CN115308594B - 一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置及测试方法，包括安装底座；定子，安装在安装底座上，内部集成不同散热方案的散热模块；模拟发热体组件，用于模拟产生电机的线圈和绕组在工作状态下的发热功率，设置于定子外圆周面上；流道结构，包括进气流道和出气流道，分别设置于定子的两侧；风扇，安装于流道结构内，用于产生抽风或吹风效果；空气流量计，可伸入到流道结构内测量实时的空气流量、空气流速和气压；温度传感器，设置于模拟发热体组件、进气流道和出气流道内。本发明能够加快电机散热方案早期开发阶段散热模块构造的研发速度，极大节省的实验前的实验对象、辅助的工装结构等准备时间，大幅降低了加工难度。
Description
技术领域
本发明涉及电机实验装置技术领域，具体涉及一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置及测试方法。
背景技术
当前无人机专用的无刷电机开发过程中，都是在完整电机样品上进行实验测试的，电机工作时需要装上螺旋桨在动力测试台进行测试，测试过程中螺旋桨运行时有巨大的噪音和振动。电机在极限工况下由于极高的发热很容易因为散热不够而导致短时间烧毁的情况，带螺旋桨负载在测试台运行这个工作条件下有很多风险且难以控制，实验测试情况瞬息万变。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置及测试方法，能够加快电机散热方案早期开发阶段散热模块构造的研发速度，极大节省的实验前的实验对象、辅助的工装结构等准备时间，大幅降低了加工难度。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置，包括
安装底座；
定子，安装在所述安装底座上，内部集成不同散热方案的散热模块；
模拟发热体组件，其发热状态可以人为控制，用于模拟产生电机的线圈和绕组在工作状态下的发热功率，设置于所述定子外圆周面上；
流道结构，包括进气流道和出气流道，分别设置于所述定子的两侧；
风扇，安装于所述流道结构内，用于产生抽风或吹风效果，可以精确控制转速进而调整流经流道结构的散热气体流量；
空气流量计，可伸入到所述流道结构内测量实时的空气流量、空气流速和气压；
温度传感器，设置于所述模拟发热体组件、进气流道和出气流道内。
优选的，所述安装底座下方设置有4个支撑腿。
优选的，所述支撑腿与安装底座之间设有隔热垫。
优选的，所述模拟发热体组件包括铁芯和加热棒，所述铁芯上环绕设置有若干安装孔，所述加热棒安装在所述安装孔内。
优选的，所述定子的外圆壁面与铁芯的内壁面贴合，用于传递模拟发热铁芯产生的热量。
优选的，所述风扇为轴流式风扇或者是离心式风扇。
优选的，所述进气流道和出气流道均设置带有堵头的开孔，堵头拆下后空气流量计可通过所述开孔伸入到所述进气流道和出气流道内。
本发明的另一目的在于提供一种采用如上述任意一项所述的快速验证电机内散热构造性能的实验装置进行测试的测试方法，所述方法包括
选择第一套散热方案的散热模块并装入模拟电机的定子中，启动散热风扇抽风或吹风，然后按照第一个制定的发热功率控制模拟发热体组件开始发热；
实验开始后记录各温度传感器数据，并一直到各温度传感器数据趋于稳定后再控制模拟发热体组件停止发热；
保持风扇工作继续对第一套散热方案的散热模块进行散热使其温度降至室温后停止风扇工作，并停止记录温度数据；
然后按照第二个制定的发热功率开始实验，直到第一套散热方案的散热模块的全部发热功率都测试过一遍后更换为第二套散热方案的散热模块，再对第二套散热方案的散热模块进行相同的全部发热功率逐一测试。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、省去了无刷电机带着螺旋桨在测试台实测进行散热效果对比实验中的繁杂过程，提供了一个安静、安全且易操作的实验平台用于散热效果实验测试。
2、采用简化结构的电机定子和简化结构的电机转子可以减少样品加工时间和成本。
3、隔离了很多潜在影响实验测试的干扰因素，电机样品个体差异的干扰包括如线圈绕组和铁芯的装配缺陷差异、磁铁个体差异、铁芯的表面涂覆绝缘层的差异、铁芯与散热模块贴合的可靠程度差异，使不同方案的实验结果的条件更加一致，实验结果更加准确。
