CN211046686U - 自带风扇散热的外转子电机和平流层飞艇 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自带风扇散热的外转子电机，包括内定子组件、外转子组件、内定子固定装置和外转子支撑装置；所述外转子组件包括永磁铁块、外转子、进风口风扇和出风口风扇，进风口风扇和出风口风扇分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、进风口风扇和出风口风扇形成腔室，并将内定子组件包围；进风口风扇与外转子支撑装置连接；永磁铁块设置在内定子组件相对应的外转子上；外转子绕着内定子组件旋转使电机工作，气流从进风口风扇进入腔室，从出风口风扇离开腔室，由此形成强迫空气对流，降低平流层上电机内部的温度，提升电机在平流层环境下持续工作的适应性。

Description

自带风扇散热的外转子电机和平流层飞艇

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体涉及平流层飞艇中的外转子电机。

背景技术

平流层飞艇在平流层环境下由于空气稀薄，致使空气的流动散热效果较差。传统电机散热的方法通常需要增加一个风机和一个风道来提高空气流动散热效率。但是在平流层飞艇中使用传统电机散热的方法会增加重量和能耗，还会提升系统的复杂性。

目前在研制的平流层飞艇推进电机多采用永磁铁内转子方式，并且在密闭的电机定子腔内热量也没有冷却质通过，这种电机热传导方式使永磁铁受热后热量积蓄且不容易导出。当永磁铁的最高温度超过其能承受的温度范围后，将退磁使电机失去动力。

因此，平流层飞艇使用的推进系统的电动机散热是一个亟待解决的问题。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在的平流层飞艇推进电机散热性能不佳的问题，本实用新型提供一种自带风扇散热的外转子电机，包括内定子组件、外转子组件、内定子固定装置和外转子支撑装置；

所述外转子组件包括永磁铁块、外转子、进风口风扇和出风口风扇，进风口风扇和出风口风扇分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、进风口风扇和出风口风扇形成腔室，并将内定子组件包围；进风口风扇与外转子支撑装置连接；永磁铁块设置在内定子组件相对应的外转子上；

外转子绕着内定子组件旋转使电机工作，气流从进风口风扇进入腔室，从出风口风扇离开腔室。

进一步的，所述内定子组件包括内定子和设置在内定子上的内定子齿槽绕组。

进一步的，所述内定子固定装置包括内定子轴固定支撑架、内定子轴和内定子轴轴承，内定子轴穿过出风口风扇的中心处，并连接内定子轴固定支撑架和内定子组件；内定子轴轴承设置在内定子轴上，并固定在出风口风扇上。

更进一步的，所述内定子轴轴承采用向心推力轴承。向心推力轴承能够同时承受范围较大的径向力和轴向力，适用于需要轴向力的飞艇电机上。内定子轴轴承的内圈与内定子轴固定连接，外圈与出风口风扇固定连接，电机转动时，内定子轴轴承内圈与内定子轴固定不动，内定子轴轴承外圈随出风口风扇转动。

进一步的，所述外转子支撑装置包括外转子轴固定支撑架、外转子轴和外转子轴轴承，外转子轴固定在进风口风扇的中心处，用于连接进风口风扇和外转子轴固定支撑架，外转子轴轴承设置在外转子轴上并固定在外转子轴固定支撑架上。

更进一步的，所述外转子轴轴承采用向心推力轴承。向心推力轴承能够同时承受范围较大的径向力和轴向力，适用于需要轴向力的飞艇电机上。外转子轴轴承的内圈与外转子轴固定连接，外圈与外转子轴固定支撑架固定连接，电机转动时，外转子轴轴承内圈与外转子轴随进风口风扇转动，外转子轴轴承外圈与外转子轴固定支撑架固定不动。

更进一步的，所述进风口风扇和外转子轴一体成型。

进一步的，所述进风口风扇采用带有桨叶的风扇。

更进一步的，所述进风口风扇包括外圈扇叶、中圈加强筋和内圈扇叶；中圈加强筋设置在外圈扇叶和内圈扇叶之间。

进一步的，所述出风口风扇采用带有桨叶的风扇。

更进一步的，所述出风口风扇包括外圈扇叶、中圈加强筋、内圈扇叶、内圈加强筋和轴孔；所述轴孔设置在出风口风扇中心处，用于让内定子固定装置穿过轴孔固定内定子组件；内圈加强筋设置在内圈扇叶和轴孔之间，中圈加强筋设置在外圈扇叶和内圈扇叶之间。

