專利名稱：一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，尤其是一種重力循環(huán)外蒸發(fā)冷卻定子、 封閉內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉(zhuǎn)子的電機(jī)。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通常由空氣冷卻或水冷卻，為蒸發(fā)冷卻技術(shù)非常高的冷卻效率所 吸引，多年來(lái)一直有人進(jìn)行斷斷續(xù)續(xù)的研究，可產(chǎn)業(yè)化的效果一直不理想，一方面是工作于 50-60HZ工頻的機(jī)電設(shè)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(shí)大體積 的機(jī)電設(shè)備的蒸發(fā)冷卻技術(shù)對(duì)密封、壓力下的形變及循環(huán)的問(wèn)題解決得不理想。風(fēng)力發(fā)電 機(jī)是安裝在野外高塔之上，功率有越來(lái)越大的趨勢(shì)，免維護(hù)，降體積、重量都很有價(jià)值，內(nèi)轉(zhuǎn) 子的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(duì)蒸發(fā)冷卻的興趣。中國(guó)專利200510086794. 9和200710177555. 3提出了兩種蒸發(fā)冷卻 風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)，中國(guó)專利200810114870. 6提出了一種臥式蒸發(fā)冷卻電機(jī)的結(jié)構(gòu)。其 中專利200510086794. 9和200810114870. 6是采用浸泡式蒸發(fā)冷卻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子，即 電機(jī)定子部件全部浸泡在蒸發(fā)冷卻介質(zhì)中進(jìn)行冷卻，其密封的可靠性很難解決，同時(shí)需用 大量的冷卻介質(zhì)，大大增加電機(jī)成本，增加了電機(jī)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(jī)定子采用空心導(dǎo)線，或?qū)嵭膶?dǎo)線并在定子槽內(nèi)加裝空 心冷卻銅棒的結(jié)構(gòu)?？招膶?dǎo)線繞組中存在冷媒的逆重力流動(dòng)的區(qū)段是無(wú)法避免的，就使得 在工作過(guò)程中，僅有進(jìn)液口側(cè)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(duì)換熱作用極小，主要還要靠線間的熱傳導(dǎo)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(yuǎn)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(huì)導(dǎo)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(shí)踐充分證明，現(xiàn)有技術(shù)在電機(jī)技術(shù)中基本沒(méi)得到應(yīng)用主要 原因是結(jié)構(gòu)上沒(méi)有充分簡(jiǎn)單，以至于制造維護(hù)成本與風(fēng)冷、水冷比不占優(yōu)勢(shì)。美國(guó)專利US 7, 443，062 B2在技術(shù)上有很大的進(jìn)步，但熱管的結(jié)構(gòu)仍嫌復(fù)雜，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力會(huì)障 礙冷媒的蒸發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，適用于 電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，尤其適用于如風(fēng)力發(fā)電機(jī)，抽油機(jī)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(gè)與試驗(yàn)結(jié)果復(fù)合很好的小電動(dòng)機(jī)溫度曲線。圖中區(qū)域1 8分別 為電機(jī)徑向段的長(zhǎng)度，其中區(qū)域1為轉(zhuǎn)子內(nèi)圓到轉(zhuǎn)子外圓的長(zhǎng)度；區(qū)域2為氣隙長(zhǎng)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(dǎo)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(jī)殼的裝配間隙；區(qū)域8為機(jī)殼厚度。從圖 中可以看出轉(zhuǎn)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°C。(李偉力，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子全域溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算及相關(guān)因素敏感性分析，中 國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，8)如果采用類似水外冷卻的方式進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，應(yīng)能夠滿足大部分定子冷卻要求， 并使結(jié)構(gòu)變得很簡(jiǎn)單，管道的流向更適應(yīng)于蒸發(fā)冷卻，而轉(zhuǎn)子采用內(nèi)冷，再通過(guò)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，利于推廣。二極空冷氣輪發(fā)電 機(jī)的通風(fēng)損耗和風(fēng)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(duì)說(shuō)來(lái) 并不大，而鐵耗則大大超過(guò)銅耗。(丁舜年，大型電機(jī)的發(fā)熱與冷卻)也就是說(shuō)受電機(jī)結(jié)構(gòu) 的制約，通風(fēng)散熱的熱量有相當(dāng)一部分是通風(fēng)散熱本身產(chǎn)生的。