CN116914991A - 一种双定子永磁电机的内定子冷却结构及双定子永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于双定子永磁电机领域，具体涉及一种双定子永磁电机的内定子冷却结构及双定子永磁电机，包括：设置在内定子铁芯内侧的至少一个的热管；热管包括蒸发段和冷凝段，冷凝段连接在蒸发段一端，蒸发段沿着内定子铁芯的轴线进行延伸，蒸发段与内定子铁芯的内侧贴合；冷凝段的外表面与双定子永磁电机的外界连通；热管管壳内壁的毛细吸液芯中装载有液体工质；通过内定子利用热管的蒸发段插入到内定子铁芯中，能直接高效地吸收内定子铁芯及其绕组产生的热量，蒸发段嵌入到端盖中，在不增加电机体积的情况下显著加强内定子的冷却效果。
Description
技术领域
本发明属于双定子永磁电机领域，具体涉及一种双定子永磁电机的内定子冷却结构及双定子永磁电机。
背景技术
航空领域对高可靠高功率密度的驱动电机有迫切需求，双定子永磁电机因在传统转子内部增加了一个内定子，不仅增加了电机的功率密度，同时由于内定子绕组7可以作为冗余绕组，因此还可提升电机的可靠性。
然而，电机损耗主要由定子产生，内定子的引入不可避免地会使电机内部损耗大幅增加，而内定子的冷却通常十分困难，因此内定子的温度一般远高于外定子。考虑定子绝缘材料的温升限制，内定子的有效冷却是制约双定子电机发挥高功率优势的关键。
目前，液冷是高功率密度电机广泛采用的一种冷却方式，主要通过冷却液直接或间接与热源接触来达到散热目的。但这种冷却方式一方面因需要水箱、水泵、冷却水管等附加部件，使电机在飞机中的安装位置受到很大限制，另一方面内定子的空间很小，很难在其中设置冷却液通道。
热管冷却由于具有良好的冷却效果，并且不需要水箱、水泵等附加装置，安装灵活，近些年在特殊工况的电机冷却中受到了很大关注。传统上，将热管的蒸发段直接插入到电机定子等热源内部，冷凝段伸出至机壳外部，热管中的热蒸汽在冷凝段与周围冷空气等换热而散出热量。为增加换热面积，热管在机壳外部的冷凝段很长，导致电机外形尺寸很大，因此难以应用在航空等对体积、重量等要求十分苛刻的工况。
发明内容
针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种双定子永磁电机的内定子冷却结构及双定子永磁电机，利用热管与双定子永磁电机本身的结构有效结合，达到在不增加双定子永磁电机体积的情况下良好冷却内定子，促进电机提升功率密度。
第一方面，本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双定子永磁电机的内定子冷却结构，包括：设置在内定子铁芯内侧的至少一个的热管；
热管包括蒸发段和冷凝段，冷凝段连接在蒸发段一端，蒸发段沿着内定子铁芯的轴线进行延伸，蒸发段与内定子铁芯的内侧贴合；
冷凝段的外表面与双定子永磁电机的外界连通。
在一些公开中，当热管为多个，多个热管之间呈与内定子铁芯同轴并且沿着内定子铁芯内侧周向分布。
在一些公开中，蒸发段和/或冷凝段的截面为矩形。
在一些公开中，冷凝段外侧连接有散热翅片，散热翅片至少为一个；优选地，
当散热翅片为多个，多个散热翅片之间并排布置。
在一些公开中，热管的管壳内壁附着有毛细吸液芯，毛细吸液芯装载有液体工质；优选地，
液体工质为丙酮，甲醇或者水。
第二方面，本公开的目的可以通过以下技术方案实现：
一种双定子永磁电机，包括第一方面的内定子冷却结构，还包括后端盖，后端盖上开设置有沿着电机轴向方向内延伸的凸台，凸台上开设有第一凹槽，第一凹槽与热管一一对应，热管的蒸发段与对应的第一凹槽配合。
在一些公开中，内定子铁芯的内侧开设有第二凹槽，第二凹槽与露出第一凹槽的热管的蒸发段配合。
在一些公开中，后端盖上开设有第三凹槽，热管的冷凝段卡合在第三凹槽内。
在一些公开中，散热翅片从第三凹槽内伸出至后端盖外侧。
在一些公开中，热管与内定子铁芯、后端盖之间接触间隙中填充有导热胶。
本公开的有益效果：
(1)本发明所述的内定子利用热管的蒸发段插入到内定子铁芯中，能直接高效地吸收内定子铁芯及其绕组产生的热量，蒸发段嵌入到端盖中，一方面电机的轴向结构非常紧凑，另一方面由于蒸发段与端盖充分接触，因此温度较低、面积较大的端盖也起到热管的散热翅片作用；而传统的双定子永磁电机，大部分内定子铁芯及绕组产生的热量只能通过端盖热传递散出，而金属的导热系数远远低于热管，因此本发明可以降低内定子温升；
