CN102570719A - 大功率电机 - Google Patents
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Abstract
本发明为了解决现有采用水冷方式的大功率电机，在电机整体冷却效果和电机体积上存在的矛盾，提供一种可以将电机冷却效果和电机体积进行均衡考虑的大功率电机。本发明通过在定子外设置具有轴向气流通道的水套以及定子和转子内的通风管道，结合了安装空水冷却器和采用水套式框架两种冷却方式的优点，电机整体体积小，质量轻；定子、转子与冷却气的接触面积大，可以有效地冷却定子、转子；定子与冷却水套有一定的接触面积，可以更有效地冷却定子，同时，可以根据需求有选择地将转子第二轴向通风道在靠近离心风扇一侧开口完全封闭或者部分封闭，便于调节冷却气的总流量，控制电机整体所需的冷却效果。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体地说，涉及一种大功率电机。
背景技术
中大型电机冷却方式多种多样，包括空冷、液冷、蒸发冷却等，但在中大型电机应用中，综合冷却系能和经济成本，主要以空冷为主。空气冷却在结构上简单，费用低廉，维护方便，这些显著优点使得空气冷却首先得到了应用和发展，但是，随着电机容量的增加，电机发热量也在增加，要强化冷却就必须加大通风量，从而增加通风损耗，降低电机效率，电机水冷系统随之产生。
关于电机液冷方式，早在1917年，匈牙利冈次茨工厂就曾用变压器油作牵引电机的冷却方式。1956年，英国开始采用净化水冷却电机定子绕组。目前绕组采用水冷已相当普遍。液体的比热，导热系数比气体大，所以液冷的散热能力较空气冷却大为提高。水是很好的冷却介质，它具有很大的比热和导热系统，价廉无毒，不阻燃，无爆炸危险，冷却效果显著等优点。
大功率电机的传统水冷却方式有两种：
一种方式是在电机框架上方安装空水冷却器，电机内冷却气分别经过驱动端、非驱动端的轴流扇进入转子铁芯，冷却转子后经由转子的径向风道流入定子径向风道；冷却定子铁芯后，集中进入框架上方的冷却器内冷却，再由电机两端分别进入电机内部进行冷却。这种方式的优点是空水冷却器效率高，可以有效地冷却内气；定子铁芯、转子铁芯与冷却气的接触面积大，冷却效果好；缺点是电机体积大，所需的空间大；质量重，成本高。
另一种方式是电机水套式框架通过热套方式与定子装配到一起，主要通过定子与框架之间的热传导冷却电机。这种方式的优点是电机体积小，质量轻，对定子冷却效果好；缺点是对转子的冷却效果差，电机驱动端、非驱动端温差较大。
发明内容
本发明的目的是解决现有采用水冷方式的大功率电机，在电机整体冷却效果和电机体积上存在的矛盾，提供一种可以将电机冷却效果和电机体积进行均衡考虑的大功率电机。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种大功率电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，其特征在于：定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子设有多组位于定子不同径向截面的第一径向通风孔，转子设有多组与第一径向通风孔对应的第二径向通风孔，定子外表面设有多个与对应第一径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口封闭且靠近离心风扇一侧开口开通的第一轴向通风道，转子邻近轴心处设有多个与对应第二径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口开通且靠近离心风扇一侧开口封闭的第二轴向通风道。
本发明中，所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，既可以是具有多个沿电机轴向风管的水套，也可以是具有多个沿电机轴向水道的水套。
本发明中，为了使得定子和转子内部散热均匀，同时避免气流回流，相邻两组位于不同径向截面的第一径向通风孔和第二径向通风孔沿电机轴向的间距从靠近离心风扇一端到远离离心风扇一端逐渐增大。
所述多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二。由于内气主要冷却转子，水套主要冷却定子，当多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二时，总的冷却效果最佳。
一种大功率电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，其特征在于：定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子设有多组位于定子不同径向截面的第一径向通风孔，转子设有多组位于转子不同径向截面与第一径向通风孔对应的第二径向通风孔，定子外表面设有多个与对应第一径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口封闭且靠近离心风扇一侧开口开通的第一轴向通风道，转子邻近轴心处设有多个与对应第二径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口开通且靠近离心风扇一侧开口部分封闭的第二轴向通风道。
本发明中，所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，既可以是具有多个沿电机轴向风管的水套，也可以是具有多个沿电机轴向水道的水套。
