一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片及其优化方法技术

本发明专利技术公开了一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片及其优化方法，涉及电机散热技术领域。本发明专利技术的导流叶片为具有一定厚度的板状结构，导流叶片包括一体成型的叶片根部和叶片主体，所述叶片根部安装在转子铁心两侧的端面上；叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心位于与两相邻轴向通风孔圆心连线的中点处，叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心与电机径向原点间的连线垂直所述接触面的短边，并采用控制变量法确定导流叶片的主要结构参数。本发明专利技术可以有效抑制电机温升，提高电机运行期间可靠性，确保电机安全稳定地运行。确保电机安全稳定地运行。确保电机安全稳定地运行。

【技术实现步骤摘要】
一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片及其优化方法


[0001]本专利技术涉及电机散热
，特别是涉及一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片及其优化方法。

技术介绍

[0002]感应电机因其结构简单、便于维护、成本低等优点广泛应用于各个工业领域。近年来，随着生产加工水平的不断提高，对感应电机性能的要求也在逐渐提高，因而感应电机被设计带有越来越高的电磁负荷，并逐渐提高电机的功率密度或转矩密度，使得电机单位体积产生的热量增大，导致感应电机温升较高，严重影响运行可靠性和电机效率，从而限制了感应电机在工业领域上的应用。
[0003]传统的风冷感应电机大多通过在转轴上加装同轴风扇提高电机内部冷却空气流速。以实现散热能力的提升，但这会增加电机的轴向长度，不利于电机功率密度或转矩密度的提高；另一方面，感应电机运行时转子的旋转运动限制了众多冷却技术的应用，因此简单且有效的转子冷却结构是目前急需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片及其优化方法，通过改变感应电机内部冷却空气的流量分配，提高感应电机散热能力，采用本导流叶片可以有效抑制电机温升，提高电机运行期间可靠性，确保电机安全稳定地运行
[0005]本专利技术第一方面提供了一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片，所述电机的转子铁心轭部开设有若干轴向通风孔，若干个轴向通风孔均匀环形阵列分布，所述导流叶片为具有一定厚度的板状结构，所述导流叶片包括一体成型的叶片根部和叶片主体，所述叶片根部安装在转子铁心两侧的端面上；
[0006]所述叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心位于与两相邻轴向通风孔圆心连线的中点处，所述叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心与电机径向原点间的连线垂直所述接触面的短边。
[0007]进一步的，所述轴向通风孔的数量为偶数个。
[0008]进一步的，所述叶片主体包括梯形部，梯形部的长边侧向外延伸形成矩形部，矩形部与梯形部相对侧向外延伸形成叶片根部，所述叶片根部的径向宽度小于所述矩形部的宽度，叶片根部径向宽度方向的一侧侧边与矩形部的侧边共面，另一侧侧边通与矩形部之间设有过渡圆角。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片的优化方法，包括如下步骤：
[0010]S1、根据电机结构和端部尺寸参数确定导流叶片的限制参数和叶片参数，设定导
流叶片数量初始值n
d0
、叶片根部的轴向长度初始值A0、叶片主体矩形部的轴向长度初始值B0、叶片主体梯形部短边侧径向长度的初始值C0、导流叶片厚度的初始值D0、导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角的初始值E0；
[0011]S2、以导流叶片数量n
d
、叶片根部的轴向长度A、叶片主体矩形部的轴向长度B、叶片主体梯形部短边侧径向长度C、导流叶片厚度D、导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角E作为变量，利用控制变量法确定使感应电机各结构平均温升最低时的最优的导流叶片数量n
ds
、最优导流叶片根部轴向长度A
s
、最优叶片主体矩形部的轴向长度B
s
、最优叶片主体梯形部短边侧径向长度C
s
、最优导流叶片厚度D
s
和最优导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角E
s
，确定最优的转子轴向风冷感应电机用导流叶片。
[0012]进一步的，所述限制参数包括导流叶片的最大可取数量n
max
、导流叶片的轴向长度限制F、导流叶片的径向长度限制G、导流叶片的厚度限制H。
[0013]进一步的，所述叶片参数包括叶片斜边长度I、叶片根部圆角半径J、导流叶片与转子铁心接触面的长边长度K和叶片材质。
[0014]进一步的，步骤S2包括：
[0015]S21、建立变量合集X＝{n
d
，A，B，C，D，E}，并设定各变量的限制条件；
[0016]S22、以导流叶片数量n
d
