CN114204754A - 直接液冷铁芯和绕组的散热结构、外转子电机及飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，包括外转子、铁芯和定子，所述铁芯套装在所述定子的外圆周面上；还包括上端盖、下端盖和外壳，所述上端盖安装在所述定子上端，所述上端盖上设有用于供冷却液流入且进行冷却液分配的进液通道，所述下端盖安装在所述定子下端，所述下端盖上设有用于收集冷却液且供冷却液流出的出液通道，所述外壳套设在所述铁芯和绕组外圆周面。本发明铁芯和绕组完全浸没在冷却液中，冷却液直接冷却铁芯和绕组，带走电机工作时铁芯和绕组产生的热量，这样的冷却方式散热接触面积大、热阻低，冷却效率高，从而有效降低电机工作时的温度。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构、外转子电机及飞行器。
背景技术
电动飞行器以电能作为推进系统的全部或部分能源，是“第三航空”时代的重要标志。它将开启航空领域新一轮创新与变革热潮，推动绿色航空发展，将对世界航空业产生革命性的影响。在电动飞行器中，电机是动力系统的关键部分，决定了飞行器的可靠性。
电机运行过程中会发热，主要热源为铁芯产生的铁耗和绕组产生的铜耗，影响最大是绕组产生的铜耗。通常，电机的性能取决于电机散热能力，为了提高电机的功率密度，通常会对电机采用液冷散热方案。
现有的外转子电机液冷采用的普遍方案是在定子上开腔体或流道，冷却液在定子腔体或流道内流动，冷却液体与定子进行换热，其缺点是热量需先传递到定子上，再由冷却液体将热量带走，但是绕组尤其是远离腔体或流道的外层绕组以及外层铁芯齿部的热量很难传导出去，这种方案的换热效率存在瓶颈，会造成定子特别是绕组的局部温度过高，限制了电机的输出功率，严重时可能损坏电机，造成安全事故。
因此，研究开发一种换热效率较高且不影响电机性能的电机液冷技术方案，对本领域技术进步很有意义。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构、外转子电机及飞行器，铁芯和绕组完全浸没在冷却液中，冷却液直接冷却铁芯和绕组，带走电机工作时铁芯和绕组产生的热量，这样的冷却方式散热接触面积大、热阻低，冷却效率高，从而有效降低电机工作时的温度。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，包括外转子、铁芯和定子，所述铁芯套装在所述定子的外圆周面上；还包括上端盖、下端盖和外壳，所述上端盖安装在所述定子上端，所述上端盖上设有用于供冷却液流入且进行冷却液分配的进液通道，所述下端盖安装在所述定子下端，所述下端盖上设有用于收集冷却液且供冷却液流出的出液通道，所述外壳套设在所述铁芯和绕组外圆周面上。
优选的，所述进液通道包括入流口和设置在所述上端盖下端面的环形分液槽，所述环形分液槽与所述入流口相互连通，所述环形分液槽上设有均匀分布的圆形通孔。
优选的，所述入流口沿着所述上端盖的径向设置。
优选的，所述出液通道包括出流口和设置在所述下端盖上端面的环形集液槽，所述出流口与所述环形集液槽相互连通。
优选的，所述环形集液槽呈倒锥形。
优选的，所述出流口设置在所述环形集液槽的最低面。
优选的，还包括上吸附板，所述上吸附板设置在上端盖上部，所述上吸附板上端部设置中等空隙的上海绵板，所述上海绵板末端与外转子间接触配合。
优选的，还包括下吸附板，所述下吸附板设置在下端盖下部，所述下吸附板下端部设置中等空隙的下海绵板，所述下海绵板末端与外转子间接触配合。
本发明还公开了一种外转子电机，包括上述所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构。
本发明还公开了一种飞行器，包括如上述所述的外转子电机。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、绕组和铁芯完全浸没在冷却液中，冷却液直接冷却铁芯和绕组，带走工作时产生的热量，这样的冷却方式散热接触面积大、热阻低，冷却效率高，从而有效降低电机工作温度。
2、铁芯和绕组被包覆在冷却通道内，整个冷却通道可以起到隔离外部、保护铁芯和绕组的作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的爆炸结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是图2的C-C剖视图；
图4是上端盖的立体结构示意图；
图5是下端盖和下吸附板的立体结构示意图。
附图标注：1、外转子，2、上吸附板，3、上海绵板，4、上端盖，5、外壳，6、铁芯，7、环形集液槽，8、下端盖，9、下海绵板，10、定子，11、出流口，12、入流口，13、圆形通孔，14、环形分液槽，15、下吸附板，16、绕组。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
本发明的具体实施例如图1-5所示，一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，包括外转子1、铁芯6和定子10，所述铁芯6套装在所述定子10的外圆周面上；还包括上端盖4、下端盖8和外壳5，所述上端盖4安装在所述定子10上端，所述上端盖4上设有用于供冷却液流入且进行冷却液分配的进液通道，所述下端盖8安装在所述定子10下端，所述下端盖8上设有用于收集冷却液且供冷却液流出的出液通道，所述外壳5套设在所述铁芯6和绕组16外圆周面上。
需要说明的是，本发明中的冷却液可以是纯净水，也可以是其他工业上的常用牌号的冷却液。
其中，定子的外圆周与上端盖、外壳、下端盖依次连接， 将铁芯和绕组包覆起来，形成冷却液流动通道，冷却液在冷却液流动通道内流动，铁芯和绕组完全浸没在冷却液中，冷却液直接冷却铁芯和绕组，带走电机工作时铁芯和绕组产生的热量，这样的冷却方式散热接触面积大、热阻低，冷却效率高，从而有效降低电机工作时的温度。
