[發(fā)明專利]全封閉強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法

有效

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• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109067073B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳威;洪邦光;吳桂初
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: H02K5/20
• 分類號: H02K5/20;H02K9/08
• 代理公司: 溫州名創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發(fā)明提供一種全封閉強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，包括確定永磁牽引電機的整體結(jié)構(gòu)及其中定子與外殼間的風(fēng)道的數(shù)量，并在所有風(fēng)道中設(shè)有相同結(jié)構(gòu)的鋸齒形板，確定待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)；建立永磁牽引電機全局熱網(wǎng)絡(luò)模型及包含風(fēng)道、端蓋與冷卻空氣的局部計算流體力學(xué)模型；獲取包含鋸齒形板待優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)值的多個方案，并根據(jù)全局熱網(wǎng)絡(luò)模型及局部計算流體力學(xué)模型，對每一個方案進行收斂計算，篩選出溫升最低的方案；根據(jù)所篩選出的溫升最低的方案中鋸齒形板待優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)值，對所有風(fēng)道中的鋸齒形板的待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行調(diào)整得到最終鋸齒形板。實施本發(fā)明，通過改善牽引電機的通風(fēng)設(shè)計，滿足高功率密度永磁電機的散熱需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高鐵永磁牽引電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全封閉強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法。

背景技術(shù)

永磁電機因具有高功率密度、高效、低噪聲和低維護成本等特點因此過去幾十年間，永磁電機被廣泛用于軌道交通領(lǐng)域(比如法國，日本，德國和加拿大)。我國已將永磁牽引電機作為下一代高速列車發(fā)展方向。

對于高速列車而言，2012年法國阿爾斯通公司在AGV列車上首次將永磁電機投入商用，該電機采用全封閉自冷卻結(jié)構(gòu)來防止灰塵和鐵屑進入永磁體，并且可以實現(xiàn)低維護成本的目標(biāo)。相比于AGV列車，中國CRH380A列車的轉(zhuǎn)向架空間更小，使得永磁電機在更小的體積下要實現(xiàn)相同的功率等級，就需對電磁和散熱進行挑戰(zhàn)性設(shè)計。

眾所周知，電磁設(shè)計總是追求更高的功率密度，卻會導(dǎo)致單位體積的熱量更大，即對散熱能力的要求更高，因此需要良好的散熱設(shè)計，能保證繞組和永磁體等溫度敏感元件的溫度分別不超過絕緣等級的閾值溫度和永磁體的居里溫度。然而，現(xiàn)有的永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)無法平衡電磁功率和散熱性能，要么電磁功率密度大而散熱效果跟不上，要么犧牲電磁功率密度來改善散熱效果。因此，需要改善牽引電機的通風(fēng)設(shè)計，在電磁功率密度和散熱性能上找到一個平衡點。

散熱設(shè)計通常采用熱網(wǎng)絡(luò)模型進行通風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，雖然所需的計算資源較少，但其結(jié)果的準(zhǔn)確性直接受風(fēng)道內(nèi)傳熱系數(shù)的影響。電機內(nèi)冷卻空氣的風(fēng)路復(fù)雜，且存在湍流效應(yīng)，風(fēng)道內(nèi)的實際傳熱系數(shù)沒有可用的經(jīng)驗公式和理論模型，且流體場與溫度場本身存在強耦合關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種全封閉強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，通過改善牽引電機的通風(fēng)設(shè)計，使得電磁功率密度和散熱性能上找到一個平衡點。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種全封閉強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)永磁牽引電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟S1、確定永磁牽引電機的整體結(jié)構(gòu)及其中定子與外殼間的風(fēng)道的數(shù)量，并在所有風(fēng)道中均設(shè)有用于增強對流換熱并具有相同的鋸齒形板，且進一步確定所述鋸齒形板的初始結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)與調(diào)整范圍；

步驟S2、根據(jù)永磁牽引電機的整體結(jié)構(gòu)、風(fēng)道結(jié)構(gòu)及其中設(shè)定的鋸齒形板的初始結(jié)構(gòu)，建立包含所有風(fēng)道結(jié)構(gòu)參數(shù)細節(jié)的永磁牽引電機全局熱網(wǎng)絡(luò)模型以及用于計算所有風(fēng)道內(nèi)湍流傳熱系數(shù)的局部計算流體力學(xué)模型；

步驟S3、獲取包含鋸齒形板待優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)值的多個方案，并根據(jù)所述全局熱網(wǎng)絡(luò)模型及所述局部計算流體力學(xué)模型，對所獲取的每一個方案進行溫度場與流體場的耦合收斂計算，并待所有收斂計算完成后，篩選出溫升最低的方案；

步驟S4，根據(jù)所篩選出的溫升最低的方案中鋸齒形板待優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)值，對所有風(fēng)道中的鋸齒形板的待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行調(diào)整，得到所有風(fēng)道中最終調(diào)整后的鋸齒形板。

其中，所述方法進一步包括：

根據(jù)所述永磁牽引電機的整體結(jié)構(gòu)、每一風(fēng)道的結(jié)構(gòu)及各自對應(yīng)優(yōu)化后的鋸齒形板的結(jié)構(gòu)，建立所述永磁牽引電機整體的全局計算流體力學(xué)模型，并根據(jù)所述永磁牽引電機整體的全局計算流體力學(xué)模型，計算出所述永磁牽引電機的溫度分布情況及其對應(yīng)的局部最大溫升點。