CN113098177A - 用于内转子电机的定子散热结构、内转子电机及涵道风扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内转子电机的定子散热结构、内转子电机及涵道风扇。其技术方案为：一种用于内转子电机的定子散热结构，所述内转子电机包括：壳体，定子，定子静叶支撑，所述定子包括定子线圈和铁芯，其中：所述定子散热结构包括设置于所述铁芯的轴向一侧的定子线圈导热部件，所述定子线圈导热部件的至少一部分与所述定子静叶支撑接触。

Description

用于内转子电机的定子散热结构、内转子电机及涵道风扇

技术领域

本申请涉及电机散热领域，更具体地涉及用于内转子电机的定子散热结构、包括该散热结构的内转子电机以及涵道风扇。

背景技术

永磁同步内转子电机定子散热结构按照冷却介质的不同分为油冷式、水冷式和风冷式。

由于风冷式定子散热结构制造工艺简单，成本低，附件系统重量轻，因此得到较大规模的应用。然而，风冷式定子散热结构与油冷式、水冷式定子散热结构相比，其表面换热系数小，导致风冷式定子散热结构电机的体积较大功率密度较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种内转子电机的定子散热结构，能够有效提高风冷式定子散热结构的表面换热系数，减小风冷式散热结构的表面积，提高电机的功率密度。

根据本发明的用于内转子电机的定子散热结构的技术方案为：

一种用于内转子电机的定子散热结构，所述内转子电机包括：壳体，定子，定子静叶支撑，所述定子包括定子线圈和铁芯，其中：所述定子散热结构包括设置于所述铁芯的轴向一侧的定子线圈导热部件，所述定子线圈导热部件的至少一部分与所述定子静叶支撑接触。

可选地，所述定子线圈导热部件包括第一定子线圈导热部件，所述第一定子线圈导热部件与所述铁芯邻接并沿所述定子的周向包覆所述定子线圈，并且所述第一定子线圈导热部件在所述定子的轴向上延伸，所述定子静叶支撑套设于所述第一定子线圈导热部件，所述定子静叶支撑与所述第一定子线圈导热部件接触。

可选地，所述定子线圈导热部件还包括第二定子线圈导热部件；所述定子静叶支撑包括沿所述定子的径向向外伸出的支撑臂，所述第二定子线圈导热部件沿径向延伸并设置于所述第一定子线圈导热部件的径向外侧，所述第二定子线圈导热部件与所述第一定子线圈导热部件接触或连接或一体成型，在所述支撑臂上设置有孔，所述第二定子线圈导热部件布置于所述孔中。

可选地，所述支撑臂为四个，沿所述壳体的周向均匀布置，每个所述支撑臂的所述孔中均布置有所述第二定子线圈导热部件。

可选地，所述第一定子线圈导热部件为均温板，所述第二定子线圈导热部件为热管。

可选地，所述定子散热结构还包括设置在所述壳体上的散热翅片，所述散热翅片与所述壳体一体成型或者所述散热翅片与所述壳体分体成型。

可选地，所述散热翅片为多个，至少一部分所述散热翅片与所述支撑臂接触。

可选地，所述支撑臂连接于所述散热翅片或者与所述散热翅片一体成型，所述第二定子线圈导热部件与所述散热翅片之间实现热传导。

可选地，沿所述定子的径向观察，所述散热翅片呈半叶形，所述散热翅片的与所述定子的轴向垂直的截面形状为矩形，

和/或所述散热翅片为NACA翼型面。

本发明还提供一种内转子电机，其技术方案为：

一种内转子电机：包括上述的用于内转子电机的定子散热结构。

本发明还提供一种涵道风扇，其技术方案为：

一种涵道风扇，包括风扇叶片和上述的内转子电机，所述风扇叶片和所述定子散热结构布置在所述定子的轴向两侧。

可选地，所述散热翅片的中弧线进口切线方向与所述散热翅片的进气方向的夹角为±10°。

根据本发明的内转子电机的定子散热结构包括独立设置的定子线圈导热部件，定子线圈导热部件的至少一部分与定子静叶支撑接触，定子线圈所产生的热量通过定子线圈导热部件传递至定子静叶支撑，并经由静叶支撑向外传导，其增加了散热的途径和方式。

