[發(fā)明專利]一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910131749.9
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101854094A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設計）人: 王玉富
• 申請（專利權）人: 王玉富
• 主分類號: H02K9/20
• 分類號: H02K9/20;H02K9/19;H02K1/20;H02K1/32
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機，尤其是一種重力循環(huán)外蒸發(fā)冷卻定子、封閉內循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉子的電機。

背景技術

發(fā)電機和電動機通常由空氣冷卻或水冷卻，為蒸發(fā)冷卻技術非常高的冷卻效率所吸引，多年來一直有人進行斷斷續(xù)續(xù)的研究，可產業(yè)化的效果一直不理想，一方面是工作于50-60Hz工頻的機電設備飽和磁通和效率要求的制約，熱功率密度不可能很高，同時大體積的機電設備的蒸發(fā)冷卻技術對密封、壓力下的形變及循環(huán)的問題解決得不理想。風力發(fā)電機是安裝在野外高塔之上，功率有越來越大的趨勢，免維護，降體積、重量都很有價值，內轉子的永磁風力發(fā)電機的損耗主要集中于定子鐵心，其次是定子繞組，這樣的需求提起了人們對蒸發(fā)冷卻的興趣。中國專利200510086794.9和200710177555.3提出了兩種蒸發(fā)冷卻風力發(fā)電機定子結構，中國專利200810114870.6提出了一種臥式蒸發(fā)冷卻電機的結構。其中專利200510086794.9和200810114870.6是采用浸泡式蒸發(fā)冷卻風力發(fā)電機的定子，即電機定子部件全部浸泡在蒸發(fā)冷卻介質中進行冷卻，其密封的可靠性很難解決，同時需用大量的冷卻介質，大大增加電機成本，增加了電機的重量，并且就其熱功率密度的需求也不是必要的。專利200710177555.3電機定子采用空心導線，或實心導線并在定子槽內加裝空心冷卻銅棒的結構。空心導線繞組中存在冷媒的逆重力流動的區(qū)段是無法避免的，就使得在工作過程中，僅有進液口側的少部分處于正常的蒸發(fā)工作狀態(tài)，其余部分汽化后的冷媒對換熱作用極小，主要還要靠線間的熱傳導換熱。兩者的工作原理是相近的，而空心冷卻銅棒與繞組的接觸面積遠小于繞組與線槽，更何況其受制約的裝配方向不利于冷媒循環(huán)，為解決絕緣還要增加成本，專用的冷卻銅管占用線槽會導致電流密度增加，損耗增加。蒸發(fā)冷卻充分有效，已被理論和實踐充分證明，現(xiàn)有技術在電機技術中基本沒得到應用主要原因是結構上沒有充分簡單，以至于制造維護成本與風冷、水冷比不占優(yōu)勢。美國專利US?7,443,062?B2在技術上有很大的進步，但熱管的結構仍嫌復雜，高速旋轉時的離心力會障礙冷媒的蒸發(fā)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機，適用于電動機、發(fā)電機，尤其適用于如風力發(fā)電機，抽油機等野外、海上或含酸堿氣體粉塵等高污染環(huán)境。

圖5給出了一個與試驗結果復合很好的小電動機溫度曲線。圖中區(qū)域1～8分別為電機徑向段的長度，其中區(qū)域1為轉子內圓到轉子外圓的長度；區(qū)域2為氣隙長度；區(qū)域3為定子槽楔厚度；區(qū)域4和5分別為定子槽熱等效模型的銅導條和絕緣的徑向厚度；區(qū)域6為定子槽底到定子外圓；區(qū)域7為定子外圓到機殼的裝配間隙；區(qū)域8為機殼厚度。從圖中可以看出轉子和定子區(qū)域溫度變化很小，氣隙溫降幅度較大，定子繞組與定子區(qū)域的溫差僅為8℃。(李偉力，感應電動機定轉子全域溫度場數(shù)值計算及相關因素敏感性分析，中國電機工程學報，2007，8)

如果采用類似水外冷卻的方式進行蒸發(fā)冷卻，應能夠滿足大部分定子冷卻要求，并使結構變得很簡單，管道的流向更適應于蒸發(fā)冷卻，而轉子采用內冷，再通過熱交換的方式，將熱量傳送至定子的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，同樣可以簡化結構，利于推廣。二極空冷氣輪發(fā)電機的通風損耗和風摩損耗占總損耗汽的1/3以上，有的甚至大到45％，定子銅耗相對說來并不大，而鐵耗則大大超過銅耗。(丁舜年，大型電機的發(fā)熱與冷卻)也就是說受電機結構的制約，通風散熱的熱量有相當一部分是通風散熱本身產生的。用蒸發(fā)冷卻的手段，將電機內的全部熱量導至外部的冷凝器散熱，把電機做成全封閉，內部充滿不與外部循環(huán)的氫氣，則可以全部消除內部的通風損耗和大部分風摩損耗，減少發(fā)熱，顯著提高電機的效率，簡化電機的結構。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為本發(fā)明實施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機的縱向結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機的橫向結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機的轉子銅管蒸發(fā)室迂回管的局部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機的轉子銅管蒸發(fā)室外置環(huán)形冷媒儲液室的局部結構示意圖；

圖5與試驗結果復合很好的小電動機溫度曲線。