CN208939765U

CN208939765U - 一种冷媒电机冷却模拟试验装置及系统

Info

Publication number: CN208939765U
Application number: CN201822024203.0U
Authority: CN
Inventors: 谭明忠; 毕刘新; 沙宏磊; 魏庆; 洪申平; 俞天野
Original assignee: Tianjin Feixuan High-Speed Motor Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Feixuan High-Speed Motor Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2028-12-04

Abstract

本实用新型创造提供了一种冷媒电机冷却模拟试验装置及系统，包括试验电机，该试验电机包括电机壳和电机壳内的模拟试验组件；所述电机壳上设有排气口，且在电机壳顶部设有冷却液入口；所述模拟试验组件包括内部设有加热棒的电机转子中间半轴、以及对称设置在电机转子中间半轴两端的模拟转子；所述模拟转子分别安装在相应一侧的转子托架上；所述电机转子中间半轴与电机壳之间设有电机定子铁芯，在电机定子铁芯上设有电机定子绕组，在电机定子铁芯内设有加热棒。本实用新型创造可以有效模拟电机内部实际的蒸发状态以及电机定转子冷却温度场分布。并且可以模拟并试验得出电机定转子损耗最佳比例。

Description

一种冷媒电机冷却模拟试验装置及系统

技术领域

本发明创造属于电机设计制造技术领域，尤其是涉及一种冷媒电机冷却模拟试验装置及系统。

背景技术

电机作为驱动机器，其能量转换是通过将电能转换为机械能。它在运转过程中会在线圈、铁芯等部件上产生能量损耗。这些损耗最终都将以热能的形式散发至外界。如果电机的冷却设计不合理，就会使电机内部温度不能保持在合理的范围内，若温升过高，则会导致绝缘老化，长时间运行时会使绝缘电气性能下降；而对于高速永磁电机而言，转子永磁体在超过一定温度限值后会出现高温失磁的情况，持续高温运行也将影响电机安全。尤其是冷媒介质冷却的电机，由于通常会利用冷媒介质优异的相变传热能力来冷却电机各个部位。这使得冷媒电机功率密度高、体积小，在制冷系统中作为驱动机很受欢迎。但相变传热对于使用仿真模拟技术很难精确地模拟出实际的冷却情况。很难计算出关键参数冷却流量、各部位冷媒压力和温度分布。

现有技术中，采用比较广泛的是利用实机运行来进行验证，即采用真实的电机通过带动负载，在系统中加装各类阀门、流量监测仪器通过不断调试来得到满足电机合理温升的冷却流量。但采用真实电机只能得到相关于这台电机特别关键的温度测点实际测量值，不能指导电机定转子损耗最佳比例的设计，对于电机各部位的温度分布能获得信息非常少，不利于电机冷却结构的优化设计。并且对于大功率电机拖动负载、组建循环系统来做电机冷却试验，也会增加试验人员工作量以及试验成本。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种冷媒电机冷却模拟试验装置及系统。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种冷媒电机冷却模拟试验装置，包括试验电机，该试验电机包括电机壳和电机壳内的模拟试验组件；

所述电机壳上设有排气口，且在电机壳顶部设有冷却液入口；在电机壳上设置有测量试验电机内部腔体的冷媒气体压力和温度的传感器；

所述模拟试验组件包括内部设有加热棒的电机转子中间半轴、以及对称设置在电机转子中间半轴两端的模拟转子；所述模拟转子分别安装在相应一侧的转子托架上；

所述电机转子中间半轴与电机壳之间设有电机定子铁芯，在电机定子铁芯上设有电机定子绕组，在电机定子铁芯内设有加热棒。

进一步，所述电机壳包括壳体，在该壳体两端安装可拆卸的端盖，每侧的端盖上均设有观察窗。

进一步，所述电机转子中间半轴内还设有温度传感器。

进一步，所述电机定子铁芯内还设有温度传感器。

一种应用上述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置的试验系统，包括在试验电机冷却液入口和排气口之间依次串联的气液分离器、压缩机、油分离器、冷凝器、储液罐以及流量计；所述气液分离器与排气口之间设有第一压力传感器和第一温度传感器；所述气液分离器与压缩机之间设有第二温度传感器和第二压力传感器；所述油分离器与压缩机之间设有第三温度传感器；所述储液罐与流量计之间设有第三压力传感器。

进一步，所述压缩机采用配置有变频器的涡流式压缩机。

进一步，所述冷凝器外侧设有风扇。

进一步，所述流量计与冷却液入口之间设有电子膨胀阀。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

可以有效模拟电机内部实际的蒸发状态以及电机定转子冷却温度场分布。并且可以模拟并试验得出电机定转子损耗最佳比例，试验出电机内腔流动压损，以及电机合理冷却流量的给定。

同时，该试验平台不会增加试验人员的工作量，节约现有技术中利用真机搭建系统造成巨额的试验费用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造中试验电机的结构示意图；

图2为本发明创造中试验系统的示意图。

附图标记说明：

1-电机壳；4-冷却液入口；5-电机转子中间半轴；6-模拟转子；7-转子托架；8-电机定子铁芯；9-电机定子绕组；10-壳体；11-端盖；12-观察窗；20-气液分离器；30-压缩机；40-油分离器；50-冷凝器；60-风扇；70-储液罐；80-流量计；90-电子膨胀阀；100-试验电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

一种冷媒电机冷却模拟试验装置，如图1和图2所示，包括试验电机100，该试验电机包括电机壳1和电机壳内的模拟试验组件；

电机壳上设有排气口，且在电机壳顶部设有冷却液入口4；在电机壳上设置有测量试验电机内部腔体的冷媒气体压力和温度的传感器；

所述模拟试验组件包括内部设有加热棒的电机转子中间半轴5、以及对称设置在电机转子中间半轴两端的模拟转子6；所述模拟转子分别安装在相应一侧的转子托架7上；

所述电机转子中间半轴与电机壳之间设有电机定子铁芯8，在电机定子铁芯上设有电机定子绕组9，在电机定子铁芯内设有加热棒。每一侧的模拟转子，均与处于电机定子铁芯的两端的电机定子绕组对应。

