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CN104145405A - 用于开放式防滴型旋转电机的壳体 - Google Patents

用于开放式防滴型旋转电机的壳体 Download PDF

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CN104145405A CN201180076382.0A CN201180076382A CN104145405A CN 104145405 A CN104145405 A CN 104145405A CN 201180076382 A CN201180076382 A CN 201180076382A CN 104145405 A CN104145405 A CN 104145405A
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Abstract

本发明涉及用于旋转电机的壳体，尤其是用于开放式防滴型旋转电机，该开放式防滴型旋转电机在壳体和定子之间具有更多的接触元件,这些接触元件为布置在其内部的不同长度的散热片，以提高定子/壳体组件和冷却流体之间的热交换效率，保持沿着定子和线圈的整个长度方向的温度的均匀分布。

Description

用于开放式防滴型旋转电机的壳体
技术领域
本发明涉及用于旋转电机的壳体，尤其是用于开放式防滴型旋转电机，该开放式防滴型旋转电机具有布置在其内部的散热片，以提高定子和壳体与冷却流体之间的热交换，保持沿着定子和线圈的长度方向的温度的均匀分布。
背景技术
在旋转电机中,对于将旋转电机的组件温度保持在方案指定的正常操作状态下来说，存在有效的热交换系统是最重要的。虽然旋转电机以高水平的输出功率运行，在机械能转化成电能(或反之亦然)时，一部分电能最终变成热能。
在开放式防滴型旋转电机(术语为“开放式防滴型(ODP))中，直接进行热能的去除，即一旦在这些部件中进行电能转换成热能，则通过将冷却流体(通常为空气)与电机的部件(主要为线圈端部，定子，转子和短路环)直接接触来去除热能。将电机的部件的热能移至冷却流体所采用的主要的物理机制被称为强制对流，该强制对流基本上取决于与冷却流体接触的表面，以及流体在表面上的流速，有可能通过这两个参数的不同组合来获得相同的热交换率。
现有技术的描述
旋转电机的使用寿命与热量因素成比例。温度越低，该电机的电绝缘系统的使用寿命就越长。主要通过强制对流机制将热能从电机内部去除，其简单地在于提高冷却流体流过进行电能转换成热能的那些电机部件的速度,以尽可能地去除大部分热能。然而，考虑到旋转电机的一系列结构特性和冷却流体的一系列性能，能够被表面的强制对流去除的热能是有极限的，由于该极限的存在，冷却流体的流出增量的影响被最小化或根本不产生影响。该冷却流体速度的增量通常通过通风系统来获得。通风系统的转子通常由旋转电机轴本身驱动。由风叶转子的运动产生的压力差引起冷却流体偏移，因为该运动通常具有湍流特性，会产生在大多数情况下不期望的空气动力学性质的噪声。大多数旋转电机的另一共同特点是电机功率越高，产生并需要被去除的热量就越高。因此，冷却流体需要具有较大的流出量，以保持旋转电机部件温度在期望的范围内。但是，当提高冷却流体的流出量时，由电机通风系统本身产生的噪声级别也被提高。
在开放式防滴型旋转电机的壳体中，在壳体和定子之间通常使用很少个接触点，接触点的数量在4至10之间变化。在美国专利4,766,337中，只有六个接触点。通常，这些接触点只有结构功能，即，支撑/定位壳体中的定子。在旋转电机中，在定子长度与定子的外部直径之比超过0.5时，需要注意，在实验室测试中，定子的中心相对于端部具有更高的温度升高。这一事实的出现是由于定子端部具有较大的热交换面积，从而热能能通过柱状壳体表面或定子表面消散。
仍然考虑美国专利4,766,337,保留在定子中的热能,不管其是被产生的还是被传导的，都基本上由相同的柱状壳体表面消散。通过壳体和定子的外部直径之间的冷却流体的向外流动来去除热量的唯一方式是，通过定子柱状外壳表面和通过定子和壳体之间的小的接触面积；后者是通过传导机制。为了将沿着定子长度的温度变化的问题最小化，通常在定子中或转子中使用径向通风通道,如在美国专利4,766,337中所证实的。这样的做法除了给生产过程(即，连续生产的旋转电机，或为了满足特殊性生产的旋转电机)造成显著的复杂性外，还导致了额外的费用。除了经济方面的原因，径向通风管道的存在还会导致噪声增加，特别是在转子通风管道与定子轴向的通风管并存的情况下，由于被称为通过频率噪声的空气动力学现象，会导致噪声增加。
在美国发明专利4,839,547中，注意到壳体与定子有几个接触点，壳体沿其长度方向或者在其内部或者在其外部具有散热片。然而，在该专利中，壳体的缺点在于通风回路是单侧的，所述壳体并不能使沿着定子的温度梯度最小化。
发明内容
本发明的目的在于通过提高壳体和定子之间的接触点的数量来提高对开放式防滴型旋转电机内部的热能的去除能力，其中，散热片特意具有不同的长度，具有使热交换面积最大化和使定子和线圈内的温度分布符合标准的功能。从而，本发明所提出的新颖性在于直接涉及将壳体内部热交换面积最大化，同时使定子和线圈内的温度分布符合标准，从而可以免除在旋转电机的定子和转子中形成径向空气流通道的费用昂贵的步骤。
附图说明
图1示出了本发明的壳体的透视图。
图2示出了本发明的壳体的截面图。
图3a示出了通过计算流体的动力学拟合获得的现有技术中的定子和壳体间的区域中的冷却流体的流出量。
图3b示出了通过计算流体的动力学拟合获得的本发明中的定子和壳体间的区域中的冷却流体的流出量。
图4a示出了现有技术中的发动机的热像图。
图4b示出了本发明中的发动机的热像图。
图5示出了本发明的开放式感应发动机旋转电机中使用的壳体的部分截面图，为了说明冷却流体的流出量分布。
具体实施方式
根据图1和图2，本发明的壳体0包括沿着壳体0的内表面分布的接触散热片系统1。这些散热片1具有不同的尺寸,其中一些散热片的长度与壳体的长度相等，被称为连续接触散热片2，其他一些散热片具有中等长度，被称为中等长度接触散热片3,还具有短的长度，被称为短长度接触散热片4。连续接触散热片2、中等长度接触散热片3和短长度接触散热片4的组合使用，目的是使定子5和线圈10内的温度均匀分布。三种类型散热片中的每一种的不同尺寸和数量的组合可以根据旋转电机的方案特点进行变化。
接触散热片1可以是楔形或类似形状，它们在相对定子5的方向径向突出或正交地突出,形成供空气流通过的通风管道系统6。在这些通风管道6中，保持均匀的冷却流体的速度水平变得更加容易，避免了冷却流体的速度梯度的增加(所述冷却流体的速度梯度的增加出现在使用很少接触元件的现有技术的方案中，其中流体流出量在图3a中示出)。并且，由于冷却流体流出量的流动由风叶转子9来实施，转子旋转运动(未示出)使流体进入径向部件，径向部件倾向于使较大部分的冷却流体流出，因此，冷却流体对壳体0的周边具有远离定子5的表面的较大的冷却流体速度分量，如图3a所示。在本发明中，由于增加了散热片数量，特别是由于在定子5和壳体0之间的不同类型的接触散热片1的布置，如图2所示，热能(q’)的一部分被作用到壳体0，并随后利用位于壳体0的内表面中的向外流动的流体的附加速度，被转移到冷却流体的向外流动的流体。
考虑到该型旋转电机的通风系统的特点是双侧的，即，如图5所示，前盖11和后盖12均有进气口,在壳体0的中心区域中设有通风回路的分离元件7。
在一个实施例中，根据图1,壳体0的内表面包括多个接触散热片1，接触散热片被优选被布置成：在定子中心区域5中交错排列连续接触散热片2,中间长度接触散热片3和短长度接触散热片4，这样的布置允许使沿着定子的长度方向的温度分布符合标准，而不需要穿过径向通风通道，径向通风通道基本上由板组分组件组成，以允许在形成定子的板之间形成冷却流体通道。
在一个实施例中，连续接触散热片2与壳体0具有相同的长度，中间长度散热片3相应于壳体0的总长度的2/3，短长度接触散热片4相应于壳体0的总长度的1/3。
根据图2，由接触散热片1，壳体0和定子5形成的通风管道的高度(H)和宽度(L)之比在0.1至4.0之间被认为是优选的。
基于图3b,可以看出，在本发明中，图2中的热能(q’)除了可能被定子表面带走，定子和壳体之间的增加的接触面积允许将热能传导至壳体,使得这些热量在整个壳体内表面形成的通道侧面6被消散。此外，可以看出，可以通过壳体的外表面进行热交换，但是，比通过内表面进行的热交换的量少。与现有技术(图3a)的解决方案中发现的情况完全相反，在现有技术中，定子5的热能输出(q’)基本通过定子的柱状外壳进行。
分析图4a和4b中的热像图，本发明的效率和操作是清楚的。在图4a中，从开放式防滴型旋转电机的热像图中可以看出，较高的温度水平和由此的较高的热能水平位于并集中于两点，在这两点处，定子和壳体接触。需要强调的是，这是通常用于开放式防滴型旋转电机的概念的一个例子。
图4b显示了从开放式防滴型旋转电机获得的热像图，其与图4a中所示的电机具有相同功率特性和相同热量。两个电机之间的区别在于，图4b中的电机使用了根据本发明制造的壳体，其可以获得沿着壳体的中心区域的均匀的温度分布和较低水平的温度，这证明了本发明的运行状况和效率。

