CN113517787A - 具有双向淋油结构的油冷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有双向淋油结构的油冷电机，涉及电机冷却技术领域，能够在降低油阻的同时提高冷却效果、降低电机局部热点。本发明包括：定子、转子、空心轴、风扇、循油油路、淋油油路、回油油路。转子内壁和空心轴外壁过盈配合，定子安装在转子外侧，定子和转子之间有空隙，循油油路安装在定子外围，循油油路的出口连接淋油油路的进油口，油冷电机的底部设置回油油路。空心轴上对称安装两个风扇，风扇风向朝向转子，淋油油路的出油口设置在风扇前方。油冷电机的截面为轴对称图形，截面的对称轴穿过循油油路的进油口和回油油路的出油口。

Description

具有双向淋油结构的油冷电机

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及了具有双向淋油结构的 油冷电机。

背景技术

航空电机在运行时不可避免的会产生损耗，这部分损耗将转化为 热能引起电机温度上升，如果没有其他介质吸收这部分热量，将导致 电机温度持续上升。过高的的温度会影响材料的机械强度、金属材料 氧化速度加快、材料弹性变化、绕组电阻率变大，并且严重降低绕组 绝缘材料的寿命。

航空电机由于运行环境的特殊性，对于重量较为敏感，一般直接 采用空气或者自带的油作为冷却介质，而油具有比空气更高的比热容 和更佳的导热性，因此采用油冷可以更加有效的带走电机产生的热量， 使电机工作在安全温度以内。

但是油的黏度非常大，使用油冷时会有较大的流阻，导致了油泵 所需的功率也会很大，将会从航空发动机中提取更多能量，增大了耗 油、降低了航程；虽然淋油冷却直接接触发热源可以高效的吸收热量， 但由于油在电机腔体空间分布不均，使得整体冷却效果有所下降，导 致电机存在局部热点的问题；当油冷电机内含有多个回油口时，各回 油油路的流阻不等可能会导致部分回油口无法及时回油，使得腔体内 存在积油造成转子搅油，会造成大量的机械损耗、降低电机效率。因 此有必要研究一种在降低流阻的同时又能提高整体冷却效果的油冷 结构。

发明内容

本发明提供具有双向淋油结构的油冷电机，能够在降低油阻的同 时降低电机局部热点，提高冷却效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

具有双向淋油结构的油冷电机，包括：定子、转子、空心轴、风 扇、循油油路、淋油油路、回油油路。转子内壁和空心轴外壁固定连 接，定子安装在转子外侧，定子和转子之间有空隙，循油油路安装在 定子外围，循油油路的出口连接淋油油路的进油口，油冷电机的底部 设置回油油路。

空心轴上对称安装两个风扇，风扇风向朝向转子，淋油油路的出 油口设置在风扇前方。油冷电机的截面为轴对称图形，截面的对称轴 穿过循油油路的进油口和回油油路的出油口。

进一步的，循油油路包括进油口、循油管路、循油油路出口。循 油管路由若干圆环形管路并联组成，循油管路顶端设置进油口，以进 油口为入口，循油管路分为两路，分开的两路循油管路在圆环形的底 部再分为两路，形成共四条支路。以进油口所在的圆环油路作为分界 面，四条支路中，位于同一侧的两条汇合并连接循油油路出口，两侧 油路的尺径应保持一致。

进一步的，循油油路、淋油油路、回油油路的拐角处均为倒角。

进一步的，风扇通过柔性桨毂与空心轴过盈配合，桨毂在电机急 停/急转时通过轻微形变缓冲对风扇的冲击。

进一步的，风扇的叶片表面覆盖强化膜，强化膜采用凯夫拉或碳 纤维材料，具有耐冲击、耐腐蚀的特性，所述强化膜覆盖位置开设有 多个通透孔。

进一步的，风扇叶片的宽度与半径成正比，柔性桨毂的半径也与 叶片半径成正比。

本发明的有益效果为：

本发明中的循油油路多次并联分流，使得油路流阻较低，有效减 小了油泵功率，降低了对航空发动机功率的提取；

淋油油路和风扇的组合结构使得喷出的油更高效的接触到电机 的发热源(绕组、铁心)，风扇随电机轴转动时可以对淋油油路喷出 的油进行加速，从而提高了油的对流换热系数；

其次由于风扇转动时起到的搅油作用，可以使油更均匀的分布在 电机腔体空间，从而提高了油与电机部件的接触面积；

强化膜覆盖位置即为淋油油路喷洒部位，此处开设有多个通透孔， 可以减少风扇叶片对油的遮挡，便于更多的油通过；

由于电机两端风扇的对吹作用，会增加进入电机气隙内的油量， 对电机轴向中间位置的部件也会有冷却作用。

综上，该结构不仅使原有的淋油冷却效果进一步提升，还降低了 局部热点，提高了整体冷却效果。

油在重力作用下流入位于电机底部的回油油路，回油油路相对于 出油口有着两端对称、流阻相等的特征，防止因回油油路流阻差异造 成的电机腔体内的积油无法回收，从而杜绝了转子搅油现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是实施例的结构示意图；

