CN114244020B - 一种高功率密度的风冷航空永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本申请属于电机设计领域，特别涉及一种高功率密度的风冷航空永磁电机。该电机包括转子、定子及壳体，所述永磁电机内部位于转子轴上设置有同轴的轴流风扇(1)，轴流风扇(1)的根部与所述定子(2)之间设置有导流板(3)，定子(2)的外环面上设置有多个沿定子轴向延伸的条形凸起(21)，相邻条形凸起(21)之间形成风道。本申请简化了电机冷却系统，提高冷却效率；同等冷却条件下，能够降低永磁电机温升10℃，提高永磁电机功率密度10％以上。

Description

一种高功率密度的风冷航空永磁电机
技术领域
本申请属于电机设计领域，特别涉及一种高功率密度的风冷航空永磁电机。
背景技术
永磁电机具有功率密度高、效率高的特点，比较适合应用于航空领域。目前数十千瓦量级的永磁电机采用液冷、机壳散热筋冷却或者内置离心风扇冷却结构。采用液冷结构的永磁电机需要外置液冷泵和液冷散热器，这降低了系统的功率密度，且在一些中小型飞机上不具备提供液冷的条件，所以液冷永磁电机不适合应用于中小型混合动力飞机上；机壳采用散热筋的永磁电机，在电机散热的过程中，热量需要从绕组传递至定子，再传递至机壳，这增加了散热路径上的热阻，不利于永磁电机散热；采用内置离心风扇冷却不能够对永磁电机的定子有效冷却。
现有的永磁电机散热结构，存在如下缺点：
1)液冷散热需外置辅助散热装置，降低了系统功率密度；
2)机壳散热筋散热，热阻大，散热能力差；
3)内置离心风扇散热，不能有效对电机定子冷却；
因此需要设计一种有效的航空永磁电机散热结构，提高系统功率密度和散热能力，使永磁电机应用于中小型混合动力飞机上。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高功率密度的风冷航空永磁电机，增加永磁电机定子的散热面积，提高冷却空气的利用率，从而提升永磁电机的功率密度，为永磁电机应用于中小型电推进飞机创造条件。
本申请高功率密度的风冷航空永磁电机，包括转子、定子及壳体，所述永磁电机内部位于转子轴上设置有同轴的轴流风扇，轴流风扇的根部与所述定子之间设置有导流板，定子的外环面上设置有多个沿定子轴向延伸的条形凸起，相邻条形凸起之间形成风道。
优选的是，所述轴流风扇安装在永磁电机的尾部。
优选的是，所述定子的前端设置有环形的扰流板，扰流板的外壁面固定在永磁电机的壳体内壁上，扰流板靠近定子一侧的内壁面的内径较大，扰流板远离定子一侧的内壁面的内径较小，从而将定子的风道处的气流向永磁电机的轴线方向引导。
优选的是，所述导流板为筒状结构，所述筒状结构具有位于轴流风扇根部的第一端，以及位于定子处的第二端，所述筒状结构的第一端套接在永磁电机的转轴上，所述筒状结构的第二端搭接在定子的绕组处。
优选的是，所述导流板的外壁面沿筒状结构的轴向方向呈弧形线延伸。
优选的是，所述导流板的第一端通过轴承安装在永磁电机的转轴上。
优选的是，所述导流板的第一端固定在轴流风扇的转环上。
优选的是，所述定子的内壁面上还设置有绕组凸起，定子外壁面上的条形凸起与定子内壁面上的绕组凸起沿定子周向方向间隔分布。
本申请能够有效利用吸入电机内部的冷却空气对永磁电机的绕组、定子铁心和护套进行有效冷却。
附图说明
图1是本申请高功率密度的风冷航空永磁电机的结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的定子结构示意图。
图3是本申请图1所示实施例的立体图。
其中，1-轴流风扇，2-定子，21-条形凸起，22-绕组凸起，3-导流板，4-扰流板。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种高功率密度的风冷航空永磁电机，如图1-图3所示，包括转子、定子及壳体，其中，所述永磁电机内部位于转子轴上设置有同轴的轴流风扇1，轴流风扇1的根部与所述定子2之间设置有导流板3，定子2的外环面上设置有多个沿定子轴向延伸的条形凸起21，相邻条形凸起21之间形成风道。
