CN103415984B - 用于在电机中增加气流的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种诸如交流电动机的空气冷却电机具有壳体，该壳体包括旋转轴和壳体气流冷却路径，该空气冷却电机在壳体外周上具有冷却通风口。具有管道外壳的外部冷却***联接至壳体外部，并且限定了与壳体气流冷却通风口和壳体气流冷却路径连通的管道气流冷却路径。在管道外壳内和壳体外部的管道风机联接至该轴并且由该轴驱动。该管道风机将大于周围压力的空气循环至壳体气流冷却路径中。

Description

用于在电机中增加气流的***和方法
技术领域
本发明涉及电机外部冷却***，具体地，涉及用于使额外的冷却空气体积和压力循环至交流（ac）电动机壳体中的空气冷却***。
背景技术
诸如电动机的电机在操作期间产生热量。期望在操作期间将热量传递到电机壳体之外。在过去，电动机和其他电机已设置有壳体通风口以及内部形成通道以提供用于使空气在壳体中循环、循环通过壳体和循环到壳体之外的壳体气流冷却路径。通过壳体气流冷却路径的气流循环已通过添加壳体内部风机来加强，该壳体内部风机由电机轴供电，该电机轴定位在壳体内并且与壳体冷却路径连通。
当内部壳体风机使通过电机的壳体气流冷却路径的冷却空气循环增加时，其泵送能力受叶片尺寸和几何约束限制，诸如长度、宽度、叶片横截面、节距以及叶片数量。内部壳体风机的直径被限制于适配于壳体的内部直径包封内。类似地，叶片宽度和节距被限制于在壳体内部中的轴向空间约束。
通过壳体气流冷却路径来提高电机内部传热能力的另一种已知方法是利用将空气吹入电动机外壳中的外部供电的风机。以此方式，周围的空气被吸入电动机的进气冷却通风口中，并且从壳体中的出气冷却通风口排出的热空气能够更容易地消散至围绕电动机的周围空气中。这种解决方法需要在电动机空间中的电动机外部的另外被供电的冷却源或风机或者另外的新电动机外壳。这些解决方法需要提供另外的电源以向外部风机或其他环境冷却装置供电，以及可能地提供新的外壳。
空气冷却流体热交换也已用在电机壳体内，包括在使空气在电动机壳体内再循环和冷却的全封闭式电动机。全封闭式电动机通常安装在恶劣的周围环境中（例如，腐蚀性的、粗糙的或其他固体粉尘污染物、污垢喷雾剂，尤其是导电灰尘及***蒸汽/粉尘）。在全封闭式电动机中，在壳体气流冷却路径中的热空气将热量传送至内部热交换器，并且进而热量被传递至循环冷却流体。如同内部壳体风机一样，内部安装的热交换器的热交换能力受到可以封装在电动机壳体中的交换器的尺寸的限制。
因此，在本领域中存在对于下述电机冷却***的需要：该电机冷却***的气流冷却能力不受包括在电机壳体内的冷却部件的尺寸限制。
在本领域中也存在对于下述电机冷却***的需要：该电机冷却***不需要在机器壳体外部的外部电源来提高气流冷却能力，如当外部风机或空调设备被安装在发电机空间或外壳中以提高周围环境空气的一般传热能力时所需要的那样。
在本领域中还存在对于下述电机冷却***的另一需要：该电机冷却***提高气流冷却能力，还能够改进现有电机设计，该电机冷却***包括开口排气式或全封闭式电动机。另外，理想的是，必须在制造期间、在现有的现场安装场所、或者在维修期间在修配车间中任何时候实现满足此需要的改进能力。
发明内容
这些需要和其他需要通过本发明的用于提高电机气流能力的***和方法来满足。本发明以具有联接至壳体外部的管道外壳的外部冷却***为特征。该管道外壳限定了与电机壳体气流冷却通风口和壳体气流冷却路径连通的管道气流冷却路径。在壳体外部的且在管道外壳内的管道风机耦接至轴并且由该轴驱动，使得无需为该风机提供外部电源。管道风机将大于周围压力的空气循环至壳体气流冷却路径中。通过提供外部安装的管道风机，除了已经在壳体气流冷却路径中的任意现有壳体风机之外，管道风机被制成所需尺寸并且被优化以实现更高气流速率和大于周围压力的正压力而不受电机壳体内的可用尺寸和体积的约束。形成管道气流冷却路径并且包括管道风机的管道外壳通过壳体的现有进气冷却通风口和/或出气冷却通风口与壳体气流冷却路径连通。管道和壳体气流冷却路径的直接连通消除了提高电机运行环境中的周围空气的一般冷却能力的需要。
本发明的外部管道可以联接至电机进气冷却通风口以将正压力空气吹入壳体内。本发明的外部管道也可以联接至电机出气冷却通风口，其中，排出的空气被馈送到管道风机引入口以进行再增压并且返回至壳体气流冷却路径。本发明的外部管道可以有利地联接至电机壳体的吸气通风口和出气通风口，并且可以应用于全封闭式电动机冷却空气循环闭合环路。
