深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法技术

深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，属于电机流体及热分析领域

【技术实现步骤摘要】
深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法


[0001]本专利技术属于电机流体及热分析领域，具体涉及深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法
。

技术介绍

[0002]在当今现代社会，通过对海洋进行开发，可以有效缓解日益短缺的能源
、
食物等问题
。
但据统计，海洋生产总值占全球的比例不超过
10%。
因此，国家号召向海洋发展，它已逐渐在社会的可持续发展道路中起到越来越重要的作用
。
但由于海洋的生态环境非常恶劣，除了海洋中的危险生物以及各种暗礁
、
暗流外，海水带来的高压为海洋资源的勘探和开发带来了极大的不便
。
由于这些极端条件的限制，人类单靠自身去探索和开发海洋是十分困难的一件事
。
因此，我们应大力发展潜水器等深海设备
。
[0003]深海工作电机作为深海设备的重要组成部分，与工作在空气中的电机相比，由于深水电机工作在深海的特殊环境中，电机一般采用充油的方式来平衡外部压强，但当电机转子旋转时，会产生附加的流体摩擦损耗
。
除此之外，深水电机通常要求具有小体积和大的功率密度，这就使得其在单位体积上产生的损耗较大
。
电机损耗大，各部件温升随之升高
。
高的温升不仅影响电机的性能和使用寿命，而且会破坏电机的绝缘层，使得电机损坏
。
由于深水电机内部为绝缘油，外部为海水，流体场的流动对摩擦损耗的产生以及电机的散热作用有着重大的影响，因此，对深海充油电机的散热结构进行优化是亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，针对光滑壁面部分和非光滑壁面部分分别进行散热结构改进，提高深海充油电机的散热性能
。
[0005]本专利技术中提供了深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，包括：
S1、
建立针对电机光滑壁面结构和非光滑壁面结构的环隙流体域模型；
S2、
对所述环隙流体域模型进行网格划分，设定限制条件下，得到散热系数的分布曲线；
S3、
根据所述散热分布曲线得到光滑壁面结构下和非光滑壁面结构下的最优结构参数
。
[0006]进一步的，所述光滑壁面的环隙流体域模型为不同间隙宽度时的环隙流体域模型
。
[0007]进一步的，所述非光滑壁面的环隙流体域模型为不同槽数和不同沟槽宽长比时的环隙流体域模型
。
[0008]进一步的，光滑壁面结构的散热系数的分布曲线获取方法包括：设定光滑壁面结构的相关参数；基于不同间隙宽度的环隙流体进行迭代运算；提取内外壁面的散热系数沿轴向分数据，得到散热系数的分布曲线
。
[0009]进一步的，所述光滑壁面结构的相关参数包括：环境气压
、
环境温度
、
控制方程
、
圆筒材料
、
流体属性和转速
。
[0010]进一步的，非光滑壁面结构的散热系数的分布曲线获取方法包括：设定非光滑壁面的相关参数；分别基于不同沟槽数和不同的沟槽宽长比时，环隙流体进行迭代运算；提取内外壁面的散热系数沿轴向分数据，得到散热系数的分布曲线
。
[0011]进一步的，所述非光滑壁面结构的相关参数包括环境气压
、
环境温度
、
控制方程
、
圆筒材料
、
流体属性和转速
。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术对于光滑壁面情况，建立不同间隙宽度的环隙流体模型，进而得到不同间隙宽度对电机散热的影响，在光滑壁面情况下选择适宜的间隙宽度；对非光滑壁面情况，建立不同槽数和不同沟槽宽长比的环隙流体模型，进而得到不同槽数和不同沟槽宽长比对电机散热的影响，在非光滑壁面情况下选择适宜的槽数和沟槽宽长比，实现对电机结构的优化
。
附图说明
[0013]图1是本专利技术一具体实施例的深海充油式永磁同步电机定转子间的环隙结构示意图；图2是本专利技术一具体实施例的永磁同步电机环隙流体简化后的同轴双圆筒环隙流体（光滑壁面结构）模型；图3是本专利技术一具体实施例的同轴双圆筒环隙流体内圆筒散热系数在改变不同间隙宽度
d
条件下沿轴向分布曲线；图4是本专利技术一具体实施例的带有沟槽结构的同轴双圆筒环隙流体模型；图5是本专利技术一具体实施例的同轴双圆筒环隙流体内圆筒表面散热系数在改变沟槽数目条件下沿轴向分布曲线；图6是本专利技术一具体实施例的同轴双圆筒环隙流体内圆筒表面散热系数在改变沟槽宽长比条件下沿轴向分布曲线
。
[0014]图中，
1、
定子，
2、
绕组，
3、
油路，
4、
永磁体，
5、
转轴，
6、
内圆筒，
7、
环隙流体，
8、
外圆筒，
9、
沟槽内流体
。
实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施实例中的附图，对本专利技术实施实例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施实例仅仅是本专利技术一部分实施实例，而不是全部的实施实例
。
基于本专利技术中的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本专利保护的范围
。
[0016]在一具体实施例中，提供了一种深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，本实施例中永磁同步电机定转子和环隙流体部分结构如图1所示，电机定转子结构由定子
、
绕组
、
油路
、
永磁体
、
转轴构成
。
电机工作时，转子
、
绕组产生的损耗会经过环隙流体的对流散热向外散发热量从而达到降温的目的
。
[0017]所述散热结构优化方法包括：
S1、
建立针对电机光滑壁面结构和非光滑壁面结构的环隙流体域模型；本实施例中，根据现有数据得到一种深海充油式永磁同步电机的几何尺寸
。
在
Ansys Workbench
中建立电机环隙流体域模型，所述刘体育模型包括光滑壁面和非光滑壁面结构
。
[0018]本实施实例的永磁同步电机环隙流体简化后的同轴双圆筒环隙流体（光滑壁面结构）模型如图2所示，图中外圆代表定子，内圆代表转子，中间部分为环隙流体，
r
i
为定子半径，
r
o
为转子半径，
d
为环形间隙宽度，该模型是用来研究环隙间隙宽度
d
的改变对环隙散热系数的影响
。
分别建立间隙宽度
d1=1.5mm、d2=本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，其特征在于，包括：
S1、
建立针对电机光滑壁面结构和非光滑壁面结构的环隙流体域模型；
S2、
对所述环隙流体域模型进行网格划分，设定限制条件下，得到散热系数的分布曲线；
S3、
根据所述散热分布曲线得到光滑壁面结构下和非光滑壁面结构下的最优结构参数
。2.
根据权利要求1所述深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，其特征在于：所述光滑壁面的环隙流体域模型为不同环隙宽度时的环隙流体域模型
。3.
根据权利要求1所述深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，其特征在于：所述非光滑壁面的环隙流体域模型为不同槽数和不同沟槽宽长比时的环隙流体域模型
。4.
根据权利要求1所述深海充油式永磁同步电机的散热结构优化方法，其特征在于：光滑壁面结构的散热系数的分布曲线获取方法包括：设定光滑壁面结构的相关参数；基于不同间隙宽度的环隙流体进行迭代运算；提取内外壁面的散热系数沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：付敏，范志鹏，李植，宣昊辰，于磊，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：