CN85100560A - 外转子水冷凸极同步电机 - Google Patents
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Abstract
外转子水冷凸极同步电机属中小型水内冷电机。在中小型电机中采用外转子结构和水内冷技术，结构紧凑、减轻重量、节约原材料，提高电机效率1-4％。
Description
本发明是一种水内冷凸极同步电机，包括水内冷凸极同步发电机和水内冷凸极同步电动机。
通常的中小型水轮发电机组都带有一个相当庞大的飞轮，借助这一飞轮增加电机内转子的转动惯量，使电机稳定运行。飞轮由两个大型座式轴承座支撑。
为了增大发电机组的转动惯量，在电机制造的发展过程中曾有人制成容量为数百千瓦级的立式外转子水轮发电机及卧式外转子发电机。这两种外转子发电机组不带有飞轮，其冷却方式采用风扇冷却。由于仅用风冷，解决发电机的散热问题较为麻烦。加上其中卧式外转子发电机的内定子直接固定于埋在底座的笨重的悬臂梁上，其结构也显得很不合理，同时，除了增大转动惯量外并无其他优点等因素，限制了外转子发电机的推广使用，所以在国际上至今使用外转子发电机的为数甚少。而甚有发展前途的外转子水冷同步电机至今无人研制过。
本发明的任务在于设计一种采用中国发明的电机水内冷技术，结构合理，具有实用价值的容量一般不超过800千瓦的中小型外转子水冷凸极同步电机。
本发明的外转子水冷凸极同步电机是充分论证了其制造和使用上的经济性之后综合各种同步电机的先进技术进行设计的。图1为一个外转子卧式水冷凸极电机的剖视图。图中1为主轴，2-支座，3-内定子套筒，4-内定子绕组，5-内定子，6-挡风板，7-激磁绕组，8-外转子磁极，9-外转子钢圈，10-轴承，11-无刷励磁装置。这种电机的外转子可由原先的飞轮改装而成，外转子的激磁绕组〔7〕可采用无刷励磁。激磁绕组〔7〕的冷却方式可根据电机容量的大小采用既有水冷又有风冷散热或只用风冷散热。
外转子的激磁绕组〔7〕所用的导线可用矩形空心铜导线与实心铝导线并联后外加绝缘层的并联导线。当电机的容量较小时可只用实心铝导线。
当电机容量不超过200千瓦时，外转子可只用风冷散热，由于电机运行时磁极〔8〕的扇风作用，可使挡风板〔6〕中间空隙处自然进风，经过两相邻磁极〔8〕间的空间、电机气隙，至靠近二极管一侧的外转子钢圈〔9〕上一组径向圆孔处出风。该组圆孔数可以是4个或6个或更多个。
当电机容量较大时，外转子的激磁绕组〔7〕除上述自行通风冷却外，需加外转子水冷却***〔L1〕进行冷却。这一水冷却***〔L1〕由主轴〔1〕非拖动端处所装的进出水头进水，流经装在主轴〔1〕轴心处的进水管，流经近主轴〔1〕另一端的集水环，流经多根进水绝缘水管，流经多根并联焊在激磁绕组〔7〕的空心铜导线上的进水铜导水管，流经激磁绕组〔7〕的空心铜导线，流经多根并联焊接在激磁绕组〔7〕的空心铜导线上的出水铜导水管，流经多根并联的出水绝缘水管，流经靠近进水集水环的出水集水环，流经主轴〔1〕轴心处的出水管，至进出水头的出水口流出。
电机内定子〔5〕的三相绕组用空心铜导线绕成，铜导线可用正方形截面，每槽最好布置一上一下的两根串联空心铜导线，或二上二下地布置4根串联空心铜导线，或更多的导线。但应使内定子绕组〔4〕的涡流效应引起的附加损耗不超过定子绕组基本铜耗的15%。必要时可采用长方形空心铜导线。此时导线的中空最小尺寸应不小于2.5毫米。内定子绕组〔4〕每极每相串联的诸匝在拉型时即形成串联以减少联接绕组时的焊头。
电机内定子绕组〔4〕的水冷却，可从每相的中点进水，每相的两端出水，或由三相的中点进水，从三个相端出水。电机内定子绕组〔4〕的通电通水方式可根据具体情况而定。
