同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法
2023-09-13 09:02:00 1
專利名稱：同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法
技術領域：
本發明涉及ー種同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法。
背景技術：
無刷勵磁機是帶有勵磁機及與同步電機同軸的旋轉整流器的交流勵磁機。它是勵磁系統的重要組成部分，直接影響電機的運行性能。與電機相比，勵磁機的尺寸小且售價低，一直沒有得到足夠的重視。
同步電機系統是由無刷勵磁機和主機(同步電機)兩部分組成，是近年來發展迅速的集電力，電子和電機理論為一體的ー種新型電機。無刷勵磁同步電機取消了勵磁系統中滑動接觸部分(滑環、電刷)，消除了火花、發熱、磨損、噪音等問題，因而可靠性高，最初在石化系統得到廣泛使用。與異步電機相比，它可以通過調節勵磁電流使其在超前功率因數下運 行，有利於改善電網的功率因數，因此，大型設備如大型鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等，常用同步電機驅動。同步電機的轉速完全取決於電源頻率，頻率一定吋，電機的轉速也就一定，它不隨負載而變。這ー特點在某些傳動系統，特別是多機同步傳動系統和精密調速穩速系統中具有重要意義。另外，同步電機的運行穩定性也比較高。鑑於上述優點，同步電機及與之配套的無刷勵磁機在エ業生產中有著廣泛的應用前景。目前，各類同步電機主機與勵磁機大型化過程中遇到的關鍵技術都是複雜結構下的冷卻問題。原因是如果冷卻空氣流量設計過小，繞組或銅排超溫，將直接影響電機的安全運行；空氣流量過大，摩擦損耗増大，電機效率降低。我國大型電機一般直接採購國外產品，開發具有自主智慧財產權的大型電機及勵磁機通風冷卻技木，減少進ロ，是利國利民的舉措。同步電機之勵磁機雖然體積較小，但內部包括旋轉整流盤、定轉子結構，且氣隙空間小等結構特點，旋轉整流盤與轉子為同軸上的旋轉部件，兩個旋轉部件引起的旋轉空氣動カ場相互疊加，使得內部速度場、壓カ場非常複雜。採用傳統的風路計算方法研究勵磁機內的通風冷卻問題，發現產生的誤差相對大些。因此，必須採用三維計算流體動力學CFD方法，預測並研究無刷勵磁機內部的三維流動特性，總結其內部各部分的速度、壓カ變化規律，為通風設計提供理論指導勢在必行。現有的設備空氣入口位於整流盤上方，空氣出口位於定子上方。經實驗測量發現，整流盤上方的空氣溫度並不是環境溫度，而是熱空氣，而定子上方開ロ處的空氣溫度較低。經過勵磁機內三維湍流流場數值模擬計算發現，該種通風方案中，勵磁機上方兩開ロ，對於整流盤與轉子旋轉吸風產生的內部空氣流場而言，均互為入出口。
發明內容
本發明的目的是提供ー種採用計算流體動力學軟體對勵磁機結構的一半建立物理模型與湍流數學模型，進行多方案流場對比數值模擬的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法。上述的目的通過以下的技術方案實現
ー種同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，其組成包括勵磁機主軸、軸承、勵磁機定子、勵磁機轉子、旋轉整流盤、定子機座、勵磁機罩，所述的勵磁機主軸裝有旋轉整流盤和勵磁機轉子，所述的定子機座裝有勵磁機定子，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣入ロ，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣出ロ，所述的定子機座兩端具有前空氣入口和後空氣入ロ，所述的定子機座上部具有空氣出口，所述的勵磁機空氣出ロ連接定子機座上部具有的空氣出□。所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，所述的勵磁機空氣入口尺寸與所述的勵磁機空氣出口尺寸相同，所述的空氣出口為熱風出口，所述的軸承中心距所述勵磁機空氣出ロ尺寸為LI，所述的勵磁機空氣入口距勵磁機空氣出ロ尺寸為L2。ー種同步電機之無刷勵磁機的通風改進方法，在遠離旋轉整流盤ー側的勵磁機罩上，開設勵磁機空氣入口 ；勵磁機空氣入口中心線與勵磁機空氣出口中心線距離為260mm ；勵磁機定子鐵心正上方的定子機座開設空氣出口，並通過密封圈與勵磁機空氣出ロ相連接；空氣入口、空氣出口尺寸相同。有益效果
