-25、11-26、11-27、11-28；
当中大型电机处于低功耗额定运行状态时，发热量小，采用少进少出的方式冷却散热；所述少进少出，即通过推杆封闭部分风隙口，打开11-5、11-6、11-7、11-8、11-13、11-14、11-15、11-16、11-21、11-22、11-23、11-24编号的风隙口，封闭11-1、11-2、11-3、11-4、11-9、11-10、11-11、11-12、11-17、11-18、11-19、11-20、11-25、11-26、11-27、11-28编号的风隙口；
当中大型电机处于高功耗短时过载运行状态时，发热量大，采用中进中出的通风方式进行冷却散热，抑制温升，即通过推杆打开11-2、11-3、11-6、11-7、11-10、11-11、11-14、11-15、11-18、11-19、11-22、11-23、11-26、11-27编号风隙口，封闭11-1、11-4、11-5、11-8、11-9、11-12、11-13、11-16、11-17、11-20、11-21、11-24、11-25、11-28编号风隙口；
当中大型电机处于进相运行状态时，发热量剧增，采用多进多出的通风方式进行冷却散热，通过推杆打开11-2、11-3、11-5、11-6、11-8、11-9、11-11、11-12、11-14、11-15、11-17、11-18、11-20、11-21、11-23、11-24、11-26、11-27编号的风隙口，封闭11-1、11-4、11-7、11-10、11-13、11-16、11-19、11-22、11-15、11-28编号的风隙口。
本发明所达到的效果为：
本发明改善了中大型电机因目前技术所导致的散热不良的现状。挡风板的设置，通过自动控制器中的挡风板驱动器对挡风板推杆的自动控制，将挡风板推杆伸出或缩回，可实现封闭或打开大型电机内部散热风隙，调节风路的结构，以此来适应不同工况下中大型电机的散热问题，实现改善不同工况下的中大型电机散热问题的目的。通过对挡风板的调节，实现分别在电机处于低功耗额定运行状态、高功耗短时过载运行状态和进相运行状态下改变风路的结构的目的，以达到更好的冷却散热效果。使进、出风槽的轭部与齿部温差减小，实现抑制温升的目的。使电机工作在相对目前技术所达成的冷却散热效果下，温度更低的环境，从而使电机发挥出更好的作用。同时也保护中大型电机，防止中大型电机在高温条件下的损坏。
附图说明
图1是电机处于低功耗额定运行状态示意图；
图2是电机处于高功耗短时过载运行状态示意图；
图3是电机处于进相运行状态示意图；
图4是对风隙口进行编号的详细标注说明示意图；
图5是本发明的控制执行示意图；
图6是本发明的控制系统电路示意图。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例1：参见图1至图6，本实施方式的基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统，包括定子铁芯1、转子铁芯9、定子机座10和端部绕组12，所述定子铁芯1安装在定子机座10内，转子铁芯9安装在定子铁芯1内，且两者之间构成气隙8，端部绕组12安装于定子铁芯1上，外部冷却器安装于定子机座的外部；所述定子铁芯1的径向开设有多个风隙口7，每个风隙口7的外端均设置有一个挡风板4，挡风板4用于控制风隙口7的封闭或打开，电动推杆13置于定子机座外部，电动推杆的执行部穿过定子机座10与挡风板4连接，定子机座10的外部还设置有自动控制器6，所述自动控制器6以STM32单片机作为内核，内部集成了温度传感器2、挡风板驱动器5以及自动控制电路3，温度传感器2的温度探针探入电机内部，温度传感器2与自动控制电路3电连接，挡风板驱动器5与自动控制电路3电连接，挡风板驱动器5发送脉冲信号控制电动推杆13工作。所述STM32单片机具体为广州市星翼电子科技有限公司生产的STM32F103单片机。所述挡风板驱动器5为深圳市亿星科技有限公司生产的TB6600驱动器。所述自动控制电路3集成在STM32F103单片机的电路板上，可向TB6600驱动器发送脉冲信号，控制电动推杆13工作。
其中，定子铁芯外围的自动控制器通过连接电动推杆自动控制挡风板的收起或放下，可打开或封闭风隙口，从而达到改变风路结构的目的；风隙口的封闭或打开将直接影响中大型电机内部风路结构，通过在不同工况下改变中大型电机内部风路结构，进而实现改善中大型电机在不同工况下的冷却散热情况的目的。
实施例2：参见图1至图6，本实施方式的基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统的控温方法，该方法是依托实施例1所述的基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统实现的，中大型电机工作时，对外界做了大量的功，同时自身也不可避免地产生了大量的热，如果不能及时地对电机进行冷却，势必会对电机造成不可估计的影响。通过定转子之间的气隙，把气流导入定子铁芯内部，再根据不同的工况调节风隙口中的挡风板，分别改变低功耗额定运行状态、高功耗短时过载运行状态、进相运行状态时电机的风路，依次实现气流的更加充分的利用，达到最大化的利用冷空气，让电机处于相对更低的温度环境下运行，使中大型电机发挥更大的运行性能，同时保护中大型电机，避免中大型电机在高温下的损坏。
具体为：
所述风隙口为28组，由左至右依次编号为11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20、11-21、11-22、11-23、11-24、11-25、11-26、11-27、11-28；