图2是油路的流体域示意图；

图3(a)、(b)是两种循油油路的流体域示意图；

图4是淋油油路的流体域示意图；

图5是回油油路的流体域示意图；

图6是风扇的结构示意图。

1-定子、2-转子、3-叶片强化膜、4-轴承、5-机壳、6-空心轴、7- 循油油路、71-进油口、72-循油管路、73-循油油路出口、8-淋油油路、 9-回油油路、91-回油口、92-回油管路、93-抽油口、10-风扇、11-通 透孔。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具 体实施方式对本发明作进一步详细描述。

具有双向淋油结构的油冷电机，如图1所示。转子2内壁和空心轴 6外壁固定连接，定子1安装在转子2外侧，定子1和转子2之间留有空 隙。

循油油路7安装在机壳5的内侧，定子1的外围。循油油路7如图2 所示，包括进油口71、循油管路72、循油油路出口73。循油管路72 由若干圆环形管路并联组成，循油管路72顶端设置进油口71，以进油 口71为入口，循油管路72分为两路，流动半个圆环后，分开的两路循 油管路72在圆环形的底部再分为两路，形成共四条支路。在总流量不 变的情况下，经过进油口71和油路底部的两次分流，可以大幅度的降 低流阻，减少了能量损失。

流阻造成的能量损失与油路的管径、长度以及油自身特性相关， 计算过程如下：

上式中Q表示油流量，υ表示油速，S表示油路横截面积，l表示 油路长度，g表示重力加速度，d表示油路当量直径，λ表示沿程阻 力系数，ζ表示油路尺径、方向变化时的局部阻力系数，h_f和h_m分别 表示沿程能量损失和局部能量损失，总能量损失为h_f与h_m之和。因此由上式可以得出能量损失与流量呈现出接近二次方的关系，在总流 量不变的情况下，通过管道的分流可以起到降低流阻、减少能量损失 的作用。为保持每条油路冷却效果均衡，防止出现局部热点，即油路 的尺径应保持一致。

根据应用需求，针对不同的电机轴向长度有图3(a)和图3(b)两种 分流循油油路，图3(a)适用于轴向长度较长的电机，图3(b)适用于轴 向长度较短的电机，图3(a)和图3(b)两种循油油路的分流原理相同。

以进油口71所在的圆环油路作为分界面，四条支路中，位于同一 侧的两条汇合并连接循油油路出口73，淋油油路8入口和循油油路出 口73连接。

油从进油口71进入循油管路72与定子1外径完成热交换，随后油 从循油油路出口73进入到淋油油路8，淋油油路8为直角型，如图4所 示，淋油油路8的喷油孔位于油路低端，喷射方向和空心轴6方向平行。

空心轴6上对称安装两个风扇10，风扇10风向朝向转子2，淋油油 路8的出油口设置在风扇10前方，风扇10半径长度大于空心轴6到淋油 油路8出口的径向长度。风扇10正对着淋油油路8出口的位置处有缠有 叶片强化膜3，如图6所示，该膜由耐冲击、耐腐蚀、耐高温、低密度 的材料组成，可以为凯芙拉、碳纤维等。在安装强化膜3的位置，开 设有多个通透孔11，减少了风扇对油的遮挡、有利于油从轴向通过。 扇叶片的宽度随叶片长度的增加而增加，防止叶片强化膜3受离心力 的作用而甩落。

油冷电机的截面为轴对称图形，截面的对称轴穿过循油油路7的 进油口和回油油路9的出油口，油冷电机的底部设置回油油路9。

回油油路9包括回油口91、回油管路92、抽油口93，如图5所示， 回油管路92的两端顶部设置回油口91，回油管路92的中点处底部设置 抽油口93。

淋油油路8出口喷出的油经过旋转的风扇10加速溅射在电机发热 源上，受重力作用流入位于机壳底部的回油口91，通过回油管路92 由油泵从抽油口93抽走，完成一次冷却循环。

