CN117937814A - 一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法，涉及航空三级式发电机技术领域，本发明中，定子电枢绕组采用空心导线，内部可以通油直接冷却；不同定子槽之间的空心导线通过油电分离接头焊接在一起，实现不同定子槽导线之间电路上的连接；空心导线内的冷却油通过油电分离接头由导油软管引出，连接进油盘和回油盘，实现油路上的连接；正常工作时滑油在外部压力作用下从进油盘流入，通过空心导线，再从回油盘流出，从而带走电枢绕组产生的热量。本发明实现了完整的空心导线油路结构，冷却介质与电枢绕组直接接触，可以实现定子电枢绕组的高效散热，有利于提高电机的功率密度。

Description

一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法

技术领域

本发明涉及航空三级式发电机技术领域，尤其涉及一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法。

背景技术

航空三级式发电机作为飞机主电源在航空领域得到了广泛的应用，其基本结构包括：主电机、励磁机、永磁励磁机、旋转整流器。航空三级式发电机的主体部分是主电机，它是一台电励磁同步电机，用于对外输出功率。为了减轻重量、提高功率密度，航空发电机具有高电负荷和高磁负荷的特性，因此其损耗和发热问题十分突出，必须具有良好的冷却系统。

对于功率较小的航空发电机，可以采用风冷方式，包括：自通风冷却、强迫通风冷却以及自通风和强迫通风组合冷却。对于大功率的发电机，风冷已不能满足散热需求，通常采用油冷方式。油冷电机设计有专门的油路，油路中通入飞机冷却油，通过冷却油来带走电机发热部位的热量。一般采用定子循油+转子喷油的组合方式进行冷却，定子壳体内设计有螺旋形油道，转子轴为空心轴、且沿圆周方向开有喷油孔。

但是随着混合电推进飞机的发展，机载用电量大幅提升，需要功率更大、功率密度更高的航空发电机，因此也就需要更加高效冷却方式。这其中，如何改进适合于高功率密度航空内冷式发电机的冷却方式，成为了需要进行深入研究的课题。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法，能够在提高功率密度的同时实现高效的冷却效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，包括：

所述电枢绕组冷却装置集成在所述航空内冷式发电机中，所述电枢绕组冷却装置包括：定子铁心(1)、空心导线(2)、油电分离接头(3)、导油软管(4)、进油盘(6)和回油盘(7)；进油盘(6)和回油盘(7)分别安装在定子铁心(1)的两侧，进油盘(6)和回油盘(7)分别对应一侧的油电分离接头(3)；进油盘(6)通过进油盘(6)一侧的导油软管(4)连接了进油盘(6)对应的油电分离接头(3)，进油盘(6)对应的油电分离接头(3)连接空心导线(2)的进油端；空心导线(2)的出油端连接了回油盘(7)对应的油电分离接头(3)，回油盘(7)对应的油电分离接头(3)通过回油盘(7)一侧的导油软管(4)连接回油盘(7)；进油盘(6)和回油盘(7)都采用具有内部空腔的盘状结构，进油盘(6)开设有进油口(61)，回油盘(7)开设有回油口(71)，进油口(61)与回油口(71)在圆周方向上相差180°。

其中，冷却油在外部油泵压力下从进油口(61)进入，充满进油盘(6)，从通油口(62)流出，通过导油软管(4)进入油电分离接头(3)，再流入空心导线(2)，流入空心导线(2)的冷却油带走热量，从另一端的油电分离接头(3)、导油软管(4)流出，从通油口(72)流入回油盘(7)，最后从回油口(71)流出。每根空心导线(2)油路都是并联连接。

具体的，进油盘(6)上还开设有进油盘的通油口(62)，回油盘(7)上还开设有进油盘的通油口(72)；油电分离接头(3)的圆形开口(32)、进油盘的通油口(62)、回油盘的通油口(72)上都通过螺纹安装有油路接头(5)；导油软管(4)的端部设置有连接螺母(41)，导油软管(4)通过连接螺母(41)和油路接头(5)相连，实现油电分离接头(3)、进油盘(6)、回油盘(7)在油路上的连接。