本申请电机的定子硅钢片外缘开轴向通风槽，增加定子散热表面积55％以上，有效提高定子散热能力，定子横截面图2所示。
在一些可选实施方式中，所述轴流风扇1安装在永磁电机的尾部，提高冷却流量，降低冷却系统复杂程度。
在一些可选实施方式中，所述定子2的前端设置有环形的扰流板4，扰流板4的外壁面固定在永磁电机的壳体内壁上，扰流板4靠近定子2一侧的内壁面的内径较大，扰流板4远离定子2一侧的内壁面的内径较小，从而将定子2的风道处的气流向永磁电机的轴线方向引导。
在一些可选实施方式中，所述导流板3为筒状结构，所述筒状结构具有位于轴流风扇根部的第一端，以及位于定子2处的第二端，所述筒状结构的第一端套接在永磁电机的转轴上，所述筒状结构的第二端搭接在定子的绕组处。
本实施例中，电机定子前端安装扰流板，引导定子外缘风道的冷却空气再次吹向绕组，加强绕组的冷却。
在一些可选实施方式中，所述导流板3的外壁面沿筒状结构的轴向方向呈弧形线延伸。参考图1及图3，轴流风扇前端安装锥形导流板，使进入电机内部的空气进入到定转子间隙中和定子外缘风道中，降低电机冷却风阻。
在一些可选实施方式中，所述导流板3的第一端通过轴承安装在永磁电机的转轴上。导流板3可以通过与定子的连接来实现固定，也可以设置为转动件，例如将导流板3的第一端固定在轴流风扇1的转环上，使其随风扇一同转动，备选实施方式中，扰流板的外壁面上可以设置旋转风道，对风扇形成的冷却气流进行旋流。
在一些可选实施方式中，如图2所示，所述定子的内壁面上还设置有绕组凸起22，定子外壁面上的条形凸起21与定子内壁面上的绕组凸起22沿定子周向方向间隔分布，从而提高定子的结构强度。
本申请能够有效利用吸入电机内部的冷却空气对永磁电机的绕组、定子铁心和护套进行有效冷却，冷却空气流通路径见图1，采用此冷却结构的永磁电机，简化了电机冷却系统，提高冷却效率；同等冷却条件下，能够降低永磁电机温升10℃，提高永磁电机功率密度10％以上。
本申请在一款混合动力电推进飞机永磁发电机应用试验，试验结果表明，其能够将航空风冷发电机的功率密度提升至3kW/kg以上，永磁发电机铁心、绕组、护套、永磁体的温升得到了有效控制，提上了发电机的综合性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高功率密度的风冷航空永磁电机，包括转子、定子及壳体，其特征在于，所述永磁电机内部位于转子轴上设置有同轴的轴流风扇（1），轴流风扇（1）的根部与所述定子（2）之间设置有导流板（3），定子（2）的外环面上设置有多个沿定子轴向延伸的条形凸起（21），相邻条形凸起（21）之间形成风道；
其中，所述轴流风扇（1）安装在永磁电机的尾部；所述定子（2）的前端设置有环形的扰流板（4），扰流板（4）的外壁面固定在永磁电机的壳体内壁上，扰流板（4）靠近定子（2）一侧的内壁面的内径较大，扰流板（4）远离定子（2）一侧的内壁面的内径较小，从而将定子（2）的风道处的气流向永磁电机的轴线方向引导；所述导流板（3）为筒状结构，所述筒状结构具有位于轴流风扇根部的第一端，以及位于定子（2）处的第二端，所述筒状结构的第一端套接在永磁电机的转轴上，所述筒状结构的第二端搭接在定子的绕组处。
2.如权利要求1所述的高功率密度的风冷航空永磁电机，其特征在于，所述导流板（3）的外壁面沿筒状结构的轴向方向呈弧形线延伸。
3.如权利要求1所述的高功率密度的风冷航空永磁电机，其特征在于，所述导流板（3）的第一端通过轴承安装在永磁电机的转轴上。
4.如权利要求1所述的高功率密度的风冷航空永磁电机，其特征在于，所述导流板（3）的第一端固定在轴流风扇（1）的转环上。
5.如权利要求1所述的高功率密度的风冷航空永磁电机，其特征在于，所述定子的内壁面上还设置有绕组凸起（22），定子外壁面上的条形凸起（21）与定子内壁面上的绕组凸起（22）沿定子周向方向间隔分布。
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