CN116566125A - 具有冷却流路的冷却器马达 - Google Patents
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Abstract
本披露提供了一种用于马达的冷却系统，所述马达为蒸气压缩系统中的压缩机提供动力。所述冷却系统包括壳体，所述壳体具有包封所述马达并限定中心轴线的空腔、以及延伸到所述空腔中并平行于所述中心轴线而定向的流体引导特征。所述冷却系统进一步包括流体回路，所述流体回路被配置成用于使冷却流体在所述壳体与所述马达之间循环。所述流体回路包括：由引导特征限定的第一冷却流体路径，所述引导特征使第一部分冷却流体围绕所述马达的第一部分行进；以及由流体引导特征限定的第二冷却流体路径，所述流体引导特征使第二部分冷却流体围绕所述马达的第二部分行进。所述马达的第二部分位于与所述第一部分相对的位置。
Description
本申请是申请日为2018年3月23日、国际申请号为PCT/US2018/024113、国家申请号为201880019804.2、发明名称为“具有冷却流路的冷却器马达”的发明专利申请的分案申请。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2017年3月24日提交的美国临时申请62/476,534的权益，所述美国临时申请的全部内容通过援引并入本文。
背景技术
本披露总体上涉及一种感应马达，所述感应马达驱动冷却器组件的离心式压缩机。一些离心式压缩机使用中压(MP)制冷剂，这些离心式压缩机需要高速永磁马达以便实现所需的压力升高。利用低压(LP)制冷剂允许使用以较低速度运行的更便宜且更简单的感应马达。然而，在马达冷却系统中使用LP制冷剂需要比MP制冷剂更高的体积流率。较高的体积流率导致通过马达冷却系统的压降较高和流率受限，降低了马达冷却系统的效率并使马达温度超过最大极限。当马达温度未保持在峰值效率范围内时，冷却器组件的整体性能下降。
发明内容
本披露的一种实现方式是一种用于马达的冷却系统，所述马达为蒸气压缩系统中的压缩机提供动力。所述冷却系统包括壳体，所述壳体具有包封所述马达并限定中心轴线的空腔、以及延伸到所述空腔中并平行于所述中心轴线而定向的流体引导特征。所述冷却系统进一步包括流体回路，所述流体回路被配置成用于使冷却流体在所述壳体与所述马达之间循环。所述流体回路包括：由引导特征限定的第一冷却流体路径，所述引导特征使第一部分冷却流体围绕所述马达的第一部分行进；以及由流体引导特征限定的第二冷却流体路径，所述流体引导特征使第二部分冷却流体围绕所述马达的第二部分行进。所述马达的第二部分位于与所述第一部分相对的位置。
本披露的另一实现方式是一种用于冷却器组件的感应马达。所述感应马达包括定子，所述定子具有圆柱形形状，具有内表面和外表面。所述圆柱形形状限定中心轴线。所述感应马达进一步包括联接至轴的转子。所述转子和所述轴被配置成用于在所述定子的内表面内围绕所述中心轴线旋转。所述感应马达另外还包括壳体，所述壳体被配置成用于至少部分地封装所述定子。所述壳体包括多个流体引导突起。所述流体引导突起被配置成限定用于第一部分冷却流体的第一冷却流体路径以及用于第二部分冷却流体的第二冷却流体路径。所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径是蛇形的。
本披露的又另一实现方式是蒸气压缩系统。所述蒸气压缩系统包括连接在被配置用于使制冷剂循环的闭合环路中的离心式压缩机、冷凝器、膨胀装置、以及蒸发器，所述离心式压缩机由感应马达直接驱动。所述感应马达包括定子以及联接至轴的转子。所述转子和所述轴被配置成用于在所述定子内旋转。所述感应马达进一步包括壳体，所述壳体具有被配置成用于封装所述定子的空腔、以及延伸到所述空腔中的多个制冷剂引导突起。所述制冷剂引导突起被配置成限定用于第一部分制冷剂的第一制冷剂路径和用于第二部分制冷剂的第二制冷剂路径。
附图说明
图1是根据一些实施例的冷却器组件的透视图。
图2是根据一些实施例的图1的冷却器组件的正视图。