具体的，上端盖与定子的上端面和外壳的上端面连接，在连接端面处设置密封槽，在密封槽内安装密封圈保证连接处密封性能。
其中，外壳为超薄碳纤维缠绕的旋转壳体，包围铁芯和绕组的外圆周面上。
在本实施例中，所述进液通道包括入流口12和设置在所述上端盖4下端面的环形分液槽14，所述环形分液槽14与所述入流口12相互连通，所述环形分液槽14上设有均匀分布的圆形通孔13。冷却液通过圆形通孔后均匀喷洒在绕组和铁芯上，增大了接触面积，有效带走绕组和铁芯产生的热量。
进一步的，所述入流口12沿着所述上端盖4的径向设置。径向设置的入流口能够产生湍流，增强冷却液与绕组的换热效果。
其中，入流口和出流口的数量可以根据需要设置，可以是1个，也可以是2个或者更多个。
在本实施例中，所述出液通道包括出流口11和设置在所述下端盖8上端面的环形集液槽7，所述出流口11与所述环形集液槽7相互连通。
进一步的，所述环形集液槽7呈倒锥形，有利于冷却液的收集和循环流动。
进一步的，所述出流口11设置在所述环形集液槽7的最低面，有利于减小冷却液流出阻力，节约能耗。
在本实施例中，还包括上吸附板2，所述上吸附板2设置在上端盖4上部，所述上吸附板2上端部设置中等空隙的上海绵板3，所述上海绵板3末端与外转子1之间接触配合，能够进一步防止磁性颗粒或异物进入电机内部。
在本实施例中，还包括下吸附板15，所述下吸附板15设置在下端盖8下部，所述下吸附板15下端部设置中等空隙的下海绵板9，所述下海绵板9末端与外转子1之间接触配合，能够进一步防止磁性颗粒或异物进入电机内部。
需要说明的是，上吸附板和下吸附板均采用磁化材料制成，用于吸附进入电机内部的磁性颗粒或异物。
本发明还公开了一种外转子电机，包括如上述任意一项所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构。
本发明还公开了一种飞行器，包括如上述所述的外转子电机。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，包括外转子（1）、铁芯（6）和定子（10），所述铁芯（6）套装在所述定子（10）的外圆周面上；其特征在于：还包括上端盖（4）、下端盖（8）和外壳（5），所述上端盖（4）安装在所述定子（10）上端，所述上端盖（4）上设有用于供冷却液流入且进行冷却液分配的进液通道，所述下端盖（8）安装在所述定子（10）下端，所述下端盖（8）上设有用于收集冷却液且供冷却液流出的出液通道，所述外壳（5）套设在所述铁芯（6）和绕组（16）外圆周面上。
2.根据权利要求1所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：所述进液通道包括入流口（12）和设置在所述上端盖（4）下端面的环形分液槽（14），所述环形分液槽（14）与所述入流口（12）相互连通，所述环形分液槽（14）上设有均匀分布的圆形通孔（13）。
3.根据权利要求2所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：所述入流口（12）沿着所述上端盖（4）的径向设置。
4.根据权利要求1所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：所述出液通道包括出流口（11）和设置在所述下端盖（8）上端面的环形集液槽（7），所述出流口（11）与所述环形集液槽（7）相互连通。
5.根据权利要求4所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：所述环形集液槽（7）呈倒锥形。
6.根据权利要求4所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：所述出流口（11）设置在所述环形集液槽（7）的最低面。
7.根据权利要求1所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：还包括上吸附板（2），所述上吸附板（2）设置在上端盖（4）上部，所述上吸附板（2）上端部设置中等空隙的上海绵板（3），所述上海绵板（3）末端与外转子（1）之间接触配合。
8.根据权利要求1所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构，其特征在于：还包括下吸附板（15），所述下吸附板（15）设置在下端盖（8）下部，所述下吸附板（15）下端部设置中等空隙的下海绵板（9），所述下海绵板（9）末端与外转子（1）之间接触配合。
9.一种外转子电机，其特征在于：包括如权利要求1-8任意一项所述的一种直接液冷铁芯和绕组的散热结构。
10.一种飞行器，其特征在于：包括如权利要求9所述的外转子电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Manufacturing Center, Building D, No. 888, Tianxiang North Avenue, Nanchang High-tech Industrial Development Zone, Nanchang City, Jiangxi Province 330000 Patentee after: Nanchang Sanrui Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 33 # 1, Nanchang Jiahai Industrial Park, No. 2799 Tianxiang Avenue, High tech Industrial Development Zone, Nanchang City, Jiangxi Province, 330000 Patentee before: Nanchang SanRui Intelligent Technology Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |