CN110212699A - 一种车用发电机复合式散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用发电机复合式散热结构，包括机壳及安装在机壳内的发电机转子和发电机定子，还包括有风扇、冷却水道、电控水泵、温度传感器及控制器；风扇安装于发电机转子的端部并随发电机转子同步转动，冷却水道安装在机壳外表面，所述的电控水泵安装在机壳上并与冷却水道相连，温度传感器安装在发电机定子表面，控制器安装在机壳上并与电控水泵和温度传感器电连接；温度传感器用于实时采集机壳内的温度信号并发送至控制器，控制器接收自温度传感器所发送的温度信号来控制电控水泵启闭。本发明具有以下优点和效果：具有高效率、可控制、降温效果显著、通用性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种车用发电机复合式散热结构。
背景技术
随着社会的发展，汽车的销量每年剧增，人们对汽车舒适性，娱乐性的要求也越来越高，势必就会增加更多的电子设备。而汽车交流发电机作为车上唯一的供电电源，对于汽车供电系统稳定工作起到的作用越来越关键且不可替代。因此提高汽车供电系统关键部件——发电机的可靠性即是市场发展的要求，也提升汽车品质的主要途径之一。而目前提高发电机的功率主要有两种方法：一是增加发动机的尺寸，二是增加定转子负荷。而在现实中，汽车发电机安装在发动机旁所能占用的空间有限，所以只能增加定转子的负荷。但是增大发电机的电磁负荷和定转子负荷的同时，提高了磁场绕组的铜损，其结果将导致磁场绕组的温度升高，从而影响发电机的安全运行。发电机温度的升高势必会导致材料的性能下降，最终可能会引起放电，短路等现象。
传统汽车发电机一般单独采用风冷方式或单独采用水冷方式对发电机进行降温。但是随着用电功率的增大，越来越多的发电机出现了故障，据研究表明，半数以上发电机失效都是由于温度过高引起的。因此，我们需要找到更有效的散热方法，减少发电机工作时的温升，保证发电机运行的可靠性与安全性。本发明提出复合式散热结构，可选择风冷与水冷相结合的模式对发电机进行降温，降温效果显著，克服了因发电机长时间工作导致温度过高的问题。
发明内容
本发明的目的在于：解决现有技术的缺点和不足，提出了一种车用发电机复合式散热结构，具有高效率、可控制、降温效果显著、通用性强的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种车用发电机复合式散热结构，包括机壳及安装在机壳内的发电机转子和发电机定子，还包括有风扇、冷却水道、电控水泵、温度传感器及控制器；所述的风扇安装于发电机转子的端部并随发电机转子同步转动，所述的冷却水道安装在机壳外表面，所述的电控水泵安装在机壳上并与冷却水道相连，所述的温度传感器安装在发电机定子表面，所述的控制器安装在机壳上并与电控水泵和温度传感器电连接；所述的温度传感器用于实时采集机壳内的温度信号并发送至控制器，所述的控制器接收自温度传感器所发送的温度信号来控制电控水泵启闭。
通过采用上述技术方案，本发明设计的风冷结合水冷复合式散热结构，能够集合原来散热方式的优势，散热效果提升显著，并能更大程度的提升效率。本发明中的风扇安装在发电机转子上能跟随发电机转子一起转动，因此只要发电机工作，风扇就一直处于工作状态，能够在一定程度上帮助发电机降低温度，此部分无需耗费其他资源，具有节能环保的优势。本发明的冷却水道能对机壳进行水冷降温，从而使机壳内部不会处于过热状态。控制器和电控水泵能根据温度高低控制冷却水的流通，进而帮助我们节约资源。
进一步设置为：所述的风扇的数量为两个，两个所述的风扇分别安装在发电机转子的两个端部，且两个所述的风扇的朝向均为远离发电机转子的方向。
