CN110971085A - 一种空冷型相变冷却电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空冷型相变冷却电机，包括电机外壳、电机定子、电机转子，还包括蒸发管、定子冷凝器、转子冷凝器、工质容腔和风机；定子冷凝器设置有工质入口以及工质出口；定子冷凝器的安装位置高于蒸发管的安装位置；蒸发管沿轴向贯穿电机定子，一端与定子冷凝器的工质入口连通，另一端与定子冷凝器的工质出口连通；电机转子轴的内部设有密封的工质容腔；电机转子轴的一端设有转子冷凝器，转子冷凝器的入口和出口均与工质容腔连通；定子冷凝器的下方设有用于朝向所述定子冷凝器吹风的风机。本发明结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性且功耗低。

Description

一种空冷型相变冷却电机

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及一种空冷型相变冷却电机。

背景技术

高压电机主要的作用是产生驱动转矩，驱动各种不同机械，作为电器或者各种机械的动力源，广泛地应用于机电领域中。高压电机通常包括定子和转子，在高压电机的运行过程中，其定子和转子会产生大量的热，温度过高容易造成损坏或者运行故障。

传统的高压电机冷却方式是采用列管式换热器对电机内循环空气进行间壁对流换热。冷源为电机外部空气，通过电机轴尾风机将空气导入换热管内进行强制对流；热源为电机内循环空气，电机内部转子轴端风叶转动产生空气对流，带走转子和定子的热量，被加热空气流经换热管外壁进行换热；这种冷却方式产生的换热面机大导致需要的换热管多、为达到对流换热，需要设置三处风机，占用空间大；而且功耗高，冷却装置耗材较多。

因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标。

例如申请号为：201710686484.3的中国专利公开了一种电机相变冷却系统，包括设置于电机内的电机定子和电机转子，还包括海水冷却器和定子相变工质管路，所述定子相变工质管路内部填充有相变工质，且所述定子相变工质管路包括定子蒸发段和定子冷凝段，所述定子蒸发段固定于所述电机定子上，所述定子冷凝段连接所述定子蒸发段和所述海水冷却器；该申请通过电机和相变冷却系统的结合，提高了电机的散热效果，延长了电机的使用寿命，但是该申请的采用两个海水冷却器两个风机，占用空间较大，功耗高且耗材较多，不利于大规模推广。

再例如申请号为：201720085727.3的中国专利公开了一种冷却装置，包括呈中空结构的壳体，其特征在于:所述壳体左右两端外壁上分别设有左进风口和右进风口，前后两侧侧壁上分别设有前出风口和后出风口，所述壳体内设有两个阳板，两个所述阳板将壳体沿长度方向分隔成相互独立的左腔室 、巾间腔室和右腔室;所述左进风口与左腔室连通，右进风口与右腔室连通，前出风口和后出风口与中间腔室连通:所述壳体 底壁对应左腔室、中间腔室和右腔室的位置分别设有通风道；该申请通过实现对电机进入的冷气流和散出的热气流隔离，避免了冷热气流的泪流，防止热气流被冷起来又带回到电机中提高高压电机散热功效；但是该申请占用空间较大，功耗高且耗材较多。

再例如申请号为：201710719091.8的中国专利公开了一种热管式发电机空冷冷却装置，包括发电机，所述发电机包括定子、转子和转轴，所述转子与转轴转动配合，且定子设在转子的外周；其特征在于：还包括风机、换热器组件、导风罩和冷却组件，所述冷却组件设在发电机的定子的外周，所述风机的出口与换热器组件的一端相连通，导风罩与换热器组件的另一端相连通；所述换热器组件包括换热器外壳和冷凝管，所述换热器外壳内设有多根冷凝管，所述冷凝管具有注液口和出液口；所述冷却组件包括冷却外壳和蒸发管，所述冷却外壳内设有多根蒸发管，且冷却外壳固定连接在发电机的定子的外周；所述换热器组件的每根冷凝管的出液口分别与冷却外壳内相应的蒸发管相连通，且冷凝管和蒸发管构成热管；该申请通过使用热管的散热方式，提高了冷却器的换热器效率；另外，外部冷却空气在冷凝管的外侧流动，结垢后只需要打开换热器壳体即可进行清洁；但是该申请安全性不能保障，且占用空间较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性且功耗低的空冷型相变冷却电机。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种空冷型相变冷却电机，包括电机外壳、电机定子、电机转子，还包括蒸发管、定子冷凝器、转子冷凝器、工质容腔和风机；

