專利名稱：同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)是帶有勵(lì)磁機(jī)及與同步電機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵(lì)磁機(jī)。它是勵(lì)磁系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響電機(jī)的運(yùn)行性能。與電機(jī)相比，勵(lì)磁機(jī)的尺寸小且售價(jià)低，一直沒(méi)有得到足夠的重視。
同步電機(jī)系統(tǒng)是由無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)和主機(jī)(同步電機(jī))兩部分組成，是近年來(lái)發(fā)展迅速的集電力，電子和電機(jī)理論為一體的ー種新型電機(jī)。無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)取消了勵(lì)磁系統(tǒng)中滑動(dòng)接觸部分(滑環(huán)、電刷)，消除了火花、發(fā)熱、磨損、噪音等問(wèn)題，因而可靠性高，最初在石化系統(tǒng)得到廣泛使用。與異步電機(jī)相比，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使其在超前功率因數(shù)下運(yùn) 行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此，大型設(shè)備如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速完全取決于電源頻率，頻率一定吋，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也就一定，它不隨負(fù)載而變。這ー特點(diǎn)在某些傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。另外，同步電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也比較高。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，同步電機(jī)及與之配套的無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)在エ業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，各類同步電機(jī)主機(jī)與勵(lì)磁機(jī)大型化過(guò)程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)都是復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的冷卻問(wèn)題。原因是如果冷卻空氣流量設(shè)計(jì)過(guò)小，繞組或銅排超溫，將直接影響電機(jī)的安全運(yùn)行；空氣流量過(guò)大，摩擦損耗増大，電機(jī)效率降低。我國(guó)大型電機(jī)一般直接采購(gòu)國(guó)外產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型電機(jī)及勵(lì)磁機(jī)通風(fēng)冷卻技木，減少進(jìn)ロ，是利國(guó)利民的舉措。同步電機(jī)之勵(lì)磁機(jī)雖然體積較小，但內(nèi)部包括旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)、定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，且氣隙空間小等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)與轉(zhuǎn)子為同軸上的旋轉(zhuǎn)部件，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件引起的旋轉(zhuǎn)空氣動(dòng)カ場(chǎng)相互疊加，使得內(nèi)部速度場(chǎng)、壓カ場(chǎng)非常復(fù)雜。采用傳統(tǒng)的風(fēng)路計(jì)算方法研究勵(lì)磁機(jī)內(nèi)的通風(fēng)冷卻問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的誤差相對(duì)大些。因此，必須采用三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法，預(yù)測(cè)并研究無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部的三維流動(dòng)特性，總結(jié)其內(nèi)部各部分的速度、壓カ變化規(guī)律，為通風(fēng)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)勢(shì)在必行?，F(xiàn)有的設(shè)備空氣入口位于整流盤(pán)上方，空氣出口位于定子上方。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，整流盤(pán)上方的空氣溫度并不是環(huán)境溫度，而是熱空氣，而定子上方開(kāi)ロ處的空氣溫度較低。經(jīng)過(guò)勵(lì)磁機(jī)內(nèi)三維湍流流場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該種通風(fēng)方案中，勵(lì)磁機(jī)上方兩開(kāi)ロ，對(duì)于整流盤(pán)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)吸風(fēng)產(chǎn)生的內(nèi)部空氣流場(chǎng)而言，均互為入出口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)勵(lì)磁機(jī)結(jié)構(gòu)的一半建立物理模型與湍流數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行多方案流場(chǎng)對(duì)比數(shù)值模擬的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
ー種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，其組成包括勵(lì)磁機(jī)主軸、軸承、勵(lì)磁機(jī)定子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)、定子機(jī)座、勵(lì)磁機(jī)罩，所述的勵(lì)磁機(jī)主軸裝有旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，所述的定子機(jī)座裝有勵(lì)磁機(jī)定子，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣入ロ，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ，所述的定子機(jī)座兩端具有前空氣入口和后空氣入ロ，所述的定子機(jī)座上部具有空氣出口，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ連接定子機(jī)座上部具有的空氣出□。所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口尺寸與所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出口尺寸相同，所述的空氣出口為熱風(fēng)出口，所述的軸承中心距所述勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ尺寸為L(zhǎng)I，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口距勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ尺寸為L(zhǎng)2。