[发明专利]电机冷却系统

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年12月16日申请的标题为“电机冷却系统（MOTOR COOLING SYSTEM）”的第61/423,637号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该申请案在此以引用的方式并入本文中。

背景技术

本申请案大体涉及并入到空气调节和制冷应用中的蒸汽压缩系统中的电机的冷却。具体而言，本申请案涉及对蒸汽压缩系统中的半封闭式电机进行冷却。

蒸汽压缩系统可以使用以较高旋转速度运行的更加紧凑的电机来向各部件提供动力。通过使用更加紧凑的电机，可以实现系统尺寸的减少。然而，在较高旋转速度下运行电机所伴随的一些挑战包括电机轴与轴承之间摩擦的生成，以及风阻损失。风阻是在电机的旋转转子与所述转子的周围环境之间生成的摩擦力，所述环境通常为空气或工作媒体，例如，在封闭式传动系情况下的制冷蒸汽。风阻可以生成热并且降低电机的运行效率。因此，对这些电机进行有效的冷却有很高的要求。

对电机定子的冷却可以通过使用围绕所述定子的冷却盘管来实现，所述盘管从蒸汽压缩系统的冷凝器处接收液体制冷剂。所述盘管通常整合在定子外壳内。由于与定子以及其外壳的热表面发生接触，制冷剂在该盘管内蒸发并冷却该定子。第6,070,421号美国专利中公开了一个实例。另外，当电机外壳上设置有变速驱动器（VSD）、轴承电子器件中使用的电子部件时，类似的制冷剂回路也可以用于对这些部件进行冷却，其中所述电机外壳可以成为这些部件的“冷板”。

未与电机外壳充分靠近的电机部件（电机绕组、轴承等）需要其他的冷却布置。在传统的半封闭式电机中，已知途径是对冷蒸汽或冷气体进行疏导或引导，使其穿过电机腔室。然而，必须提供部件的特定布置以在电机中供应冷气体并使之循环。在一种传统的半封闭式电机中，向压缩机吸入口提供的气体的一部分或全部气体被提供用于经过或穿过电机腔室，然后到达压缩机吸入口。

第7,181,928号美国专利中公开了另一种冷却布置，其中一些冷气体从蒸发器中提取并被吸到压缩机吸入口。移动所述气体使其穿过电机腔室所需的压力差是由在离心式压缩机的叶轮的入口处产生的文丘里效应（venturi effect）产生的。

在另一种布置中，在环绕定子的盘管中蒸发的冷气体用于冷却电机腔室。在该布置中，一种控制装置在向盘管供应液体制冷剂时使用，这样，所有的液体均会在盘管出口处蒸发。这种控制装置可以为热膨胀阀，其类似于与“干式膨胀”蒸发器共同使用的那些阀，或者可以为几乎等效的系统（例如，由温度传感器控制的电磁阀的组合等），用以避免将液体输送到电机中。

第6,070,421号美国专利公开了一种具有中间冷却器的二级系统，其中中间冷却器产生的闪蒸气体用于扫过或被引导穿过电机外壳。另外，在环绕定子的盘管中蒸发的气体同样被引导穿过外壳，所述气体随后在中间级压力下被排出。正如先前布置所公开那样，提供一种膨胀阀来确保所有的液体制冷剂均从盘管蒸发掉，否则任何残余的液体均可能会对电机部件造成损坏。

尽管所述系统提供了可行结果，但是所述系统仍存在缺陷。

例如，在冷却盘管的入口处使用膨胀装置以确保所有的液体制冷剂均从该盘管中蒸发掉，这同样确保了电机腔室中的压力能够自行调节至稍高于吸入压力或中间级压力的一个水平，该水平取决于应用。这种自行调节使得气体能够被有效地引导穿过电机外壳的腔室来冷却该腔室。然而，该系统并未实现热优化：与盘管出口处呈二相状态的制冷剂相比，制冷剂的完全蒸发使得盘管中的热传递减少。同样，输送到电机中的气体制冷剂倾向于为轻微过热的，这致使电机腔室中的冷却效率变低。另外，在以稍高于中间级压力的水平提供气体制冷剂的系统中，蒸发在较高的温度下发生，这减少了可以提供的冷却量。在内部压力水平增大的气体中运行电机也会增大气体制冷剂所生成的摩擦（以及热）的量，从而削弱了对电机进行冷却的初始目的。