CN113824247A - 用于发电机的散热装置和发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电机散热技术领域，公开了一种用于发电机的散热装置和发电机，该用于发电机的散热装置包括通风机构和套装在该机壳(201)外并允许冷却液流过的外冷却管(23)，所述通风机构设置为能够通过气流带走由所述外冷却管(23)散发的热量和/或由所述机壳(201)散发的热量。本发明中的该用于发电机的散热装置具有高效的散热能力。
Description
技术领域
本发明涉及发电机散热技术领域，具体地涉及一种用于发电机的散热装置和发电机。
背景技术
发电机在外部做工带动转子和闭合线圈在次场内做切割磁感线运动，闭合线圈内会产生电流；外部做工带动转子转动的过程中，转子与定子发生摩擦，同时通电线圈相互之间产生感应电动势，相互作用，产生较多的热量，使机壳内温度升高，温度升高会导致永磁体材料磁性衰退，发电机性能下降，甚至导致损坏。
目前，现有的技术方案中，发电机都是通过散热风机和散热片对发电机进行散热，还有的是通过水冷的方式等等对发电机继续散热，但是，通过散热风机和散热片对发电机的散热效果不好，且散热效率偏低，发电机的温度对发电机的工作效率影响非常的大，即，影响发电机的发电性能和过载能力。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的发电机在工作过程中，发电机的温度过高，影响发电机的发电性能和过载能力的问题，提供一种用于发电机的散热装置和发电机，该用于发电机的散热装置具有高效的散热能力。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于发电机的散热装置，所述发电机包括机壳，所述散热装置包括通风机构和套装在该机壳外并允许冷却液流过的外冷却管，所述通风机构设置为能够通过气流带走由所述外冷却管散发的热量和/或由所述机壳散发的热量。
可选地，所述外冷却管呈螺旋形且螺旋缠绕在所述机壳的外层。
可选地，所述通风机构包括气泵、连通于所述气泵的通气管以及连接至所述通气管并分别朝向所述外冷却管和/或所述机壳延伸的多个分气管。
可选地，所述通风机构包括围绕所述机壳设置的保护罩，所述保护罩上开设有多个通孔，所述外冷却管盘绕在该保护罩的外侧。
可选地，所述通风机构包括压差腔、位于所述压差腔内的活塞板和传动连接至该活塞板的驱动组件，所述驱动组件设置为能够驱动所述活塞板在压差腔内往复运动以向外排出由所述外冷却管和/或由所述机壳散发的热量。
可选地，所述通风机构包括安装在所述外冷却管外侧的第一隔板和第二隔板并在该第一隔板与第二隔板之间形成为所述压差腔，所述第一隔板和第二隔板上分别设有风口以允许由所述外冷却管散发的热量依次通过该风口进入所述压差腔内并向外排出。
可选地，所述驱动组件包括位于所述压差腔内的基座、开设在所述基座的直线滑槽、可滑动地安装在所述直线滑槽内推杆以及传动连接至所述发电机的转轴的凸轮，所述凸轮与所述推杆相互配合，以能够在所述转轴转动时驱动所述推杆带动所述活塞板在所述压差腔内往复运动。
本发明另一方面提供一种发电机，包括上述的用于发电机的散热装置。
可选地，所述机壳内开设有允许所述冷却液流过的内冷却通道。
可选地，所述内冷却通道呈螺旋形，且所述内冷却通道的螺旋轴线与所述机壳的中心轴线共线。
通过上述技术方案，本发明中的有益效果如下：
在发电机工作的过程中，外冷却管围绕在机壳的外围，外冷却管内的冷却液被外部的冷却设备冷凝，并且冷却液不断地循环流动，加速机壳的散热；进一步，通风机构能够通过气流带走由所述外冷却管散发的热量和/或由所述机壳散发的热量，可以提高机壳的散热能力，加快了机壳的散热速度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
在附图中：
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
附图说明
图1是本发明中的散热装置的轴向截面示意图；
图2是本发明中的散热装置的径向截面示意图；
图3是图1中的局部示意图
图4是本发明中的驱动组件的配合示意图；
图5是本发明中的风门与第一隔板的配合示意图；
图6是本发明中的发电机的内部结构示意图；
图7是本发明中内冷却管的结构示意图。
附图标记说明