(2)传统热管通常为直线型结构，采用热管冷却时会导致电机轴向长度很大，而本发明与双定子电机结构有效结合，几乎不影响电机的轴向尺寸，可以在不增加电机体积的情况下显著加强内定子的冷却效果，降低温升，有利于提高电机的功率密度；
(3)本发明热管还具有键槽固定时键的作用，能够固定内定子，防止工作时内定子因受电磁力作用而发生圆周方向的窜动。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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他的附图。
图1为本发明的双定子永磁电机的结构图；
图2为图1的横向截面图；
图3为后端盖的结构图；
图4为热管嵌入后端盖的结构图；
图5为热管的结构图；
图6为图5的纵向剖面图；
图7为热管工作原理的示意图；
图中：1、机座，2、外定子铁芯，3、外定子绕组，4、转轴，5、杯型永磁转子组件，6、内定子铁芯，60、第二凹槽，7、内定子绕组，8、热管，81、热管的蒸发段，82、热管的冷凝段，83、散热翅片，84、管壳，85、毛细吸液芯，9、前端盖，10、后端盖，101、第三凹槽，11、前轴承，12、后轴承，13、凸台，130、第一凹槽。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一：
如图1至图7所示，公开了一种双定子永磁电机的内定子冷却结构，包括：设置在内定子铁芯6内侧的至少一个的热管8；热管8包括蒸发段81和冷凝段82，冷凝段82连接在蒸发段81一端，蒸发段81沿着内定子铁芯6的轴线进行延伸，蒸发段81与内定子铁芯6的内侧贴合；冷凝段82的外表面与双定子永磁电机的外界连通。
在本申请中，将热管的蒸发段81与内定子铁芯6内侧进行贴合，此时热管的蒸发段81由于与内定子铁芯6之间存在接触，通过热传导，热管的蒸发段81将吸收内定子铁芯6的热量。
热管8的管壳84内壁附着有毛细吸液芯85，毛细吸液芯85装载有液体工质；利用热管的毛细吸液芯85内的液体工质吸收内定子铁芯6的热量形成热蒸汽，热蒸汽流入至热管的冷凝段82，热管的冷凝段82与外部自然对流的冷空气之间充分换热，从而使热管8中的热蒸汽冷凝成液体，回流至蒸发段81，达到冷却内定子的目的；除此之外，与热管的冷凝段82接触的后端盖10具有较低的温度，也有助于使热管8中的热蒸汽冷凝成液体，加强冷却效果。
液体工质实际中可根据需要进行选择，可选用丙酮、甲醇或者水。
同时将热管的蒸发段81设置成与内定子铁芯6的轴线进行延伸的方式，优先地，可选择将热管的蒸发段81从内定子铁芯6的一端延伸至内定子铁芯6的另一端，此时热管的蒸发段81与内定子铁芯6接触长度相对增大，故进一步提高其对内定子铁芯6的冷却能力，更进一步降低内定子铁芯6及其内定子绕组7产生的温升。
当然针对于热管8可以为多个，如多个热管8之间呈与内定子铁芯6同轴并且沿着内定子铁芯6内侧周向分布；此时利用多个热管8的共同作用，进行对对内定子铁芯6的冷却，进一步降低内定子铁芯6及其绕组产生的温升。
当然针对于一些环境下，如将蒸发段81和/或冷凝段82的截面为矩形，由于矩形截面的热管的蒸发段81与内定子铁芯6的接触面积很大，因此能直接高效地吸收内定子铁芯6及其绕组产生的热量。
当然有时为了更近一步提高热管的冷凝段82的冷凝效果，冷凝段82外侧连接有散热翅片83，散热翅片83至少为一个；优选地，当散热翅片83为多个，多个散热翅片83之间并排布置；热管8的散热翅片83由于具有较大的表面积，因此可以保证热管的冷凝段82与外部自然对流的冷空气之间充分换热，从而使热管8中的热蒸汽冷凝成液体，回流至蒸发段81，达到冷却内定子的目的；针对于散热翅片83现有一般材质为散热性较好的金属材质，如铜等。
实施例二：
如图1至图6所示，公开了一种双定子永磁电机，包括实施例一的内定子冷却结构，还包括后端盖10，后端盖10上设置有沿着电机轴向方向内延伸的凸台13，凸台13上开设有第一凹槽130，第一凹槽130与热管8一一对应，热管的蒸发段81与对应的第一凹槽130配合。