具体的，油电分离接头(3)的圆形开口(32)的内壁具有螺纹，用于连接导油软管(4)，以便于空心导线(2)内的冷却油通入油电分离接头(3)后从圆形开口(32)处流入导油软管(4)。导油软管(4)的两端都设有连接螺母(41)，连接螺母(41)为中空结构且内壁具有螺纹，导油软管(4)中部的管身(42)采用耐高温且耐腐蚀的聚四氟乙烯材质；油路接头(5)为通孔结构，通孔的两头都刻有螺纹，通过外围螺纹与其他部件进行连接，同时内部可以通过冷却油。

进一步的，进油盘(6)的侧壁开有一个进油口(61)，进油口(61)为圆形；在一侧轴向上开设有通油口(62)，通油口(62)的数量与定子铁心(1)槽数相同；每个通油口(62)的内壁具有螺纹。回油盘(7)的侧壁开有一个回油口(71)，回油口(71)为矩形；在一侧轴向上开设有通油口(72)，通油口(72)的数量与定子铁心(1)槽数相同；每个通油口(72)的内壁具有螺纹。

具体的，所述航空内冷式发电机的电枢绕组为双层整数槽绕组，其中，空心导线(2)放置在定子铁心(1)的导线槽内，每个导线槽内放置上下两根空心导线(2)，空心导线(2)为扁线，空心导线(2)内通有冷却油。

所述电枢绕组为波绕组，空心导线(2)在端部进行一定角度的扭转，一个极下的空心导线(2)跨过极距与下一极的对应导线通过油电分离接头(3)连接；油电分离接头(3)的材质为铜，具有导电性，内部为空心结构，外部涂有绝缘层。各个空心导线(2)的油路之间形成并联。其中，在油电分离接头(3)上开设有轴向和径向两个方向的开口，其中，在径向上开设圆形开口(32)，在轴向上开有上下两个矩形开口(31)，每个矩形开口(31)的尺寸都与空心导线(2)相匹配，空心导线(2)从矩形开口(31)处插入油电分离接头(3)内部，并通过焊接与油电分离接头(3)的内壁固定连接，两根空心导线(2)可以通过导电的油电分离接头(3)实现电路上的连接。

第二方面，本发明的实施例提供的应用在所述电枢绕组冷却装置上的电枢绕组冷却方法，包括：

油路正常工作时，通过外部压力将冷却油从进油口(61)泵入并充满进油盘(6)，其中，可以通过外部设置的油泵提供外部压力将冷却油从进油口(61)泵入并充满进油盘(6)；

从通油口(62)流出的冷却油通过导油软管(4)进入油电分离接头(3)，再流入空心导线(2)，以便于流入空心导线(2)的冷却油带走热量；

冷却油通过空心导线(2)的另一端的油电分离接头(3)经过导油软管(4)流出，之后再从通油口(72)流入回油盘(7)，最后从回油口(71)流出。

本发明实施例提供的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法，采用了空心导线作为电枢绕组，空心导线外壁为铜，通有电枢电流，空心导线的空腔内通有冷却介质如冷却油，冷却介质与电枢绕组直接接触，通过完整的空心导线冷却油路和合理设计的油压，冷却油在油路内以一定速度流动，从而带走电枢绕组产生的热量，可以实现电枢绕组的高效冷却。与现有技术相比，本方案的电枢绕组采用特制的空心导线，空心导线的空腔内部可以通入冷却油，电枢绕组可以与冷却介质直接接触，从结构层面上实现了直接热传递，冷却效果好；并且，本方案采用轴向进油设计，从电机轴向一端进油、另一端回油，所有空心导线的油路均为并联，每条油路的长度短、流阻低，所需的油压低，冷却效果好。

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是本发明实施例提供的航空内冷式发电机电枢绕组冷却系统正面图；

图2是本发明实施例提供的航空内冷式发电机电枢绕组冷却系统背面图；

图3是本发明实施例提供的定子截面图；

图4是本发明实施例提供的空心导线在定子内的放置位置；

图5是本发明实施例提供的相邻两匝空心导线连接方式示意图；

图6是本发明实施例提供的油电分离接头的结构图；

图7是本发明实施例提供的导油软管的结构图；

图8是本发明实施例提供的油路接头的结构图；

图9是本发明实施例提供的进油盘的正面图；

图10是本发明实施例提供的进油盘的背面图；

图11是本发明实施例提供的回油盘的正面图；

图12是本发明实施例提供的回油盘的背面图。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例提供一种航空内冷式发电机电枢绕组冷却方法，如图1、2，整个冷却系统包括：定子铁心(1)、空心导线(2)、油电分离接头(3)、导油软管(4)、油路接头(5)、进油盘(6)、回油盘(7)。

