CN206807225U - 一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇 - Google Patents
一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇，包括支撑盘、轴套和若干风扇叶片，支撑盘呈圆环状，轴套位于支撑盘中心处并与电机轴相连，所述叶片采用前倾式结构，每个叶片均一端连接于轴套而另一端由轴套向外发散均匀排列连接于支撑盘，每个叶片上远离电机轴一端的高度高于靠近电机轴一端的高度使得整个叶片呈二级阶梯形，叶片上高度较低一端为一级叶片端，叶片上高度较高一端为二级叶片端，一级叶片端和二级叶片端的上边沿均与支撑盘的盘面平行。本实用新型极大地提高发电机的散热效果，降低发电机工作中温度上升带来的损耗，使其所应用的发电机相比于传统发电机在功率相同的情况下效率更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电机技术，具体涉及一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇。
背景技术
交流同步发电机可以通过汽油发动机或柴油发动机带动旋转进行发电。其中20kw功率以下的交流同步发电机多为2极，所匹配的汽油发动机和柴油发动机多为单缸和双缸发动机。发动机在工作转速3000转每分钟时，交流同步发电机可发出频率50Hz交流电；其匹配发动机在工作转速3600转每分钟时，交流同步发电机可发出频率60Hz交流电。
为尽可能的提高这种发电机的输出功率，国内生产商均简单的采用提升电机用铜和用铁量，即加长电机定子铁芯和转子铁芯的方法。虽然这种方式可以在一定范围提升电机功率，但电机风扇所能实现的散热量却并没有同步进行改进提升。这就带来了电机风扇无法很好的满足由电机绕组铜损耗、铁芯损耗、轴承摩擦、电刷摩擦等损耗产生的热量快速排出的需求。特别是铁芯加长后，也导致了电机内部风道内风阻加大，这就更制约了电机风扇的散热效果，增加了电机的散热难度。而电机温度越高，其绕组的直流电阻越大，在相同的电流时，电机的损耗越大，电机效率越低。
实用新型内容
发明目的：本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇。
技术方案：本实用新型的一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇，包括支撑盘、轴套和若干风扇叶片，所述支撑盘呈圆环状，轴套位于支撑盘中心处并与电机轴相连，所述叶片采用前倾式结构，每个叶片均一端连接于轴套而另一端由轴套向外发散均匀排列连接于支撑盘，每个叶片上远离电机轴一端的高度高于靠近电机轴一端的高度使得整个叶片呈二级阶梯形，叶片上高度较低一端为一级叶片端，叶片上高度较高一端为二级叶片端，一级叶片端和二级叶片端的上边沿均与支撑盘的盘面平行。其中，一级叶片端与二级叶片端之间的高度差主要取决于所应用的发电机端部线包的高度，在风扇不擦碰电机定子铁芯的情况下，高度差越大越好。
进一步的，所述所有叶片的二级叶片端的上边沿安装有防负压环。
进一步的，所述发电机定子靠近风扇一侧的端部绕组线包顶面靠近一级叶片端的上边沿位置，且定子的线包侧面被所有叶片的二级叶片端环绕所包围，使得整个定子端部线包被风扇环绕。
有益效果：与传统电机风扇仅能带动定子一侧端部线包的上表面的空气流动相比，本实用新型中增加了风扇对端部绕组侧表面的散热影响；二级阶梯式风叶相比于传统风扇叶片的面积更大，能够在工作中形成更大质量的空气流动；前倾式叶片结构形成更大的风压，提高小功率同步发电机风扇散热能力，继而提高了发电机效率。
总之，本实用新型极大地提高发电机的散热效果，降低发电机工作中温度上升带来的损耗，使其所应用的发电机相比于传统发电机在功率相同的情况下效率更高。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型中叶片的结构示意图；
图3为实施例1中的风扇结构示意图；
图4为实施例1中的风扇结构示意图；
图5为图4中的A-A向剖视图；
图6为本实用新型与发电机之间的装配示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
为进一步了解本实用新型，首先做如下说明：
小功率发电机热损耗公式如下：
Q＝I2R (1)
式中，Q是指电机产生的热量；I是指电机定子绕组电流；R是指电机定子绕组直流电阻。
电机输出一定功率在达到稳定温度后(此时产生的热量等于散发的热量，物体温度不再上升)，稳定温度越低，电机直流电阻越小R，产生损耗Q越小。
设发电机每单位时间产生的瞬间热量为Q,设电机质量为m(kg)，电机平均比热容为c[J/(kg·K)]，风扇对电机的有效散热表面为A(m2)，表面散热系数为a[即当温升为1K时，每单位时间从单位表面积上通过风扇散出的热量，单位W/(m2.K)]。
若某一瞬间电机对周围介质的温升(即温度差)为△θ，经过一段极短的时间dt后温升增加了d(△θ)，根据热量平衡规律，可以得到以下关系式：
Qdt＝aA(△θ)dt+cmd(△θ) (2)
式中：Qdt为在时间dt内物体产生的热量，aA(△θ)dt为dt时间内从表面散发到周围空气的热量；cmd(△θ)为物体温度升高所吸收的热量。