1-壳体、2-发电机、201-机壳、202-内冷却通道、203-永磁体、204-转子、205-绕组、3-保护罩、4-第一隔板、5-第二隔板、6-压差腔、7-机轴、8-盒体、9-小齿轮、10-减速齿轮、11-转轴、12-凸轮、13-基座、14-直线滑槽、15-挡板、16-推杆、17-活塞板、18-散热窗、19-通孔、20-气泵、21-通气管、22-分气管、23-外冷却管、24-风门、25-合页、26-第一气门、27-第二气门、28-第三气门、29-第四气门。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
如图1和图2所示，本发明中的用于发电机的散热装置，所述散热装置包括通风机构和套装在该机壳201外并允许冷却液流过的外冷却管23，所述通风机构设置为能够通过气流带走由所述外冷却管23散发的热量和/或由所述机壳201散发的热量。
在发电机2工作的过程中，外冷却管23围绕在机壳201的外围，外冷却管23内的冷却液被外部的冷却设备换热，并且冷却液不断地循环流动，加速机壳201的散热；进一步，通风机构能够通过气流带走由所述外冷却管23散发的热量和/或由所述机壳201散发的热量，可以提高机壳201的散热能力，加快了机壳201的散热速度。
其中，通过分析机壳201内部的温度T、外冷却管23中冷却液的流速v和外冷却管23的内径d之间的关系，能够确定冷却液最优流速，进一步提升温度降低效率和散热效果，具体如下：
在本发明中，外冷却管23的截面优选为圆形结构；在通过外冷却管23进行冷却时，随着冷却液流速的加快，机壳201内的转子204和永磁体203温度降低，当温度降低到一定成度之后，增加冷却液流速，温升降低的幅度变小；由上可知，机壳201内部的温度T、外冷却管23中冷却液的流速v和外冷却管23的内径d满足：T＝α·v/d；上式中α为温升系数，取值范围为0.036-0.254；v单位为m/s；d单位为m；T单位为K；不同流速的冷却液对机壳201内部温度降低的影响不同，控制温升系数α和外冷却管23直径不变，当水流速在0-1.0m/s时，冷却液处于层流阶段，机壳201内部温度随着冷却水流增大迅速下降，当水流速1.0-1.2m/s，冷却液进入紊流阶段，冷却的效果进一步增强，但是，机壳201内部的温度降低幅度逐渐变缓，继续提高冷却液流速，机壳201内部温度降低幅度变化微小，散热效率降低，而且浪费水资源；因此，在本发明中，外冷却管23中的冷却液的流速优选为1.0-1.2m/s，发电机2的温度降低效率最高，散热效果最好。
本发明中的所述外冷却管23呈螺旋形且螺旋缠绕在所述机壳201的外层。其中，在外冷却管23的轴向方向上，螺旋形的外冷却管23具有一定的间隔，以便于外冷却管23外侧和内侧的气体流动，提高机壳201的散热效率；外冷却管23螺旋缠绕在机壳201是为了增加换热的有效面积，提升外冷却管23的冷却效果。
如图2所示，本发明中的所述通风机构包括气泵20、连通于所述气泵20的通气管21以及连接至所述通气管21并分别朝向所述外冷却管23和/或所述机壳201延伸的多个分气管22。根据外冷却管23盘绕在机壳201的外层上的实际情况，针对性地排布分气管22，让外冷却管23和机壳201都能被由分气管22吹出的冷风吹到；其中，具体情况：如果外冷却管23的温度低于分气管22中气体的温度，则分气管22能够将外冷却管23散发的冷气吹在机壳201上，并且外冷却管23散发的冷气还能冷却分气管22中吹出来的气体，从而对机壳201进行降温冷却；如果外冷却管23的温度高于分气管22中气体的温度，分气管22不仅可以对外冷却管23进行降温，还可以对机壳201进行降温，最后将冷气吹在机壳201上；因此，通过外冷却管23和分气管22之间的相互协同作用，大大提升降温效果。
如图1和图2所示，在本发明中的所述通风机构包括围绕所述机壳201设置的保护罩3，所述保护罩3上开设有多个通孔19，所述外冷却管23盘绕在该保护罩3的外侧。保护罩3能够支撑外冷却管23，增强外冷却管23的结构强度，其次，外冷却管23表面散发的冷气能够穿过保护罩3的通孔19吹入到机壳表面，对机壳201进行降温，提升降温效果。
如图1至图3所示，在本发明中的所述通风机构包括压差腔6、位于所述压差腔6内的活塞板17和传动连接至该活塞板17的驱动组件，所述驱动组件设置为能够驱动所述活塞板17在压差腔6内往复运动以向外排出由所述外冷却管23和/或由所述机壳201散发的热量。活塞板17往复运动过程中，通过改变压差腔6的气压，从而改变压差腔6内气流的流速，其中，活塞板17两侧的形成气压差，气压较大的一侧，能够将压差腔6内的气体排出，即，远离机壳201的空间；气压较小的一侧，能够将机壳201外围的气体吸入压差腔6内；在压差腔6的压差变化过程中，将机壳201外围的气体吸入压差腔6内，然后将气体排出远离机壳201的空间；因此，加快机壳201表面空气的流动速度，提升机壳201换热能力，从而提升机壳201的散热功能。