所述的定子冷凝器设置有工质入口以及工质出口；定子冷凝器的安装位置高于蒸发管的安装位置；

所述的蒸发管沿轴向贯穿电机定子，一端与定子冷凝器的工质入口连通，另一端与定子冷凝器的工质出口连通；

电机转子轴的内部设有密封的工质容腔；电机转子轴的一端设有转子冷凝器，转子冷凝器的入口和出口均与工质容腔连通；

所述定子冷凝器的下方设有用于朝向所述定子冷凝器吹风的风机。

进一步地，所述的电机定子和所述电机转子均设置在所述定子冷凝器的下部，所述蒸发管的两端分别通过所述气相工质管路和所述液相工质管路与所述定子冷凝器的工质入口以及工质出口连接。

进一步地，所述气相工质管路和所述液相工质管路靠近所述定子冷凝器一侧的上部均设有一球阀。

进一步地，所述的气相工质管路上设有第一工质加注口，所述的液相工质管路与定子冷凝器1之间设有排气口。

进一步地，电机转子轴的端面设置第二工质加注口；第二工质注口与所述工质容腔连通；电机转子轴靠近所述第二工质注口的一端设有转子冷凝器。

进一步地，所述的转子冷凝器包括套设于所述电机转子轴上的冷凝盘管，所述冷凝盘管的入口和出口皆与所述工质容腔连通。

进一步地，所述冷凝盘管的内壁上设有多个弧形的沟槽。

进一步地，所述蒸发管为列管式换热器，所述定子冷凝器为管翅式换热器。

进一步地，所述蒸发管为若干铜管，若干铜管均匀穿过定子硅钢片。

进一步地，所述的蒸发管为8根均匀分布的铜管。

进一步地，所述蒸发管、所述定子冷凝器、所述气相工质管路和所述液相工质管路均采用镍白铜制成。

本发明的有益效果：

（1）本申请提供的高压电机用空冷装置，其内部主要靠介质的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，采用热管式冷却装置相较原系统结构更加紧凑，占用空间更小；

（2）本申请提供的高压电机用空冷装置，其蒸发管与定子冷凝器分离，空气只经过定子冷凝器管翅部分及转子冷凝器，与现有管式换热相比，空气消耗量低、流阻小，功耗低；

（3）本申请提供的高压电机用空冷装置，通过将定子冷凝器的安装位置高于蒸发管以保证定子冷凝器中的冷凝液能依靠重力回流至蒸发管，减小功耗；

（4）本申请提供的高压电机用空冷装置，设置的风机可对定子冷凝器进行强制风冷，提高冷却效率；

（5）本申请提供的高压电机用空冷装置，通过在转子冷凝器内壁面上设置曲线沟槽，可增加冷却换热面积；

（6）本申请提供的高压电机用空冷装置，通过将第二工质加注口布置在转子冷凝器中心，可保证对轴动平衡不产生影响，增加稳定性；

（7）本申请提供的高压电机用空冷装置，设备换热性能优良，传热效率高，结构紧凑、安全性好、可靠性高，具有优良的等温性且功耗低，使用范围更广。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-定子冷凝器；2-排气口；3-球阀；4-液相工质管路；5-电机；6-蒸发管；7-第二工质加注口；8-冷凝盘管；9-工质容腔；10-风机；11-第一工质加注口；12-电机定子；13-电机转子；14-气相工质管路。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，为本发明的一种空冷型相变冷却电机，包括电机外壳5、电机定子12、电机转子13、包括蒸发管6、定子冷凝器7、转子冷凝器、工质容腔9和风机10。本发明的蒸发管6沿轴向贯穿电机定子12，电机定子12上方设有定子冷凝器1，所述定子冷凝器1具有工质入口以及工质出口，所述蒸发管6一端通过气相工质管路14与所述工质入口连通，另一端通过液相工质管路4与所述工质出口连通，所述气相工质管路4上设有第一工质加注口11。

电机转子轴的端面中心位置上的第二工质加注口7，所述电机转子轴的内部设有密封的工质容腔9，所述第二工质注口7与所述工质容腔9连通，所述电机转子轴靠近所述第二工质注口7的一端设有转子冷凝器，所述转子冷凝器包括套设于所述电机转子轴上的冷凝盘管8，所述冷凝盘管的入口和出口皆与所述工质容腔9连通，所述冷凝盘管8的内壁上设有多个弧形的沟槽，所述定子冷凝器1的下方设有用于朝向所述定子冷凝器1吹风的风机10；本发明内部主要靠介质的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力，采用热管式冷却装置相较原系统结构更加紧凑，占用空间更小。

以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：

电机定子12和所述电机转子13均设置在所述定子冷凝器1的下部，所述蒸发管6通过所述气相工质管路14和所述液相工质管路4与所述定子冷凝器1相连接；本发明通过将定子冷凝器1的安装位置高于蒸发管6以保证定子冷凝器1中的冷凝液能依靠重力回流至蒸发管6，减小功耗。