通过采用上述技术方案，这样的作用是发电机转子一端部进风，另一端部排风，引导空气的流动方向，能加快空气流通，提高散热效率。
进一步设置为：所述的风扇具有8个呈中心轴对称分布的叶片，且各所述的叶片均呈圆弧状。
通过采用上述技术方案，能使空气流动更加平稳均匀，减小风扇振动。
进一步设置为：相邻所述的叶片的截面高度呈高低状交替分布。
通过采用上述技术方案，这样的目的是提高风扇的面积，增大风力，腾出更多的空间，有利于空气流通，降低风扇噪声。
进一步设置为：所述的冷却水道呈螺旋状轴向结构，并沿着机壳的外表面环绕设置。
通过采用上述技术方案，冷却水道安装于外机壳表面不影响内部发电机的正常工作状态，且能带走机壳表面的大量热量；冷却水道的螺旋状轴向结构能使机壳表面的轴向温差更小，保证机壳表面的温度平衡。
进一步设置为：所述的冷却水道的数量为8个，各所述的冷却水道两两相邻设置，且各相邻冷却水道内的进水出水方向均相反。
通过采用上述技术方案，可避免各冷却水道内的冷却水在流经机壳表面后，冷却水温度上升导致其降温能力下降，使得机壳表面存在降温效果差的区域，造成机壳表面轴向温度分布不均匀的问题；各冷却水道相邻分布，且相邻冷却水道内的进水出水方向均相反能使壳体表面轴向温度温差更小。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为实施例中风扇的结构示意图一；
图3为实施例中风扇的结构示意图二；
图4为实施例中风扇的结构示意图三；
图5为实施例中冷却水道的机构示意图；
图6为实施例中散热结构的优化流程图。
图中：1、风扇；2、冷却水道；3、温度传感器；4、电控水泵；5、控制器；6、发电机转子；7、发电机定子；8、机壳；31、长叶片；32、短叶片；21、第一冷却水道；22、第二冷却水道；211、第一进水口；212、第一出水口；221、第二进水口；222、第二出水口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参考图1至图5，一种车用发电机复合式散热结构，包括机壳8及安装在机壳8内的发电机转子6和发电机定子7，
还包括有风扇1、冷却水道2、电控水泵4、温度传感器3及控制器5；
风扇1安装于发电机转子6的端部并随发电机转子6同步转动，冷却水道2安装在机壳8外表面，电控水泵4安装在机壳8上并与冷却水道2相连，温度传感器3安装在发电机定子7表面，控制器5安装在机壳8上并与电控水泵4和温度传感器3电连接；
温度传感器3用于实时采集机壳8内的温度信号并发送至控制器5，控制器5接收自温度传感器3所发送的温度信号来控制电控水泵4启闭。
在本实施例中，温度传感器3安装于发电机定子7表面，既避免了振动也离发热源近，基本上发电机定子7表面的温度就是发电机内部的最高温度。在发电机定子7与发电机转子6之间留有空隙，由风扇1旋转，加快引导空气流通。温度传感器3的型号采用pt100，控制器5采用STM8单片机，电控水泵4从市场上采购即可，为成熟的产品。
另外，风扇1的数量为两个，两个风扇1分别安装在发电机转子6的两个端部，且两个风扇1的朝向均为远离发电机转子6的方向；风扇1具有8个呈中心轴对称分布的叶片，且各叶片均呈圆弧状；此目的能够减小径向跳动，降低发电机振动，使气流更稳定；
且相邻叶片的截面高度呈高低状交替分布，为了方便说明，在本实施例中将截面高度较高的叶片命名为长叶片31，将截面高度较低的叶片命名为短叶片32，同时参考附图2-4，8个叶片中具有4个长叶片31和4个短叶片32，目的是增加空间利用率，减小风扇1噪声。同时，因为两个风扇1均焊接在发电机转子6上，因此只要发电机工作，风扇1就一直处于工作状态，能够在一定程度上帮助发电机降低温度。此部分无需耗费其他资源，节能环保。