两个回油口91到抽油口93之间存在流阻，如果一方流阻过大， 会使得该回油口上方的油无法抽走，导致腔体内积油造成转子搅油， 取电机拖动端处回油口到抽油口的油路为s1，尾壳体处回油口到抽油 口的油路为s2，为防止油路流阻差导致的一方不能及时回油、造成搅 油产生损耗，s1和s2的流阻应相等。

s1和s2有着同一出口，出口处气压为泵压，入口气压也均为同 一环境下的气压，因此s1油路的总压降p_s1等于s2的总压降p_s2，即：

p_s1＝h_s1·ρ·g＝h_s2·ρ·g＝p_s2 (1-4)

式中p_s1和p_s2分别表示两条油路的压降，ρ表示油的密度，因此 有：

由于两个回油口91接收的油流量相等，为保持当s1油路的能量 损失h_s1始终等于s2油路的能量损失h_s2时，则s1与s2两条油路的回 油口至抽油口的回油油路横截面和长度均相等，在进油口71处油流 量无论如何变化的情况下，回油流阻可以始终保持一致，有效的防止 积油。

为进一步降低油阻，循油油路7、淋油油路8、回油油路9的拐角 处均加工成圆角，可使循油油路与淋油油路的油阻再次降低约 5％～20％。

本发明的有益效果为：

本发明中的循油油路多次并联分流，使得油路流阻较低，有效减 小了油泵功率，降低了对航空发动机功率的提取；

淋油油路和风扇的组合结构使得喷出的油更高效的接触到电机 的发热源(绕组、铁心)，风扇随电机轴转动时可以对淋油油路喷出 的油进行加速，从而提高了油的对流换热系数；

其次由于风扇转动时起到的搅油作用，可以使油更均匀的分布在 电机腔体空间，从而提高了油与电机部件的接触面积；

强化膜覆盖位置即为淋油油路喷洒部位，此处开设有多个通透孔， 便于更多的油通过，可以减少风扇叶片对油的遮挡；

由于电机两端风扇的对吹作用，会增加进入电机气隙内的油量， 对电机轴向中间位置的部件也会有冷却作用。

综上所述，该结构不仅提高了使原有的淋油冷却效果进一步提升， 还降低了局部热点，提高了整体冷却效果；

油在重力作用下流入位于电机底部的回油油路，回油油路相对于 出油口两端对称、流阻相等，防止因回油油路流阻差异造成的电机腔 体内的积油无法回收，从而杜绝了转子搅油现象的发生。

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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.具有双向淋油结构的油冷电机，包括：定子、转子、空心轴、风扇、循油油路、淋油油路、回油油路；转子内壁和空心轴外壁固定连接，定子安装在转子外侧，定子和转子之间有空隙，其特征在于，循油油路安装在定子外围，循油油路的出口连接淋油油路的进油口，所述油冷电机的底部设置回油油路；

空心轴上对称安装两个风扇，风扇风向朝向转子，淋油油路的出油口设置在风扇前方；

所述油冷电机的截面为轴对称图形，所述截面的对称轴穿过循油油路的进油口和回油油路的出油口。

2.根据权利要求1所述的具有双向淋油结构的油冷电机，其特征在于，所述循油油路包括进油口、循油管路、循油油路出口；

循油管路由若干圆环形管路并联组成，循油管路顶端设置进油口，以进油口为入口，循油管路分为两路，分开的两路循油管路在圆环形的底部再分为两路，形成共四条支路；

以进油口所在的圆环油路作为分界面，所述四条支路中，位于同一侧的两条汇合并连接循油油路出口。

3.根据权利要求1所述的具有双向淋油结构的油冷电机，其特征在于，所述循油油路、淋油油路、回油油路的拐角处均为倒角。

4.根据权利要求1所述的具有双向淋油结构的油冷电机，其特征在于，所述风扇通过柔性桨毂与所述空心轴过盈配合。

5.根据权利要求1所述的具有双向淋油结构的油冷电机，其特征在于，所述风扇的叶片表面覆盖强化膜，所述强化膜采用凯夫拉或碳纤维材料，所述强化膜覆盖位置开设有多个通透孔。

6.根据权利要求1所述的具有双向淋油结构的油冷电机，其特征在于，所述风扇叶片的宽度与半径成正比，所述柔性桨毂的半径也与叶片半径成正比。

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