用蒸發(fā)冷卻的手段，將電機(jī) 內(nèi)的全部熱量導(dǎo)至外部的冷凝器散熱，把電機(jī)做成全封閉，內(nèi)部充滿不與外部循環(huán)的氫氣， 則可以全部消除內(nèi)部的通風(fēng)損耗和大部分風(fēng)摩損耗，減少發(fā)熱，顯著提高電機(jī)的效率，簡(jiǎn)化 電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的橫向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的轉(zhuǎn)子銅管蒸發(fā)室迂回管的局 部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的轉(zhuǎn)子銅管蒸發(fā)室外置環(huán)形冷 媒儲(chǔ)液室的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5與試驗(yàn)結(jié)果復(fù)合很好的小電動(dòng)機(jī)溫度曲線。其中，圖1和圖2中，1為一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的定子，包括定子鐵心21，定 子繞組22 ；2為轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子鐵心21，轉(zhuǎn)子繞組或鋁條22，軸23，軸承24 ；3為外殼；4為定 子蒸發(fā)器，包括導(dǎo)熱金屬板41，定子金屬管蒸發(fā)室42，加壓緊固鋼板43，加壓緊固螺栓44， 冷媒液體回流管45，冷媒液體加注口 46 ；5為汽液分離室，配有液位觀察窗51 ；6為冷凝器， 包括液體下行管61，汽體上行管62，冷凝器身63，氣體排放管64 ；轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)器7 ’轉(zhuǎn) 子熱交換器8，包括冷凝室81，冷凝室翅片82，換熱液體83，下箱體84，蒸發(fā)吸熱盤管85，上 箱蓋86，冷媒液體下行管87，汽液兩相流上行管88 ；潤(rùn)滑油熱交換器9，配有冷媒液體下行 管92，汽液兩相流上行管91。圖3為轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)器7的局部放大顯示，其中71為轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室迂回 管。圖4為另一種轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)器7的局部放大顯示，其中72為轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室外置 環(huán)形冷媒儲(chǔ)液室。
具體實(shí)施例方式為了更詳盡的表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下本發(fā)明人列舉出具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō) 明技術(shù)；需要強(qiáng)調(diào)的是，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例，重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)。如圖1和圖2所示，該重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)包括定子1，轉(zhuǎn)子2，外殼3，同時(shí)還包 括有定子蒸發(fā)器4，汽液分離室5，冷凝器6，轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)器7，轉(zhuǎn)子熱交換器8，潤(rùn)滑油熱交換器9。定子1，轉(zhuǎn)子2，外殼3與一般的風(fēng)冷電機(jī)相似，但不再考慮冷卻風(fēng)道一類的結(jié)構(gòu)。 在定子1的外表面，兩邊配有兩個(gè)定子蒸發(fā)器4。定子蒸發(fā)器的導(dǎo)熱金屬板41，以2-5mm的 銅板為好，通過(guò)導(dǎo)熱絕緣膜與定子鐵心緊密貼合；導(dǎo)熱金屬板41的外面每間隔50-80mm焊 裝金屬管蒸發(fā)室42，每?jī)筛饘俟苷舭l(fā)室42之間裝有加壓緊固鋼板43，加壓緊固鋼板43 的上下由加壓緊固螺栓44緊固，并形成導(dǎo)熱金屬板41與定子鐵心間的良好的熱接觸。金 屬管蒸發(fā)室42的下端并聯(lián)，并且聯(lián)至冷媒液體回流管45，還配有一個(gè)冷媒液體加注口 46 ； 金屬管蒸發(fā)室42的上端可并聯(lián)后或直接通入汽液分離室5的上部。汽液分離室5的頂部 與冷凝器6的氣體上行管62相連，下部與冷凝器6的液體下行管61相連，底部與定子蒸發(fā) 器的冷媒液體回流管45連接。工作時(shí)定子線圈的熱量通過(guò)絕緣層傳導(dǎo)到定子鐵心，同定子 鐵心的熱量一同傳導(dǎo)到導(dǎo)熱金屬板41，加熱金屬管蒸發(fā)室42內(nèi)的冷媒，使之蒸發(fā)，形成汽 液兩相流，上升進(jìn)入汽液分離室5。導(dǎo)熱金屬板41的兩端應(yīng)伸出定子鐵心，并配置金屬管蒸 發(fā)室，通過(guò)導(dǎo)熱膠，吸收定子線圈軛部的熱量。在轉(zhuǎn)子2線槽中配有水平的轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)器7。理想情況下，金屬管蒸發(fā)器7應(yīng) 始終處于半盈狀態(tài)，即其外部或下部有液態(tài)冷媒，內(nèi)部或上部有蒸發(fā)空間。為此，對(duì)于旋轉(zhuǎn) 速度較慢的電機(jī)，即離心力小于lg的情況下，金屬管蒸發(fā)器7的外端部設(shè)置如圖3所示的 回彎，當(dāng)金屬管蒸發(fā)器7由下邊向上旋出時(shí)，能在管內(nèi)保留一些液體冷媒，使之大部分時(shí)間 處于半盈狀態(tài)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)速度較快的電機(jī)，即離心力大于lg的情況下，金屬管蒸發(fā)器7的 外端部設(shè)置如圖4所示的環(huán)形儲(chǔ)液室，當(dāng)工作過(guò)程中冷媒循環(huán)時(shí)，和長(zhǎng)年工作中發(fā)生冷媒 損失時(shí)，減小液面波動(dòng)，保證金屬管蒸發(fā)器7處于半盈狀態(tài)。