在本申请中，利用凸台13将热管8进行保持固定，此时使得内定子冷却结构与后端盖10之间保持相对稳定状态，故保证了在双定子永磁电机工作时，内定子冷却结构的稳定性，如利用内定子冷却结构对内定子进行散热。
当然在一些案例中，可将内定子铁芯6的内侧开设有第二凹槽60，第二凹槽60与露出第一凹槽130的热管的蒸发段81配合；此时，内定子铁芯6的第二凹槽60与第一凹槽130之间形成了矩形键槽，热管的蒸发段81与矩形键槽配合，此时热管的蒸发段81起到了键的作用，可以固定内定子，防止工作时内定子因受电磁力作用而发生圆周方向的窜动。
当然在一些案例中，后端盖10上开设有第三凹槽101，热管的冷凝段82卡合在第三凹槽101内；散热翅片83从第三凹槽101内伸出至后端盖10外侧；此时后端盖10可以对热管的冷凝段82其到固定作用，同时，散热翅片83从第三凹槽101内伸出至后端盖10外侧与外界空气接触，提高热管8的降温。
当然在一些案例中，热管8与内定子铁芯6、后端盖10之间接触间隙中填充有导热胶，利用在间隙中还填充有导热胶，提高热管8与内定子铁芯6、后端盖10相互间的传热效果；
转轴4与前端盖9、后端盖10之间分别由前轴承11及后轴承12支撑。杯型永磁转子组件5套装在转轴4上，安装在内定子、外定子之间。
装配时，外定子绕组3嵌放在外定子铁芯2的槽中，构成外定子，外定子安装在机座1中，机座1的两端还装配有前端盖9、后端盖10，内定子绕组7嵌放在内定子铁芯6的槽中，构成内定子，多个热管8嵌入在后端盖10中辐射分布的第一凹槽130中，并且散热翅片83露在电机的后端盖10外部，内定子铁芯6安装在热管8及后端盖10的凸台13的外侧，内定子铁芯6、热管8及后端盖10的端面平齐。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。
Claims (10)
1.一种双定子永磁电机的内定子冷却结构，其特征在于，包括：设置在内定子铁芯(6)内侧的至少一个的热管(8)；
热管(8)包括蒸发段(81)和冷凝段(82)，冷凝段(82)连接在蒸发段(81)一端，蒸发段(81)沿着内定子铁芯(6)的轴线进行延伸，蒸发段(81)与内定子铁芯(6)的内侧贴合；
冷凝段(82)的外表面与双定子永磁电机的外界连通。
2.根据权利要求1所述的内定子冷却结构，其特征在于，当热管(8)为多个，多个热管(8)之间呈与内定子铁芯(6)同轴并且沿着内定子铁芯(6)内侧周向分布。
3.根据权利要求1所述的内定子冷却结构，其特征在于，蒸发段(81)和/或冷凝段(82)的截面为矩形。
4.根据权利要求1所述的内定子冷却结构，其特征在于，冷凝段(82)外侧连接有散热翅片(83)，散热翅片(83)至少为一个；优选地，
当散热翅片(83)为多个，多个散热翅片(83)之间并排布置。
5.根据权利要求1所述的内定子冷却结构，其特征在于，热管(8)的管壳(84)内壁附着有毛细吸液芯(85)，毛细吸液芯(85)装载有液体工质；优选地，
液体工质为丙酮，甲醇或者水。
6.一种双定子永磁电机，包括权利要求1-5任一所述的内定子冷却结构，还包括后端盖(10)，其特征在于，后端盖(10)上设置有沿着电机轴向方向内延伸的凸台(13)，凸台(13)上开设有第一凹槽(130)，第一凹槽(130)与热管(8)一一对应，热管的蒸发段(81)与对应的第一凹槽(130)配合。
7.根据权利要求6所述的双定子永磁电机，其特征在于，内定子铁芯(6)的内侧开设有第二凹槽(60)，第二凹槽(60)与露出第一凹槽(130)的热管的蒸发段(81)配合。
8.根据权利要求6所述的双定子永磁电机，其特征在于，后端盖(10)上开设有第三凹槽(101)，热管的冷凝段(82)卡合在第三凹槽(101)内。
9.根据权利要求8所述的双定子永磁电机，其特征在于，散热翅片(83)从第三凹槽(101)内伸出至后端盖(10)外侧。
10.根据权利要求6所述的双定子永磁电机，其特征在于，热管(8)与内定子铁芯(6)、后端盖(10)之间接触间隙中填充有导热胶。
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