一种电机热管的性能和体积优化方法

1.本发明涉及电机热管的技术领域，具体而言，涉及一种电机热管的性能和体积优化方法。


背景技术：

2.无人机对于自身的功重比和可靠性要求较高，通常没有配套的冷却油路，因此推进电机通常采用风冷散热方式，但是电机中热源距离外部散热器的散热路径较长且热阻较大，电机内部的热量无法快速有效地传导至散热器并及时消散到空气中，为解决这一问题，通常采用热管作为高效导热介质，将电机绕组中产生的大量热量传导至散热器上，为了适应电机内部的局促空间或者紧凑性的安装需求，热管通常需要先被弯折成不同的角度再安装在电机中，然而机械弯折热管虽然可以在一定程度上减小热管的安装体积，但是热管的不同弯折角度会对热管的性能会产生一定的影响，使得热管的等效导热系数大大降低。


技术实现要素：

3.本发明要解决的是寻找热管最优弯折角度的问题。
4.为解决上述问题，本发明提供一种电机热管的性能和体积优化方法，预先沿电机的径向于所述电机的圆周外壁上铺设至少一热管，所述热管包括首尾相连的一第一接触管和一第二接触管，所述第一接触管与所述电机的外壁抵接，所述第二接触管相对于所述电机处于悬空状态且所述第二接触管和所述第一接触管均沿所述电机的轴向设置；
5.则所述性能和体积优化方法包括以下步骤：
6.步骤s1，于所述第一接触管和所述第二接触管的连接处对所述第二接触管进行弯折，并根据所述第二接触管当前时刻的弯折角度、长度和所述电机的半径得到安装所述热管时所需要的附加体积；
7.步骤s2，根据预设的一等效导热系数曲线以及所述附加体积得到所述热管的一性能体积比值；
8.步骤s3，根据所述性能体积比值和所述弯折角度得到对应的一优化后弯折角度，并将所述第二接触管弯折至所述优化后弯折角度。
9.本方案中，考虑到所述热管通常需要先被弯折成不同的角度再安装在所述电机中，而弯折所述热管虽然可以减小安装时所需要的附加体积，但是却会影响所述热管的性能，进而降低所述热管的等效导热系数，通过本方法可以寻找到一个最优的优化后弯折角度使得所述热管在性能和附加体积之间处于最优的平衡点。
10.进一步的，考虑到所述热管的附加体积与所述第二接触管的所述弯折角度、所述长度和所述电机的所述半径有关，所述热管的等效导热系数与所述第二接触管的所述弯折角度有关，因此本方法只针对所述第二接触管的所述弯折角度、所述长度和所述电机的所述半径这三个变量来处理得到所述优化后弯折角度，尽可能减少变量个数，削弱其它变量带来的影响，提高所述优化后弯折角度的准确性。
11.优选的，所述弯折角度为弯折前的所述第二接触管与弯折后的所述第二接触管之间夹角的角度。
12.优选的，所述步骤s1包括：
13.步骤s11，对所述第二接触管进行弯折，并判断所述第二接触管当前时刻的所述弯折角度是否处于预设的一角度区间内：
14.若是，则转向步骤s12；
15.若否，则转向步骤s13；
16.步骤s12，根据所述第二接触管的所述弯折角度、所述长度和所述电机的所述半径得到安装所述热管时所需要的一轴向体积和一第一径向体积，并将所述轴向体积和所述第一径向体积的相加值作为所述附加体积；
17.步骤s13，根据所述第二接触管的所述弯折角度、所述长度和所述电机的所述半径得到安装所述热管时所需要的一第二径向体积，并将所述第二径向体积作为所述附加体积。
18.本方案中，考虑到所述第二接触管的所述弯折角度在不大于90度时涉及到轴向体积的计算，因此先通过所述步骤s11先判断所述弯折角度是否处于所述角度区间内，根据判断结果导向不同的步骤处理得到对应的所述附加体积，使得所述步骤s1的整个方法流程更具有条理性和合理性。
19.优选的，所述步骤s12中，通过以下计算公式处理得到所述附加体积：
20.v＝2πrl2sinα+πl3sin2α+2πrl2sinαcosα+πl3sin2αcosα+πlr2cosα
21.其中，
22.v表示所述附加体积；
23.r表示所述电机的所述半径；
24.ɑ
表示所述第二接触管的所述弯折角度；
25.l表示所述第二接触管的所述长度。
26.优选的，所述步骤s13中，通过以下计算公式处理得到所述附加体积：
27.v＝πl3sin2α+2πrl2sinα
28.其中，
29.v表示所述附加体积；
30.r表示所述电机的所述半径；
31.ɑ
表示所述第二接触管的所述弯折角度；
32.l表示所述第二接触管的所述长度。
33.优选的，所述步骤s2中，所述等效导热系数曲线的关系表达式如下所示：
34.λ(α)＝268483-944α-0.3854α235.其中，