本发明的具有管道风机冷却***的管道外壳能够在制造期间在工厂、在例行维修或保养期间在现场或者在修理车间装备至现有电机。
本发明以具有外部冷却***的电机为特征，包括具有壳体的电机，该壳体中包括保持在该壳体内的旋转轴。至少一个壳体气流冷却通风口形成在壳体外周中。限定在壳体内的壳体气流冷却路径联接至壳体气流冷却通风口。模块化管道外壳从外部联接至壳体，并且包括与壳体气流冷却通风口连通的、限定在管道外壳内的管道气流冷却路径。在管道外壳内且在壳体外部的管道风机联接至轴并由该轴驱动，并且与管道气流冷却路径和壳体气流冷却通风口两者相连通。管道风机将大于周围压力的空气循环至壳体气流冷却路径中。
本发明还以联接至具有壳体的类型的电机的外部冷却***为特征，该壳体中包括：保持在壳体内的旋转轴；形成在壳体外周中的至少一个壳体气流冷却通风孔；以及限定在壳体内并且联接至壳体气流冷却通风口的壳体气流冷却路径。外部冷却***包括适于联接至壳体外部的电机壳体气流冷却通风口的管道外壳。限定在管道外壳内的管道气流冷却路径适于与壳体通风口连通。管道外壳内且壳体外部的管道风机适于联接至轴并由该轴驱动，并且与管道气流冷却路径和壳体气流冷却通风口连通，以将大于周围压力的空气循环至壳体气流冷却路径中。
本发明还以从外部冷却具有壳体的类型的电机的方法为特征，该壳体中包括：保持在壳体中的旋转轴；形成在壳体外周中的至少一个壳体气流冷却通风口；以及限定在壳体内并且联接至壳体气流冷却通风口的壳体气流冷却路径。该方法包括将管道外壳联接至壳体外部的电机壳体气流冷却通风口。该方法还包括提供限定在管道外壳内并且适于与壳体通风口连通的管道气流冷却路径。该方法还包括将在管道外壳内且在壳体外部的管道风机联接至轴，并且将管道风机定向成与管道气流冷却路径和壳体气流冷却通风口相连通。然后，将大于周围压力的空气循环至壳体气流冷却路径中。
本领域的技术人员能够任意决定以任意组合共同地或分别地利用本发明的特征。
附图说明
能够通过考虑结合附图的以下详细描述而容易地理解本发明的教导，在附图中：
图1是具有将周围冷却空气吸入以及将热空气排放到周围的引入口空气过滤器的现有技术电机“开放式”框架电动机的局部正剖视图；
图2是根据本发明的冷却***实施例的电机交流电动机的局部截面透视图；
图3是根据图2的冷却***实施例的电机交流电动机的示意性局部正剖视图，示出了将来自本发明的管道风机的加压空气引导至电动机框架吸气通风口中；以及
图4是根据本发明的冷却***实施例的电机交流全封闭式电动机的示意性正视图，其中，外部管道联接至电动机框架的出气通风口并且将排出的空气导向风机管道。
为了便于理解，在可能的情况下，相同的附图标记已用于表示附图共有的相同元件。
具体实施方式
现有技术的内部风机冷却电动机
图1示意性地示出了公知的具有电动机壳体12’和旋转轴14’的感应电动机10’。内部轴装式壳体风机16’提供了在从壳体冷却进气口18’到壳体冷却出气口20’的气流冷却路径内的增强的气流循环。在空气过滤器护罩（shroud）22’的底部与电动机壳体12’的上表面之间的间隙中，周围空气（双箭头）被吸入到该护罩中。护罩内的挡板（baffle）24’引导进入的周围空气通过空气过滤器元件26’，并且抑制大气中的水分或碎片的渗透。护罩气流中的过滤后的空气进入冷却进气口18’并且在由壳体风机16’执行的机械空气泵送的协助下遵循壳体气流冷却路径。如本领域的技术人员理解的，电动机10’可以具有多个壳体冷却进气口18、壳体冷却出气口18、壳体气流冷却路径以及壳体风机16’。在一些电动机10’中，壳体风机安装在轴14’的两端上。
本发明的外部冷却***
图2和图3示出了对电机10的本发明的外部冷却***的示例性应用，该电机10具有与电动机10’的内部结构类似的内部结构，包括电动机壳体12、旋转轴14、由该轴驱动的内部壳体风机16、一个或多个壳体冷却通风口（诸如，冷却进气口18和壳体冷却出气口20）。在内部壳体风机16的泵送作用的协助下，壳体气流冷却路径在壳体冷却进气口18和出气口20之间限定在壳体12内。