Claims (5)

1.一种用于开放式防滴型旋转电机的壳体,包括多个接触元件(1)，例如散热片,所述接触元件为楔形或类似形状，沿着所述壳体(0)的内表面以交错方式纵向布置，与定子(5)接触，优选在所述定子的中心区域(5)接触，所述接触元件(1)与所述壳体(0)接触，形成通风管道(6)。
2.如权利要求1所述的用于开放式防滴型旋转电机的壳体,其中所述接触元件(1)包括连续接触散热片(2)、中等长度接触散热片(3)和短长度接触散热片(4)。
3.如权利要求1或2所述的用于开放式防滴型旋转电机的壳体,其中所述连续接触散热片(2)的长度与所述壳体(0)的总长度相等，所述中间长度接触散热片(3)的长度相应于所述壳体(0)的总长度的2/3，所述短长度接触散热片(4)的长度相应于所述壳体(0)的总长度的1/3。
4.如权利要求1，2或3所述的用于开放式防滴型旋转电机的壳体,其中所述中间长度接触散热片(3)的长度相应于所述壳体(0)的总长度的2/3，所述短长度接触散热片(4)的长度相应于所述壳体(0)的总长度的1/3,其中所述中间长度接触散热片(3)的尺寸和所述短长度接触散热片(4)的允许的尺寸偏差为25％。
4.如权利要求1所述的用于开放式防滴型旋转电机的壳体,其中所述通风管道(6)由所述接触元件(1),所述壳体(0)和所述定子(5)形成，所述通风管道(6)的高度与宽度的比优选在0.1与4.0之间。
5.如权利要求1或2所述的用于开放式防滴型旋转电机的壳体,其中所述壳体可选择地包括通风回路的分离元件(7)。
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