36.λ(α)表示所述热管的等效导热系数；
37.ɑ
表示所述第二接触管的所述弯折角度。
38.优选的，所述步骤s3包括：
39.步骤s31，判断所述第二接触管的所述弯折角度是否小于一预设角度：
40.若是，则转向步骤s32；
41.若否，则转向步骤s33；
42.步骤s32，判断所述电机的所述半径是否小于一预设阈值：
43.若否，则将90度作为所述优化后弯折角度，并将所述第二接触管弯折至所述优化后弯折角度，随后退出；
44.若是，则将0度作为所述优化后弯折角度，并将所述第二接触管弯折至所述优化后弯折角度，随后退出；
45.步骤s33，将180度作为所述优化后弯折角度，并将所述第二接触管弯折至所述优化后弯折角度。
46.本方案中，对所述第二接触管的所述弯折角度以及所述电机的所述半径进行双重判断，以根据不同的所述弯折角度和所述电机的所述半径寻找到适配的所述优化后弯折角度，通过双重判断能够更为准确地寻找到最优的所述优化后弯折角度。
47.优选的，所述预设阈值为
附图说明
48.图1为本发明的电机和热管的示意图；
49.图2为本发明的步骤流程图；
50.图3为本发明的步骤s1的具体流程图；
51.图4为本发明的步骤s3的具体流程图；
52.附图标记说明：1、电机；2、第一接触管；3、第二接触管；4、轴向体积；5、第一径向体积；6、第二径向体积。
具体实施方式
53.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
54.本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种电机热管的性能和体积优化方法，如图1所示，预先沿电机1的径向于电机1的圆周外壁上铺设至少一热管，热管包括首尾相连的一第一接触管2和一第二接触管3，第一接触管2与电机1的外壁抵接，第二接触管3相对于电机1处于悬空状态且第二接触管3和第一接触管2均沿电机1的轴向设置；
55.则性能和体积优化方法如图2所示，包括以下步骤：
56.步骤s1，于第一接触管2和第二接触管3的连接处对第二接触管3进行弯折，并根据第二接触管3当前时刻的弯折角度、长度和电机1的半径得到安装热管时所需要的附加体积；
57.步骤s2，根据预设的一等效导热系数曲线以及附加体积得到热管的一性能体积比值；
58.步骤s3，根据性能体积比值和弯折角度得到对应的一优化后弯折角度，并将第二接触管3弯折至优化后弯折角度。
59.具体地，本实施例中，考虑到热管通常需要先被弯折成不同的角度再安装在电机1中，而弯折热管虽然可以减小安装时所需要的附加体积，但是却会影响热管的性能，进而降
低热管的等效导热系数，通过本方法可以寻找到一个最优的优化后弯折角度使得热管在性能和附加体积之间处于最优的平衡点。
60.优选的，考虑到热管的附加体积与第二接触管3的弯折角度、长度和电机1的半径有关，热管的等效导热系数与第二接触管3的弯折角度有关，因此本方法只针对第二接触管3的弯折角度、长度和电机1的半径这三个变量来处理得到优化后弯折角度，尽可能减少变量个数，削弱其它变量带来的影响，提高优化后弯折角度的准确性。
61.优选的，通过性能体积比值来更好的寻找到热管在性能和附加体积之间最优的平衡点,当性能体积比值为极大值时则代表寻找到最优的平衡点，此时第二接触管3的弯折角度即为最优的优化后弯折角度。
62.优选的，步骤s1之前，第一接触管2和第二接触管3的中心轴处于同一直线上且第二接触管3与电机1未产生接触。
63.优选的，第一接触管2和第二接触管3采用一体式连接的方式，即第一接触管2和第二接触管3共同组成热管这个整体。
64.优选的，第一接触管2为热管的蒸发区，第二接触管3为热管的冷凝区。
65.优选的，等效导热系数曲线预先通过测试得到。
66.本发明的较佳的实施例中，，弯折角度为弯折前的第二接触管3与弯折后的第二接触管3之间夹角的角度。
67.具体地，本实施例中，为了避免他人将弯折角度误解为第一接触管2和第二接触管3之间的夹角，因此给予弯折角度一个统一的定义，即弯折前的第二接触管3与弯折后的第二接触管3之间夹角的角度。
68.本发明的较佳的实施例中，如图3所示，步骤s1包括：
69.步骤s11，对第二接触管3进行弯折，并判断第二接触管3当前时刻的弯折角度是否处于预设的一角度区间内：
70.若是，则转向步骤s12；
71.若否，则转向步骤s13；