所述中大型电机处于低功耗额定运行状态时，发热相对较小，采用少进少出的方式冷却散热；所述少进少出，即通过挡风板推杆封闭部分风隙口，打开11-5、11-6、11-7、11-8、11-13、11-14、11-15、11-16、11-21、11-22、11-23、11-24编号风隙口，封闭11-1、11-2、11-3、11-4、11-9、11-10、11-11、11-12、11-17、11-18、11-19、11-20、11-25、11-26、11-27、11-28编号风隙口,使进、出风口的数量较少。从而改善中大型电机冷却散热效果不良的问题，使进、出风槽的温差减小，达到抑制温升的目的；
所述中大型电机处于高功耗短时过载运行状态时，发热量较大，采用中进中出的通风方式进行冷却散热，抑制温升，即通过挡风板推杆打开11-2、11-3、11-6、11-7、11-10、11-11、11-14、11-15、11-18、11-19、11-22、11-23、11-26、11-27编号风隙口，封闭11-1、11-4、11-5、11-8、11-9、11-12、11-13、11-16、11-17、11-20、11-21、11-24、11-25、11-28编号风隙口,使电机发挥出更大的作用，避免中大型电机因高温条件而损坏；
进一步的：所述中大型电机处于进相运行状态时，发热量剧增，打开更多的风隙口，采用多进多出的通风方式进行冷却散热，通过挡风板推杆打开11-2、11-3、11-5、11-6、11-8、11-9、11-11、11-12、11-14、11-15、11-17、11-18、11-20、11-21、11-23、11-24、11-26、11-27编号风隙口，封闭11-1、11-4、11-7、11-10、11-13、11-16、11-19、11-22、11-15、11-28编号风隙口,实现与现有的中大型电机冷却散热技术相比效果更好的目的。同时实现了基于工况改善中大型电机冷却散热的目的。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (2)

1.基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统的控温方法，该方法是依托基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统实现的，基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统，包括定子铁芯(1)、转子铁芯(9)、定子机座(10)和端部绕组(12)，所述定子铁芯(1)安装在定子机座(10)内，转子铁芯(9)安装在定子铁芯(1)内，且两者之间构成气隙(8)，端部绕组(12)安装于定子铁芯(1)上，外部冷却器安装于定子机座的外部；其特征在于：所述定子铁芯(1)的径向开设有多个风隙口(7)，每个风隙口(7)的外端均设置有一个挡风板(4)，挡风板(4)用于控制风隙口(7)的封闭或打开，电动推杆(13)置于定子机座外部，电动推杆的执行部穿过定子机座(10)与挡风板(4)连接，定子机座(10)的外部还设置有自动控制器(6)，所述自动控制器(6)以STM32单片机作为内核，内部集成了温度传感器(2)、挡风板驱动器(5)以及自动控制电路(3)，温度传感器(2)的温度探针探入电机内部，温度传感器(2)与自动控制电路(3)电连接，挡风板驱动器(5)与自动控制电路(3)电连接，挡风板驱动器(5)发送脉冲信号控制电动推杆(13)工作；
具体控温方法如下：
温度传感器测量中大型电机内部温度，判断中大型电机冷却散热情况，以达到识别中大型电机在不同工况下运行状态的目的，并通过自动控制器中的挡风板驱动器对挡电动推杆进行自动控制，将推杆伸出或缩回，使挡风板放下或收起，以此来改变风隙口的封闭与打开，通过改变风隙口的封闭或打开状态，使中大型电机内部风路结构改变，改善中大型电机的冷却散热情况；
其中，不同工况为中大型电机处于低功耗额定运行状态、处于高功耗短时过载运行状态以及处于进相运行状态。
2.根据权利要求1所述的基于工况适应法调节冷却支路抑制电机温升的冷却系统的控温方法，其特征在于：所述风隙口为28组，由左至右依次编号为11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8、11-9、11-10、11-11、11-12、11-13、11-14、11-15、11-16、11-17、11-18、11-19、11-20、11-21、11-22、11-23、11-24、11-25、11-26、11-27、11-28；
当中大型电机处于低功耗额定运行状态时，发热量小，采用少进少出的方式冷却散热；所述少进少出，即通过推杆封闭部分风隙口，打开11-5、11-6、11-7、11-8、11-13、11-14、11-15、11-16、11-21、11-22、11-23、11-24编号的风隙口，封闭11-1、11-2、11-3、11-4、11-9、11-10、11-11、11-12、11-17、11-18、11-19、11-20、11-25、11-26、11-27、11-28编号的风隙口；
当中大型电机处于高功耗短时过载运行状态时，发热量大，采用中进中出的通风方式进行冷却散热，抑制温升，即通过推杆打开11-2、11-3、11-6、11-7、11-10、11-11、11-14、11-15、11-18、11-19、11-22、11-23、11-26、11-27编号风隙口，封闭11-1、11-4、11-5、11-8、11-9、11-12、11-13、11-16、11-17、11-20、11-21、11-24、11-25、11-28编号风隙口；
当中大型电机处于进相运行状态时，发热量剧增，采用多进多出的通风方式进行冷却散热，通过推杆打开11-2、11-3、11-5、11-6、11-8、11-9、11-11、11-12、11-14、11-15、11-17、11-18、11-20、11-21、11-23、11-24、11-26、11-27编号的风隙口，封闭11-1、11-4、11-7、11-10、11-13、11-16、11-19、11-22、11-15、11-28编号的风隙口。
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