I.本發明的無刷勵磁機內部流場極其複雜，電機生產廠家多數根據引進的同類型電機的通風風路，經消化吸收，設計較大容量的勵磁機針對2(T30MW級電機之無刷勵磁機，經申請人採用計算流體動力學CFD方法，多方案流場數值模擬研究，改進通風方法，在定子上方開設出風ロ，在整流盤的相反方向的ー側開設進風ロ。經前期數值計算及測試發現，此時，入口風溫為環境溫度，出口溫度為熱風。避免了整流盤與定子上方分別開設兩孔時，溫度場混亂的現象，確保勵磁機安全穩定運行。2.本發明開發和改進無刷勵磁機的通風方法，加深對其內部流場的認識，具有重要的現實意義和良好的應用前景。3.本發明把原設計入口移至離轉子較近的左側，定子機座上不開ロ，原設計出口不變，則定子上方的開ロ為淨流出。4.本發明採用通風改進方法，勵磁機入出ロ通風空氣流量増加10%以上，有利於進ー步降低勵磁機內繞組峰值溫度，提高勵磁機壽命；經三維流場數值計算，勵磁機入出ロ總通風量増大，可進ー步降低峰值溫度，提高勵磁機壽命。
附圖I是本產品的結構示意圖。
具體實施例方式 實施例I:
ー種同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，其組成包括勵磁機主軸I、軸承12、勵磁機定子5、勵磁機轉子3、旋轉整流盤2、定子機座4、勵磁機罩6，所述的勵磁機主軸裝有旋轉整流盤和勵磁機轉子，所述的定子機座裝有勵磁機定子，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣入口 7，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣出口 8，所述的定子機座兩端具有前空氣入口 10和後空氣入口 9，所述的定子機座上部具有空氣出口，所述的勵磁機空氣出ロ連接定子機座上部具有的空氣出口 11。實施例2:
實施例I所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，其特徵是所述的勵磁機空氣入口尺寸與所述的勵磁機空氣出ロ尺寸相同，所述的空氣出口為熱風出口，所述的軸承中心距所述勵磁機空氣出ロ尺寸為LI，所述的勵磁機空氣入口距勵磁機空氣出ロ尺寸為L2。實施例3:
ー種同步電機之無刷勵磁機的通風改進方法，在遠離旋轉整流盤ー側的勵磁機罩上，開設勵磁機空氣入口 ；勵磁機空氣入口中心線與勵磁機空氣出口中心線距離為260mm ;勵磁機定子鐵心正上方的定子機座開設空氣出口，並通過密封圈與勵磁機空氣出ロ相連接；空氣入口、空氣出口尺寸相同。實施例4:
上述實施例所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法，經實驗測量，改進後的定子上方開ロ的出風溫度為熱風，即為空氣出口 ；另ー開ロ為空氣入口。附圖I中，空氣入口開在機殼上，空氣入口尺寸與定子上方出口尺寸相同，位置L2小於LI。附圖I中標出了勵磁機內部整流盤、定子、轉子等部分部件名稱，給出了入出口位置。此時，LI、L2分別是空氣出入口距圖中右端面的距離。要求L2 < LI，S卩空氣入口位於圖中的定子右側。實施例5:
上述實施例所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法，
空氣經由內外機殼間的空間，流到內部定子機座的左右兩側入ロ，進入定子機座內部，然後，分別進入轉子、氣隙、整流盤，由機座左側進入轉子、氣隙的空氣，流經定子風溝後，由空氣出ロ流出，由機座右側進入整流盤的空氣，旋轉升壓後，經隔板也進入定轉子所在部分空間，部分進入轉子、氣隙與定子，內部流動很複雜，最終，由定子上方空氣出口流出。該方案與前兩方案的主要差別是機殼上方的入出口與設計相符，內部渦流造成的損耗較少。通風改進方法步驟