另外，冷却水道2呈螺旋状轴向结构，并沿着机壳8的外表面环绕设置。冷却水道2的数量为8个，各冷却水道2两两相邻设置，且各相邻冷却水道2内的进水出水方向均相反。为了方便说明，在本实施例中将其中相邻的两个冷却水道2分别命名为第一冷却水道21和第二冷却水道22，第一冷却水道21具有第一进水口211和第一出水口212，第二冷却水道22具有第二进水口221和第二出水口222，参考附图5可知，相邻冷却水道2进出水口方向相反，即第一冷却水道21的第一进水口211与第二冷却水道22的第二出水口222同侧、第一冷却水道21的第一出水口212与第二冷却水道22的第二进水口221同侧，由此能够避免冷却水在流经机壳8表面后，温度升高，导致机壳8表面轴向温度分布不均匀的问题。
参考图6本实施例的工作过程详细如下：电控水泵4初始状态处于关闭状态，在发电机工作时，由温度传感器3实时监测温度，在控制器5中设定温度阈值为100℃，当温度超过100℃时，控制器5就发出脉冲信号控制电控水泵4打开，冷却水进入冷却水道2；当温度低于100℃时，控制器5控制电控水泵4关闭。所以，当温度高于100℃时，强制风冷与冷却水同时工作降温。
参考图6，本实施例还提供了下述流程来优化散热效率：
①对发电机进行三维建模；
②在hypermesh中进行网格划分；
③通过Ansoft Maxwell对发电机进行电磁场磁密分析；
④对发电机进行损耗计算；
⑤设置相应的边界条件，在fluent中进行迭代计算。
通过采用有限元分析软件FLUENT对发电机满载工况下进行流体场和温度场耦合求解，得到温度云图，速度云图和压力云图，作为初始的对照组。再对温度分布影响较大的其他参数进行正交仿真试验，然后综合温度、速度、压力对发电机的影响，选择合适的数据，得到优化后的散热系统，与前面的数据进行对比。所述的其他影响参数主要是冷却液流量、冷却液温度、发电机壳体材料，下表为设计的三因素三水平正交试验参数表。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种车用发电机复合式散热结构，包括机壳(8)及安装在机壳(8)内的发电机转子(6)和发电机定子(7)，其特征在于：
还包括有风扇(1)、冷却水道(2)、电控水泵(4)、温度传感器(3)及控制器(5)；
所述的风扇(1)安装于发电机转子(6)的端部并随发电机转子(6)同步转动，所述的冷却水道(2)安装在机壳(8)外表面，所述的电控水泵(4)安装在机壳(8)上并与冷却水道(2)相连，所述的温度传感器(3)安装在发电机定子(7)表面，所述的控制器(5)安装在机壳(8)上并与电控水泵(4)和温度传感器(3)电连接；
所述的温度传感器(3)用于实时采集机壳(8)内的温度信号并发送至控制器(5)，所述的控制器(5)接收自温度传感器(3)所发送的温度信号来控制电控水泵(4)启闭。
2.根据权利要求1所述的一种车用发电机复合式散热结构，其特征在于：所述的风扇(1)的数量为两个，两个所述的风扇(1)分别安装在发电机转子(6)的两个端部，且两个所述的风扇(1)的朝向均为远离发电机转子(6)的方向。
3.根据权利要求1或2所述的一种车用发电机复合式散热结构，其特征在于：所述的风扇(1)具有8个呈中心轴对称分布的叶片，且各所述的叶片均呈圆弧状。
4.根据权利要求3所述的一种车用发电机复合式散热结构，其特征在于：相邻所述的叶片的截面高度呈高低状交替分布。
5.根据权利要求1所述的一种车用发电机复合式散热结构，其特征在于：所述的冷却水道(2)呈螺旋状轴向结构，并沿着机壳(8)的外表面环绕设置。
6.根据权利要求所述1或5的一种车用发电机复合式散热结构，其特征在于：所述的冷却水道(2)的数量为8个，各所述的冷却水道(2)两两相邻设置，且各相邻冷却水道(2)内的进水出水方向均相反。
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