72.步骤s12，根据第二接触管3的弯折角度、长度和电机1的半径得到安装热管时所需要的一轴向体积4和一第一径向体积5，并将轴向体积4和第一径向体积5的相加值作为附加体积；
73.步骤s13，根据第二接触管3的弯折角度、长度和电机1的半径得到安装热管时所需要的一第二径向体积6，并将第二径向体积6作为附加体积。
74.具体地，本实施例中，考虑到第二接触管3的弯折角度在不大于90度时涉及到轴向体积4的计算，因此先通过步骤s11先判断弯折角度是否处于角度区间内，根据判断结果导向不同的步骤处理得到对应的附加体积，使得步骤s1的整个方法流程更具有条理性和合理性。
75.优选的，在具体判断过程中，当弯折角度处于[0，90]这个角度区间内时，涉及到轴向体积4的计算，需要对轴向体积4和第一径向体积5进行加和运算得到对应的相加值，并将该相加值作为附加体积，当弯折角度处于[90，180]这个角度区间内时，不涉及轴向体积4的计算，将第二径向面积6作为附加体积即可。
[0076]
优选的，第一径向体积5和第二径向体积6可以相等。
[0077]
本发明的较佳的实施例中，步骤s12中，通过以下计算公式处理得到附加体积：
[0078]
v＝2πrl2sinα+πl3sin2α+2πrl2sinαcosα+πl3sin2αcosα+πlr2cosα
[0079]
其中，
[0080]
v表示附加体积；
[0081]
r表示电机1的半径；
[0082]
ɑ
表示第二接触管3的弯折角度；
[0083]
l表示第二接触管3的长度。
[0084]
本发明的较佳的实施例中，步骤s13中，通过以下计算公式处理得到附加体积：
[0085]
v＝πl3sin2α+2πrl2sinα
[0086]
其中，
[0087]
v表示附加体积；
[0088]
r表示电机1的半径；
[0089]
ɑ
表示第二接触管3的弯折角度；
[0090]
l表示第二接触管3的长度。
[0091]
本发明的较佳的实施例中，步骤s2中，等效导热系数曲线的关系表达式如下所示：
[0092]
λ(α)＝268483-944α-0.3854α2[0093]
其中，
[0094]
λ(α)表示热管的等效导热系数；
[0095]
ɑ
表示第二接触管3的弯折角度。
[0096]
本发明的较佳的实施例中，如图4所示，步骤s3包括：
[0097]
步骤s31，判断第二接触管3的弯折角度是否小于一预设角度：
[0098]
若是，则转向步骤s32；
[0099]
若否，则转向步骤s33；
[0100]
步骤s32，判断电机1的半径是否小于一预设阈值：
[0101]
若否，则将90度作为优化后弯折角度，并将第二接触管3弯折至优化后弯折角度，随后退出；
[0102]
若是，则将0度作为优化后弯折角度，并将第二接触管3弯折至优化后弯折角度，随后退出；
[0103]
步骤s33，将180度作为优化后弯折角度，并将第二接触管3弯折至优化后弯折角度。
[0104]
具体地，本实施例中，对第二接触管3的弯折角度以及电机1的半径进行双重判断，以根据不同的弯折角度和电机1的半径寻找到适配的优化后弯折角度，通过双重判断能够更为准确地寻找到最优的优化后弯折角度。
[0105]
优选的，在具体判断过程中，当弯折角度小于预设角度且半径不小于预设阈值时代表此时电机1拥有较小的长径比，在弯折角度为90度时性能体积比值处于极大值，因此90度即为最优的优化后弯折角度，而当弯折角度小于预设角度但半径小于预设阈值时代表此时电机1拥有较大的长径比，在弯折角度为0度时性能体积比值处于极大值，因此0度即为最优的优化后弯折角度，而当弯折角度大于预设角度时，无需进行半径与预设阈值的大小比较，在弯折角度为180度时性能体积比值处于极大值，因此180度即为最优的优化后弯折角
度。
[0106]
具体地，本实施例中，当热管存在有限的径向安装空间限制时，应采用0度或者较小的弯折角度；当热管存在有限的轴向安装空间限制时，应采用90度或180度的弯折角度，其中，当电机1的热负荷较大的时候，为了保证较好的热性能，热管应采用90度弯折角度，而当电机1的热负荷较小的时候，热管宜采用180度弯折角度；当热管同时存在有限的径向安装空间限制和有限的轴向安装空间限制时，热管应采用180度弯折角度，此时轴向体积4和径向体积的相加值最小。
[0107]
本发明的较佳的实施例中，预设阈值为
[0108]
具体地，本实施例中，预设阈值的大小设置为第二接触管3长度的倍。
[0109]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。