图3是根据一些实施例的用于图1的冷却器组件中的马达组件的透视图。
图4是根据一些实施例的图3的马达组件的截面图A-A。
图5是根据一些实施例的图3的马达组件的截面图B-B。
图6是根据一些实施例的用于图3的马达组件中的马达壳体的壳体的透视图。
图7是根据一些实施例的图6的马达壳体的截面图C-C。
图8A是根据一些实施例的螺旋流路冷却系统的侧视图。
图8B是根据一些实施例的分流蛇形流路冷却系统的侧视图。
具体实施方式
总体上参考附图，示出了具有马达冷却系统的冷却器组件，所述马达冷却系统具有分流蛇形冷却流体路径。参照图1-2，示出了冷却器组件100的示例性实现方式。冷却器组件100被示出为包括压缩机102、冷凝器106、以及蒸发器108，所述压缩机由马达104驱动。制冷剂在蒸气压缩循环中循环通过冷却器组件100。冷却器组件100还可以包括控制面板114，用于控制冷却器组件100内蒸气压缩循环的运行。
马达104可以由变速驱动器(VSD)110提供电力。VSD 110从交流(AC)电源(未示出)接收具有特定固定线电压和固定线频率的AC电力，并向马达104提供具有可变电压和频率的电力。马达104可以是任何类型的电动机，而不是由VSD 110供电。例如，马达104可以是高速感应马达。压缩机102由马达104驱动，用于对通过吸入管线112从蒸发器108接收的制冷剂蒸气进行压缩，并通过排出管线124将制冷剂蒸气输送到冷凝器106。在图1-2中描述的示例中，压缩机102是离心式压缩机。
蒸发器108包括内部管束(未示出)、用于向内部管束供应和移除工艺流体的供应管线120和返回管线122。供应管线120和返回管线122可以经由循环工艺流体的导管而与HVAC系统内的部件(例如空气处理器)处于流体连通。工艺流体是用于冷却建筑物的冷却液体，并且可以是但不限于水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水、或任何其他合适的液体。蒸发器108被配置成用于当工艺流体通过蒸发器108的管束并与制冷剂交换热量时降低工艺流体的温度。通过被输送到蒸发器108的制冷剂液体与工艺流体交换热量并经历了到制冷剂蒸气的相变，在蒸发器108中形成制冷剂蒸气。
通过压缩机102从蒸发器108输送到冷凝器106的制冷剂蒸气将热量传递给流体。由于与流体的热传递，制冷剂蒸气在冷凝器106中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器106的制冷剂液体流过膨胀装置并返回到蒸发器108以完成冷却器组件100的制冷剂循环。冷凝器106包括供应管线116和返回管线118，用于使流体在冷凝器106和HVAC系统的外部部件(例如冷却塔)之间循环。经由返回管线118供应到冷凝器106的流体与冷凝器106中的制冷剂交换热量，并且经由供应管线116从冷凝器106移除以完成循环。循环通过冷凝器106的流体可以是水或任何其他合适的液体。
现在参考图3-5，示出了根据一些实施例的马达104的视图。具体而言，图3描绘了包括马达壳体202的马达104的等距视图，而图4描绘了马达104的俯视截面图A-A，并且图5描绘了马达104的侧视截面图B-B。马达104被示出为包括外壳或壳体202、定子204和转子206等部件。定子204和转子206位于马达壳体202的空腔222内。定子204是在转子206上施加径向和轴向磁力的马达的电磁电路的静止部分。在正确对齐的系统中，这些力的总和为零或接近零。在一些实施例中，通过联接到定子204的外表面216的马达护套210而对定子204进行部分封装。定子204和马达护套210都可以具有基本上圆柱形的形状。马达护套210可以由铝构造而成，并且可以被配置成用于对来自定子204的热传递进行优化以防止马达104过热。
转子206是马达的电磁电路的旋转部分。在各种实施例中，转子206可以是鼠笼式转子、绕线转子、凸极转子或圆柱形转子。转子206联接至轴208。转子206和轴208共同围绕中心轴线220并在定子204的内表面218内旋转，以便将扭矩和旋转传递到联接至马达104的其他部件和/或组件(例如压缩机102)。