在轉(zhuǎn)子2的端部裝有轉(zhuǎn)子熱交換器8。轉(zhuǎn)子熱交換器的封閉環(huán)形冷凝室81和冷凝 室翅片82與轉(zhuǎn)子聯(lián)成一體，共同旋轉(zhuǎn)。下箱體84內(nèi)裝有換熱液體83和蒸發(fā)吸熱盤管85。 蒸發(fā)吸熱盤管85通過(guò)冷媒液體下行管87，汽液兩相流上行管88，將轉(zhuǎn)子的熱量導(dǎo)入定子蒸 發(fā)冷卻循環(huán)。潤(rùn)滑油熱交換器9，通過(guò)冷媒液體下行管92，汽液兩相流上行管91將機(jī)械摩 擦產(chǎn)生的熱量導(dǎo)入定子蒸發(fā)冷卻循環(huán)。由于電機(jī)內(nèi)部的熱量全部可由冷媒的蒸發(fā)冷凝循環(huán)交換，電機(jī)本身可做成全封閉 的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可以充以氫氣，以減小氣摩損耗，并且電機(jī)更適宜于惡劣的工作環(huán)境。通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方法，采用重力循環(huán)原理簡(jiǎn)單高效的將電機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱 量導(dǎo)出，不僅解決了散熱的技術(shù)難題，并且可減小了體積、重量，提高效率，使之適應(yīng)于惡劣 的工作環(huán)境。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，以及上面給出的實(shí)施例，按照實(shí)際的 需求來(lái)選擇決定，但凡基于本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)的幾種方式的組合以及不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求宗旨變化均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，其特征在于所述蒸發(fā)冷卻電機(jī)包括外蒸發(fā)冷卻定子和封閉內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉(zhuǎn)子，所述外蒸發(fā)冷卻定子包括定子鐵心，定子繞組，所述定子鐵心的外表面兩邊包裹由加壓緊固鋼板和加壓緊固螺栓壓緊的導(dǎo)熱金屬板，在所述導(dǎo)熱金屬板外面和所述緊固鋼板間焊裝金屬管蒸發(fā)室，所述金屬管蒸發(fā)室的下端并聯(lián)至冷媒液體回流管的下端，上端并聯(lián)至冷媒汽液分離室的上部，所述冷媒液體回流管的上端聯(lián)至所述冷媒汽液分離室的底面，所述冷媒汽液分離室的上面有冷媒汽體上行管與冷凝器的上部聯(lián)通，所述冷媒汽液分離室的下部有冷媒液體下行管與所述冷凝器下部聯(lián)通；所述封閉內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉(zhuǎn)子線槽中有轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室，所述封閉內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉(zhuǎn)子的一端裝有中空封閉環(huán)狀冷凝室，所述封閉環(huán)狀冷凝室外裝有圓盤狀換熱翅片，所述轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室與所述封閉環(huán)狀冷凝室用金屬管連通；所述裝有圓盤狀換熱翅片的封閉環(huán)狀冷凝室被下箱體和上箱蓋封閉，內(nèi)部裝有通過(guò)冷媒液體回流管和汽液兩相流上行管于所述冷媒汽液分離室連通的蒸發(fā)冷卻盤管，所述下箱體內(nèi)充有換熱液體；所述裝有圓盤狀換熱翅片封閉環(huán)狀冷凝室、下箱體和上箱蓋、蒸發(fā)盤管組成所述內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)冷卻轉(zhuǎn)子的換熱器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)熱金屬板和所述金 屬管蒸發(fā)室是由性能好的金屬制成如銅；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室出 口設(shè)有外轉(zhuǎn)的回管，以保證蒸發(fā)室冷媒離心力小于lg低速電機(jī)的所述金屬管蒸發(fā)室由下 向上脫出液面后能存留一定的液體冷媒；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室出 口設(shè)有環(huán)形的儲(chǔ)液室，以保證蒸發(fā)室冷媒離心力大于lg的高速電機(jī)工作過(guò)程中冷媒循環(huán) 時(shí)，和長(zhǎng)年工作中發(fā)生冷媒損失時(shí)，減小液面波動(dòng)，保證所述轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室總是處于半 盈狀態(tài)，即不燒干，也保留蒸發(fā)空間與所述轉(zhuǎn)子封閉環(huán)狀冷凝室相通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)，其特征在于所述重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻電機(jī)包括外冷的定子和封閉內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的熱量通過(guò)熱交換器導(dǎo)入定子蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，處于半盈狀態(tài)的轉(zhuǎn)子金屬管蒸發(fā)室保持與其冷凝室的通暢空間，使整個(gè)轉(zhuǎn)子得到均勻的冷卻。
文檔編號(hào)H02K9/19GK101854094SQ200910131749
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者王玉富 申請(qǐng)人:王玉富