进一步的，所述永磁铁块采用钕铁硼永磁铁块或钐钴永磁铁块。

更进一步的，所述永磁铁块采用钐钴永磁铁块。

钕铁硼永磁铁块的最高工作温度是150℃，最大磁能积是260BH_max/(kj/m²)。虽然钐钴永磁铁块的最大磁能积比钕铁硼永磁铁块的小，为200BH_max/(kj/m²)，但是钐钴永磁铁块的最高工作温度为300℃，采用钐钴永磁铁块可以使电机在更恶劣的热环境条件下工作。

本实用新型还提供一种平流层飞艇，所述飞艇包括所述自带风扇散热的外转子电机。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用永磁电机转子外置的方式，将转子作为外转子便于永磁铁块的散热，另外将支撑电机外转子的两侧盖板改为带有桨叶的风扇，使风扇随着电机外转子的转动，进风口风扇吸进冷空气，外转子和风扇形成的腔体内的热空气随着空气的流动经过出风口风扇排出。采用外转子方式冷却永磁铁块，并在外转子和风扇形成的腔内通过转子两侧的风扇进行强制风冷，促使电机内温度降到电机的正常工作温度，极大地改善了外转子内腔和内定子电磁绕组的热环境，起到通风散热的作用。

同时，采用钐钴永磁铁块能够提高永磁铁块材料的最高工作温度，使电机可以在更恶劣的热环境条件下工作。

本实用新型在对外转子永磁电机改进后，显著提高了电机在平流层环境下持续工作的适应性，杜绝了因在平流层环境下工作电机内部永磁铁块的高热引起的退磁失力现象。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是外转子电机的结构示意图；

图2是进风口风扇的结构示意图；

图3是出风口风扇的结构示意图；

其中，1—内定子轴固定支撑架，2—内定子轴，3—内定子轴轴承，4—出风口风扇，5—内定子齿槽绕组，6—永磁铁块，7—外转子，8—外转子轴固定支撑架，9—外转子轴，10—外转子轴轴承，11—进风口风扇，12—内定子，13—外圈扇叶，14—轴孔，15—中圈加强筋，16—内圈扇叶，17—内圈加强筋，18—外圈扇叶，19—中圈加强筋，20—内圈扇叶，W1—冷空气，W2—热空气。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"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"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

作为本实用新型的第一种实施方式，展示了一种自带风扇散热的外转子电机，包括：内定子组件、外转子组件、内定子固定装置和外转子支撑装置。

如图1所示，内定子组件包括内定子12和设置在内定子12上的内定子齿槽绕组5。

如图1所示，外转子组件包括永磁铁块6、外转子7、进风口风扇11和出风口风扇4，进风口风扇11和出风口风扇4分别固定在外转子4沿轴向方向的两端，外转子7、进风口风扇11和出风口风扇4形成腔室，并将内定子12和内定子齿槽绕组5包围；永磁铁块6设置在内定子齿槽绕组5相对应的外转子7的内表面上，永磁铁块6可以采用钕铁硼永磁铁块或钐钴永磁铁块，优选钐钴永磁铁块，钐钴永磁铁块的最高工作温度为300℃。

如图2所示，进风口风扇11为带有桨叶的风扇，具体结构包括外圈扇叶18、中圈加强筋19和内圈扇叶20，中圈加强筋19设置在外圈扇叶18和内圈扇叶20之间，用于增强进风口风扇11的机械强度和刚度。

如图3所示，出风口风扇4为带有桨叶的风扇，具体结构包括外圈扇叶13、中圈加强筋15、内圈扇叶16、内圈加强筋17和轴孔14。轴孔14设置在出风口风扇4的中心处，内定子组件的内定子轴2穿过轴孔14固定内定子12，内定子轴2上的内定子轴轴承3的外圈与轴孔14固定。内圈加强筋17设置在内圈扇叶16和轴孔14之间，中圈加强筋15设置在外圈扇叶13和内圈扇叶16之间，内圈加强筋17和中圈加强筋15均用于增强出风口风扇4的机械强度和刚度。

