一种带锯齿形板的散热装置及具有该散热装置的高功率密度永磁电机的制作方法

本实用新型涉及机械制造领域，尤其涉及一种带锯齿形板的散热装置及具有该散热装置的高功率密度永磁电机。
背景技术：
：永磁电机具有高功率密度、高效、低噪声和低维护成本的特点，因而非常适合用做高速列车的牵引电机，高速列车的应用需求将牵引电机的电磁性能推向极致，使得电机的热管理成为了关键挑战。电机的散热结构设计不仅仅要保证牵引系统的正常运行，还要给高速铁路应用的长寿命工作时长留出足够的安全阈值。尤其是应用于中国高速轨道列车，如应用于CRH380A列车的600千瓦永磁牵引电机，其功率密度高于1KW/Kg，对于电机的散热设计要求极高。牵引电机的散热设计需要在电磁和散热性能上找到一个平衡点。良好的电磁设计能提高电机的功率密度，导致单位体积的热量更大，即对散热能力的要求更高。良好的散热设计能够保证绕组和永磁体等温度敏感元件的温度不超过绝缘等级的阈值温度和居里温度之下。目前电机的散热装置中往往包含若干风道，冷却空气进入电机后，通过风道，与电机内部空气发生热交换，从而实现电机内部的散热效果。在特定的列车转向架空间和电机入口通风条件的前提下，这样的设计所带来的散热效果不理想，无法满足高功率密度永磁电机的散热需求。技术实现要素：本实用新型旨在提供一种带锯齿形板的散热装置，不仅拥有良好的对流换热功能，且散热性能能够满足高功率密度永磁电机的需求。此外，本实用新型还提供一种具有该散热装置的高密度永磁电机。一种带锯齿形板的散热装置，包括供气体流过的若干风道，风道内设置有至少一个安装室。安装室中设置有锯齿形板，所述锯齿形板包括有若干个散热板，若干散热板首尾相连形成锯齿状结构。采用这样的结构以后：锯齿形板的设置增大了与冷却空气的接触面积，增加了热交换，从而起到了更好的散热效果。此外，锯齿形板还能降低永磁体和端部绕组的最大温升值，从而提高电机的热性能。为进一步完善上述方案，本实用新型进一步设置为：散热板厚度为1-3mm。更厚的散热板通过增大传导路径的面积，增强了传导传热，同时也减小了冷却空气的通路面积。而选取合适的散热板厚度，能够平衡传导传热的增大值和对流传热的减小值，以达到最佳的效果。本实用新型进一步设置为，每个安装室中至少包含6个散热板。本实用新型进一步设置为，锯齿形板抵接设置于安装室中，所述散热板上端与安装室上侧面相抵接，所述散热板下端与安装室下侧面相抵接。安装室上侧面与安装室下侧面之间的距离至少为13cm。采用这样的结构是因为，数量较多的散热板和提高安装室上侧面与安装室下侧面之间的距离能够提高散热效果。本实用新型进一步设置为，锯齿形板与抵接设置于安装室中，所述散热板上端与安装室上侧面相抵接，所述散热板下端与安装室下侧面相抵接，所述上安装室侧面与安装室下侧面之间的距离为15mm，所述散热板数量为10个，所述散热板厚度为3m。在上一方案基础上进一步优化，散热装置一共设置风道16个，相邻风道间形成的角度为22.5度。采用这样的结构是因为，此方案是平衡多方影响，并在特定的转向架空间和电机入口通风条件的前提下，所选择的最优方案。具有上述散热装置的高功率密度永磁电机，包括有电机外壳和电机定子，其特征在于，所述散热装置设置在电机定子与电机外壳之间。以下结合附图对本实用新型进行更进一步详细的说明。附图说明图1为本实用新型中散热装置的示意图；图2为本实用新型中散热装置安装板的示意图；图3为本实用新型中具有散热装置的高功率密度永磁电机的示意图。具体实施方式下面，通过示例性的实施方式对本实用新型具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的原件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。一种带锯齿形板的散热装置，包括供气体流过的若干风道1。每个风道1中设置有至少一个安装室2，所述安装室2中设置有锯齿形板3，所述锯齿形板3包括有若干个散热板4，所述散热板4之间首尾相连形成锯齿状结构。优选的，选择使用厚度为1-3mm的散热板4，在综合考虑传导传热的增大值和对流传热的减小值后，1-3mm的厚度的散热板4具有比较优秀的散热效果。优选的，每个安装室2中至少包含6个散热板4。优选的，锯齿形板3抵接设置于安装室2中，散热板4上端与安装室上侧面21相抵接，散热板4下端与安装室下侧面22相抵接，安装室上侧面21与安装室下侧面22之间的距离至少为13cm。