4、简化了实验准备的难度，并能精确控制实验过程中相同的发热功率下来对比不同散热模块方案的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的爆炸结构示意图；
图3是本发明铁芯与加热棒的示意图；
图4是电机极对数较多的热源示意图；
图5是设置有均匀的环形阵列的安装孔的铁芯示意图；
图6是电机极对数较少的热源示意图；
图7是设置有非均匀的周期性发热孔的铁芯示意图；
图8是风冷散热模块俯视图；
图9是风冷散热模块立体结构示意图；
图10是液冷散热模块示意图。
附图标注：1、风扇，2、出气流道，3、铁芯，4、加热棒，5、安装底座，6、进气流道，7、支撑腿，8、定子,9、电机极，10、安装孔，11、散热模块，12、风冷散热翅片，13、底座，14、根部圆角，15、传热接触面，16、倒角。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置，包括
安装底座5；
定子8，安装在所述安装底座5上，内部集成不同散热方案的散热模块11；
其中，散热模块11可以是如图8所示的风冷散热模块，具体的，包括底座，底座一侧为传热接触面15，另一侧为风冷散热翅片12，实验中对比不同的风冷散热模块设计，不同风冷散热模块的设计方案的差异在于不同的风冷散热翅片的齿厚H3、齿间距H2的设计，底座厚度H1、风冷散热翅片的根部圆角14，风冷散热翅片的端面的倒角16的设计等。
散热模块也可以是如图10所示的液冷散热模块，其内部设置有液体流道，不同风冷散热模块的设计方案的差异在于液体流道的具体设计差异等；当然，散热模块还可以是其他散热形式和结构，只要能装入到定子上的安装腔体内即可。
模拟发热体组件，其发热状态可以人为控制，用于模拟产生电机的线圈和绕组在工作状态下的发热功率，设置于所述定子8外圆周面上；
流道结构，包括进气流道6和出气流道2，分别设置于所述定子8的两侧；
风扇1，安装于所述流道结构内，用于产生抽风或吹风效果，可以精确控制转速进而调整流经流道结构的散热气体流量；
空气流量计，可伸入到所述流道结构内测量实时的空气流量、空气流速和气压；
温度传感器，设置于所述模拟发热体组件、进气流道6和出气流道2内。
其中，安装底座5下方连接4个支撑腿7，支撑腿7与安装底座之间加装隔热垫，减少模拟发热体组件通过定子8传递到安装底座5再传递到4个支撑腿7的热量。方便整个实验装置放在不同的工作台面上，避免因为高温而烫伤工作台面。
具体的，进气流道和出气流道内均设置有温度传感器，且保证每个散热方案的散热模块的出气侧有独立的温度传感器，同一次模拟散热实验中，定子内可以装入不同方案散热模块或相同方案的散热模块。
需要说明的是，实验模拟电机中的定子部分可集成不同散热方案的散热模块，比用于真实电机中的定子构造局部有所简化，但简化处都为不影响散热实验测试的部分。
其中，定子内散热模块根据冷却空气流动方向分为下进上出和上进下出，根据实际电机散热方案的不同，可以选择对应的方案的空气流动方向的进出气流道构造，主要差别在于散热风扇的安装位置。
模拟发热铁芯的不同部位都设置有温度传感器，散热模块贴合铁芯的附近也设置有温度传感器。
在本实施例中，所述模拟发热体组件包括铁芯3和加热棒4，所述铁芯3上环绕设置有若干安装孔，所述加热棒4安装在所述安装孔内。
其中，铁芯套设在定子上，所述铁芯上设置有至少一圈安装孔；所述安装孔为均匀分布，或者根据需要模拟的热源按周期性位置进行集中分布或疏远分布；加热棒安装在所述铁芯内，可根据需要模拟的发热量选择安装相应数量的发热件，用于模拟产生电机的线圈绕组和铁芯在工作状态下的发热功率。
具体的，如图4所示，当需要模拟的热源的电机极对数较多时，电机铁芯绕线齿的位置分布更密集，需要使铁芯发热功率的分布更加平均，此时，将安装孔按周期性位置进行集中分布(均匀的环形阵列)，如图5所示；当需要模拟的热源的电机极对数较少时(如图6所示)，此时，模拟电机铁芯绕线齿的位置分布而设计非均匀的周期性发热孔(如图7所示)或者将发热棒间隔插入到均匀环形阵列的安装孔内，可以很灵活地根据发热件的位置进行布置，从而更准确地模拟不同电机发热源的发热功率大小和发热分布特性。