具体参照图5所描绘的侧视截面图，进一步示出了马达壳体202，所述马达壳体包括位于马达壳体202底部的冷却流体入口224以及位于马达壳体202顶部的冷却流体出口226。在一些实施例中，冷却流体入口224流体地联接至冷凝器组件(例如冷凝器106)，所述冷凝器组件为冷却系统供应冷却流体。冷却流体出口226可以被配置成用于从围绕马达护套210和定子204的冷却流体回路中移除冷却流体。
当供应的冷却流体通过流体入口224进入流体回路时，从马达壳体202延伸并进入壳体202和马达护套210之间的区域的流体引导特征230使得流体被分成第一部分和第二部分。第一部分沿着马达104的第一部分236的第一流体路径232行进，而第二部分沿着马达104的第二部分238的第二流体路径234行进。第一部分236和第二部分238相对于竖直轴线228位于马达104的相对侧。
在一些实施例中，从冷凝器组件供应的冷却流体是具有小于400kPa或大约58psi的运行压力的低压(LP)制冷剂。在进一步的实施例中，所述LP制冷剂是R1233zd。R1233zd是一种不易燃的氟化气体，相对于商用冷却器组件中使用的其他制冷剂而言，其具有较低的全球变暖潜能值(GWP)。GWP是为比较不同气体对全球变暖的影响而制定的一项衡量标准，方法是量化1吨气体的排放量在一定时段内相对于1吨二氧化碳的排放量将吸收多少能量。
现在转到图6-7，示出了根据一些实施例的马达壳体202的视图。具体地，图6是马达壳体202的透视图，而图7是马达壳体202的侧视截面图C-C。如上所述，马达壳体202被示出为包括多个流动引导特征230，所述多个流动引导特征从马达空腔222突出并进入马达壳体202与封装定子204的马达护套210之间的区域。流动引导特征230被示出为交错并平行于中心轴线220定向，使得围绕流动引导特征230的冷却流体流动路径234是蛇形的。在其他实施例中，流动引导特征230可以具有实现所需冷却流体流动路径所需的任何形状或取向。类似地，图7描绘了相对于中心轴线220与冷却流体出口226间隔开的冷却流体入口224。在其他实施例中，冷却流体入口224和冷却流体出口226可以相对于彼此定向以实现期望的冷却流体流动路径。
现在参考图8A-8B，示出了根据一些实施例的由螺旋流路冷却系统300和分流蛇形流路冷却系统400提供的冷却的比较。具体参照图8A，冷却系统300被示出为包括从马达的第一端302延伸到马达的第二端304的螺旋形冷却流体路径310。螺旋形冷却流体路径310可以在入口306处接收供应的冷却流体(例如LP制冷剂)，并且可以在出口308处排出供应的冷却流体。由于冷却流体路径310的取向和形状，在冷却流体从入口306行进到出口308时，冷却流体获得热量。因此，马达的第一端302明显比马达的第二端304冷。此外，冷却流体路径310的长度导致从马达的第一端302到马达的第二端304的压降较高，进一步降低了流经冷却流体路径310的冷却流体对马达的第二端304进行充分冷却的能力。
相比之下，图8B所描绘的并在上文中参照图5和7进行描述的分流蛇形流动路径冷却系统400使得在马达的第一端402到马达的第二端404之间的温度分布一致。类似于冷却系统300，冷却系统400被示出为包括冷却流体路径410，所述冷却流体路径在入口406处接收供应的冷却流体并且在出口408处排出供应的冷却流体。然而，与冷却流体路径310不同，如上所述，分流冷却流体路径410将在入口406处接收的冷却流体分成第一部分和第二部分，所述第一部分围绕马达的一侧流动，所述第二部分与第一部分相对地流动直到两部分汇合并通过出口408离开流体回路。因此，由冷却流体路径410表示的流动面积大约是由冷却流体路径310表示的流动面积的四倍，并且使得从入口406到出口408的冷却流体压降大约是从入口306到出口308的压降的八分之一。
如各示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和安排仅是说明性的。尽管本披露中仅详细描述了示例性实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、维度、结构、形状和比例、参数的值、安装安排、材料的使用、颜色、取向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此，这类修改旨在被包括在本披露的范围之内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、运行条件和安排方面作出其他替代、修改、改变、和省略。
Claims (22)
1.一种用于冷却器组件的感应马达，所述感应马达包括：
具有圆柱形形状的定子，所述定子具有内表面和外表面，所述圆柱形形状限定中心轴线；
联接到轴的转子，所述转子和所述轴被配置成用于在所述定子的内表面内围绕所述中心轴线旋转；以及
壳体，所述壳体被配置成用于至少部分地封装所述定子，所述壳体包括：
多个流体引导特征，所述多个流体引导特征被配置成限定用于冷却流体的第一部分的第一冷却流体路径以及用于所述冷却流体的第二部分的第二冷却流体路径；
第一连接部，所述第一连接部位于所述壳体的底部并且被配置成用于接收所述冷却流体；以及
第二连接部，所述第二连接部位于所述壳体的顶部并且被配置成用于移除所述冷却流体，其中所述第一连接部和所述第二连接部沿与所述中心轴线十字交叉延伸的一个或更多个轴线延伸，并且其中所述第一连接部和所述第二连接部沿着所述中心轴线与所述多个流体引导特征重叠；以及
马达护套，所述马达护套联接至所述定子的外表面；
其中，所述多个流体引导特征朝向所述马达护套从所述壳体延伸，并且平行于所述中心轴线；
其中，所述多个流体引导特征被配置成使所述冷却流体分成围绕所述马达的第一部分行进的所述冷却流体的所述第一部分和围绕位于与所述马达的所述第一部分相对的位置的所述马达的第二部分行进的所述冷却流体的所述第二部分；并且
其中，所述冷却流体的所述第一部分和所述冷却流体的所述第二部分在所述壳体与所述马达护套之间循环。
2.如权利要求1所述的感应马达，其中，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却路径是蛇形的。
3.如权利要求1所述的感应马达，其中，所述第一冷却流体路径位于所述壳体与所述马达护套的第一部分之间，并且其中，所述第二冷却流体路径位于所述壳体与所述马达护套的第二部分之间，所述马达护套的所述第一部分位于与所述马达护套的所述第二部分相对的位置。
4.如权利要求1所述的感应马达，其中，所述冷却流体是运行压力小于400kPa的低压制冷剂。
5.如权利要求4所述的感应马达，其中，所述低压制冷剂为R1233zd。
6.如权利要求1所述的感应马达，其中，所述第一连接部被配置成用于接收来自冷凝器组件的所述冷却流体。
7.如权利要求1所述的感应马达，其中，所述第一连接部和所述第二连接部相对于所述中心轴线分开设置。
8.一种用于马达的冷却系统，所述马达用于为蒸气压缩系统中的压缩机提供动力，所述冷却系统包括：
壳体，所述壳体包括：
空腔，所述空腔包封所述马达并限定中心轴线；以及
多个流体引导特征，所述多个流体引导特征延伸到所述空腔中并且平行于所述中心轴线而定向；
第一连接部，所述第一连接部位于所述壳体的底部并且被配置成用于接收冷却流体；以及
第二连接部，所述第二连接部位于所述壳体的顶部并且被配置成用于移除冷却流体，其中所述第一连接部和所述第二连接部沿与所述中心轴线十字交叉延伸的一个或更多个轴线延伸，并且其中所述第一连接部和所述第二连接部沿着所述中心轴线与所述多个流体引导特征重叠；以及
流体回路，所述流体回路被配置成用于使所述冷却流体在所述壳体与所述马达之间循环，所述流体回路包括：
第一冷却流体路径，所述第一冷却流体路径至少部分地由所述多个流体引导特征限定，所述第一冷却流体路径使得所述冷却流体的第一部分围绕所述马达的第一部分行进，以及
第二冷却流体路径，所述第二冷却流体路径至少部分地由所述多个流体引导特征限定，所述第二冷却流体路径使得所述冷却流体的第二部分围绕所述马达的第二部分行进，其中，所述马达的所述第二部分位于与所述第一部分相对的位置；