在图2和图3的实施例中，管道30联接至电动机10的冷却进气口18。管道风机32是由设置在管道30内的电动机轴14驱动的径流式风机。管道风机32可以直接固定至电动机轴14。如果现有的电动机轴设计没有足够地突出到电动机壳体外部以提供用于管道风机固定的表面，则保持该风机的辅助或延伸轴可以固定至现有轴。一个或多个管道风机32可以封装在管道30内，并且它们可以由轴14直接驱动或者诸如通过皮带或链条驱动的皮带轮（未示出）间接驱动。参照图3，周围空气（双箭头）被吸入到管道30的风机护罩34中，其中，该空气被管道风机32加压并且沿管道气流冷却路径被传送至电动机壳体冷却进气口18中，使得管道气流冷却路径与壳体气流冷却路径进行流体连通和热传递连通。受热空气随着其通过壳体冷却出气口20而被排放至周围大气中。
本发明的电机外部冷却***也能够与不接收周围空气或者不将周围空气排放至大气的全封闭式电动机一起使用。图4示出了全封闭式水-空气冷却（TEWAC）电动机10，该电动机具有其中安装有旋转轴14的壳体12。壳体风机16固定至旋转轴14并且利于冷却空气关于从壳体冷却进气通风口18到壳体冷却出气通风口20的壳体气流冷却路径的输送。不同于“开放式”框架电动机，该TEFC电动机的通风口18、20不与周围空气相连通。管道30与电动机冷却进气通风口18和出气通风口20相连通，从而形成了不与大气环境空气连通的封闭式气流循环***。管道30封闭了可以是径流式风机或本领域技术人员选择的其他风机设计的管道风机32。管道风机32通过风机护罩34从电动机出气通风口20抽出空气。由管道风机32驱动的增压空气经过管道气流冷却路径进入电动机冷却进气通风口18，其中，管道气流冷却路径与壳体气流冷却路径连通。
在图4的实施例中，电动机热量通过使空气经过空气/流体热交换器40而从壳体气流冷却路径和管道气流冷却路径传送出去，该空气/流体热交换器40置于管道风机32与电动机冷却进气通风口18之间的管道气流冷却路径中。引入口冷却流体如由箭头42示意地示出地那样进入热交换器40，其中该热交换器40吸收来自电动机冷却空气的热量。现在受热的冷却流体如箭头44示意性地示出地那样排出。
本领域的技术人员将意识到，本发明的电机外部冷却***的管道30可以被配置成联接至现有设计的电动机10的壳体冷却通风口18、20。本发明的冷却***可以在最初制造期间或在之后的维修车间维护检修期间被工厂安装。替选地，本发明的冷却***可以由维修技术员在现场安装。
结论
本发明的冷却***和方法向本领域的技术人员提供了用于冷却电机（诸如交流电动机）的模块化解决方案。外部管道能够被配置成与机器壳体进气冷却通风口或出气冷却通风口或者两者的组合连通，以提供补充现有壳体气流冷却路径的管道气流冷却路径。通过使管道风机位于机器壳体外部，泵送能力不受内部框架尺寸限制。外部安装的管道风机能够针对不同的泵送能力而被改进以满足变化的电机的操作性能冷却需要。电动机轴驱动的管道风机无需外部电源。

Claims (15)

1.一种电机外部冷却***，包括：
具有壳体的电机，所述壳体中包括：
旋转轴，保持在所述壳体内；
至少一个壳体气流冷却通风口，形成在所述壳体外周中，其中，所述壳体限定了壳体冷却进气通风口和壳体冷却出气通风口；
壳体气流冷却路径，限定在所述壳体内，并且联接至所述壳体气流冷却通风口，其中，所述壳体气流冷却路径与所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者连通；以及
管道外壳，从外部联接至所述壳体，包括：
管道气流冷却路径，限定在所述管道外壳内，并且与所述壳体气流冷却通风口连通；以及
在所述管道外壳内且在所述壳体外部的管道风机，联接至所述轴并由所述轴驱动，并且与所述管道气流冷却路径和所述壳体气流冷却通风口连通，所述管道风机用于使大于周围压力的空气循环至所述壳体气流冷却路径中，其中，所述管道外壳联接至所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者，并且在相应的所述壳体气流冷却路径与所述管道气流冷却路径之间形成闭合的气流冷却路径而不与大气环境空气连通。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述壳体气流冷却路径与所述管道气流冷却路径和所述管道风机连通，并且其中，所述管道风机使得大于周围压力的空气在所述壳体气流冷却路径内循环。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述管道气流冷却路径与所述壳体气流冷却路径在所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者处连通。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述管道风机直接联接至所述旋转轴并且由所述旋转轴驱动。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述管道风机为径流式风机。