按照附圖中I中的圖示，首先在靠近定轉子上方出口位置，遠離主機端，確定空氣入口位置L2，見附圖I。要求空氣入口位置離機座上開設的定轉子入口距離儘量小。空氣入口與空氣出口的長寬大小相同。實施例4
上述實施例所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法，
同步電機系統是由無刷勵磁機和主機(同步電機)兩部分組成，是近年來發展迅速的集電力，電子和電機理論為一體的ー種新型電機。大型設備如大型鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機等，常用同步電機驅動。同步電機及與之配套的無刷勵磁機在エ業生產中有著廣泛的應用前景。勵磁機大型化過程中遇到的關鍵技術仍是複雜結構下的冷卻問題。開發具有自主智慧財產權的大型同步電機及勵磁機通風冷卻技術，有利於提升企業的創新能力。採用三維計算流體動力學CFD方法並經三維數值模擬計算軟體fluent得出計算結果，軟體fluent計算軟體由安世亞太公司提供，提出勵磁機改進通風方法。針對改進方案圖，空氣經由內外機殼間的空間，流到內部定子機座的左右兩側入ロ，進入定子機座內部，然後，分別進入轉子、氣隙、整流盤，由機座左側進入轉子、氣隙的空氣，流經定子風溝後，由空氣出ロ流出，由機座右側進入整流盤的空氣，旋轉升壓後，經隔板也進入定轉子所在部分空間，部分進入轉子、氣隙與定子，內部流動很複雜，最終，由定子上方空氣出口流出。該方案與前兩方案的主要差別是機殼上方的入出口與設計相符，內部渦流造成的損耗較少。按照附圖I中的圖示，首先在靠近定轉子上方出 口位置，遠離主機端，確定空氣入ロ位置L2，見附圖。要求空氣入口位置離機座上開設的定轉子入口距離儘量小。空氣入口與空氣出口的長寬大小相同。
權利要求
1.一種同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，其組成包括勵磁機主軸，其特徵是所述的勵磁機主軸裝有旋轉整流盤和勵磁機轉子，所述的定子機座裝有勵磁機定子，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣入口，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣出口，所述的定子機座兩端具有前空氣入口和後空氣入口，所述的定子機座上部具有空氣出口，所述的勵磁機空氣出口連接定子機座上部具有的空氣出口。
2.根據權利要求I所述的同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置，其特徵是所述的勵磁機空氣入口尺寸與所述的勵磁機空氣出口尺寸相同，所述的空氣出口為熱風出口，所述的軸承中心距所述勵磁機空氣出口尺寸為LI，所述的勵磁機空氣入口距勵磁機空氣出口尺寸為L2。
3.一種同步電機之無刷勵磁機的通風改進方法，其特徵是在遠離旋轉整流盤一側的勵磁機罩上,開設勵磁機空氣入口 ；勵磁機空氣入口中心線與勵磁機空氣出口中心線距離為260mm ;勵磁機定子鐵心正上方的定子機座開設空氣出口，並通過密封圈與勵磁機空氣出口相連接；空氣入口、空氣出口尺寸相同。
全文摘要
同步電機之無刷勵磁機的通風改進裝置及方法。無刷勵磁機是帶有勵磁機及與同步電機同軸的旋轉整流器的交流勵磁機。本產品其組成包括:勵磁機主軸(1)、軸承(12)、勵磁機定子(5)、勵磁機轉子(3)、旋轉整流盤(2)、定子機座(4)、勵磁機罩(6)，所述的勵磁機主軸裝有旋轉整流盤和勵磁機轉子，所述的定子機座裝有勵磁機定子，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣入口(7)，所述的勵磁機罩具有勵磁機空氣出口(8)，所述的定子機座兩端具有前空氣入口(10)和後空氣入口(9)，所述的定子機座上部具有空氣出口，所述的勵磁機空氣出口連接定子機座上部具有的空氣出口(11)。本發明用於無刷勵磁機。
文檔編號H02K5/20GK102664479SQ201210151708
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者孫雪梅, 洪光宇, 路義萍, 金子程, 韓家德 申請人:哈爾濱理工大學