为待优化变量，保持步骤S1设定的叶片参数和限制参数不改变，其他变量采用其初始值，建立m个不同导流叶片数量n
d
时的电机三维物理模型模型；
[0017]S23、利用多面体网格对m个电机三维物理模型进行剖分，建立对应的m个电机流固耦合分析模型，对所述流固耦合分析模型施加边界条件，计算不同导流叶片数量下对应的电机流
‑
热特性；
[0018]S24、综合考虑导流叶片参数对电机流
‑
热特性的影响，确定电机各结构平均温升最低时的导流叶片数量n
d
为最优导流叶片数量n
ds
；
[0019]S25更换待优化变量，并重复执行步骤S22
‑
S24，直至遍历所有待优化变量，得到电机各结构平均温升最低时的最优导流叶片根部轴向长度A
s
、最优叶片主体矩形部的轴向长度B
s
、最优叶片主体梯形部短边侧径向长度C
s
、最优导流叶片厚度D
s
和最优导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角E
s
，进而确定最优导流叶片结构。
[0020]进一步的，所述导流叶片的最大可取数量n
max
的取值为n/p，其中p为轴向通风孔的层数；所述导流叶片的轴向长度限制F与导流叶片尺寸参数之间的关系为：所述导流叶片的径向长度限制G与导流叶片尺寸参数之间的关系为：所述导流叶片的厚度限制H与导流叶片尺寸参数之间的关系为：H≥D。
[0021]进一步的，所述导流叶片板面与转子铁心端面间夹角E的取值范围为：0
°
～90
°
。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0023]1、本专利技术通过在感应电机转子两侧端面安装导流叶片，感应电机运行时导流叶片随转子一同旋转，对沿感应电机旋转方向所接触的冷却空气施加垂直于轴的法向力，使这部分空气产生法向速度分量，起到类似离心风扇的作用，改变感应电机内部冷却空气的流量分配，提高感应电机散热能力。
[0024]2、本专利技术的导流叶片安装在感应电机转子铁心两侧端面，不改变感应电机磁路结构，不会影响电机的电磁性能，易于应用在同类通风方式的感应电机中，具有广泛适用性。
[0025]3、本专利技术的导流叶片结构简单，便于制造，可实现性高，避免了加装导流叶片导致感应电机成本大幅升高。
[0026]4、本专利技术将流固耦合分析方法和控制变量法相结合，分别对导流叶片的数量、轴向尺寸参数、径向尺寸参数、厚度以及导流叶片与转子铁心端面间夹角进行优化设计，相比于传统优化设计方法，提高了设计效率。
[0027]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片，所述电机的转子铁心轭部开设有若干轴向通风孔，若干个轴向通风孔均匀环形阵列分布，其特征在于，所述导流叶片为具有一定厚度的板状结构，所述导流叶片包括一体成型的叶片根部和叶片主体，所述叶片根部安装在转子铁心两侧的端面上；所述叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心位于与两相邻轴向通风孔圆心连线的中点处，所述叶片根部与转子铁心的接触面的几何中心与电机径向原点间的连线垂直所述接触面的短边。2.根据权利要求1所述一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片，其特征在于，所述轴向通风孔的数量为偶数个。3.根据权利要求1所述一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片，其特征在于，所述叶片主体包括梯形部，梯形部的长边侧向外延伸形成矩形部，矩形部与梯形部相对侧向外延伸形成叶片根部，所述叶片根部的径向宽度小于所述矩形部的宽度，叶片根部径向宽度方向的一侧侧边与矩形部的侧边共面，另一侧侧边通与矩形部之间设有过渡圆角。4.一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据电机结构和端部尺寸参数确定导流叶片的限制参数和叶片参数，设定导流叶片数量初始值n
d0
、叶片根部的轴向长度初始值A0、叶片主体矩形部的轴向长度初始值B0、叶片主体梯形部短边侧径向长度的初始值C0、导流叶片厚度的初始值D0、导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角的初始值E0；S2、以导流叶片数量n
d
、叶片根部的轴向长度A、叶片主体矩形部的轴向长度B、叶片主体梯形部短边侧径向长度C、导流叶片厚度D、导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角E作为变量，利用控制变量法确定使感应电机各结构平均温升最低时的最优的导流叶片数量n
ds
、最优导流叶片根部轴向长度A
s
、最优叶片主体矩形部的轴向长度B
s
、最优叶片主体梯形部短边侧径向长度C
s
、最优导流叶片厚度D
s
和最优导流叶片板面与转子铁心端面间的夹角E
s
，确定最优的转子轴向风冷感应电机用导流叶片。5.根据权利要求4所述一种转子轴向风冷感应电机用强化散热的导流叶片的优化方法，其特征在于，所述限制参数包括导流叶片的最大可取数量n
max
、导流叶片的轴向长度限制F、导流叶片的径向长度限制G、导流叶片的厚度限制H。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐子逸，徐永明，王延波，陈建锋，朱二夯，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：