申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2024-04-12

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118054616B

主分类号：H02K9/19

分类号：H02K9/19;H02K5/20;B63G8/08;F16K17/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.06.04#实质审查的生效;2024.05.17#公开

摘要：本发明提供了一种自适应冷却水下电机及水下装备，解决目前对于自调节自适应冷却系统的研究仍有所局限，无法兼顾水下装备能耗和推进性能的不足之处。自适应冷却水下电机采用“压差引流+开式冷却”的方式，在入水口处设置压力阀，当水下装备在某个航速以下航行时，流体动压较小，达不到压力阀的开启阈值，压力阀处于关闭状态，海水不能流入冷却流道；当水下装备在某个航速以上航行时，流体动压较大，达到或超过压力阀的开启阈值，压力阀处于打开状态，海水顺利流入冷却流道，对电机本体进行冷却；同时，为了减少出水口湍流对水下装备姿态的干涉，参考鲨鱼鳃结构对出水口处水下装备壳体进行仿生设计，在壳体上进行开槽。

主权项：1.一种自适应冷却水下电机，其特征在于：包括电机本体以及自适应冷却系统；所述自适应冷却系统包括仿生鲨鱼鳍板、压力阀、冷却流道以及仿生鲨鱼鳃；所述仿生鲨鱼鳍板设置在水下装备电机舱段壳体顶部，其上开设有入水口；所述冷却流道设置在电机本体的电机壳体中；所述入水口通过进水流道与冷却流道的入口连通，且入水口处设置有压力阀；冷却流道的出口通过出水流道与设置在水下装备电机舱段壳体底部的出水口连通，且出水口处的水下装备电机舱段壳体上设置有仿生鲨鱼鳃；当入水口出水口的压差低于压力阀的开启阈值，压力阀关闭，海水不能流入冷却流道；当入水口出水口的压差达到或高于压力阀的开启阈值，压力阀打开，海水流入冷却流道，对电机本体进行冷却，并从出水口流出；所述自适应冷却系统的结构参数采用仿真优化确定，以使自适应冷却系统能实现抽取最少的海水达到最大的冷却散热能力，并避免出现部分航速下冷却效果无法满足要求的情况；所述自适应冷却系统的结构参数采用下述方法进行优化设计：步骤1：根据水下装备的直径以及电机本体的尺寸和装配位置，确定自适应冷却系统结构参数范围，并设定参数选取步长；所述自适应冷却系统结构参数包括入水参数、冷却流道参数和出水参数；入水参数包括入水口直径dr、入水口角度αr、进水流道轴向位置Xr、进水流道径向位置Hr，鱼鳍板高度Hy、鱼鳍板宽度Hk；冷却流道参数包括流道宽度Wl、流道高度hl、流道节距Zl；出水参数包括出水口直径dc、出水流道角度αc、出水流道轴向位置Xc、鱼鳃结构宽度Ls，鱼鳃结构总长度Lz，鱼鳃结构阵列数量N；步骤2：基于所述参数选取步长，在步骤1确定的自适应冷却系统结构参数范围内，选取一组自适应冷却系统结构参数作为初始取值；步骤3：基于不同航速vi工况下的流体流速和电机输出功率对应的产热率，仿真计算，获取相应水下装备壳体的流场和电机本体的温度场参数；并计算不同航速vi工况下，入水口出水口的压差ΔPi和冷却后电机本体的最高温度Ti；其中，i=1，2，3，…，n；步骤4：基于步骤3得到的温度场参数，判断冷却后电机本体的最高温度Ti是否满足电机设计要求；若满足，进入步骤5；否则，调整入水参数、冷却流道参数和或出水参数，且调整后的入水参数、冷却流道参数和出水参数均在步骤1确定的自适应冷却系统结构参数范围内，返回步骤3；步骤5：基于步骤3仿真计算得到的不同航速vi工况下的压差ΔPi和最高温度Ti，计算平均压差ΔPavg和权重平均温度Tavg，并保存当前自适应冷却系统结构参数及对应的平均压差ΔPavg和权重平均温度Tavg作为一个样本点；其中，权重平均温度Tavg是以航速作为权重；步骤6：判断当前是否已遍历步骤1确定的结构参数范围中的参数值，若否，则返回步骤2，继续采集样本点；若是，则样本点采集完成，进入步骤7；步骤7：通过代理模型对样本点的集合进行近似，并利用优化算法，以平均压差ΔPavg最小和权重平均温度Tavg最小为优化目标，进行优化参数寻优，当优化算法不断迭代直至收敛时，得到自适应冷却系统结构参数优化的最优解集；步骤8：结合具体水下对转电机实例，根据加工难易程度，在步骤7得到的最优解集中选择优化设计点。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西北工业大学 一种自适应冷却水下电机及水下装备

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