一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法，其特征在于，利用电梯门机驱动器散热器的热阻模型，通过电梯门机驱动器散热器的自身热阻R2和电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻R3，计算出总热阻R；以及电梯门机驱动器散热器的工作风量，应用粒子群算法求得当总热阻和电梯门机驱动器散热器的工作风量满足条件时温度控制在指定范围内的散热器参数最优值，得到散热器最小体积；降低散热器成本的同时达到最优的散热效果。

An optimization method for heat dissipation of elevator door driver based on particle swarm optimization algorithm

The invention discloses an optimization method for heat dissipation of elevator door machine driver based on particle swarm optimization, which is characterized by using the thermal resistance model of the elevator door machine driver radiator to calculate the total thermal resistance R through the heat resistance R2 of the elevator door machine driver's radiator and the heat transfer resistance R3 of the elevator door machine driver radiator and air air. As well as the working air volume of the radiator of the elevator door machine driver, the particle swarm optimization algorithm is used to obtain the optimal value of the radiator parameters in the specified range when the total thermal resistance and the working air of the elevator door machine driver radiator meet the conditions. The minimum volume of the radiator is obtained, and the cost of the heat exchanger is reduced and the optimal heat dissipation is reached. Effect\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法
本专利技术涉及电梯门机驱动器的
，尤其涉及一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法。
技术介绍
电梯门机是由专用驱动板提供动力，其频繁工作引起的发热，需要设计散热器进行降温，其构建所用电子元件的性能与温度息息相关。随着温度的上升，电子元件的失效率增加，温度每上升10℃，电子器件的可靠性就下降一半。据相关文献统计，电子设备的失效有55％是温度超过规定值所引起的。目前电子产品集成化程度越来越高，散热难度也随着增大。伺服驱动系统作为执行部件，在现代化生产中得到了越来越广泛的应用，为了确保系统运行的可靠性，有必要对驱动器的散热器进行优化设计。国内外研究学者针对功率器件散热系统的设计做了大量的工作。李玉宝，王建萍等人对矩形肋片散热器在不同结构参数下的模型进行了自然对流散热计算，通过对比分析不同模型的温度和热阻计算结果，探讨了散热器基板参数和肋片参数对其散热性能的影响；李争等人基于有限体积法，对电驱动用功率逆变器进行三维温度场分析，对比了改变散热器材料，加风扇以及将2者结合的散热效果，对逆变器的散热系统进行了优化设计；董梁，徐伟强，李倩倩等人针对电子电气设备散热和均温的需求，提出了一种新型结构形式的异形整体热管散热器：平板热管形式的蒸发段与具有高肋化比翅片的冷凝铜管集成；郭健忠等人运用ATC方法对某型汽车管带式百叶窗散热器进行性能分析及翅片结构优化，建立某型汽车散热器单周期翅片组模型并对其进行不同风速工况下的三维模拟计算并通过实验验证了可行性。申有传以某公司生产的微型纯电动汽车控制器为研究对象，主要从热力学的角度设计散热器，并从结构上对散热器进行优化，最后设计出符合该控制器散热需求的散热器。