其中，机壳201表面的温度T1与压差腔6内气流的流速v1满足以下关系，T1＝λ·v1/V；λ为机壳201表面的散热系数，取值范围0.48-3.656；T1单位为K；v1单位为m/s；V为压差腔6的截面积，单位为m2；不同的风速对机壳201外部温度降低的温度影响不同，控制机壳201表面的散热系数和压差腔6截面积不变，当气流流速0.1-1.2m/s时，机壳201外部温度降低速率较快，气流流速继续升高达到1.2-2.0m/s时，但是，机壳201外部的温度降低幅度逐渐变缓，继续提高气流流速，机壳201内部温度降低幅度变化微小，散热效率降低，所以压差腔6内气流流速为1.2-2.0m/s之间最优，温度降低效率最高，散热效果最好。
如图1至图3和图5所示，在本发明中的所述通风机构包括安装在所述外冷却管23外侧的第一隔板4和第二隔板5并在该第一隔板4与第二隔板5之间形成为所述压差腔6，所述第一隔板4和第二隔板5上分别设有风口以允许由所述外冷却管23散发的热量依次通过该风口进入所述压差腔6内并向外排出。第一隔板4和第二隔板5上均设置有多个风口，风口处均安装有气门，即，第一隔板4上的第一气门26和第二气门27，第二隔板5上的第三气门28和第四气门29，其中，气门的个数不限，根据实际情况进行设置，并且活塞板17运动范围外的两侧均设置有气门，以便于控制气流的速度；气门包括风门24和合页25，风门24通过合页25转动连接在第一隔板4，其中，合页25能够控制风门24的转动方向，以便于控制气体通过气门的方向，并且合页25具有阻尼功能，能够让压差腔6内形成一定的气压之后，再转动风门24，将气体排出；所述壳体1的表面开设有条形的散热窗18，所述散热窗18与压差腔6连通，并且第二隔板5上的气门位置对应于散热窗18的位置；第一隔板4和第二隔板5上的气门位置相对应。
其中，凸轮12带动推杆16和活塞板17在压差腔6内做往复运动时，当活塞板17远离凸轮12运动时，第一气门26受到压差腔6内部空气的压力呈闭合状态，第二气门27受到压差腔6内部空气的负压，呈打开状态，同时第四气门29受到负压的作用呈闭合状态，机壳201散发的热空气从第二气门27加速进入压差腔6；同时第三气门28受到压差腔6内部空气的压力，呈打开状态，压差腔6内的热空气从第三气门28加速排出，且从散热窗18排出壳体1外。当活塞板17靠近凸轮12运动时，第二气门27受到压差腔6内部空气的压力呈闭合状态，第一气门26受到压差腔6内部空气的负压，呈打开状态，同时第三气门28受到负压的作用呈闭合状态，机壳201散发的热空气从第一气门26加速进入压差腔6；同时第四气门29受到压差腔6内部空气的压力，呈打开状态，热空气从第四气门29加速排出，且从散热窗18快速排出壳体1外，提高降温速率。
如图1、图3和图4所示，在本发明中的所述驱动组件包括位于所述压差腔6内的基座13、开设在所述基座13的直线滑槽14、可滑动地安装在所述直线滑槽14内推杆16以及传动连接至所述发电机的转轴11的凸轮12，所述凸轮12与所述推杆16相互配合，以能够在所述转轴11转动时驱动所述推杆16带动所述活塞板17在所述压差腔6内往复运动。驱动转轴11可以通过外部的电机带动，也可以通过发电机的机轴7带动，具体原理：机轴7带动小齿轮9转动，小齿轮9啮合连接减速齿轮10，从而使得转轴11转动，然后通过连接在转轴11上的凸轮12带动推杆16，让推杆16在基座13的直线滑槽14内做往复的直线运动，其中，盒体8能够支撑机轴7和转轴11，并且支撑机轴7和转轴11在盒体8内通过齿轮传动，最终，推动活塞板17在压差腔6内运动；其中，压差腔6内设有挡板15，不仅能够支撑推杆16且控制推杆16的运动方向，而且还能够在第一隔板4和第二隔板5之间提供一定的支撑力。
如图6所示，在本发明中的发电机2包括上述的用于发电机的散热装置。其中，发电机2包括安装在所述机壳201内的永磁体203、安装在永磁体203内的定子、镶嵌在定子上的多组绕组205、安装在定子内的转子204、贯穿安装在转子204中心处的机轴7；发电原理：机轴7带动转子204转动，进而使闭合线圈在次场内做切割磁感线运动，闭合线圈内会产生电流进行发电。