本发明中，为了使得定子和转子内部散热均匀，同时避免气流回流，相邻两组第一径向通风孔和第二径向通风孔沿电机轴向的间距从靠近离心风扇一端到远离离心风扇一端逐渐增大。
所述多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二。由于内气主要冷却转子，水套主要冷却定子，当多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二时，总的冷却效果最佳。
本发明的大功率电机，结合了安装空水冷却器和采用水套式框架两种冷却方式的优点，电机整体体积小，质量轻；定子、转子与冷却气的接触面积大，可以有效地冷却定子、转子；定子与冷却水套有一定的接触面积，可以更有效地冷却定子，同时，可以根据需求有选择地将转子第二轴向通风道在靠近离心风扇一侧开口完全封闭或者部分封闭，便于调节冷却气的总流量，控制电机整体所需的冷却效果。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的轴向剖视图。
图2为本发明第一种实施方式的径向剖视图。
图3为本发明第二种实施方式的轴向剖视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明的主旨在于，针对现有在电机框架上方安装空水冷却器以及采用水套式框架两种水冷方式的大功率电机，在电机整体冷却效果和电机体积上存在的矛盾，提供一种可以将电机冷却效果和电机体积进行均衡考虑的大功率电机。
参见图1，本发明第一种实施方式的大功率电机，包括密闭式的框架1，电机内部一端的转轴11上设有离心风扇12，定子2外表面套有具有轴向气流通道的水套13，由于定子2紧贴水套13，与传统的采用水套式框架结构相似的是，定子2将获得较好的冷却效果，同时类似传统水套式的框架也使得电机整体体积较小。
对于水套13既可以采用具有多个沿电机轴向风管的水套，也可以采用具有多个沿电机轴向水道的水套（图1中并未对轴向风管或者轴向水道进行示意）。由于两种结构是相似的，因此仅通过图2进行说明，当采用具有多个沿电机轴向风管的水套时，图2中的管道14（即轴向风管）将作为冷却气循环的通道，管道14周围将充满冷却水；采用具有多个沿电机轴向水道的水套时，图2中的管道14（即轴向水道）将充满冷却水，冷却气将在多个管道14之间的空隙中流动。采用具有多个沿电机轴向风管的水套时，冷却气与冷却水的热量交换充分，冷却气得到很好的冷却，继而可以很好地冷却电机的转子、定子，而且冷却水的封闭结构简单易行，水套的造价低；采用具有多个沿电机轴向水道的水套时，冷却水的封闭结构繁杂，不易操作，且会影响电机的总体结构，使电机的制作成本上升。采用具有多个沿电机轴向风管的水套，图2中的管道14作为冷却气循环的通道更加适合，也更具有实际的工程意义。
再参见图1，本发明中为了使得电机的转子3也获得较好的冷却效果，避免电机驱动端、非驱动端温差较大，首先，在定子2上设置了多组位于定子2不同径向截面的第一径向通风孔21，每一径向截面上第一径向通风孔21的数量是相同的，且不同径向截面上的相对应的第一径向通风孔21处于同一轴向平面，同一径向截面上的每组第一径向通风孔21通常也按等角度间隔进行布置，处于不同径向截面相邻的两组第一径向通风孔21在电机轴向上保持一定的间距。
在转子3上同样设置了多组位于转子3不同径向截面的第二径向通风孔31，第二径向通风孔31的设置方式与第一径向通风孔21的设置方式是相似的，相对应的一组第一径向通风孔21和第二径向通风孔31位于电机的同一径向截面上，但是同一径向截面上第二径向通风孔31的数量与第一径向通风孔21的数量既可以是相同的，也可以是不同的。对于采用定子和转子径向通风孔方式进行散热的大功率电机，对于径向通风孔通常也是按照上述方式进行布置的，此处不再进行累述。
本实施例中，在定子2外表面设置了多个第一轴向通风道22，每个第一轴向通风道22与多组第一径向通风孔21中位于同一轴向平面上其对应的多个第一径向通风孔21连通，那么，第一轴向通风道22的数量与位于同一径向截面上每组第一径向通风孔21的数量相同；同理，在转子3邻近轴心处设置多个第二轴向通风道32，每个第二轴向通风道32与多组第二径向通风孔31中位于同一轴向平面上其对应的多个第二径向通风孔31连通，第二轴向通风道32的数量与位于同一径向截面上每组第二径向通风孔22的数量相同。例如，本实施例中设置了12个第一轴向通风道22和6个第二轴向通风道32，可以理解的是位于电机同一径向截面的一组第一径向通风孔21和第二径向通风孔31的数量将分别是12个和6个（图2中并未对第一径向通风孔21和第二径向通风孔31进行示意）。
本发明中，每个第一轴向通风道22远离离心风扇12一侧开口是封闭的，靠近离心风扇12一侧开口是开通的；而每个第二轴向通风道32远离离心风扇12一侧开口是开通的，靠近离心风扇12一侧开口是密闭的。通过上述设置，完成一次冷却循环的冷却气经离心风扇12甩向框架1的两端，冷却气进入水套13进行冷却，经水套13冷却后的冷却气到达电机的另一端，由于定子2和转子3之间的气隙很小，经冷却后的冷却气被强制从转子3的多个第二轴向通风道32进入转子3内部，经过转子3内的多个第二径向通风孔31和定子2内的多个第一径向通风孔22进入每一个第一轴向通风道21中，最终从多个第一轴向通风道21靠近离心风扇12一侧的开口中流出进入离心风扇12。
这样，通过水套13冷却后温度较低的冷却气优先进入转子3内，可以大大改善转子3的散热效果，转子3和定子2多个轴向通风道和径向通风孔也增大了转子3和定子2与冷却气的接触面积，进而从整体上提高了电机的散热效果。