上述电机壳包括壳体10，在该壳体两端安装可拆卸的端盖11，每侧的端盖上均设有观察窗12。

上述电机转子中间半轴内还设有温度传感器。上述电机定子铁芯内还设有温度传感器。用于向外部反馈相应的温度信息。在电机冷却液入口4、电机排气口、以及电机试验壳体4均设置了温度压力传感器。

电机定子包括定子铁芯与定子绕组，在定子铁芯圆周方向设置有多个加热棒与温度传感器；同样定子绕组内部设置有多个温度传感器。电机转子中间半轴加装多个加热棒与温度传感器，用以模拟转子损耗部分。特别地是该电机转子中间半轴作为静止状态加热。

在电机转子中间半轴的两端分别设置有转子托架，通过转子托架将模拟转子托起，保证与电机定子铁芯内圆对正。试验电机，在电机试验壳体两端均装有观察视窗，通过观察视窗可以直接观察电机内部实际蒸发冷却状态。上述的试验电机结构布置，为电机模拟试验奠定了坚实的基础。

一种冷媒电机冷却模拟试验装置的试验系统，包括在上述试验电机冷却液入口和排气口之间依次串联的气液分离器20、压缩机30、油分离器40、冷凝器50、储液罐70以及流量计80；所述气液分离器与排气口之间设有第一压力传感器P1和第一温度传感器T1；所述气液分离器与压缩机之间设有第二温度传感器T2和第二压力传感器P2；所述油分离器与压缩机之间设有第三温度传感器T3；所述储液罐与流量计之间设有第三压力传感器P3。

通过直流电源给电机定子绕组供电，定子绕组线圈发热可以模拟电机铜损，并且精确调节直流电源的电压值可以改变模拟的铜损值；同理直流电源给定子铁芯内部设置的加热棒供电，加热棒发热并传导给定子铁芯，可以模拟电机铁损，铁损值也可以进行精确调节；而对于实际电机转子上的损耗，如涡流损耗、摩擦损耗的模拟，通过直流电源给转子半轴内设置的加热棒通电，使加热棒发热。

较佳的，上述压缩机采用配置有变频器的涡流式压缩机。试验系统组装完成后，需对系统通电，通过变频器启动压缩机运行。联合调节变频器频率输出、电子膨胀阀开度，从而实现进入试验电机中的冷媒流量可调。

通过调节直流电源的输出电压，计算电机定子总损耗(铜损与铁损)与电机转子总损耗的比值，记录电机各部位温度和压力测量值。通过该冷却模拟试验平台可以测试出不同的电机定转子损耗比例下，电机各部位温度场的分布，电机合理的冷却流量。还可测试出电机内腔流体流动的压力损失值，指导电机冷却结构的优化设计，也以便于电机最佳冷却参数的确认。

本发明创造提供的试验系统中，将试验电机作为制冷循环系统中的蒸发器部分，通过运行涡旋压缩机带动系统内部的冷媒流动。冷媒经压缩机压缩后进入油分离器40进行充分油气分离，到达冷凝器50中。

在冷凝器50中冷媒在铜管中流动，铜管外壁镶嵌多层翅片，冷媒通过翅片以及铜管壁表面积与外界空气进行热交换。热交换后的冷媒经储液罐70、冷媒流量计80，进入电子膨胀阀90节流降压。冷凝器外侧设有风扇60，辅助热交换。

变成低温低压的冷媒介质流经试验电机10中。在试验电机内部腔室中吸热蒸发，从而冷却电机各个部位，保证各部位温度不超过限值。冷凝器50，为普遍采用的风冷型冷凝器，但也可利用其他形式冷凝器；储液罐70与电子膨胀阀90之间加装流量计80，通过流量计对管道循环冷媒流量实时采集。本技术方案中的90不仅局限于电子膨胀阀，只要能起到节流降压功能的装置均可应用于技术方案。

通过上述试验系统，可以有效模拟电机内部实际的蒸发状态以及电机定转子冷却温度场分布。并且可以模拟并试验得出电机定转子损耗最佳比例，试验出电机内腔流动压损，以及电机合理冷却流量的给定。同时，该试验平台不会增加试验人员的工作量，节约现有技术中利用真机搭建系统造成巨额的试验费用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：包括试验电机，该试验电机包括电机壳和电机壳内的模拟试验组件；

2.根据权利要求1所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述电机壳包括壳体，在该壳体两端安装可拆卸的端盖，每侧的端盖上均设有观察窗。

3.根据权利要求1所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述电机转子中间半轴内还设有温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述电机定子铁芯内还设有温度传感器。

5.一种应用权利要求1所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置的试验系统，其特征在于：包括在试验电机冷却液入口和排气口之间管路上依次串联的气液分离器、压缩机、油分离器、冷凝器、储液罐以及流量计；所述气液分离器与排气口之间设有第一压力传感器和第一温度传感器；所述气液分离器与压缩机之间设有第二温度传感器和第二压力传感器；所述油分离器与压缩机之间设有第三温度传感器；所述储液罐与流量计之间设有第三压力传感器。

6.根据权利要求5所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述压缩机采用配置有变频器的涡流式压缩机。

7.根据权利要求5所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述冷凝器外侧设有风扇。

8.根据权利要求5所述的一种冷媒电机冷却模拟试验装置，其特征在于：所述流量计与冷却液入口之间设有电子膨胀阀。