ー種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)方法，在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)ー側(cè)的勵(lì)磁機(jī)罩上，開(kāi)設(shè)勵(lì)磁機(jī)空氣入口 ；勵(lì)磁機(jī)空氣入口中心線與勵(lì)磁機(jī)空氣出口中心線距離為260mm ；勵(lì)磁機(jī)定子鐵心正上方的定子機(jī)座開(kāi)設(shè)空氣出口，并通過(guò)密封圈與勵(lì)磁機(jī)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(fā)明的無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)極其復(fù)雜，電機(jī)生產(chǎn)廠家多數(shù)根據(jù)引進(jìn)的同類型電機(jī)的通風(fēng)風(fēng)路，經(jīng)消化吸收，設(shè)計(jì)較大容量的勵(lì)磁機(jī)針對(duì)2(T30MW級(jí)電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)，經(jīng)申請(qǐng)人采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法，多方案流場(chǎng)數(shù)值模擬研究，改進(jìn)通風(fēng)方法，在定子上方開(kāi)設(shè)出風(fēng)ロ，在整流盤(pán)的相反方向的ー側(cè)開(kāi)設(shè)進(jìn)風(fēng)ロ。經(jīng)前期數(shù)值計(jì)算及測(cè)試發(fā)現(xiàn)，此時(shí)，入口風(fēng)溫為環(huán)境溫度，出口溫度為熱風(fēng)。避免了整流盤(pán)與定子上方分別開(kāi)設(shè)兩孔時(shí)，溫度場(chǎng)混亂的現(xiàn)象，確保勵(lì)磁機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.本發(fā)明開(kāi)發(fā)和改進(jìn)無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)方法，加深對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的應(yīng)用前景。3.本發(fā)明把原設(shè)計(jì)入口移至離轉(zhuǎn)子較近的左側(cè)，定子機(jī)座上不開(kāi)ロ，原設(shè)計(jì)出口不變，則定子上方的開(kāi)ロ為凈流出。4.本發(fā)明采用通風(fēng)改進(jìn)方法，勵(lì)磁機(jī)入出ロ通風(fēng)空氣流量増加10%以上，有利于進(jìn)ー步降低勵(lì)磁機(jī)內(nèi)繞組峰值溫度，提高勵(lì)磁機(jī)壽命；經(jīng)三維流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，勵(lì)磁機(jī)入出ロ總通風(fēng)量増大，可進(jìn)ー步降低峰值溫度，提高勵(lì)磁機(jī)壽命。


附圖I是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I:
ー種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，其組成包括勵(lì)磁機(jī)主軸I、軸承12、勵(lì)磁機(jī)定子5、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子3、旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)2、定子機(jī)座4、勵(lì)磁機(jī)罩6，所述的勵(lì)磁機(jī)主軸裝有旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，所述的定子機(jī)座裝有勵(lì)磁機(jī)定子，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣入口 7，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣出口 8，所述的定子機(jī)座兩端具有前空氣入口 10和后空氣入口 9，所述的定子機(jī)座上部具有空氣出口，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ連接定子機(jī)座上部具有的空氣出口 11。實(shí)施例2:
實(shí)施例I所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，其特征是所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口尺寸與所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ尺寸相同，所述的空氣出口為熱風(fēng)出口，所述的軸承中心距所述勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ尺寸為L(zhǎng)I，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口距勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ尺寸為L(zhǎng)2。實(shí)施例3:
ー種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)方法，在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)ー側(cè)的勵(lì)磁機(jī)罩上，開(kāi)設(shè)勵(lì)磁機(jī)空氣入口 ；勵(lì)磁機(jī)空氣入口中心線與勵(lì)磁機(jī)空氣出口中心線距離為260mm ;勵(lì)磁機(jī)定子鐵心正上方的定子機(jī)座開(kāi)設(shè)空氣出口，并通過(guò)密封圈與勵(lì)磁機(jī)空氣出ロ相連接；空氣入口、空氣出口尺寸相同。實(shí)施例4:
上述實(shí)施例所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，改進(jìn)后的定子上方開(kāi)ロ的出風(fēng)溫度為熱風(fēng)，即為空氣出口 ；另ー開(kāi)ロ為空氣入口。附圖I中，空氣入口開(kāi)在機(jī)殼上，空氣入口尺寸與定子上方出口尺寸相同，位置L2小于LI。附圖I中標(biāo)出了勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部整流盤(pán)、定子、轉(zhuǎn)子等部分部件名稱，給出了入出口位置。此時(shí)，LI、L2分別是空氣出入口距圖中右端面的距離。要求L2 < LI，S卩空氣入口位于圖中的定子右側(cè)。實(shí)施例5:
上述實(shí)施例所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法，
空氣經(jīng)由內(nèi)外機(jī)殼間的空間，流到內(nèi)部定子機(jī)座的左右兩側(cè)入ロ，進(jìn)入定子機(jī)座內(nèi)部，然后，分別進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙、整流盤(pán)，由機(jī)座左側(cè)進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙的空氣，流經(jīng)定子風(fēng)溝后，由空氣出ロ流出，由機(jī)座右側(cè)進(jìn)入整流盤(pán)的空氣，旋轉(zhuǎn)升壓后，經(jīng)隔板也進(jìn)入定轉(zhuǎn)子所在部分空間，部分進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙與定子，內(nèi)部流動(dòng)很復(fù)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(jī)殼上方的入出口與設(shè)計(jì)相符，內(nèi)部渦流造成的損耗較少。通風(fēng)改進(jìn)方法步驟