在本实施例中，所述定子8的外圆壁面与铁芯3的内壁面贴合，用于传递模拟发热铁芯3产生的热量。
进一步的，所述风扇1为轴流式风扇或者是离心式风扇。
进一步的，所述进气流道6和出气流道2均设置带有堵头的开孔，堵头拆下后空气流量计可通过所述开孔伸入到所述进气流道6和出气流道2内，进气流道6和出气流道2的空气参数可以很方便地计算出不同散热方案下的流阻性能，用于量化对比不同方案的表现。
实施例2
一种快速验证电机内散热构造性能的实验装置进行测试的测试方法，所述方法包括
选择第一套散热方案的散热模块并装入模拟电机的定子8中，启动散热风扇1抽风或吹风，然后按照第一个制定的发热功率控制模拟发热体组件开始发热；
实验开始后记录各温度传感器数据，并一直到各温度传感器数据趋于稳定后再控制模拟发热体组件停止发热；
保持风扇1工作继续对第一套散热方案的散热模块进行散热使其温度降至室温后停止风扇1工作，并停止记录温度数据；
然后按照第二个制定的发热功率开始实验，直到第一套散热方案的散热模块的全部发热功率都测试过一遍后更换为第二套散热方案的散热模块，再对第二套散热方案的散热模块进行相同的全部发热功率逐一测试。
本方案的目的是提供一个为了快速验证电机内散热构造设计(主要是散热模块及相关用于散热的辅助构造)的性能的实验对比测试平台，加快电机散热方案早期开发阶段散热模块构造的研发速度。实验的主体是电机内散热构造，电机的转子部分略去，铁芯加加热棒集成了模拟发热体的简化构造代替，这样极大节省的实验前的实验对象、辅助的工装结构等准备时间，大幅降低了加工难度。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
Claims (7)
1.一种测试方法，其特征在于：该方法采用快速验证电机内散热构造性能的实验装置进行测试，快速验证电机内散热构造性能的实验装置包括：
安装底座(5)；
定子(8)，安装在所述安装底座(5)上，内部集成不同散热方案的散热模块(11)；
模拟发热体组件，其发热状态可以人为控制，用于模拟产生电机的线圈和绕组在工作状态下的发热功率，设置于所述定子(8)外圆周面上；
流道结构，包括进气流道(6)和出气流道(2)，分别设置于所述定子(8)的两侧；
风扇(1)，安装于所述流道结构内，用于产生抽风或吹风效果，可以精确控制转速进而调整流经流道结构的散热气体流量；
空气流量计，可伸入到所述流道结构内测量实时的空气流量、空气流速和气压；
温度传感器，设置于所述模拟发热体组件、进气流道(6)和出气流道(2)内；
所述方法包括
选择第一套散热方案的散热模块并装入模拟电机的定子(8)中，启动风扇(1)抽风或吹风，然后按照第一个制定的发热功率控制模拟发热体组件开始发热；
实验开始后记录各温度传感器数据，并一直到各温度传感器数据趋于稳定后再控制模拟发热体组件停止发热；
保持风扇(1)工作继续对第一套散热方案的散热模块进行散热使其温度降至室温后停止风扇(1)工作，并停止记录温度数据；
然后按照第二个制定的发热功率开始实验，直到第一套散热方案的散热模块的全部发热功率都测试过一遍后更换为第二套散热方案的散热模块，再对第二套散热方案的散热模块进行相同的全部发热功率逐一测试。
2.根据权利要求1所述的一种测试方法，其特征在于：所述安装底座(5)下方设置有4个支撑腿(7)。
3.根据权利要求2所述的一种测试方法，其特征在于：所述支撑腿(7)与安装底座(5)之间设有隔热垫。
4.根据权利要求1所述的一种测试方法，其特征在于：所述模拟发热体组件包括铁芯(3)和加热棒(4)，所述铁芯(3)上环绕设置有若干安装孔(10)，所述加热棒(4)安装在所述安装孔(10)内。
5.根据权利要求4所述的一种测试方法，其特征在于：所述定子(8)的外圆壁面与铁芯(3)的内壁面贴合，用于传递模拟发热铁芯(3)产生的热量。
6.根据权利要求1所述的一种测试方法，其特征在于：所述风扇(1)为轴流式风扇或者是离心式风扇。
7.根据权利要求1所述的一种测试方法，其特征在于：所述进气流道(6)和出气流道(2)均设置带有堵头的开孔，堵头拆下后空气流量计可通过所述开孔伸入到所述进气流道(6)和出气流道(2)内。
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