如图3，定子铁心(1)槽数为48，电枢绕组为双层整数槽绕组，电枢绕组采用特制的空心导线(2)，空心导线形状为矩形，内部开孔形状也为矩形。每个定子铁心(1)槽内放置有上下两根空心导线(2)，空心导线内部通入冷却油，空心导线(2)在定子铁心(1)槽内的放置方式如图4。

电枢绕组为波绕组，节距为6，每根导体的端部都弯折一定角度，与下一极的对应导线通过油电分离接头(3)连接，如图4、5。

如图6，油电分离接头(3)的材质为铜，具有导电性，内部为空心结构，外部涂有绝缘层。油电分离接头(3)具有轴向和径向两个方向的开口。在轴向上开有上下两个矩形开口(31)，开口尺寸与空心导线(2)相匹配，空心导线(2)从矩形开口(31)处插入油电分离接头(3)内部，并通过焊接，与油电分离接头(3)外壁连接，两根空心导线(2)可以通过油电分离接头(3)实现电路上的连接。

如图6，油电分离接头(3)在径向上开有圆形开口(32)，圆形开口(32)内壁具有螺纹，用以连接导油软管(4)，空心导线(2)内的冷却油通入油电分离接头(3)后从圆形开口(32)处流入导油软管(4)。

如图7，导油软管(4)的两端设有连接螺母(41)，连接螺母(41)为中空结构且内壁具有螺纹，导油软管(4)中部的管身(42)为耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯材质。

如图8，油路接头(5)为一通孔，孔的两头都刻有螺纹，可以通过外围螺纹与其他部件进行连接，同时内部可以通过冷却油。

如图1、9、10，进油盘(6)是具有内部空腔的盘状结构，在侧壁开有一进油口(61)，在一侧轴向上开有和定子铁心(1)槽数相同的通油口(62)，通油口(62)内壁具有螺纹。进油盘(6)安装在定子铁心(1)的端部。

如图2、11、12，回油盘(7)安装在定子铁心(1)端部的另一侧，其结构与进油盘(6)基本相同，开有回油口(71)、通油口(72)。回油口(71)的位置与进油口(61)在圆周方向上相差180°，且回油口(71)形状为矩形。

油电分离接头(3)的圆形开口(32)、进油盘(6)的通油口(62)、回油盘(7)的通油口(72)上都通过螺纹安装有油路接头(5)。导油软管(4)通过其端部的连接螺母(41)和油路接头(5)相连，实现油电分离接头(3)、进油盘(6)、回油盘(7)在油路上的连接。

油路正常工作时，冷却油在外部压力下从进油口(61)进入，充满进油盘(6)，从通油口(62)流出，通过导油软管(4)进入油电分离接头(3)，再流入空心导线(2)，流入空心导线(2)的冷却油带走热量，从另一端的油电分离接头(3)、导油软管(4)流出，从通油口(72)流入回油盘(7)，最后从回油口(71)流出。每根空心导线(2)油路都是并联连接。

本发明实施例提供的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置及方法，采用了空心导线作为电枢绕组，空心导线外壁为铜，通有电枢电流，空心导线的空腔内通有冷却介质如冷却油，冷却介质与电枢绕组直接接触，通过完整的空心导线冷却油路和合理设计的油压，冷却油在油路内以一定速度流动，从而带走电枢绕组产生的热量，可以实现电枢绕组的高效冷却。与现有技术相比，本方案的电枢绕组采用特制的空心导线，空心导线的空腔内部可以通入冷却油，电枢绕组可以与冷却介质直接接触，从结构层面上实现了直接热传递，冷却效果好；并且，本方案采用轴向进油设计，从电机轴向一端进油、另一端回油，所有空心导线的油路均为并联，每条油路的长度短、流阻低，所需的油压低，冷却效果好；同时还改进了一种特殊的油电分离接头，可以实现并联的空心导线油路的连接，同时又实现了不同空心导线电路上的连接，在电机端部实现了油路、电路的连接完整，同时又将油路、电路进行分离；油路各部件都通过特殊设计的油路接头进行连接，保证了油路具有良好的密封性，降低了冷却油泄露的风险。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。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 (10)

