[发明专利]地铁车载控制器机柜的防尘散热系统和方法

权利要求书

1.一种地铁车载控制器机柜的防尘散热系统，其特征在于，系统由风机防尘滤网过滤进气和出气口出气的正压防尘散热单元（10）、冷热空气分离有序流动的气流组织散热单元（20）、热管散热单元（30）、防尘滤网自动更新单元（40）、信号处理主控单元（50）组成，防尘散热系统嵌入安装在地铁车载控制器的机柜（60）内；信号处理主控单元（50）分别与正压防尘散热单元（10）、防尘滤网自动更新单元（40）相连；

在信号处理主控单元（50）控制下，正压防尘散热单元（10）吸入经防尘滤网过滤的冷却空气；气流组织散热单元（20）引导吸入的冷却空气，冷却空气有序流经车载控制器，吸收车载控制器产生的热量，从出气口排出机柜（60）；车载控制器热点的热量则通过热管散热单元（30）直接从机柜（60）导出；在信号处理主控单元（50）控制下，防尘滤网自动更新单元（40）执行防尘滤网的自动更新操作；信号处理主控单元（50）以STM32F407芯片为核心；

所述的正压防尘散热单元（10）包括风机动力包（110）、气压传感器（120）、温度传感器（130）、防尘滤网（140），信号处理主控单元（50）分别与风机动力包（110）、气压传感器（120）、温度传感器（130）相连，气压传感器（120）、温度传感器（130）安装在机柜（60）的内侧壁，上传机柜内的气压、温度工况参数至信号处理主控单元（50），气压传感器（120）、温度传感器（130）的型号分别是MS5535BM、DS18B20；

信号处理主控单元（50）与风机动力包（110）相连，控制风机动力包（110）的直流无刷电机驱动模块（111）、直流无刷电机驱动模块（111）驱动直流无刷电机（112）、直流无刷电机（112）带动风机（113），风机（113）吸入经防尘滤网（140）过滤的外界冷却空气，冷却空气进入气流组织散热单元（20）的进气风道，防尘滤网（140）的材料选用聚氨酯过滤棉，防尘滤网（140）布置在风机的引风口；风机动力包（110）安装在机柜（60）的侧壁底部，直流无刷电机驱动模块（111）、直流无刷电机（112）、风机（113）的型号分别是DBLS -01、57BL-1010H1-LS-B、614DGML；

所述的气流组织散热单元（20）包括进气风道（210）、进气出口×6（220）、出气口×6（230）、出气口防尘网×6（240）；进气出口×6（220）由第1进气出口（221）、第2进气出口（222）、按序递增至第6进气出口（226）组成，进气风道（210）布置在机柜（60）的底端，在进气风道（210）上开孔得进气出口×6（220），进气出口×6（220）的出气方向平行于板卡；出气口×6（230）、出气口防尘网×6（240）与进气出口×6（220）类同，开孔定位在机柜（60）的顶端，出气口与出气口防尘网一一对应装配；进气出口的数量=板卡的数量＋1，进气出口位于机柜（60）的底端、两板卡之间或板卡与机柜侧壁之间，出气口位于机柜（60）的顶端、两板卡之间或板卡与机柜侧壁之间；进气风道（210）输入风机动力包（110）吸入的冷却空气，冷却空气经进气风道（210）上的进气出口×6（220），分配给各板卡；冷却空气有序流经板卡，吸收板卡产生的热量，经出气口×6（230）、出气口防尘网×6（240），从机柜（60）排出；

热管散热单元（30）包括吸热铜板（310）、散热翅片（320）、热管（330），热管（330）由第1热管（331）、第2热管（332）组成；第1热管（331）的一端与信号处理主控单元（50）的主处理器散热器接触，另一端与吸热铜板（310）接触，第2热管（332）与第1热管（331）类同，传导电源功放管散热器的热量；散热翅片（320）与吸热铜板（310）接触；

所述的防尘滤网自动更新单元（40）包括步进电机动力包（410）、防尘滤网（140）、风速传感器（430）、主动轴（440）、从动轴（450）、传动皮带×2（460）、支撑架（470）；信号处理主控单元（50）与步进电机动力包（410）、风速传感器（430）相连，风速传感器（430）上传进气风道（210）冷却空气的风速至信号处理主控单元（50）；