在至少一个实施方式中，定子线圈导热部件可以包括导热系数大的均温板和/或导热热管，其有利于快速地向外传导热量。

附图说明

本发明的其它优点和特征将从接下来的仅以非限制性示例的目的给出的并表示在附图中的本发明的特定实施例的说明变得更加清楚明显，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇的示意图；

图2是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇的剖视图；

图3是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇去除了外壳后的示意图；

图4是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇去除了外壳后的剖视图；

图5是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的散热结构的示意图；

图6是沿图5中的A-A线剖开后的示意图；

图7是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的壳体和用于内转子电机的定子散热结构的示意图；

图8是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的壳体和用于内转子电机的定子散热结构的剖视图；

图9是第一定子线圈导热部件和第二定子线圈导热部件的一个实施方式的示意图；

图10示意性地示出了内转子电机的壳体外侧展开后的示意图，其示出了多个散热翅片的一个实施方式；

图11示出了图10中的部分散热翅片的截面示意图；

图12示意性地示出了内转子电机的壳体的一个实施方式的横截面示意图；

图13示意性地示出了散热翅片的一个实施方式的进气方向和排气方向的示意图；

图14示意性地示出了图3中的圆弧形的散热翅片的一个实施方式的进气方向和排气方向的示意图。

附图标记说明

1 壳体

2 定子线圈

3 定子静叶支撑

4 第一定子线圈导热部件

5 第二定子线圈导热部件

6 支撑臂

7 孔

8 散热翅片

9 风扇叶片

10 铁芯

11 外壳

具体实施方式

下面结合图1至图8说明根据本发明的一个实施方式的用于内转子电机的定子散热结构及包含该定子散热结构的内转子电机和涵道风扇。

需要指出的是，在本发明中所用的轴向和径向如无特殊说明，均指定子的轴向和径向。

图1是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇的示意图。图2是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇的剖视图。

与图3和图4相比较，图1和图2整体示出了涵道风扇的结构，包括风扇叶片9前后的类似子弹头形状的凸起。电动涵道风扇多用于电动航空器的推进系统，对于散热性能有很高的要求。

图3是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇去除了外壳后的示意图。图4是根据本发明的一个实施方式的涵道风扇去除了外壳后的剖视图。

如图3和图4所示，提供一种用于内转子电机的定子散热结构，其中，内转子电机包括：壳体1(见图7)，定子，定子静叶支撑3，定子包括定子线圈2和铁芯10，定子散热结构包括独立设置的定子线圈导热部件，定子线圈导热部件与定子静叶支撑3接触，在此，可以是定子线圈导热部件的一部分或者全部与定子静叶支撑3接触。

定子静叶支撑3可以与壳体1一体制成，定子线圈导热部件与定子静叶支撑3接触，从而定子线圈导热部件上所传导的热可以通过接触传导传递到定子静叶支撑3，定子静叶支撑3的表面积大，散热快，以实现快速对内转子电机降温的目的。

定子线圈导热部件可以包括独立设置的第一定子线圈导热部件4与第二定子线圈导热部件5，第一定子线圈导热部件4与铁芯10邻接并沿定子的周向包覆定子线圈2，特别是定子线圈2的从铁芯10露出的轴向一端部。第一定子线圈导热部件4在定子的轴向上延伸，也就是铁芯4与第一定子线圈导热部件4在轴向上邻接，第一定子线圈导热部件4套设于定子线圈2的外周，并与定子线圈2的外周接触。定子静叶支撑3套设于第一定子线圈导热部件4，定子静叶支撑3与第一定子线圈导热部件4接触。

定子线圈导热部件的作用是将定子线圈上的热量通过定子线圈导热部件传导至定子静叶支撑3和壳体1上，提供了一种新的定子线圈散热路径。定子线圈导热部件与定子线圈外部接触，其降低了传热热阻，定子线圈导热部件可以包括均温板和/或导热热管。比如，第一定子线圈导热部件4可以为均温板，第二定子线圈导热部件5可以为热管。

定子静叶支撑的作用是提供定子组件在涵道风扇的外壳11中的支撑，传递风扇叶片的推力至外壳11。在本发明中，定子静叶支撑的作用增加了定子散热的功能。

图5是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的散热结构的示意图。

图6是沿图5中的A-A线剖开后的示意图。图7是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的壳体和用于内转子电机的定子散热结构的示意图。图8是根据本发明的一个实施方式的内转子电机的壳体和用于内转子电机的定子散热结构的剖视图。

