CN107947402A - 电机定子冷却结构及具有其的多电发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机冷却技术领域，具体提供了电机定子冷却结构及具有其的多电发动机，依次针对电机定子主要热源定子绕组进行冷却，通过将电机定子绕组线圈设计为矩形空心结构，并使其内部流通冷却介质，提升冷却效率，同时针对传统的壁面循油冷却方式的滑油消耗大，能量无法回收的弊端，在中介机匣支板上缠绕冷凝导线，并使冷凝导线与电机定子绕组线圈连通，利用发动机内部不同区域的温差形成无泵自循环系统，冷却介质在定子绕组处吸热气化，在中介机匣支板处放热液化，减少冷却介质的用量，同时将电机的散热回收利用。

Description

电机定子冷却结构及具有其的多电发动机

技术领域

本发明涉及发动机冷却技术领域，特别涉及电机定子冷却结构及具有其的多电发动机。

背景技术

多电发动机技术是飞机动力系统的重大创新，是未来高推重比、高性能发动机主要发展方向之一，与传统发动机相比，其结构发生了革命性变化，在发动机主轴上装配内置一体化起动/发电机(以下简称“电机”)是其一大特点。而发动机内部工作环境苛刻，同时电机在工作过程中产生大量热，尤其电机工作时定子产生的热量占电机总产热量的大部分，如果这些热量不能及时的散发出去，会导致电机内部产生较大的温升。过高的温度会影响电机绝缘材料的使用寿命，甚至使其失效引发事故，因此，对电机定子部件的冷却问题是多电发动机研究中亟需解决的关键技术。

目前，针对多电发动机的特点，对电机的定子冷却通常采用壁面循油方式进行冷却，冷却技术方案如下：

在通过仿真计算，计算电机在发动机腔内环境下的产热量，进而确定电机冷却所需冷却滑油流量，定子冷却结构与电机定子外套相结合，在电机定子外套上，按所需滑油流量，设计若干环形的滑油循油槽，保证滑油与电机定子有较大的接触面积，同时在各循油槽间设计有循油槽联通口，借此连接各循油槽，保证各级循油槽联通，在一级循油槽处设有滑油进口，末级循油槽设有滑油出口；在电机工作时，通过油泵向滑油进口油路供滑油，滑油在循油槽中流动，滑油通过与电机定子表面接触，带走电机工作中定子产生的热量，滑油再经出口油路流回发动机滑油箱，形成循环油路，从而实现对电机定子的冷却。

该方式具有如下缺陷：

1、冷却效率底、冷却效果差：

电机工作时，热源主要在定子线圈，热量有线圈传至内芯，内芯在传至定子表面，造成热源线圈温度与壁面温差较大。而采用壁面循油冷却的方式，滑油仅能从定子表面带走热量，同时受滑油与电机定子接触面积的限制，表面冷却效果并不均匀，造成该方式冷却效果差、冷却效率低；

2、滑油消耗大，能量无法在利用：

由于该技术冷却效果差，因此为保证电机产生的热量被及时带走，保证电机正常的工作温度，其冷却滑油的消耗量是巨大的，以发电功率为125kW的开关磁阻电机为例，如维持其正常工作，其滑油消耗量20～30L/min，同时被滑油带走的热量无法回收利用，造成能量的浪费。

发明内容

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了电机定子冷却结构，包括内部均流通有冷却介质且首尾依次相连的电机定子绕组线圈、冷凝进气管、冷凝导线和回流管；

所述电机定子绕组线圈为矩形空心铜线，其缠绕在电机定子上；

所述冷凝进气管设有第一止回阀；

所述冷凝导线的材料与所述电机定子绕组线圈相同，其缠绕在与中介机匣连接的中介机匣支板上，所述冷凝导线的外侧设有一层支板。

本发明还提供了多电发动机，其包含如上所述的电机定子冷却结构。

本发明提供的电机定子冷却结构及具有其的多电发动机，具有如下有益效果：

1、电机定子绕组采用矩形空心导线的结构，空心导线内加入冷却剂的形式，针对电机工作过程中的主要发热源进行冷却，与传统的冷却方式相比，其冷却效果得到了极大的改善；

2、仅需少量的冷却介质，理论上不需要补充冷却介质，仅需冷却介质的液体和气体的产生比重差进行自循环即可完成电机定子的冷却，与传统的冷却方式相比，不需要大量滑油进行冷却，其冷却效率极大的提升；

3、电机产生的热量通过导线内的冷却介质被传递给中介机匣气流，用以提高气流温度，与传统的冷却方式相比，电机产生的热量得到了有效的利用；

4、与传统的冷却方式相比，不需要电机定子上开设循油槽，因此其定子外套及支架的结构及工艺可大大简化，有效节省电机所占空间。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明的一种示意性实施例的整体结构示意图。

附图标记：

10电机定子绕组线圈

20冷凝进气管

30冷凝导线

40回流管

50第一止回阀

60第二止回阀

80电机定子

90中介机匣

91中介机匣支板

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，均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保护范围的限制。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

如图1所示，本发明提供了电机定子冷却结构，包括内部均流通有冷却介质且首尾依次相连的电机定子绕组线圈10、冷凝进气管20、冷凝导线30和回流管40。

电机定子绕组线圈10为矩形空心铜线，其缠绕在电机定子80上，电机在工作过程中电机定子绕组线圈10与电机定子80的铁芯产生的大量的热，热量被电机定子绕组线圈10内的冷却介质吸收，同时冷却介质由于吸热而气化。

冷凝进气管20设有第一止回阀50，冷凝导线30的材料与电机定子绕组线圈10相同，其缠绕在与中介机匣90连接的中介机匣支板91上，冷凝导线30的外侧设有一层支板，冷凝导线30夹在该层支板和中介机匣支板91之间，用于防止扰流。气化后的冷却介质经冷凝进气管20并通过第一止回阀50，进入附着在中介机匣支板91外壁的冷凝导线30内。

回流管40设有第二止回阀60。发动机风扇出口气流经过中介机匣90时与中介机匣支板91表面的冷凝导线30接触，由于中介机匣90内气流温度远低于冷凝导线30内被气化的冷却介质温度温差约100℃，气流与冷凝导线30产生对流换热，大量的热量被气流带走，冷凝导线30内的冷却介质被液化并在重力作用下流入回流管40，再经过第二止回阀60进入电机定子绕组线圈10，形成一个完整的换热循环。同时中介机匣90内的气流由于吸热而升温，改善了发动机性能，热量得到了有效的回收利用。

本发明还提供了具有如上所述的电机定子冷却结构的多电发动机，通过电机定子冷却结构对多电发动机进行冷却。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.电机定子冷却结构，其特征在于，包括内部均流通有冷却介质且首尾依次相连的电机定子绕组线圈(10)、冷凝进气管(20)、冷凝导线(30)和回流管(40)；

所述电机定子绕组线圈(10)为矩形空心铜线，其缠绕在电机定子(80)上；

所述冷凝进气管(20)设有第一止回阀(50)；

所述冷凝导线(30)的材料与所述电机定子绕组线圈(10)相同，其缠绕在与中介机匣(90)连接的中介机匣支板(91)上，所述冷凝导线(30)的外侧设有一层支板；

所述回流管(40)设有第二止回阀(60)。

2.多电发动机，其特征在于，包含如权利要求1所述的电机定子冷却结构。