如图1、图2、图6和图7所示，在本发明中的所述机壳201内开设有允许所述冷却液流过的内冷却通道202。所述内冷却通道202的截面呈圆形结构，在通过内冷却通道202进行冷却时，随着冷却液流速的加快，从而使得机壳201内的转子204和永磁体203温度降低，当温度降低到一定成度之后，增加冷却液的流速，温升降低的幅度变小；由上可知，机壳201内部的温度T、内冷却通道202的冷却液流速v和内冷却通道202的内径d满足：T＝α·v/d；上式中α为温升系数，取值范围为0.036-0.254；v单位为m/s；d单位为m；T温度为K；不同速度的冷却液对机壳201内部温度降低的影响不同，控制温升系数α和内冷却管202直径不变，当冷却液的流速在0-0.5m/s时，冷却液处于层流阶段，机壳201内部温度随着冷却液流增大迅速下降，当冷却液的流速0.5-0.7m/s，冷却水进入紊流阶段，冷却效果进一步增强，但是，机壳201内部的温度降低幅度逐渐变缓，继续提高水流速，机壳201内部温度降低幅度变化微小，散热效率降低，而且浪费水资源；因此，在本发明中，内冷却通道202中的冷却液流速优选为0.5-0.7m/s之间，发电机2的温度降低效率最高，散热效果最好。
其中，通过内冷却通道202、外冷却管23以及压差腔6对机壳201进行有效散热，不仅防止机壳201内部温度升高，而且还可以让发电机长时间的工作，延长发电机2的使用寿命；三者相互共同作用，具有良好的散热效果，如散热效率高，温度降低快，提高发电机的发电性能和过载能力，避免发电机的部件因高温而损坏。
如图7所示，在本发明中的所述内冷却通道202呈螺旋形，且所述内冷却通道202的螺旋轴线与所述机壳201的中心轴线共线，螺旋形的内冷却通道202能够均匀的冷却机壳201。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于发电机的散热装置，其特征在于，所述发电机(2)包括机壳(201)，所述散热装置包括通风机构和套装在该机壳(201)外并允许冷却液流过的外冷却管(23)，所述通风机构设置为能够通过气流带走由所述外冷却管(23)散发的热量和/或由所述机壳(201)散发的热量。
2.根据权利要求1所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述外冷却管(23)呈螺旋形且螺旋缠绕在所述机壳(201)的外层。
3.根据权利要求1所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述通风机构包括气泵(20)、连通于所述气泵(20)的通气管(21)以及连接至所述通气管(21)并分别朝向所述外冷却管(23)和/或所述机壳(201)延伸的多个分气管(22)。
4.根据权利要求1所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述通风机构包括围绕所述机壳(201)设置的保护罩(3)，所述保护罩(3)上开设有多个通孔(19)，所述外冷却管(23)盘绕在该保护罩(3)的外侧。
5.根据权利要求1所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述通风机构包括压差腔(6)、位于所述压差腔(6)内的活塞板(17)和传动连接至该活塞板(17)的驱动组件，所述驱动组件设置为能够驱动所述活塞板(17)在压差腔(6)内往复运动以向外排出由所述外冷却管(23)和/或由所述机壳(201)散发的热量。
6.根据权利要求5所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述通风机构包括安装在所述外冷却管(23)外侧的第一隔板(4)和第二隔板(5)并在该第一隔板(4)与第二隔板(5)之间形成为所述压差腔(6)，所述第一隔板(4)和第二隔板(5)上分别设有风口以允许由所述外冷却管(23)散发的热量依次通过该风口进入所述压差腔(6)内并向外排出。
7.根据权利要求5所述的用于发电机的散热装置，其特征在于，所述驱动组件包括位于所述压差腔(6)内的基座(13)、开设在所述基座(13)的直线滑槽(14)、可滑动地安装在所述直线滑槽(14)内推杆(16)以及传动连接至所述发电机的转轴(11)的凸轮(12)，所述凸轮(12)与所述推杆(16)相互配合，以能够在所述转轴(11)转动时驱动所述推杆(16)带动所述活塞板(17)在所述压差腔(6)内往复运动。
8.一种发电机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任意一项所述的用于发电机的散热装置。
9.根据权利要求8所述的发电机，其特征在于，所述机壳(201)内开设有允许所述冷却液流过的内冷却通道(202)。
10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，所述内冷却通道(202)呈螺旋形，且所述内冷却通道(202)的螺旋轴线与所述机壳(201)的中心轴线共线。
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