信号处理主控单元（50）与步进电机动力包（410）相连，根据风速传感器（430）上传进气风道（210）冷却空气的风速，控制步进电机动力包（410）的步进电机驱动模块（411）、步进电机驱动模块（411）驱动步进电机（412），步进电机（412）带动主动轴（440）、传动皮带×2（460）、从动轴（450），执行防尘滤网（140）的自动更新操作；步进电机驱动模块（411）、步进电机（412）、风速传感器（430）的型号分别是SH-20806N、35BYG250B-0081、WD4001；防尘滤网（140）缠绕在从动轴（450）上，步进电机动力包（410）的步进电机（411）带动主动轴（440），通过轴两端的传动皮带×2（460）与从动轴（450）相连，防尘滤网（140）随从动轴（450）转动，完成防尘滤网（140）更新；防尘滤网自动更新单元（40）借助支撑架（470）固定在机柜（60）。

2.一种使用如权利要求1所述防尘散热系统的防尘散热方法，其特征在于，方法的流程包括防尘散热方法的准备流程，防尘散热方法的运行流程；

变量说明

大气压 atmos ；

正压 plus pressure= atmos＋Δp，Δp＞0；

柜压 cabinet pressure；

工作温度 operating temperature ，t ；

正常工作温度区间normal operatingtemperatureinterval ，temperature_normal；

上限工作温度区间upper limitoperatingtemperatureinterval ，

temperature_upperlimit；

报警工作温度区间alarmoperating temperatureinterval ，temperature_alarm

temperature_alarm＞temperature_upperlimit＞temperature_normal；

地铁车载控制器功耗 Q_ power _dissipation；

电机转速n；

冷却空气的风速speed_ air；

电机正常转速n_ normal；

正常风速speed_ air_ normal；

正常风速散热Q_ normal_heatoutput；

电机上限转速n_upper limit ；

上限风速speed_ air_upper limit ；

上限风速散热Q_upper limit _ heatoutput；

电机报警转速n_alarm ，n_alarm ＞n_upper limit＞n_ normal；

防尘散热方法的准备流程：

1-设定防尘散热系统的运行参数：

正压 plus pressure= atmos＋Δp赋初始值，

正常工作温度区间temperature_normal赋初始值，

上限工作温度区间temperature_upperlimit赋初始值，

报警工作温度区间temperature_alarm赋初始值，

电机正常转速n_ normal、正常风速speed_ air_ normal赋初始值，

电机上限转速n_upper limit 、上限风速speed_ air_upper limit 赋初始值，

电机报警转速n_alarm 赋初始值，

散热Q_ normal_heatoutput≈4×功耗Q_ power _dissipation，

散热Q_upper limit _ heatoutput ≈8×功耗Q_ power _dissipation；

1-检测防尘散热系统的机柜压力，

电机转速n=n_ normal时，

通过气压传感器（120）读入柜压 cabinet pressure，

如果 cabinet pressure≥plus pressure，

转1-；

如果 cabinet pressure＜plus pressure，

排除地铁车载控制器机柜（60）的气密性故障，转1-；

1- 结束；

防尘散热方法的运行流程：

2-采集柜温t、设定电机转速，

温度传感器（130）读入柜温t，

情况1 t∈temperature_normal，n=n_ normal，转2-；

情况2 t∈temperature_upperlimit，n= n_upper limit ，转2-；

情况3 t∈temperature_alarm，n= n_alarm ，转2-；

2-采集风速和防尘滤网更新：

设计参数是电机正常转速n_ normal、

正常风速speed_ air_ normal、

散热Q_ normal_heatoutput∈[3.8~4.2]×功耗Q_ power _dissipation；

风速传感器（430）读入风速speed_ air，

如果 speed_ air≤0.6×speed_ air_ normal，

防尘滤网（140）更新，转2-；

如果 speed_ air＞0.6×speed_ air_ normal，

转2- ；

2-上限工作温度区间的防尘滤网更新：

设计参数是电机上限转速n_upper limit、

上限风速speed_ air_upper limit、

散热Q_upper limit _ heatoutput ≈8×功耗Q_ power _dissipation；

风速传感器（430）读入风速speed_ air，

如果 speed_ air≤0.6×speed_ air_ upper limit，

防尘滤网（140）更新，转2-；

如果 speed_ air＞0.6×speed_ air_ upper limit，

转2-；

2-报警工作温度区间的负压散热和防尘滤网撤除：

设计参数是电机报警转速n_alarm 、报警，

防尘滤网更新策略是正压吸气转负压排气、电机反转，

撤除防尘滤网（140 ）；

2-返回2-。