在本发明的此实施例中，如图1所示，所述气相工质管路14和所述液相工质管路4靠近所述定子冷凝器1一侧的上部均设有一球阀3。

液相工质管路4与定子冷凝器1之间设有排气口2，蒸发管6布置在电机定子12内部，穿过所有硅钢片，并利用硅钢片在电机定子12轴向形成连续导热空间，实现电机定子12与热管工质的换热；定子冷凝器1布置在电机5顶部原冷却器空间，利用空气冷却工质蒸气，此处需要布置的风机10对定子冷凝器1进行强制风冷；气相工质管路14和液相工质管路4连接蒸发管6与定子冷凝器1，用于导热工质蒸气的流通和液态工质回流；设置的球阀为承压及密封能力均满足指标要求的耐压球阀；热管冷却装置安装和维修时，排气口2排出换热器内部的空气；第一工质加注口11和第二工质加注口7用于加注和补充导热工质，加注前应先排除换热器内的空气。

本发明的蒸发管6为列管式换热器，所述定子冷凝器1为管翅式换热器，所述蒸发管6由若干铜管均匀穿过定子硅钢片，所述铜管设有8根；所述定子冷凝器1的外形尺寸不大于600mm×500mm×200mm；本发明其蒸发管6与定子冷凝器1分离，空气只经过定子冷凝器1管翅部分及转子冷凝器，与现有管式换热相比，空气消耗量低、流阻小，功耗低。

本发明的定子冷凝器1内的热管翅片的高度为7-9mm，翅距的高度为4.5-5.5mm；进一步优选的，所述定子冷凝器1内的热管翅片高8mm，翅距高5mm，这种设计，使定子冷凝器1内的翅片呈一定角度的螺旋状，加速风流动的速度，有利于散热。

本发明的工质容腔9是利用电机5的电机转子轴将热量传递给空腔内的工质，由于轴的转动，在其内壁会均匀充满流动液膜，达到理想的吸热状态，工质蒸汽由于转子冷凝器对工质的冷凝凝结产生流动动力，实现电机转子13的持续换热。

本发明的蒸发管6、所述定子冷凝器1、所述气相工质管路14和所述液相工质管路4均采用镍白铜制成，进一步的，蒸发管6内的换热管、定子冷凝器1内的换热管、气相工质管路14和液相工质管路4，以及球阀3的连接管均是镍白铜管组成；采用这种金属制成的管段，与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个重量级的热量，采用热管式冷却装置相较原系统结构，更加紧凑，体积缩小，安全性更高。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (11)

1.一种空冷型相变冷却电机，包括电机外壳（5）、电机定子（12）、电机转子（13），其特征在于：还包括蒸发管（6）、定子冷凝器（7）、转子冷凝器、工质容腔（9）和风机（10）；

所述的定子冷凝器（7）设置有工质入口以及工质出口；定子冷凝器（7）的安装位置高于蒸发管（6）的安装位置；

所述的蒸发管（6）沿轴向贯穿电机定子（12），一端与定子冷凝器（7）的工质入口连通，另一端与定子冷凝器（7）的工质出口连通；

电机转子轴的内部设有密封的工质容腔（9）；电机转子轴的一端设有转子冷凝器，转子冷凝器的入口和出口均与工质容腔（9）连通；

所述定子冷凝器（1）的下方设有用于朝向所述定子冷凝器（1）吹风的风机（10）。

2.根据权利要求1所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述的电机定子（12）和所述电机转子（13）均设置在所述定子冷凝器（1）的下部，所述蒸发管（6）的两端分别通过所述气相工质管路（14）和所述液相工质管路（4）与所述定子冷凝器（1）的工质入口以及工质出口连接。

3.根据权利要求2所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述气相工质管路（14）和所述液相工质管路（4）靠近所述定子冷凝器（1）一侧的上部均设有一球阀（3）。

4.根据权利要求2所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述的气相工质管路（4）上设有第一工质加注口（11），所述的液相工质管路4与定子冷凝器1之间设有排气口（2）。

5.根据权利要求1所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：电机转子轴的端面设置第二工质加注口（7）；第二工质注口（7）与所述工质容腔（9）连通；电机转子轴靠近所述第二工质注口（7）的一端设有转子冷凝器。

6.根据权利要求1或5所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述的转子冷凝器包括套设于所述电机转子轴上的冷凝盘管（8），所述冷凝盘管的入口和出口皆与所述工质容腔（9）连通。

7.根据权利要求6所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述冷凝盘管（8）的内壁上设有多个弧形的沟槽。

8.根据权利要求1所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述蒸发管（6）为列管式换热器，所述定子冷凝器（1）为管翅式换热器。

9.根据权利要求1所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述蒸发管（6）为若干铜管，若干铜管均匀穿过定子硅钢片。

10.根据权利要求9所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述的蒸发管（6）为8根均匀分布的铜管。

11.根据权利要求5所述的一种空冷型相变冷却电机，其特征在于：所述蒸发管（6）、所述定子冷凝器（1）、所述气相工质管路（14）和所述液相工质管路（4）均采用镍白铜制成。

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