如图1所示，内定子固定装置用于固定内定子组件，包括内定子轴固定支撑架1、内定子轴2和内定子轴轴承3，内定子轴2穿过出风口风扇4的中心处的轴孔14，并连接内定子轴固定支撑架1和内定子12，内定子轴轴承3采用向心推力轴承，内定子轴轴承3的内圈固定在内定子轴2上，内定子轴轴承3的外圈与出风口风扇4的轴孔14固定。

如图1所示，外转子支撑装置用于支撑外转子组件的旋转，包括外转子轴固定支撑架8、外转子轴9和外转子轴轴承10，外转子轴9固定在进风口风扇11的中心处，连接进风口风扇11和外转子轴固定支撑架8，外转子轴9和进风口风扇11可以一体成型也可以为可拆卸连接，外转子轴轴承10采用向心推力轴承，外转子轴轴承10的内圈固定在外转子轴9上，外转子轴轴承10的外圈固定在外转子轴固定支撑架8上。

在永磁铁块6和内定子齿槽组件5的作用下，内定子12在内定子轴2和内定子轴固定支撑架1的作用下固定不动，外转子7绕着内定子12转动，并带动出风口风扇4、进风口风扇11和外转子轴9转动。进风口风扇11转动吸进冷空气W1，冷空气W1进入外转子7、进风口风扇11和出风口风扇4形成的腔室内冷却永磁铁块6、内定子12和内定子齿槽绕组5，形成热空气W2；热空气W2由出风口风扇4排出腔室，由此形成强排风冷却的空气流动方式。将外转子7两侧设置成进风口风扇11和出风口风扇4，显著提高了电机在平流层环境下持续工作的适应性，杜绝了因在平流层环境下工作电机内部永磁铁块的高热引起的退磁失力现象。

作为本实用新型的第二种实施方式，展示了一种平流层飞艇，包括第一种实施方式的自带风扇散热的外转子电机。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，包括：内定子组件、外转子组件、内定子固定装置和外转子支撑装置；

所述外转子组件包括永磁铁块、外转子、进风口风扇和出风口风扇，进风口风扇和出风口风扇分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、进风口风扇和出风口风扇形成腔室，并将内定子组件包围；进风口风扇与外转子支撑装置连接；永磁铁块设置在与内定子组件相对应的外转子上；

外转子绕着内定子组件旋转使电机工作，气流从进风口风扇进入腔室，从出风口风扇离开腔室。

2.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述内定子组件包括内定子和设置在内定子上的内定子齿槽绕组。

3.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述内定子固定装置包括内定子轴固定支撑架、内定子轴和内定子轴轴承，内定子轴穿过出风口风扇的中心处并连接内定子轴固定支撑架和内定子组件，内定子轴轴承设置在内定子轴上，并固定在出风口风扇上。

4.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述外转子支撑装置包括外转子轴固定支撑架、外转子轴和外转子轴轴承，外转子轴固定在进风口风扇的中心处，用于连接进风口风扇和外转子轴固定支撑架，外转子轴轴承设置在外转子轴上并固定在外转子轴固定支撑架上。

5.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述进风口风扇采用带有桨叶的风扇。

6.根据权利要求5所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述进风口风扇包括外圈扇叶、中圈加强筋和内圈扇叶；中圈加强筋设置在外圈扇叶和内圈扇叶之间。

7.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述出风口风扇采用带有桨叶的风扇。

8.根据权利要求7所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述出风口风扇包括外圈扇叶、中圈加强筋、内圈扇叶、内圈加强筋和轴孔；轴孔设置在出风口风扇中心处；内圈加强筋设置在内圈扇叶和轴孔之间，中圈加强筋设置在外圈扇叶和内圈扇叶之间。

9.根据权利要求1所述的自带风扇散热的外转子电机，其特征在于，所述永磁铁块采用钕铁硼永磁铁块或钐钴永磁铁块。

10.一种平流层飞艇，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项的自带风扇散热的外转子电机。

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