[实用新型]一种新型的电机流场观测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及了一种观测装置，尤其是涉及了一种新型的电机流场观测 装置，可用于电机内部冷却空气流场的观测。

背景技术

近年来，随着应用场合的多样化，电机设计的大功率密度，高可靠性和紧 凑化越来越成为研究人员追求的目标。在这一发展过程中，人们却不得不面对 这三者之间无法兼顾的窘境。而限制这三个需求的关键，就是电机温升。过高 的电机温升将会带来电机过热、绝缘失效、永磁体失效等一系列问题。温升的 控制主要有两个方面，一是电机损耗，二是电机散热。如今对于电机损耗的控 制和优化已经有了很多研究，而对于电机散热优化分析却比较少。因此对于电 机散热的优化，将对于电机设计，特别是大功率电机设计有着极大的意义。在 电机损耗不变的前提下，电机的冷却能力决定了电机的温升。而温升又影响到 电机的绝缘情况，额定容量以及是否出现退磁等更严重的问题。因此，如何提 升电机的冷却性能已经成为电机设计、制造中的重要问题。

气冷和液冷是两种主要的冷却方式。由于气冷冷却结构简单，需要的附加 设备较少，一直是研究的热门。但是在散热分析时，水冷的流量和温升更易于 测量和计算。对于水冷电机，通过对于冷却液流量以及进出口温差的测量，就 能比较精确地分析一个散热方案的有效性。相对于水冷，风冷是以空气做冷却 介质,在相同条件下其向外传热系数仅为水冷传热系数的四十分之一左右，所以 一般而言气冷中空气的流量和流速远远大于水冷，这就为精确分析流量带来了 问题。同时由于电机中冷却空气通道结构复杂，比如转子结构，定子以及转子 的绕组等部位，都是发热严重需要详细的冷却性能分析的部位，但是其复杂的 结构使得气流在其中的流动有更多的不确定性，极易出现湍流等复杂的流体情 况，使得对其的研究变得更加的困难。因此对于电机冷却空气流场的研究，很 难做到精确计算而只能采取一定的方法对其进行观测。对电机冷却空气流场的 观测，是优化电机散热的基础。

随着图像处理技术和计算机技术的进步，粒子图像测速技术(particleimage velocimetry,PIV)得到了长足发展，现在己被广泛应用于各种流场的测量，从定 常流动到非定常流动、低速流动到高速流动、单相流动到多相流动等。PIV的基 本原理是在流场中散布示踪粒子，同时用激光片光源入射到所测流场区域中， 照亮所测平面的示踪粒子，通过极短时间内的连续两次或多次曝光，将粒子图 像记录到底片或CCD高速相机上。利用相关计算方法对于相邻两张照片的粒子 进行分析，得到两张照片中图片的对应关系，进而可获得粒子在拍摄时刻的瞬 时速度。

Bryanston-Cross,P.J.在其1993年发表的论文《TheApplicationofPIV (ParticleImageVelocimetry)totransonicFlowMeasurements》中利用PIV技术分 析了飞机引擎中进气流的问题，就是一个早期PIV技术应用的典型。其分析了 传统方式下难以分析的较为复杂架构内部的气体流场状态，并取得了一些进一 步优化结构所需的数据。

实用新型内容

为优化电机散热结构提供实验数据，本实用新型提出了一种新型的电机流 场观测装置，利用实验的方法观测冷却空气流场情况，对流场的边界问题进行 观测，尤其是在流固接触面附近的流场边界效应。

本实用新型的技术方案为：

本实用新型包括风源、示踪粒子注入区和实验电机模型，风源经第一风路 转换管连接到示踪粒子注入区，示踪粒子注入区经第二风路转换管连接到实验 电机模型的风路接口，实验电机模型的主体结构采用透光材料，CCD高速相机 和激光片光源分别安装在实验电机模型的侧方并朝向实验电机模型内部的流场。

所述的实验电机模型的外壳和定转子必要部位采用透光材料，以利于根据 PIV技术的原理，高速相机精确捕捉流场情况，其余部位采用与实际电机相同的 材料，以充分还原实际电机的流场情况。

所述的实验电机模型的主体结构采用有机玻璃等透光性能良好的材料制作。

所述的激光片光源朝向实验电机模型内部流场，并调整激光片光源使其发 射的激光面和所需要观测的面重合。所述的CCD高速相机朝向所需要拍摄的观 测面。