技术实现思路
基于上述现象，本专利技术提供一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法，应用粒子群算法求得当总热阻和电梯门机驱动器散热器的工作风量满足条件时温度控制在指定范围内的散热器参数最优值，得到散热器最小体积；降低散热器成本的同时达到最优的散热效果。利用电梯门机驱动器散热器的热阻模型，通过电梯门机驱动器散热器的自身热阻R2和电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻R3，计算出总热阻R；以及电梯门机驱动器散热器的工作风量，应用粒子群算法求得当总热阻和电梯门机驱动器散热器的工作风量满足条件时温度控制在指定范围内的散热器最小体积；粒子群算法寻优步骤如下：S1：开始；S2：输入参数；粒子群规模设为10，迭代次数设定100，肋片数量的取值范围设为(20，60)，肋片厚度范围设为(0.001，0.01)，散热器的长度范围设为(0.062，0.172)；S3：通过S2计算出总热阻值R和临界散热器的工作风量；S4：初始化粒子以及粒子速度；S5：检查散热器的工作风量和总热阻值此，散热器的工作风量过小或是总热阻值R过大，执行S4，重新初始化；S6：适应值计算；S7：粒子速度更新；S8：粒子位置更新；S9：检查散热器的工作风量和总热阻值R，散热器的工作风量过小或是总热阻值R过大，执行S7，重新对粒子速度和粒子位置进行更新；S10：散热器的工作风量和总热阻值R在正常范围内，进行适应值计算；S11：当前值是否小于局部最优值，如果是进入到S12；如果否，进入到S13；S12：局部最优值更新；S13：当前值是否小于合局最优值，如果是，进入S14；如果否，进入S15；S14：全局最优值更新；S15：是否到迭代闪数或收敛；如果是，进入S16；S16：输出全局最优值；最终得到散热器结构参数的最优适应解，得到最优散热器结构；其中，R＝R2+R3(1)；电梯门机驱动器散热器的自身热阻：散热器由n块一端相连的金属平板组成，相连一端组成了基板，金属平板的长宽高分别为L，b，l；电梯门机驱动器散热器金属平板内没有热源，且热流是一维和稳定的，由傅里叶导热方程可得，传导的热量：(2)式中：P为传导热量(KCalth/h)，Ks为导热系数(KCalth/h.m.℃)，A为散热器的传热表面积(m2)，T-t为2端面温差(℃)，l为金属平板的高(m)，可得：单位换算后可得：Ks为金属平板的导热系数；其中，电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻，根据层流和湍流的不同情况进行分析：当(1)风冷冷却时，设功率器件工作在一个大气压、相对湿度不超过90％的环境中；(2)空气的流速远小于声速，如小于7m/s；(3)空气的流动处于稳定状态；(4)散热器工作的环境温度在：-25℃到250℃之间；金属平板边界层随着与风机距离增大，雷诺数不断的增大，当超过了雷诺数临界值，即超过了临界距离，层流向湍流过渡，临界距离可由式(5)所得；式中：Rec为临界雷诺数，v为空气粘度(m2/s)，us为空气流速(m/s)。当L＜XC时，边界层处于层流状态，此时的局部努塞尔数为：Nux＝0.332Rex1/2Pr1/3＝hx*x/λ(6)式中：Rex为x处的雷诺数；Pr为空气的普朗特数，Pr等于空气粘度系数与导热系数之间的比值，无量纲，且与x无关；hx为x处的空气对流传热系数；λ为空气的导热系数。对局部努塞尔数在金属平板长度L内积分，再乘以L，可得到平均努塞尔数，如式(7)所示，式中：其它参数同上，由式(6)和式(7)可以推出空气对流平均传热系数，如式(8)所示。同上可推出，当L＞XC时，边界层处于湍流的状态，此时的局部努塞尔数为：Nux＝0.0296Rex4/5Pr1/3(9)金属平板边界的临界雷诺数一般取为5×105，可得出L超过临界长度后的平均努塞尔数和平均传热系数分别如式(8)和式(9)所示。Num＝(0.037Re4/5-871)Pr1/3(10)A为散热器的传热表面积；其中，电梯门机驱动器散热器的工作风量，可以由散热器中风扇的特性曲线和风道的风阻特性曲线的交点求得，风扇的特性曲线由散热器生产厂家提供，风道的特性曲线可由下列公式(14)求得，式中：Rs为风力半径(m)；Rf为风道阻力(Pa)；δ为摩擦系数，取0.022；ρ为空气密度(kg/m3)；L为风道长度(m)；u为风速(m/s)；最终得到n，L，l，b的最优适应解；通过V＝nLlb(15)得到最优散热器结构。