按照附圖中I中的圖示，首先在靠近定轉(zhuǎn)子上方出口位置，遠(yuǎn)離主機(jī)端，確定空氣入口位置L2，見(jiàn)附圖I。要求空氣入口位置離機(jī)座上開(kāi)設(shè)的定轉(zhuǎn)子入口距離盡量小。空氣入口與空氣出口的長(zhǎng)寬大小相同。實(shí)施例4
上述實(shí)施例所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法，
同步電機(jī)系統(tǒng)是由無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)和主機(jī)(同步電機(jī))兩部分組成，是近年來(lái)發(fā)展迅速的集電力，電子和電機(jī)理論為一體的ー種新型電機(jī)。大型設(shè)備如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。同步電機(jī)及與之配套的無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)在エ業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用前景。勵(lì)磁機(jī)大型化過(guò)程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)仍是復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的冷卻問(wèn)題。開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型同步電機(jī)及勵(lì)磁機(jī)通風(fēng)冷卻技術(shù)，有利于提升企業(yè)的創(chuàng)新能力。采用三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法并經(jīng)三維數(shù)值模擬計(jì)算軟件fluent得出計(jì)算結(jié)果，軟件fluent計(jì)算軟件由安世亞太公司提供，提出勵(lì)磁機(jī)改進(jìn)通風(fēng)方法。針對(duì)改進(jìn)方案圖，空氣經(jīng)由內(nèi)外機(jī)殼間的空間，流到內(nèi)部定子機(jī)座的左右兩側(cè)入ロ，進(jìn)入定子機(jī)座內(nèi)部，然后，分別進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙、整流盤(pán)，由機(jī)座左側(cè)進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙的空氣，流經(jīng)定子風(fēng)溝后，由空氣出ロ流出，由機(jī)座右側(cè)進(jìn)入整流盤(pán)的空氣，旋轉(zhuǎn)升壓后，經(jīng)隔板也進(jìn)入定轉(zhuǎn)子所在部分空間，部分進(jìn)入轉(zhuǎn)子、氣隙與定子，內(nèi)部流動(dòng)很復(fù)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(jī)殼上方的入出口與設(shè)計(jì)相符，內(nèi)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(zhuǎn)子上方出 口位置，遠(yuǎn)離主機(jī)端，確定空氣入ロ位置L2，見(jiàn)附圖。要求空氣入口位置離機(jī)座上開(kāi)設(shè)的定轉(zhuǎn)子入口距離盡量小。空氣入口與空氣出口的長(zhǎng)寬大小相同。
權(quán)利要求
1.一種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，其組成包括勵(lì)磁機(jī)主軸，其特征是所述的勵(lì)磁機(jī)主軸裝有旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，所述的定子機(jī)座裝有勵(lì)磁機(jī)定子，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣入口，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣出口，所述的定子機(jī)座兩端具有前空氣入口和后空氣入口，所述的定子機(jī)座上部具有空氣出口，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出口連接定子機(jī)座上部具有的空氣出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置，其特征是所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口尺寸與所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出口尺寸相同，所述的空氣出口為熱風(fēng)出口，所述的軸承中心距所述勵(lì)磁機(jī)空氣出口尺寸為L(zhǎng)I，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣入口距勵(lì)磁機(jī)空氣出口尺寸為L(zhǎng)2。
3.一種同步電機(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)方法，其特征是在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)一側(cè)的勵(lì)磁機(jī)罩上,開(kāi)設(shè)勵(lì)磁機(jī)空氣入口 ；勵(lì)磁機(jī)空氣入口中心線與勵(lì)磁機(jī)空氣出口中心線距離為260mm ;勵(lì)磁機(jī)定子鐵心正上方的定子機(jī)座開(kāi)設(shè)空氣出口，并通過(guò)密封圈與勵(lì)磁機(jī)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(jī)之無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的通風(fēng)改進(jìn)裝置及方法。無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)是帶有勵(lì)磁機(jī)及與同步電機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵(lì)磁機(jī)。本產(chǎn)品其組成包括:勵(lì)磁機(jī)主軸(1)、軸承(12)、勵(lì)磁機(jī)定子(5)、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子(3)、旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)(2)、定子機(jī)座(4)、勵(lì)磁機(jī)罩(6)，所述的勵(lì)磁機(jī)主軸裝有旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，所述的定子機(jī)座裝有勵(lì)磁機(jī)定子，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣入口(7)，所述的勵(lì)磁機(jī)罩具有勵(lì)磁機(jī)空氣出口(8)，所述的定子機(jī)座兩端具有前空氣入口(10)和后空氣入口(9)，所述的定子機(jī)座上部具有空氣出口，所述的勵(lì)磁機(jī)空氣出口連接定子機(jī)座上部具有的空氣出口(11)。本發(fā)明用于無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)。
文檔編號(hào)H02K5/20GK102664479SQ201210151708
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者孫雪梅, 洪光宇, 路義萍, 金子程, 韓家德 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)