在图8中的右端部，定子静叶支撑3包括沿定子的径向向外伸出的支撑臂6(见图7)，第二定子线圈导热部件5沿径向延伸并设置于第一定子线圈导热部件4的径向外侧，第二定子线圈导热部件5与第一定子线圈导热部件4接触，在支撑臂6上设置有孔7，第二定子线圈导热部件5布置于孔7中。

如图7所示，支撑臂6为四个，沿壳体1的周向均匀布置，每个支撑臂6的孔7中均布置有第二定子线圈导热部件5。

第一定子线圈导热部件4可以与第二定子线圈导热部件5一体成型。如在图7中所示出的实施例中，支撑臂6为沿壳体1外周均匀布置的四个支撑臂6。在此，第一定子线圈导热部件4也设计为沿圆周均匀分布的四段，每段带一个第二定子线圈导热部件5，其具体设计结构如图9所示。

定子散热结构还包括设置在壳体1上的散热翅片8，散热翅片8与壳体1一体成型或者散热翅片8与壳体1分体成型。

如图5和图6所示，散热翅片8的数目为多个，其具体数目根据散热需求以及壳体的大小，按需设计。

在图7所示出的实施例中，定子静叶支撑由四个支撑臂6构成，支撑臂6与散热翅片8接触。但是，本发明不限于此，定子静叶支撑的支撑臂6也可以不连接在散热翅片8上。定子静叶支撑也可以是与壳体1一体制成，支撑臂6直接设置于壳体1上。

除了将支撑臂6连接于散热翅片8，支撑臂6也可以与散热翅片8一体成型。

如图7和图8所示，第二定子线圈导热部件5与散热翅片8之间实现热传导。第二定子线圈导热部件5接触第一定子线圈导热部件4，或者第二定子线圈导热部件5与第一定子线圈导热部件4一体成型，第二定子线圈导热部件5将热传递到支撑臂6。

定子散热翅片长度指与定子散热翅片处气流流动方向平行的翅片长度；定子散热翅片高度指定子散热翅片由定子壳体外表面开始到定子散热翅片顶部的径向距离；具体来说，定子散热翅片的长度和高度决定了定子散热翅片的基础形状，可以归纳为四类：短高型，长矮型，短矮型和长高型。

定子散热翅片截面形状是指定子散热翅片在与定子的轴向垂直的方向上剖开得到的翅片根部的截面形状，可以是等厚度的截面形状，也可以是随定子轴向位置而变化的非等厚度截面，如NACA翼型。

定子散热翅片的中弧线类型指散热翅片的翅片根部位置中轴线的弧线类型，可以是直线，直线加圆弧或多圆弧曲线。定子翅片前缘形状可以是半圆或椭圆。定子散热翅片的在定子外圆圆周方向上的数量可以根据定子散热量、定子翅片截面形状、定子翅片长度与气流流动耦合计算翅片换热系数后最优的确定。

图10至图13示出了根据本发明的一个实施方式的散热翅片的可选形状。

如图10和11所示，沿定子的径向观察，散热翅片8呈半叶形。

散热翅片8可以为NACA翼型面。

如图12所示，散热翅片8的与定子的轴向垂直的截面形状为矩形。

本发明还涉及一种内转子电机，其包括上述的用于内转子电机的定子散热结构。

如图1所示，本发明还涉及一种涵道风扇，包括风扇叶片9和上述的内转子电机，风扇叶片9和定子散热结构布置在定子的轴向两侧。

图13示意性地示出了散热翅片的一个实施方式的进气方向和排气方向的示意图，其为散热翅片展开后的视图，该散热翅片8为NACA叶型翅片，散热翅片的中弧线进口切线方向与散热翅片的进气方向的夹角为±10°。图13中的A为当前位置的散热翅片的中弧线进口切线。A与进气方向的夹角为±10°。

图14示意性地示出了图3中的圆弧形的散热翅片的一个实施方式的进气方向和排气方向的示意图，其为散热翅片展开后的视图。该散热翅片8为圆弧形，散热翅片的中弧线进口切线方向与散热翅片的进气方向的夹角为±10°。图14中的A为当前位置的散热翅片的中弧线进口切线。A与进气方向的夹角为±10°。

