CN113224893A - 一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，该方法对永磁同步电机外部缠绕的螺旋形冷却水道在经过电机与地面垂直的切线位置处增加梯形口，通过梯形口的设计缩小水道的宽度，从而在不改变注入水流流速的基础上，通过水道外形使得水道中的水流自加速，同时此设计使得水道外形更贴合流体学中的进口效应，使得梯形口处的边界层削弱，增大了散热系数；流速的增加以及边界层的削弱均使得冷却水道的散热性能增加。

Description

一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法
技术领域
本发明涉及电机设计技术领域，尤其是涉及一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法。
背景技术
目前，车载用永磁同步电机因其高功率密度得到广泛关注，但其高功率密度引起的高温使得电机效率劣化的问题没能得到有效解决。现有车载用永磁同步电机往往采用水冷式，但是随着更高功率密度的永磁同步电机的提出，特别是在长时间高功率运转时，现有水道的冷却往往不能够满足要求，电机温升往往超过额定标准，如扁铜线永磁同步电机，由于其高转速下的高温问题使得其工作效率严重劣化，因此，如何提高电机散热效率，解决电机高温过高是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对车载用永磁同步电机高温散热难，输出效率劣化严重的问题，本发明提出了一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，优化后的水道设计使得水道中的水流能够自加速，且其设计符合流体学入口效应，能够提高散热系数，提高散热性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，该方法对永磁同步电机外部缠绕的螺旋形冷却水道在经过电机与地面垂直的切线位置处增加梯形口。梯形口的形状参数通过参数扫描的方式获取最优解。增加的多个梯形口的冷却水道的总宽度与增加梯形口之前的冷却水道的总宽度相同。
优选地，所述的梯形口采用底角为60°的等腰梯形结构。由于通过梯形口的外形设计使得优化后的水道中的水流压力分布产生明显梯度，因此使得水流在水道中产生自加速过程，从而使得梯形口后的水流流速明显增加。
本发明所优化的位置为电机与地面垂直切线位置，包括电机两侧的左切面、右切面，两个切面所在平面均应在等腰梯形结构梯形口的底面上，等腰梯形结构梯形口的顶面靠近地面。
所述的梯形口的个数根据水道在车载用永磁同步电机与地面垂直切线位置的水道的圈数n决定。优选地，梯形口的个数为n-2个。
与现有技术相比，本发明在水道每隔一段距离改变水道外形，即在经过电机与地面垂直的切线位置处增加梯形口，通过梯形口的设计缩小水道的宽度，相比于常规水道流速基本取决于注水速度而在水道中基本不变，能够在不改变注入水流流速的基础上，通过水道外形使得水道中的水流自加速，同时此设计使得水道外形更贴合流体学中的进口效应，使得梯形口处的边界层削弱，增大了散热系数，流速的增加以及边界层的削弱均使得冷却水道的散热性能增加，，从而一定程度上缓解永磁同步电机过热。
附图说明
图1为本发明实施例中冷却水道原始水道效果图；
图2为本发明实施例中车载用永磁同步电机冷却水道优化方法的优化效果示意图；
图3为本发明实施例中车载用永磁同步电机冷却水道优化方法飞水道优化结构参数图；
图4为本发明实施例中水道优化结构的改进实施位置示意图；
图5为本发明实施例中采用车载用永磁同步电机冷却水道优化方法优化前后的水道宽度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1、图2所示，本发明车载用永磁同步电机冷却水道优化方法通过在车载用同步电机外部缠绕的螺旋形冷却水道增加梯形口的设计来缩小水道的宽度，从而在不改变注入水流流速的基础上，通过水道外形使得水道中的水流自加速，同时此设计使得水道外形更贴合流体学中的进口效应，使得梯形口处的边界层削弱，增大了散热系数。流速的增加以及边界层的削弱均使得冷却水道的散热性能增加。
梯形口的设计采用参数扫描的方式得到其腰长等形状参数的最优解，即通过不断改变参数值通过遍历的方式得到最优解，该工作由计算机完成。同时由于梯形口设计使得梯形口后的水道宽度变窄，因此需要保证水道的总宽度相比于原本的设计不变。
如图3所示，优化后的水道结构采用底角为60°的等腰梯形的结构。
如图4所示，因水道是包裹着电机的，水道呈螺旋形，水道优化的实施处为电机与地面垂直切线位置，即水道经过图4所示位置的时候就对其外形进行改变。电机与地面垂直切线位置包括左切面或者右切面，均应在等腰梯形的底上，等腰梯形的顶靠近地面，至于是选左切面还是右切面应根据进水方向决定，保证水流在进入梯形优化结构时应与重力方向一致。在该段处对水道外形进行优化，确保水流在此处位置符合地球重力方向，从而确保优化效果。
为证明本发明优化方法的有效性，本实施例将优化后的水道与优化前的水道进行比较，图2在水道每隔一段距离(即电机与地面垂直切线位置)改变水道外形，增加梯形口设计。为了方便，将水道拉直进行比较。
如表1所示，优化后的水道中的水流流速明显大于优化前的水道中的水流流速，这是由于通过梯形口的外形设计使得优化后的水道中的水流压力分布产生明显梯度，因此使得水流在水道中产生自加速过程，从而使得梯形口后的水流流速明显增加。其中S1、S2、S3对于优化前水道均为图5中S4。
表1流速对比图
Figure BDA0002376998520000031
由于梯形口设计，在梯形口前后有一个明显的压力差，使得在梯形口产生流体学入口效应，此处的流体边界层削弱，因此散热系数必然得到提升，因此优化后水道的散热性能得到提升。
为了保证优化前后电机整体外形的刚度，因此需保证水道优化前后总体宽度的不变，如图5所示，即S1+S2+S3＝3S4。
本发明图1与图2修改前后对比仅为实施例，由于不同电机尺寸不同，其水道长度也不尽相同，则优化结构个数也各不相同。优化结构个数根据水道在图4位置中的水道的圈数n决定，删减去头尾两个位置，则优化结构数为n-2个。本发明实施例中优化结构的个数为2个。
本发明涉及的车载用永磁同步电机冷却水道优化方法通过水道外形使得水道中的水流自加速，同时此设计使得水道外形更贴合流体学中的入口效应，使得梯形口处的边界层削弱，增大了散热系数。流速的增加以及边界层的削弱均使得冷却水道的散热性能增加。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，对永磁同步电机外部缠绕的螺旋形冷却水道在经过电机与地面垂直的切线位置处增加梯形口。
2.根据权利要求1所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，所述的梯形口的形状参数通过参数扫描的方式获取最优解。
3.根据权利要求1所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，所述的梯形口采用底角为60°的等腰梯形结构。
4.根据权利要求3所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，电机与地面垂直切线位置包括电机两侧的左切面、右切面，两个切面所在平面均应在等腰梯形结构梯形口的底面上，等腰梯形结构梯形口的顶面靠近地面。
5.根据权利要求1所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，增加的多个梯形口的冷却水道的总宽度与增加梯形口之前的冷却水道的总宽度相同。
6.根据权利要求1所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，所述的梯形口的个数根据水道在车载用永磁同步电机与地面垂直切线位置的水道的圈数n决定。
7.根据权利要求6所述的一种车载用永磁同步电机冷却水道优化方法，其特征在于，所述的梯形口的个数为n-2个。
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