由此得
Q＝aA(△θ)+cmd(△θ)/dt (3)
当达到稳定温度状态时(此时产生的热量等于散发的热量，物体温度不再上升)，d(△θ)/dt＝0，此时温升为稳定温升△θ∞，即
△θ∞＝Q/Aa (4)
由上式可见，风扇对电机的有效散热表面为A(m2)和表面散热系数为a越大，发电机稳定温度越低。
综上，在设计发电机时尽需要可能增加风扇对电机的有效散热表面为A和表面散热系数为a，将能降低电机的损耗，提高效率。
因发电机工作过程中，产生的热量主要来源于定子的输出电流产生的热量，因此，本实用新型发电机风扇设计基于一下两个最优条件：
(1)发电机风扇旋转尽可能质量的带动的定子端部线包周围的空气流动(发电机表面散热系数a越大散热效果越优)。
(2)发电机风扇旋转带动的空气流动尽可能大的覆盖发电机定子绕组表面积(散热面积A越大散热效果越优)。
如图1所示，本实用新型的一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇，包括支撑盘1、轴套2和若干风扇叶片3，所述支撑盘1呈圆环状，轴套2位于支撑盘1中心处并与电机轴相连，所述叶片3采用前倾式结构，每个叶片3均一端连接于轴套2而另一端由轴套2向外发散均匀排列连接于支撑盘1，每个叶片3上远离电机轴一端的高度高于靠近电机轴一端的高度使得整个叶片3呈二级阶梯形，叶片3上高度较低一端为一级叶片端31，叶片3上高度较高一端为二级叶片端32，一级叶片端31和二级叶片端32的上边沿均与支撑盘1的盘面平行。
所有叶片3的二级叶片端32的上边沿安装有防负压环4；如图5所示，与发电机装配后，定子靠近风扇一侧的端部绕组线包顶面5靠近一级叶片端31的上边沿位置，且定子的线包侧面被所有叶片3的二级叶片端32环绕所包围，使得整个定子端部线包被风扇环绕。
上述风扇整体材质均可全部采用铝材质，使得整个装置更加坚固耐劳，延长使用寿命。
上述风扇支撑盘1、风扇防负压环4、风扇叶片3还可全部选用耐高温尼龙材料，轴套2选用金属材料，采用这样的材质制成成本低廉。
实施例1：
如图3至图5所示，本实施例的风扇各参数如下：
(1)风扇的支撑盘1直径：140mm；
(2)风扇的轴套2内径直径：36mm；
(3)前倾式二级阶梯形叶片3：
叶片3的数量：14片；
一级叶片端31的高度：20mm；
二级叶片端32的高度：50mm；
(4)防负压环4：内直径Φ185mm，外直径Φ225mm。
由图2至图6可以看出，本实例中，定子线包在装配后，可伸进风扇内部约30mm范围，采用这种结构，使得风叶更大，且能带动更多空气流动并覆盖更大面积的定子线。
实例实验效果
将本实例与现有发电机风扇在相同的发电机(铁芯叠长、直径相同，输出功率相同)做如下比较实验，如表1所示：
本实施中，使用同一电机，电机的铁芯外径为190mm，长130mm,输出功率4.5kw，出风口面积0.0045m2。
表1
| 电机配置传统风扇 | 电机配置本实用新型中的风扇 | |
| 满载稳定定子温升 | 64.2℃ | 48.1℃ |
| 满载稳定转子温升 | 67.5℃ | 46.6℃ |
| 出风口单位风速 | 11m/s | 17m/s |
| 出风口单位风量 | 2.97m3/min | 4.59m3/min |
| 满载稳定电机效率 | 78.9％ | 82.7％ |
由上实验数据可见，本实用新型的风扇散热效果明显优与传统风扇。
Claims (3)
1.一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇，其特征在于：包括支撑盘、轴套和若干风扇叶片，所述支撑盘呈圆环状，轴套位于支撑盘中心处并与电机轴相连，所述叶片采用前倾式结构，每个叶片均一端连接于轴套而另一端由轴套向外发散均匀排列连接于支撑盘，每个叶片上远离电机轴一端的高度高于靠近电机轴一端的高度使得整个叶片呈二级阶梯形，叶片上高度较低一端为一级叶片端，叶片上高度较高一端为二级叶片端，一级叶片端和二级叶片端的上边沿均与支撑盘的盘面平行。
2.根据权利要求1所述的用于交流同步发电机的高效率散热风扇，其特征在于：所述所有叶片的二级叶片端的上边沿安装有防负压环。
3.根据权利要求1所述的用于交流同步发电机的高效率散热风扇，其特征在于：所述发电机定子靠近风扇一侧的端部绕组线包顶面靠近一级叶片端的上边沿位置，且定子的线包侧面被所有叶片的二级叶片端环绕所包围，使得整个定子端部线包被风扇环绕。
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| CN201720536195.0U CN206807225U (zh) | 2017-05-16 | 2017-05-16 | 一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106961183A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-07-18 | 高邮市科特电机制造有限公司 | 一种用于交流同步发电机的高效率散热风扇 |
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