一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107191258A(43)申请公布日2017.09.22(21)申请号201710236110.1(22)申请日2017.04.12(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人王掩刚陈为雄刘汉儒尉德利张荣荣(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人华金(51)Int.Cl.F01P5/02(2006.01)F04D29/32(2006.01)F04D29/38(2006.01)H02K9/06(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇(57)摘要本发明涉及一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，包括叶片、轮毂和机匣；轮毂为非等径轮毂，小径端和外部发电机主轴固连，且轮毂大径端和小径端之间采用曲线平滑过渡；叶片为宽弦大转折角叶片；机匣为空腔柱状体，内壁二级阶梯状，叶片周向旋转所形成的平面位于大径端的空腔内；叶片正对外部发电机发热区域，气流通过旋转叶片进入发热区域，从而为发电机散热。本发明采用扩张型子午流道，提高了风扇对气流的做功能力；叶片采用弯扭正交设计方法，采用宽弦、大折转角、大稠度设计手段能够有效抵御风扇流道内较大的逆压梯度，避免叶片表面附面层分离，提高风扇的冷却效果。台阶型机匣提高风扇的散热效率，节省了加工成本。CN107191258ACN107191258A权利要求书1/1页1.一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，包括叶片、轮毂和机匣；其特征在于，所述轮毂为非等径轮毂，小径端和外部发电机主轴固连，且轮毂大径端和小径端之间采用曲线平滑过渡；叶片为宽弦大转折角叶片；机匣为空腔柱状体，内壁二级阶梯状，机匣内壁与叶片不接触，叶片周向旋转所形成的平面位于大径端的空腔内；叶片正对外部发电机发热区域，气流通过旋转叶片进入发热区域，从而为发电机散热。2.如权利要求1所述的一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，其特征在于，所述轮毂大径端和小径端之间采用Bezier曲线平滑过渡，使得轮毂内部形成扩张型子午流道，引导气流流向发电机的发热区域。3.如权利要求1所述的一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，其特征在于，所述轮毂大径端和小径端外壁切线斜率为0。4.如权利要求1所述的一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，其特征在于，所述宽弦大转折角叶片的扭转规律根据叶片载荷沿叶高逐渐增加原则，通过S2通流反问题计算方法，最终计算出不同叶高处基元级速度三角形。5.如权利要求1所述的一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，所述机匣内壁二级阶梯处的台阶与叶片前缘距离2mm，大径端内壁距离叶顶距离为1mm。2CN107191258A说明书1/3页一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇技术领域[0001]本发明涉及一种用于高功率密度电机冷却的小流量高压头轴流风扇，安装于发电机主轴上，对发电机发热部件进行散热冷却，特别适用于航空领域等高功率空间紧凑发电机。背景技术[0002]发电机转子的动能转化成磁场储能增量、热损耗和电能。产热根源有4个方面，基本铜损是指绕组线圈的电阻产热；铁损指交变磁场的磁能损耗；机械摩擦，比如轴承产热；内置的整流二极管产热。电机内部气流流道狭小，如果对电机实施冷却不足，电机的热量积聚，温度升高，导致某些重要的电子元器件部件，如整流二极管烧毁，还会加速定子线圈绕组的漆包线的绝缘层老化，降低电机的使用寿命甚至烧毁电机。特别对于航空高功率密度的电机受紧凑的空间和重量的限制，内部流通面积小，气流阻力大，通流能力弱，此类电机要求冷却风扇具有高风压和小流量特点。传统轴流风扇设计是以提供大风量低风压为设计目的。大流量低风压难以匹配高功率密度电机的阻力特性。所以，现有电机的冷却风扇设计已满足不了此种场合的要求。传统低风压要求的风扇负荷不会很大，通常不配置机匣或者配置简易机匣。对于简易机匣，为了控制加工成本，叶片与机匣间的间隙通常较大，当风扇的风压较高时，旋转叶片吸、压力面压差很大，产生严重的泄漏损失，泄漏涡降低风扇效率，减小风扇稳定裕度和压升能力。发明内容[0003]本发明解决的技术问题是：本发明的目的在于提供一种小流量，高风压的轴流冷却风扇，用于高功率密度且空间紧凑的发电机散热，位于小半径处，即近轮毂处/近发电机转轴处整流二极管散热是特别需要考虑的冷却对象。在保证足够风压的同时，匹配电机所需冷却流量，充分冷却发电机的发热元件。同时，风扇配合机匣采用台阶式机匣处理方式，有效减小叶尖泄漏流动，提高风扇的效率，同时控制加工成本。[0004]本发明的技术方案是：一种紧凑式宽弦高压头小流量电机用轴流冷却风扇，包括叶片、