6.根据权利要求1所述的***，还包括用于使空气沿所述壳体冷却路径循环的壳体风机，所述壳体风机由所述轴驱动，保持在所述壳体中并且与所述壳体气流冷却路径连通。
7.根据权利要求1所述的***，还包括在所述管道外壳内与所述管道气流冷却路径连通的热交换器。
8.一种用于具有壳体的类型的电机的外部冷却***，所述壳体中包括：
旋转轴，保持在所述壳体内；
至少一个壳体气流冷却通风口，形成在所述壳体外周中，其中，所述壳体限定了壳体冷却进气通风口和壳体冷却出气通风口；
壳体气流冷却路径，限定在所述壳体内，并且联接至所述壳体气流冷却通风口，其中，所述壳体气流冷却路径与所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者连通；
所述外部冷却***包括：
管道外壳，适于联接至所述壳体外部的电机壳体气流冷却通风口；
管道气流冷却路径，限定在所述管道外壳内，并且适于与所述壳体气流冷却通风口连通；以及
在所述管道外壳内且在所述壳体外部的管道风机，适于联接至所述轴并由所述轴驱动，并且与所述管道气流冷却路径和所述壳体气流冷却通风口连通，所述管道风机用于将大于周围压力的空气循环至所述壳体气流冷却路径中，其中，所述管道外壳联接至所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者，并且在相应的所述壳体气流冷却路径与所述管道气流冷却路径之间形成闭合的气流冷却路径而不与大气环境空气连通。
9.根据权利要求8所述的***，其中，所述壳体气流冷却路径与所述管道气流冷却路径和所述管道风机连通，并且其中，所述管道风机使得大于周围压力的空气在所述壳体气流冷却路径内循环。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述管道气流冷却路径与所述壳体气流冷却路径在所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者处连通。
11.根据权利要求8所述的***，其中，所述管道风机直接联接至所述旋转轴并由所述旋转轴驱动。
12.根据权利要求11所述的***，其中，所述管道风机为径流式风机。
13.根据权利要求8所述的***，还包括用于使空气沿所述壳体冷却路径循环的壳体风机，所述壳体风机由所述轴驱动，保持在所述壳体内并且与所述壳体气流冷却路径连通。
14.根据权利要求8所述的***，还包括在所述管道外壳内与所述管道气流冷却路径连通的热交换器。
15.一种从外部冷却具有壳体的类型的电机的方法，所述壳体中包括：
旋转轴，保持在所述壳体中；
至少一个壳体气流冷却通风口，形成在所述壳体外周中，其中，所述壳体限定了壳体冷却进气通风口和壳体冷却出气通风口；以及
壳体气流冷却路径，限定在所述壳体内，并且联接至所述壳体气流冷却通风口，其中，所述壳体气流冷却路径与所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者连通；
所述方法包括：
将管道外壳联接至所述壳体外部的所述电机壳体气流冷却通风口；
提供管道气流冷却路径，所述管道气流冷却路径限定在所述管道外壳内并且适于与所述壳体气流冷却通风口连通；
将在所述管道外壳内且在所述壳体外部的管道风机联接至所述轴，并且将所述管道风机定向成与所述管道气流冷却路径和所述壳体气流冷却通风口连通；以及
使大于周围压力的空气循环至所述壳体气流冷却路径中，
其中，所述管道外壳联接至所述壳体冷却进气通风口和所述壳体冷却出气通风口两者，并且在相应的所述壳体气流冷却路径与所述管道气流冷却路径之间形成闭合的气流冷却路径而不与大气环境空气连通。
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