外转子水冷凸极同步电机的水冷却网如图2所示。图中a为水泵，b-冷却器，c-水箱，L1-外转子水冷却***，L2-内定子水冷却***。水泵〔a〕可装在主轴〔1〕的端部，由主轴〔1〕直接拖动。当主轴〔1〕转速较低时，水泵〔a〕可装在他处，由原动机拖动。由水泵〔a〕、内定子绕组〔4〕与激磁绕组〔7〕并联成的机内水路、冷却器〔b〕的中空铜管以及水箱〔c〕构成水冷却网。当水泵〔a〕转动时即从水箱〔c〕中吸出冷却水，加压后从水泵〔a〕打出后分为二路：一路进入外转子水冷却***〔L1〕，另一路进入内定子水冷却***〔L2〕;从〔L1〕及〔L2〕流出的水汇合后经过水冷却器〔b〕的中空铜管回到水箱〔c〕之中完成一个循环。水泵不停转动，冷却水不断地循环，完成了电机的散热。电机水冷却网中的水可用去离子水。冷却器〔b〕夹套内的水可用大坝的水。
本发明的外转子水冷凸极同步电机，可用作发电机，也可用作电动机，同已有的同步电机相比具有如下优点：
1.与空气冷却的立式外转子水轮发电机相比：本发明采用水内冷技术，可节省原材料，减小尺寸;激磁绕组可采用铝线，可节省铜材。同时可提高电机的效率1～4%，减少通风量，减少噪音，降低炎热季节厂房中的温度。
2.与空气冷却的一般卧式水轮发电机组相比，其优点是：
可省去一个大飞轮和二个轴承座，节约了大量钢材，显著地减轻重量，减小机组轴向尺寸，利于运输及缩小厂房面积，减轻吊车设备负荷等，对于边远地区及山区更为有利。
外转子的空间较内转子宽畅得多，可多布置激磁绕组而减少激磁损耗。激磁绕组可用铝线或用部分铝导线代替铜线。由于在长度相等的条件下，单位重量的铝线的电阻比铜线电阻减少一半，因而可节省大量的铜材，还可减少激磁损耗，提高发电机的效率1～4%。
外转子电机能提高定子硅钢片的利用率。因为内转子电机定子绕组只能布置在硅钢圆片的内侧，而外转子电机定子绕组则布置在硅钢圆片的外侧。若两种电机的定子齿槽深度，定子轭高相同，以及内外转子布置定子绕组的硅钢片的内外径相同时，则外转子电机的定子硅钢片有较小的内径，内转子电机的定子硅钢片有较大的外径。因而，当定子硅钢片的轴向长度相等时，外转子电机的定子硅钢片重量较小，可节省硅钢片。在相同的磁密下，外转子电机的轭部铁耗也较小。
由于磁极、激磁绕组和阻尼绕组等在电机旋转时所生的离心力都由外转子的钢圈来承担。该钢圈的机械强度较高，利于解决水轮发电机在承受飞逸转速下的运转考核问题。
由于采用了水冷，定子铁心可不用通风槽，在同样有效铁心长度下，可多用硅钢片，使每极磁通增大，从而可少用定、转子绕组铜线，导线的通电损耗可相应减少。
一般低压电机由于电流大，定子绕组常用细分并联导线，用了很多股线绝缘，使槽满率降低。本发明主要用于低压电机，每槽有效串联空心铜导线数一般为二根或四根，因而槽满率较高，有利于提高电机的材料利用率，利于减少从定子铁心到空心铜导线之间的热阻，使定子铁耗产生热量大部分可由定子铜导线中的水流带走。
本电机定子铜耗和铁耗所生热量可由水带走。对于容量较大，激磁损耗也较大的电机，外转子绕组也可用水内冷带走其激磁损耗的热量，可使电机通风量大为减少，可利用磁极本身的扇风作用来散热，不需要专用的风扇，从而简化电机的结构并减少通风噪音。
可降低炎夏时厂房中的温度。
3.具有同现有的水内冷发电机共同的优点。其冷却方式各不相同。把水内冷技术用于中小型外转子电机属于国内外首创。
实施例：容量为100千瓦，功率因数为0.8，线电压为400伏，转速为每分1000转的外转子水冷凸极同步发电机。
其内定子及外转子的主要参数为：内定子铁心外径为493毫米，内定子铁心内径为280毫米，内定子铁心有效长度为220毫米;外转子钢圈外径为900毫米，外转子钢圈内径为780毫米，外转子钢圈轴向长度为380毫米;气隙长度为2毫米。定子绕组空心铜线的尺寸为5.5×6.5-2.5×3.5毫米。
