一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置

摘要

本发明提供了一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置，包括吊装支架、固定座、以及导流板，所述吊装支架安装在列车车底下方，所述吊装支架通过所述固定座安装所述导流板，以使所述导流板与列车中线呈预设的斜角，所述导流板用于在列车行驶时车底外侧的边界层被破坏，气流向直线电机所在区域流动，增强对流换热。本发明无需对直线电机本身结构进行改造，在较低的制造安装和维护成本下，对地铁列车底部各直线电机进行散热优化，通过合理的流动控制，将高速低温气流导入车底区域，能够有效降低列车各个直线电机的整体温升，结构和安装方法简单可行，各部件原材料易获取，检修维护成本低，为包含地铁列车、普速列车在内的无包覆式车底设备结构散热提供了条件。

说明书

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，特别涉及一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置。

背景技术

随着城市化的发展，对于城市轨道交通运力的要求也随之提高。直线电机地铁列车长时间高负荷的运行为直线电机带来了严重的散热问题，并威胁着地铁列车的平稳安全运行。因此，有必要设计一种地铁列车底部散热优化装置进行底部流动控制增强直线电机散热。

目前，针对直线电机的散热优化方法主要包括以下几种。第一种是在铁芯处设置内有S型散热管的散热装置，对多个铁芯进行散热；第二种是在铁芯外部增设冷却壳体和冷却通道，利用水冷的方式对铁芯进行散热；第三种是在直线电机上设置冷却风道，使之具备强迫风冷功能，并依靠冷却风机对直线电机吹风散热，如公告号为CN215267907U的中国实用新型专利。以上三种方式均需要对直线电机本身结构进行改造，制造安装和维护成本高，因此，设计一种拆装方便，成本低廉的有效散热方案，对增强地铁列车底部直线电机的散热具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，针对上述背景技术中存在的不足，提供一种针对地铁列车直线电机的、拆装方便且成本低廉的有效散热方案。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置，包括一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置，其特征在于，包括吊装支架、固定座、以及导流板，所述吊装支架安装在列车车底下方，所述吊装支架通过所述固定座安装所述导流板，以使所述导流板与列车中线呈预设的斜角，所述导流板用于在列车行驶时车底外侧的边界层被破坏，气流向直线电机所在区域流动，增强对流换热。

进一步地，所述吊装支架的顶部与所述列车车底下表面的T型槽可拆卸连接，所述吊装支架的底部与所述固定座可拆卸连接，所述固定座与所述导流板的顶部可拆卸连接。

进一步地，所述吊装支架包括位于顶部的第一安装板、位于底部的第二安安装板、以及连接所述第一安装板与所述第二安装板的立柱。

进一步地，所述第一安装板上开设有第一安装孔，所述第一安装孔与所述T型槽相对应，通过T型螺栓与螺母可拆卸连接，所述第二安装板上开设有第二安装孔，所述固定座上开设有第三安装孔和第四安装孔，所述第三安装孔与所述第二安装孔相对应，通过连接螺栓与螺母可拆卸连接，所述第四安装孔与导流板预留的通孔相对应，通过连接螺栓与螺母可拆卸连接。

进一步地，所述固定座包括相对设置的两个L型材，所述L型材的竖边分别垂直地贴附所述导流板的两侧，且开设所述第四安装孔与所述导流板的通孔对齐，所述L型材与所述第二安装板的下表面贴附，且开设所述第三安装孔与所述第二安装孔对齐。

进一步地，所述吊装支架相对平行设置至少两个，所述固定座上的第三安装孔设置多个，且分别固定在所述吊装支架不同的所述第二安装孔位置，以使所述导流板形成不同的倾斜角度。

进一步地，每个所述导流板与列车运行方向之间的夹角为0-60°。

进一步地，所述第二安装孔以及所述第三安装孔均采用腰型孔，以适应性调整所述连接螺栓的位置。

进一步地，所述导流板采用弹性材料制成，在保证结构刚度的同时，意外掉落轨道车轮也可以将其压断，不会造成列车脱轨等安全事故。

进一步地，所述导流板之间保持平行，车厢连接处对角位置布置1-2组导流板，且与车辆行驶方向角度均保持一致。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置，通过吊装支架、固定座等的设置，能够使导流板直接安装在列车车底，因而无需对直线电机本身结构进行改造，在较低的制造安装和维护成本下，对地铁列车底部各直线电机进行散热优化，通过合理的流动控制，将高速低温气流导入车底区域，能够有效降低列车各个直线电机的整体温升，结构和安装方法简单可行，各部件原材料易获取，检修维护成本低，为包含地铁列车、普速列车在内的无包覆式车底设备结构散热提供了条件，另外导流板掉落侵线时也基本不会导致列车脱轨等安全事故。

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构仰视图；

图3为本发明的整体结构侧视图；

图4为本发明的地铁列车示意图；

图5为本发明的导流组件安装位置示意图；

图6为本发明中数值仿真模型图；

图7为本发明中不同优化方案直线电机温升下降百分比。

【附图标记说明】

1-吊装支架；2-固定座；3-导流板；4-T型槽；5-直线电机；6-T型螺栓；7-第一安装板；8-第二安装板；9-立柱；10-第二安装孔；11-连接螺栓；12-第三安装孔；13-列车。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本发明的实施例提供了一种基于流动控制的地铁列车底部直线电机散热优化装置，由多组设置在车底的导流组件共同组成。其中，每组导流组件包括吊装支架1、固定座2、以及导流板3。

