【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下装备电机设计，具体涉及一种自适应冷却水下电机及水下装备。
技术介绍
1、无人水下航行器（unmanned underwater vehicle，uuv）在海洋领域的发展愈发被重视，随着对航行器性能要求的提高，对水下航行器的动力系统提出了更高的要求。
2、目前，常见的电机类型都可以作为uuv的电动力推进电机。其中，永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、功率密度大、控制性能好等优点，在电动uuv驱动系统中得到了广泛的应用；但是随着电机功率密度的提高，由于损耗发热而引起的温升问题便成为永磁同步驱动电机发展的瓶颈之一。电机温升过高会损坏电机零部件、缩短电机的使用寿命、降低驱动系统的可靠性等。因此，散热便成了电机设计中的重点问题之一。
3、现有常用的散热方式是增加能够利用泵将低温海水引入冷却流道的自适应冷却系统，此种散热方式不仅会使水下装备的重量增加，还会占据更多的水下装备空间，从而导致操控难度和能耗增加，水下装备整体性能下降。
4、为此，2024年，ou huanyu等人在《applied thermal engineering》期刊第238卷第1期中题目为 investigation of self-adjusting cooling system for the autonomousunderwater vehicle propulsion motor 的文章中提出了一种自主水下航行器推进电机自调节自适应冷却系统，该自调节自适应冷却系统利用水下航行器自身鱼鳍板处的压差将外界海水引入
5、鉴于此，本专利技术研究团队认为仍有必要在此基础上进行进一步的优化设计，期望在满足电机冷却效果的同时，抽取最少的海水，减少能耗，并确保水下装备的推进性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有对于自调节自适应冷却系统的研究仍有所局限，无法兼顾水下装备能耗和推进性能的不足之处，而提供一种自适应冷却水下电机及水下装备。
2、本专利技术的构思：
3、水下装备的航行分为低速工况和高速工况；低速工况时，电机的输出功率较小，发热量较少可忽略不计，且工作时全程在水中，不用采取散热措施；而高速工况时，电机功率可达低速工况时的上百倍，发热量较多，急需散热；因此，本专利技术研究团队在综合考虑两种工况下电机散热和水下装备推进性能后，优化设计了一款自适应冷却水下电机，其采用“压差引流+开式冷却”的方式，在入水口处设置压力阀。当水下装备在某个航速以下航行时，流体动压较小，达不到压力阀的开启阈值，压力阀处于关闭状态，海水不能流入冷却流道；当水下装备在某个航速以上航行时，流体动压较大，达到或超过压力阀的开启阈值，压力阀处于打开状态，海水顺利流入冷却流道，对电机本体进行冷却。如此，该水下电机便能达到自适应冷却的效果，低速工况下无需冷却电机时，关闭冷却流道，避免无端能耗产生；高速工况下需要冷却电机时，压力阀开启，打开冷却流道，对电机本体进行冷却。同时，为了减少出水口湍流对水下装备姿态的干涉，参考鲨鱼鳃结构对出水口处水下装备壳体进行了仿生设计，在壳体上进行开槽设计。
4、然而在进一步进行实验验证过程中，我们发现上述方案在高速工况的情况下，存在不能全程达到预期冷却效果的可能性，这与改进初期的目的还有所差距，因此本专利技术研究团队对此进行了复盘，经研究分析后，发现这是因为高速工况并非是在一个恒定的航速下航行，而是在一个速度范围内浮动航行，如此就会存在水下电机虽然在某个高航速点下能够达到高效冷却，但在另一个高航速点下可能就无法达到高效冷却的情况，为此，本专利技术研究团队以平均压差δpavg最小和权重平均温度tavg最小作为优化目标，对整个水下电机中自适应冷却系统的结构参数进行了定量优化，以使自适应冷却系统能实现抽取最少的海水达到最大的冷却散热效果，并避免出现部分航速下冷却效果无法满足要求的情况，也就是说，使自适应冷却系统能够在整个高速变速范围内均能够达到理想的冷却效果，满足电机设计要求，从宏观上兼顾水下装备的推进性能，以此优化水下装备的动力系统。
5、基于上述专利技术构思，为实现专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
6、一种自适应冷却水下电机，其特殊之处在于：包括电机本体以及自适应冷却系统；
7、所述自适应冷却系统包括仿生鲨鱼鳍板、压力阀、冷却流道以及仿生鲨鱼鳃；
8、所述仿生鲨鱼鳍板设置在水下装备电机舱段壳体顶部（即仿生鲨鱼鳍板位于电机安装位置上方的水下装备壳体外），其上开设有入水口；
9、所述冷却流道设置在电机本体的电机壳体中；
10、所述入水口通过进水流道与冷却流道的入口连通，且入水口处设置有压力阀；
11、冷却流道的出口通过出水流道与设置在水下装备电机舱段壳体底部的出水口连通，且出水口处的水下装备电机舱段壳体上设置有仿生鲨鱼鳃；
12、低速工况时，入水口出水口的压差（即入水口和出水口间的压差，也称海水动压）低于压力阀的阈值，压力阀关闭，海水不能流入冷却流道；高速工况时，入水口出水口的压差达到或高于压力阀的阈值，压力阀打开，海水流入冷却流道，对电机本体进行冷却，并从出水口流出；
13、所述自适应冷却系统的结构参数采用仿真优化确定，以使自适应冷却系统能实现抽取最少的海水达到最大的冷却散热能力，并避免出现部分航速下冷却效果无法满足要求的情况。
14、进一步地，所述冷却流道包括多个轴向流道和多个径向流道；
15、多个轴向流道沿电机壳体周向依次设置且相互平行；
16、多个径向流道依次在电机壳体周向的两端交替设置，将相邻轴向流道连通；进而将所有轴向流道连通；
17、为了使海水能够平稳均匀地进入冷却流道，提升散热均匀性，冷却流道的入口和冷却流道的出口相对于电机壳体中心点对称设置在相应的径向流道中部。
18、进一步地，所述轴向流道的径向截面呈矩形（此处矩形为类矩形，其对应的两个长边随电机壳体形状带有一定的弧度），相较于圆形，具有更好的散热效果。
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1.一种自适应冷却水下电机，其特征在于：包括电机本体以及自适应冷却系统；
2.根据权利要求1所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
3.根据权利要求2所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
4.根据权利要求2或3所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
5.根据权利要求4所述自适应冷却水下电机，其特征在于，所述自适应冷却系统的结构参数采用下述方法进行优化设计：
6.根据权利要求5所述自适应冷却水下电机，其特征在于，所述压力阀的开启阈值通过以下方法确定：
7.根据权利要求5所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
8.根据权利要求7所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
9.一种水下装备，其特征在于：采用权利要求1-8任一所述自适应冷却水下电机。
【技术特征摘要】
1.一种自适应冷却水下电机，其特征在于：包括电机本体以及自适应冷却系统；
2.根据权利要求1所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
3.根据权利要求2所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
4.根据权利要求2或3所述自适应冷却水下电机，其特征在于：
5.根据权利要求4所述自适应冷却水下电机，其特征在于，所述自适应冷却系统的...
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