根据计算，所需材料为1.内定子用铜量为20.8公斤，2.外转子激磁绕组用铝量为36.53公斤，3.内定子铁心硅钢片重量为152公斤;其短路比为1.006;其效率为94%。
外转子激磁绕组损耗为1.731千瓦，每个磁极损耗为0.2885千瓦，可由自行通风冷却。
定子绕组水内冷可用轴上水泵作为水循环的动力。
Claims (11)
1、一种外转子水冷凸极同步电机。其特征是该电机由含有一个用水冷却的外转子、一个用水冷却的内定子[5]、以及一个水冷却网构成。
2、按照权利要求1所说的电机的外转子，其特征是该外转子含有一个水冷却的激磁绕组〔7〕、一个自行通风***和一个外转子水冷却***〔L1〕。
3、按照权利要求2所说的外转子激磁绕组〔7〕，其特征是该激磁绕组〔7〕可用矩形空心铜导线与矩形实心铝导线并联后外加绝缘的导线绕制而成，也可用实心矩形绝缘铝导线绕制。
4、按照权利要求2所说的外转子自行通风***，其特征是该通风***由于磁极〔8〕扇动提供风压，由磁极〔8〕一侧的挡风板〔6〕与内定子套筒〔3〕间的空隙进风，经过磁极〔8〕间隙和电机气隙，至磁极〔8〕另一侧分布在外转子钢圈〔9〕上n个径向圆孔出风而形成。该圆孔数n可以是4，或者6，或者更多。
5、按权利要求2所说的外转子水冷却***〔L1〕，其特征是该***〔L1〕内水流途径为：主轴〔1〕非拖动端的进出水头的进水管进水，流经主轴〔1〕轴心处的进水管，流经主轴另一端处的进水集水环，流经多根并联的进水绝缘水管，流经多根并联焊在激磁绕组〔7〕的空心铜导线上的进水铜导水管，流经激磁绕组〔7〕的空心铜导线，流经多根并联焊在激磁绕组〔7〕的空心铜导线上的出水铜导水管，流经多根并联的出水绝缘水管，流经靠近进水集水环的出水集水环。流经主轴〔1〕轴心处的出水管，至进出水头的出水口流出。
6、按照权利要求1所说的电机内定子〔5〕，其特征在于内定子〔5〕采用两端支撑法支撑及装有一个水冷却***〔L2〕。
7、按照权利要求6所说的内定子支撑方式，其特征是除利用内定子套筒〔3〕将一端固定于支座外，另一端通过轴承〔10〕支撑在电机主轴〔1〕上。
8、按照权利要求6所说的内定子〔5〕的水冷却***〔L2〕，其特征是该***内的冷却水流经定子绕组〔4〕的中空铜导线。
9、按照权利要求1所说的电机的水冷却网，其特征是该水冷却网由水泵〔a〕、外转子水冷却***〔L1〕与内定子水冷却***〔L2〕并联的水路、水冷却器〔b〕的中空铜管以及水箱〔c〕等串联组成。
10、按照权利要求9所说的水泵〔a〕，其特征是水泵〔a〕可安装在主轴〔1〕上，由主轴〔1〕直接拖动供水。
11、按照权利要求10.所说的水，其特征是一般采用去离子水。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103184984A (zh) * | 2011-12-31 | 2013-07-03 | 江苏新誉重工科技有限公司 | 风力发电机组的温度调节*** |
| CN103532346A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-01-22 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | 一种气隙电枢电机 |
| CN109286291A (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 深圳市配天电机技术有限公司 | 电动车、车轮及其开关磁阻电机 |
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1985
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