尽可能增大散热板4的数量以及安装室2的上下侧面22间的距离，有利于增加散热装置的散热能力。综上所述的优选方案为，安装室上侧面21与安装室下侧面22之间的距离为15mm，每个安装室2中的散热板4数量为10个，所述散热板4厚度为3mm。优选的，散热装置包括有16个风道1，相邻风道1间形成的角度为22.5度。一种具有上述散热功能的高功率密度永磁电机，包括有电机外壳5和电机定子6，所述散热装置设置在电机定子6与电机外壳5之间。此处，提供一个实施例，用以解释不同数量、不同厚度的散热板4，以及不同的安装室2的上下侧面距离差对散热效果的影响。实施例：将每一个安装室2中的散热板4数量简称为n，将散热板4厚度简称为th，安装室上侧面21与安装室下侧面22间的距离称为h。散热装置包括有16个风道1，相邻风道1间形成的角度为22.5度。散热装置安装在电机参数如表1所示的电机中，冷却空气是由特定的通风系统提供的，流量为35M3/Min，压强为3500Pa。表2电机的结构参数名称参数额定功率600KW额定转速4200rmm定子外径500mm转子外径316mm气隙长度2mm铁芯厚度260mm永磁体厚度16mm轴径80mm槽数/极数54/6每槽导体数8冷却类型全封闭强制风冷硅钢片牌号35WW300每个风道所占角度22.5度风道数16根据冷却空气的流量和公式，可以算出入风口附近的雷诺数为1.9×105。其散热能力与结果通过计算可得，结果如表2所示，其中ΔP是入风口到出风口的压强差，TPM和Tend-w是永磁体和端部绕组的最大温升值。表2散热装置散热能力结果方案nh(mm)th(mm)ΔP(Pa)TPM(K)Tend-w(K)001501640.80140.74182.45161312185.50136.68175.92261422237.08134.24173.08361532245.36133.54172.68471312307.96130.52169.23571422543.98128.01167.94671532517.48127.68165.14781313082.85126.48164.41881423166064125.68163.45981532324.52120.75157.141091314094.44128.41168.471191422896.26119.84157.751291533014.65118.14156.3413101313886.48128.68168.7414101424647.95117.45156.8915101533186.02112.32151.27相比于最初没有锯齿形板3的设计方案，即方案0，锯齿形板3通过降低永磁体和端部绕组的最大温升值，提高了电机的热性能。分析同一n值下的温升结果可知，在h值增大所带来的热性能提升作用要大于th值增大的效果。并且，n值增大的提升要过比h值和th值的效果更大。在n和h值确定的前提下，th值增大可能会提升热性能，也可能带来负面效果。更厚的板分支通过增大传导路径的面积，增强了传导传热，同时也减小了冷却空气的通路面积，导致湍流强度增大。然而，冷却空气接触面积的减小直接影响了对流传热。th值增大是否能够提升热性能，需要综合考虑传导传热的增大值和对流传热的减小值。通过两两比较方案2与3，5与6，7与8，以及11与12，可以发现Th值增大几乎不能提升热性能，甚至可能导致反作用。通过上述对比可以预测，n＝10，h＝15，Th＝2/3的方案，其热性能比方案15要差。而且，根据方案12、13和14，在n大于10下的压强差明显超出了给定范围。方案15相比于方案0，永磁体和端部绕组的热性能分别提升了20.19％和17.09％。因此，最佳的结构设计方案应该是在尽可能大的n和h值下，选取合理的th值，在本文中对应的结果为方案15，即安装室上侧面21与安装室下侧面22之间的距离为15mm，每个安装室2中的散热板4数量为10个，所述散热板4厚度为3mm。本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，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，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页1 2 3