1.一种用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，所述电枢绕组冷却装置集成在所述航空内冷式发电机中，所述电枢绕组冷却装置包括：定子铁心(1)、空心导线(2)、油电分离接头(3)、导油软管(4)、进油盘(6)和回油盘(7)；

进油盘(6)和回油盘(7)分别安装在定子铁心(1)的两侧，进油盘(6)和回油盘(7)分别对应一侧的油电分离接头(3)；

进油盘(6)通过进油盘(6)一侧的导油软管(4)连接了进油盘(6)对应的油电分离接头(3)，进油盘(6)对应的油电分离接头(3)连接空心导线(2)的进油端；

空心导线(2)的出油端连接了回油盘(7)对应的油电分离接头(3)，回油盘(7)对应的油电分离接头(3)通过回油盘(7)一侧的导油软管(4)连接回油盘(7)；

进油盘(6)和回油盘(7)都采用具有内部空腔的盘状结构，进油盘(6)开设有进油口(61)，回油盘(7)开设有回油口(71)，进油口(61)与回油口(71)在圆周方向上相差180°。

2.根据权利要求1所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，进油盘(6)上还开设有进油盘的通油口(62)，回油盘(7)上还开设有回油盘的通油口(72)；

油电分离接头(3)的圆形开口(32)、进油盘的通油口(62)、回油盘的通油口(72)上都通过螺纹安装有油路接头(5)；

导油软管(4)的端部设置有连接螺母(41)，导油软管(4)通过连接螺母(41)和油路接头(5)相连。

3.根据权利要求2所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，油电分离接头(3)的圆形开口(32)的内壁具有螺纹，用于连接导油软管(4)，以便于空心导线(2)内的冷却油通入油电分离接头(3)后从圆形开口(32)处流入导油软管(4)。

4.根据权利要求2所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，导油软管(4)的两端都设有连接螺母(41)，连接螺母(41)为中空结构且内壁具有螺纹，导油软管(4)中部的管身(42)采用聚四氟乙烯材质；

油路接头(5)为通孔结构，通孔的两头都刻有螺纹。

5.根据权利要求2所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，进油盘(6)的侧壁开有一个进油口(61)，进油口(61)为圆形；

在一侧轴向上开设有通油口(62)，通油口(62)的数量与定子铁心(1)槽数相同；

每个通油口(62)的内壁具有螺纹。

6.根据权利要求5所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，回油盘(7)的侧壁开有一个回油口(71)，回油口(71)为矩形；

在一侧轴向上开设有通油口(72)，通油口(72)的数量与定子铁心(1)槽数相同；

每个通油口(72)的内壁具有螺纹。

7.根据权利要求1所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，所述航空内冷式发电机的电枢绕组为双层整数槽绕组，其中，空心导线(2)放置在定子铁心(1)的导线槽内，每个导线槽内放置上下两根空心导线(2)，空心导线(2)为扁线，空心导线(2)内通有冷却油。

8.根据权利要求1所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，所述电枢绕组为波绕组，空心导线(2)在端部扭转，一个极下的空心导线(2)跨过极距与下一极的对应导线通过油电分离接头(3)连接；

各个空心导线(2)的油路之间形成并联。

9.根据权利要求3所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，在油电分离接头(3)上开设有轴向和径向两个方向的开口，

其中，在径向上开设圆形开口(32)，在轴向上开有两个矩形开口(31)，每个矩形开口(31)的尺寸都与空心导线(2)相匹配，空心导线(2)从矩形开口(31)处插入油电分离接头(3)内部，并通过焊接与油电分离接头(3)的内壁固定连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的用于航空内冷式发电机的电枢绕组冷却装置，其特征在于，应用在所述电枢绕组冷却装置上的电枢绕组冷却方法，包括：

通过外部压力将冷却油从进油口(61)泵入并充满进油盘(6)；

从通油口(62)流出的冷却油通过导油软管(4)进入油电分离接头(3)，再流入空心导线(2)，以便于流入空心导线(2)的冷却油带走热量；

冷却油通过空心导线(2)的另一端的油电分离接头(3)经过导油软管(4)流出，之后再从通油口(72)流入回油盘(7)，最后从回油口(71)流出。