定子静叶支撑的支撑臂截面可以为叶形形状，为涵道风扇的风扇叶片产生的气流提供导流作用，位于支撑臂内的第二定子导热部件可以为圆形或长圆形热管，将定子线圈热量传导至定子静叶支撑上。

本发明提供了一种考虑涵道风扇气流流动的用于内转子电机的定子散热结构，通过将涵道风扇气流流动加入到定子散热结构的设计中，提高定子散热结构的性能，降低电机温升，提高电机散热能力和电机功率密度。

本发明的定子散热结构，充分利用了涵道风扇的气体流动，风扇叶片产生的气流会流过定子静叶支撑，带走定子静叶支撑上的热，提高了定子散热结构的换热系数。定子散热结构利用了传统的静叶支撑结构，实现静叶支撑与定子散热的功能复用，有效提高了部件的利用率，提高电机散热能力和电机的功率密度。

以上对本发明进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上的改变不应认为偏离了本发明保护的范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种用于内转子电机的定子散热结构，所述内转子电机包括：壳体(1)，定子，定子静叶支撑(3)，所述定子包括定子线圈(2)和铁芯(10)，其特征在于：所述定子散热结构包括设置于所述铁芯(10)的轴向一侧的定子线圈导热部件，所述定子线圈导热部件的至少一部分与所述定子静叶支撑(3)接触。

2.根据权利要求1所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述定子线圈导热部件包括第一定子线圈导热部件(4)，所述第一定子线圈导热部件(4)与所述铁芯(10)邻接并沿所述定子的周向包覆所述定子线圈(2)，并且所述第一定子线圈导热部件(4)在所述定子的轴向上延伸，所述定子静叶支撑(3)套设于所述第一定子线圈导热部件(4)，所述定子静叶支撑(3)与所述第一定子线圈导热部件(4)接触。

3.根据权利要求2所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述定子线圈导热部件还包括第二定子线圈导热部件(5)；所述定子静叶支撑(3)包括沿所述定子的径向向外伸出的支撑臂(6)，所述第二定子线圈导热部件(5)沿径向延伸并设置于所述第一定子线圈导热部件(4)的径向外侧，所述第二定子线圈导热部件(5)与所述第一定子线圈导热部件(4)接触或连接或一体成型，在所述支撑臂(6)上设置有孔(7)，所述第二定子线圈导热部件(5)布置于所述孔(7)中。

4.根据权利要求3所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述支撑臂(6)为四个，沿所述壳体(1)的周向均匀布置，每个所述支撑臂(6)的所述孔(7)中均布置有所述第二定子线圈导热部件(5)。

5.根据权利要求4所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述第一定子线圈导热部件(4)为均温板，所述第二定子线圈导热部件(5)为热管。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述定子散热结构还包括设置在所述壳体(1)上的散热翅片(8)，所述散热翅片(8)与所述壳体(1)一体成型或者所述散热翅片(8)与所述壳体(1)分体成型。

7.根据权利要求6所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述散热翅片(8)为多个，至少一部分所述散热翅片(8)与所述支撑臂(6)接触。

8.根据权利要求7所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：所述支撑臂(6)连接于所述散热翅片(8)或者与所述散热翅片(8)一体成型，所述第二定子线圈导热部件(5)与所述散热翅片(8)之间实现热传导。

9.根据权利要求6所述的用于内转子电机的定子散热结构，其特征在于：沿所述定子的径向观察，所述散热翅片(8)呈半叶形，所述散热翅片(8)的与所述定子的轴向垂直的截面形状为矩形，

和/或所述散热翅片(8)为NACA翼型面。

10.一种内转子电机，其特征在于：包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于内转子电机的定子散热结构。

11.一种涵道风扇，其特征在于：包括风扇叶片(9)和根据权利要求6至9中任一项所述的内转子电机，所述风扇叶片(9)和所述定子散热结构布置在所述定子的轴向两侧。

12.根据权利要求11所述的涵道风扇，其特征在于：所述散热翅片(8)的中弧线进口切线方向与所述散热翅片(8)的进气方向的夹角为±10°。

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