其中所述多个流体引导特征包括从所述壳体延伸的多个突起，并且其中所述多个突起被配置成使所述冷却流体分成围绕所述马达的所述第一部分行进的所述冷却流体的所述第一部分和围绕所述马达的所述第二部分行进的所述冷却流体的所述第二部分。
9.如权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第一冷却流体路径和所述第二冷却流体路径是蛇形的。
10.如权利要求8所述的冷却系统，其中，所述流体回路被配置成经由所述第一连接部将所述冷却流体接收到所述流体回路中，并且经由所述第二连接部从所述流体回路中移除所述冷却流体。
11.如权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第一连接部和第二连接部相对于所述中心轴线分开设置。
12.如权利要求10所述的冷却系统，其中，所述壳体中的所述第一连接部与冷凝器组件处于流体连通，所述冷凝器组件被配置成用于将所述冷却流体供应至所述流体回路。
13.如权利要求8所述的冷却系统，其中，所述冷却流体是运行压力小于400kPa的低压制冷剂。
14.如权利要求13所述的冷却系统，其中，所述低压制冷剂为R1233zd。
15.一种蒸气压缩系统，包括：
连接在被配置用于使制冷剂循环的闭合环路中的离心式压缩机、冷凝器、膨胀装置、以及蒸发器，所述离心式压缩机由感应马达直接驱动；
其中所述感应马达包括：
定子；
联接到轴的转子，所述轴限定中心轴线，所述转子和所述轴被配置成用于在所述定子中旋转；
壳体，所述壳体包括：
空腔，所述空腔被配置成用于至少部分地封装所述定子；
多个制冷剂引导特征，所述多个制冷剂引导特征延伸到所述空腔中并且被配置成限定用于所述制冷剂的第一部分的第一制冷剂路径和用于所述制冷剂的第二部分的第二制冷剂路径；
入口，所述入口位于所述壳体的底部并且被配置成用于接收来自冷凝器的所述制冷剂；以及
出口，所述出口位于所述壳体的顶部并且被配置成用于从所述壳体中移除所述制冷剂，其中所述入口和所述出口沿与所述中心轴线十字交叉延伸的一个或更多个轴线延伸，并且其中所述入口和所述出口沿着所述中心轴线与所述多个制冷剂引导特征重叠；以及
马达护套，所述马达护套联接至所述定子的外表面；
其中，所述多个制冷剂引导特征朝向所述马达护套从所述壳体延伸，并且平行于所述中心轴线；
其中，所述多个制冷剂引导特征被配置成使所述制冷剂分成围绕所述感应马达的第一部分行进的所述制冷剂的所述第一部分和围绕位于与所述感应马达的所述第一部分相对的位置的所述感应马达的第二部分行进的所述制冷剂的所述第二部分；并且
其中，所述制冷剂的所述第一部分和所述制冷剂的所述第二部分在所述壳体与所述马达护套之间循环。
16.如权利要求15所述的蒸气压缩系统，其中，所述第一制冷剂路径和所述第二制冷剂路径是蛇形的。
17.如权利要求15所述的蒸气压缩系统，其中，所述第一制冷剂路径位于所述空腔与所述马达护套的第一部分之间，并且其中，所述第二制冷剂路径位于所述空腔与所述马达护套的第二部分之间，所述马达护套的第一部分位于与所述马达护套的所述第二部分相对的位置。
18.如权利要求15所述的蒸气压缩系统，其中，所述制冷剂是运行压力小于400kPa的低压制冷剂。
19.如权利要求18所述的蒸气压缩系统，其中，所述低压制冷剂为R1233zd。
20.如权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第一连接部和所述第二连接部设置在所述壳体的相对侧。
21.如权利要求20所述的冷却系统，其中，所述第一连接部和所述第二连接部沿着垂直于所述中心轴线的竖直轴线设置。
22.一种蒸气压缩系统，包括权利要求15-19所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
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