吊装支架1用于与车底连接，具体到本实施例中，吊装支架1的顶部固定在车底的T型槽4中。同时，吊装支架1的底部与导流板3的顶部固定，以使导流板3稳定安装、悬挂于车底下方。其中，导流板3安装后与列车13中心线呈一定的斜角，因此在列车13行驶过程中，气流能够在导流板3作用下向直线电机5所在区域流动，增强对流换热，对直线电机5所在区域产生更大的风冷效果。

在本实施例中，吊装支架1的顶部与车底的T型槽4通过T型螺栓6可拆卸连接，T型螺栓6可以直接放入T型槽4内，同时穿过吊装支架1顶部的第一安装孔后直接通过螺母锁紧固定。因此，可以直接利用车底的固有结构完成导流组件的安装，无需对直线电机5本身结构进行改造，降低了使用成本，且采用可拆卸连接的方式，安装、更换维护也更加方便。

在本实施例中，吊装支架1包括位于顶部的第一安装板7、位于底部的第二安安装板8、以及连接第一安装板7与第二安装板8的立柱9。其中，第一安装孔开设在第一安装板7上，用于T型螺栓6的穿入与固定。第二安装板8上开设有第二安装孔10，通过第二安装孔10来安装导流板3。

导流板3采用橡胶材料制成，具有一定的柔性，导流板3与吊装支架1通过固定座2连接。具体到本实施例中，固定座2采用L型材，L型材相对设置两个且竖边垂直地贴附导流板3的两侧，且两者之间通过连接螺栓11和螺母锁紧固定，以将导流板3夹持。同时，L型材的水平边与第二安装板8的下表面贴附，且通过连接螺栓11以及螺母锁紧固定。因此，能够使导流板3固定在吊装支架1的底部，安装拆卸同样方便。

在本实施例中，固定座2的水平边上开设有第三安装孔12，第三安装孔12与第二安装孔10对齐，以通过连接螺栓11使固定座2与吊装支架1固定。固定座2的竖边开设第四安装孔，导流板3上也开设与第四安装孔对应的、预留的通孔，以使导流板3固定。因此，导流板3的安装也采用螺栓可拆卸连接的方式，安装、更换维护也十分方便。

同时如图4-图5所示，在本实施例中，导流板3的安装角度可调，以调试、适应不同的地铁列车13工况，使得直线电机5的散热效果达到最佳。具体来说，本实施例中吊装支架1相对平行设置两组，且与列车13中轴线平行，固定座2上的第三安装孔12设置多个，且分别固定在两个吊装支架1不同的第二安装孔10位置，从而使导流板3形成不同的倾斜角度，该角度的优化可通过数值仿真进行论证。

需要说明的是，为保证导流板3能够顺利在不同角度安装，本实施例中第二安装孔10以及第三安装孔12均采用腰型孔的形式，能够适应性调整连接螺栓11在孔中的位置，再依靠螺母锁紧固定，确保导流板3的顺利安装。

当然在其他实施例中，导流板3还可以通过自动的角度调整机构完成，不过这样势必会使车底结构复杂程度增加，与本发明降低制造安装和维护成本的初衷相悖，因此优选实施方式还是采用安装位置调整的方案。

可以理解的是，安装导流板3时考虑到实际安装工位之间相对位置的限制，导流板3直接连接车底两个T型槽4可能并不能满足所需角度的要求，因此在设置固定座2和吊装支架1时，充分考虑了二者的相对位置，在吊装支架1和固定座2上均预留有多个螺栓孔位，从而实现角度可调功能。

在本实施例中，对于一列地铁列车13而言，在各个车厢连接处均以同样的方式安装导流组件，使得导流板3之间保持平行。其中，每节车厢后方的导流板3安装在列车13运行方向的左半侧，导流板3的上游相比于下游更靠近列车13中线；每节车厢前方的导流板3安装在列车13运行方向的右半侧，导流板3的上游相比于下游更远离列车13中线，以六车编组的地铁列车13为例，共安装十组导流组件。

为了起到良好的导流效果，导流板3的外缘需延伸至车底的限界处，使得车底外侧的边界层被破坏，从而能够将外部的高速低温气流导入车底直线电机5区域，破坏地铁列车13底部边界层，实现对其底部流场的改变。综合考虑导流板3的优化效果和列车13底部气流顺畅通过的能力，每个导流板3与列车13运行方向之间的夹角可被设定为0-60°之间的任意角度。

需要说明的是，通过进一步优化，本装置的导流板3长度应大于40cm，底部距离轨面3-10cm，在不影响地铁列车13正常运行的同时，增强对地铁列车13底部流场的控制效果。

需要说明的是，考虑到列车13整体的轻量化需求，本装置的固定座2、吊装支架1等均由铝合金材料制成，在保证强度的同时重量较轻。

可以理解的是，本装置的导流板3由橡胶材料制成，在保证其结构刚度的同时，即便其意外掉落轨道，车轮也可以将其压断，不会影响列车的安全运行。

综上所述，本装置能够在较低的制造安装和维护成本下，对地铁列车13底部各直线电机5进行散热优化，通过合理的流动控制，将高速低温气流导入车底区域，能够有效降低列车13各个直线电机5的整体温升。同时，其结构和安装方法简单可行，各部件原材料易获取，检修维护成本低，为包含地铁列车、普速列车在内的无包覆式车底设备结构散热提供了条件。

本方案通过数值仿真进一步论证可行性，仿真模型如图6所示，对于六车编组的十二个直线电机5而言，验证导流板3与列车13运行方向之间的夹角为30度、45度和60度三组，结果如图7所示。

通过该柱状图可以看出，对于不同车厢位置的直线电机5，导流板3的最佳角度并不相同，需要通过进一步调试使各个直线电机5的优化效果达到最佳，另外该装置对前后两端车厢的直线电机5降温效果更好，对中间位置的直线电机5降温效果不佳，可以考虑其他方式辅助进行降温。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。