本专利技术的有益效果：分析散热器的散热过程，建立了散热器热阻的推导公式，并计算散热器中风扇的工作风量和风阻，应用粒子群算法求得当总热阻和工作风量等满足条件时的散热器最小体积，以达到减小生产成本的目的；并通过有限元分析软件Icepak，对优化前后的散热效果进行了对比，验证了方法的可行性和有效性。附图说明图1是本专利技术中粒子群算法的寻优流程图；图2是本专利技术中散热器体积优化曲线图；图3是本专利技术中散热器结构参数优化曲线图；图4是本专利技术中散热器风扇工作风量工作点；图5是本专利技术中优化散热器温度分布图；图6是本专利技术中散热器的结构图。具体实施方式以下详细描述本专利技术的技术方案。本专利技术实施例仅供说明具体结构，该结构的规模不受实施例的限制。电梯门机所用永磁同步电机伺服驱动器(或无刷直流电动机)运行过程中的损耗绝大部分来自于整流和逆变电路，二极管和ICBT模块作为主要的功率器件，热量通过它们的管芯传到管壳，再从管壳传递给散热器，散热器通过对流和辐射的方式将热量传递到环境介质中，各部分热阻分别表示为R1，R2和R3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法，其特征在于，利用电梯门机驱动器散热器的热阻模型，通过电梯门机驱动器散热器的自身热阻R2和电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻R3，计算出总热阻值R；以及电梯门机驱动器散热器的工作风量，应用粒子群算法求得当总热阻和电梯门机驱动器散热器的工作风量满足条件时温度控制在指定范围内的散热器最小体积。

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法，其特征在于，利用电梯门机驱动器散热器的热阻模型，通过电梯门机驱动器散热器的自身热阻R2和电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻R3，计算出总热阻值R；以及电梯门机驱动器散热器的工作风量，应用粒子群算法求得当总热阻和电梯门机驱动器散热器的工作风量满足条件时温度控制在指定范围内的散热器最小体积。2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的电梯门机驱动器散热优化方法，其特征在于，粒子群算法寻优步骤如下：S1：开始；S2：输入参数；粒子群规模设为10，迭代次数设定100，金属平板数量的取值范围设为(20，60)，金属平板厚度范围设为(0.001，0.01)，散热器的长度范围设为(0.062，0.172)；S3：通过S2计算出总热阻值R和临界散热器的工作风量；S4：初始化粒子以及粒子速度；S5：检查散热器的工作风量和总热阻值，散热器的工作风量过小或是总热阻值R过大，执行S4，重新初始化；S6：适应值计算；S7：粒子速度更新；S8：粒子位置更新；S9：检查散热器的工作风量和总热阻值R，散热器的工作风量过小或是总热阻值R过大，执行S7，重新对粒子速度和粒子位置进行更新；S10：散热器的工作风量和总热阻值R在正常范围内，进行适应值计算；S11：当前值是否小于局部最优值，如果是进入到S12；如果否，进入到S13；S12：局部最优值更新；S13：当前值是否小于合局最优值，如果是，进入S14；如果否，进入S15；S14：全局最优值更新；S15：是否到迭代闪数或收敛；如果是，进入S16；S16：输出全局最优值；最终得到散热器结构参数的最优适应解，得到最优散热器结构；其中，总热阻值R＝电梯门机驱动器散热器的自身热阻R2+电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻R3，即R＝R2+R3(1)；电梯门机驱动器散热器的自身热阻：散热器由n块一端相连的金属平板组成，相连一端组成了基板，金属平板的长宽高分别为L，b，l；电梯门机驱动器散热器金属平板内没有热源，且热流是一维和稳定的，由傅里叶导热方程可得，传导的热量：(2)式中：P为传导热量(KCalth/h)，Ks为导热系数(KCalth/h.m.℃)，A为散热器的传热表面积(m2)，T-t为2端面温差(℃)，l为金属平板的高(m)，可得：单位换算后可得：Ks为金属平板的导热系数；其中，电梯门机驱动器散热器与空气的传热热阻，根据层流和湍流的不同情况进行分析：当(1)风...

【专利技术属性】
技术研发人员：张今朝，朱海燕，吕健璐，钱苏翔，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33