同时，由于冷却气进入转子3和定子2内后向靠近离心风扇12一侧流动的过程中温度逐渐升高，为了使得转子3和定子2内部散热均匀，靠近离心风扇12一侧转子3和定子2在单位轴向长度内应当与冷却气有更大的接触面积，即转子3和定子2在单位轴向长度内拥有更多的径向通风孔，换句话说，相邻两组位于不同径向截面第一径向通风孔21和第二径向通风孔31沿电机轴向的间距从靠近离心风扇12一端到远离离心风扇12一端逐渐增大。由于远离离心风扇12一侧的转子3第二轴向通风道32间隔较大，也避免了冷却气回流。本发明通过上述设置，将现有在电机框架上方安装空水冷却器和传统采用水套式框架两种水冷方式的大功率电机的优点进行了结合，有效地解决了电机整体冷却效果和电机体积上存在的矛盾。
由于水套13与定子2外圆周接触面积的大小主要决定对定子2的冷却效果，即在本发明中，定子2主要通过热传导的方式进行散热；而定子2的多个第一轴向通风道22的总宽度主要决定电机内冷却气的流量，进而影响对转子3的冷却效果，即在本发明中，转子3主要是通过冷却气进行散热。
那么，多个第一轴向通风道22的总宽度占定子2外圆周周长处于合适的比例才能使得电机的定子2和转子3获得一个较好的整体冷却效果。本发明中由于转子3的温度较高，选择倾向于冷却气散热的方式更为有利于电机的整体散热效果，继而多个第一轴向通风道22的总宽度应当是大于定子外圆周周长的一半的，但多个第一轴向通风道22的总宽度过大又会削弱定子2通过热传导的方式进行散热，因此当多个第一轴向通风道22的总宽度为定子2外圆周周长的二分之一到三分之二时，电机总的冷却效果最佳。
参见图3，本发明第二种实施方式，与第一种实施方式的区别在于，转子3的多个第二轴向通风道32靠近离心风扇12一侧的开口是部分封闭的，便于调节冷却气的总流量，控制电机整体所需的冷却效果。如果受到电机结构限制，使得风扇能力不足，冷却气流量不大且温度较高时，开口大一些，可以提高冷却气的总流量，从而有效地降低冷却气的温度，便可以提升冷却效果；当电机风扇能力足的时候，将开口全封闭，可以使冷却气全部经过转子3、定子2的径向通风孔来冷却电机的转子3、定子2。
由于第二种实施方式与第一种实施方式仅仅是第二轴向通风道32靠近离心风扇12一侧的开口封闭情况不同，其他结构以及工作原理都是相同的，此处将不再进行累述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 
。
Claims (10)
1.大功率电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，其特征在于：定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子设有多组位于定子不同径向截面的第一径向通风孔，转子设有多组与第一径向通风孔对应的第二径向通风孔，定子外表面设有多个与对应第一径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口封闭且靠近离心风扇一侧开口开通的第一轴向通风道，转子邻近轴心处设有多个与对应第二径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口开通且靠近离心风扇一侧开口封闭的第二轴向通风道。
2.如权利要求1所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向风管的水套。
3.如权利要求1所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向水道的水套。
4.如权利要求1至3任一所述的大功率电机，其特征在于：相邻两组位于不同径向截面的第一径向通风孔和第二径向通风孔沿电机轴向的间距从靠近离心风扇一端到远离离心风扇一端逐渐增大。
5.如权利要求1至3任一所述的大功率电机，其特征在于：所述多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二。
6.大功率电机，电机框架为密闭式结构，电机内一端的转轴上设有离心风扇，其特征在于：定子外表面套有具有轴向气流通道的水套，定子设有多组位于定子不同径向截面的第一径向通风孔，转子设有多组与第一径向通风孔对应的第二径向通风孔，定子外表面设有多个与对应第一径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口封闭且靠近离心风扇一侧开口开通的第一轴向通风道，转子邻近轴心处设有多个与对应第二径向通风孔连通、远离离心风扇一侧开口开通且靠近离心风扇一侧开口部分封闭的第二轴向通风道。
7.如权利要求6所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向风管的水套。
8.如权利要求6所述的大功率电机，其特征在于：所述定子外表面套有具有轴向气流通道的水套是具有多个沿电机轴向水道的水套。
9.如权利要求6至8任一所述的大功率电机，其特征在于：相邻两组位于不同径向截面的第一径向通风孔和第二径向通风孔沿电机轴向的间距从靠近离心风扇一端到远离离心风扇一端逐渐增大。
10.如权利要求6至8任一所述的大功率电机，其特征在于：所述多个第一轴向通风道的总宽度为定子外圆周周长的二分之一到三分之二。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20120711 |