CN110752689A - 散热片式外转子电机和平流层飞艇 - Google Patents

散热片式外转子电机和平流层飞艇 Download PDF

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Abstract

本发明涉及飞艇的散热领域，提供一种散热片式外转子电机和平流层飞艇，所述散热片式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外转子、设置在外转子内表面上的永磁铁块、第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和第二盖板分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、第一盖板和第二盖板形成腔室，并将内定子组件包围；第一盖板与外转子支撑装置连接；所述外转子的外表面设置成散热片形状，或所述外转子组件还包括散热片，所述散热片固定在外转子的外表面；内定子固定装置与内定子组件连接。本发明通过增大外转子外表面的面积，利于永磁铁块的热量向外空深冷处辐射，防止永磁铁块的退磁失效。

Description

散热片式外转子电机和平流层飞艇
技术领域
本发明涉及电机散热领域，具体涉及平流层飞艇的电机装置。
背景技术
平流层飞艇在平流层环境下飞行，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，但因此增加了重量和能耗，提升了***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，这种电机的内转子永磁铁受热后热量积蓄在密闭的电机定子腔内，很不容易导出，造成内转子的温度高。而烧结钕铁硼永磁铁的最高工作温度是150℃，当钕铁硼永磁铁的最高温度超过150℃后将退磁使电机失去动力。
平流层飞艇推进***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发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在的平流层飞艇电机散热的问题，本发明的目的是提供一种散热片式外转子电机，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外转子、设置在外转子内表面上的永磁铁块、第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和第二盖板分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、第一盖板和第二盖板形成腔室，并将内定子组件包围；第一盖板与外转子支撑装置连接；所述外转子的外表面设置成散热片形状，或所述外转子组件还包括散热片，所述散热片固定在外转子的外表面；
内定子固定装置与内定子组件连接。
本发明提供的散热片式外转子电机，将外转子的外表面的对外辐射面积增大，永磁铁块直接通过外转子的外表面将热量向外空深冷处辐射，提升永磁铁块的散热效率。
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，内定子轴穿过第二盖板的中心处，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，并固定在第二盖板上。
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，电动机转动时，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第二盖板转动。
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，外转子轴固定在第一盖板的中心处，连接第一盖板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。
更近一步的，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第一盖板转动，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，所述第一盖板和外转子轴一体成型。
进一步的，所述第一盖板和第二盖板均为带有桨叶的风扇，第一盖板和第二盖板随外转子转动形成固定方向的气流，所述气流通过第一盖板进入腔室，并通过第二盖板排出腔室。将外转子的两个盖板设置为带有桨叶的风扇形式，两个盖板随着电机外转子的转动，一面吸进冷却空气，另一面排出腔室内的热空气，使空气强迫对流，起到了散热的作用。
进一步的，所述第一盖板包括外圈扇叶、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。中圈加强筋用于增强第一盖板的机械强度和刚度。
进一步的，所述第二盖板包括外圈扇叶、中圈加强筋、内圈扇叶、内圈加强筋和轴孔；轴孔设置在第二盖板中心处；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。内圈加强筋和中圈加强筋用于增强第二盖板的机械强度和刚度。
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大磁能积为260BHmax/(kj/m2)，但是其最高工作温度只有150℃；采用钐钴永磁铁块虽然最大磁能积降到200BHmax/(kj/m2)，但是其最高工作温度可达到300℃，使电机可以在更恶劣的环境条件下工作。
本发明还提供一种平流层飞艇，包括所述的散热片式外转子电机。
本发明的有益效果是：
本发明针对处于外空深冷环境的平流层飞艇的电机，将电机的外转子外表面设置成散热片形状或在外转子的外表面设置散热片，增大了外转子向外空间热辐射的面积，有利于外转子上的永磁铁块的散热，防止永磁铁块的退磁。
本发明还将外转子两侧的盖板设置成风扇，对外转子内腔和内定子电磁绕组进行强迫空气冷却，极大地改善了外转子内腔和内定子电磁绕组的热环境，有利于外转子上的永磁铁块的散热。
本发明采用钐钴材料的永磁铁块，能够承受更高的最高工作温度，达到300℃，使电机可以在更恶劣的热环境条件下工作。
本发明经过上述的改进，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
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是第一种实施方式散热片式外转子电机的结构示意图；
图2是第一种实施方式外转子7的纵向剖视图，其中仅示出与其下部对称的上部结构；
图3是第一盖板11的结构示意图；
图4是第二盖板4的结构示意图；
图5是第二种实施方式的散热片式外转子电机的结构示意图；
图6是第二种实施方式的外转子7和散热片13的纵向剖视图，其中仅示出与其下部对称的上部结构；
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—第二盖板，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—第一盖板，12—内定子，13—散热片，14—外圈扇叶，15—轴孔，16—中圈加强筋，17—内圈扇叶，18—内圈加强筋，19—外圈扇叶，20—中圈加强筋，21—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，在不脱离本发明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。
在本发明的描述中，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"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发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明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发明，并不用于限定本发明。
作为本发明的第一种实施方式，展示了一种散热片式外转子电机，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和固定在内定子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、第一盖板11和第二盖板4，第一盖板11和第二盖板4分别固定在外转子7沿轴向方向的两端，外转子7、第一盖板11和第二盖板4形成腔室，并将内定子12和内定子齿槽绕组5包围。由图2可以看出，外转子7的外表面设置成散热片形状，其中阴影部分表示外转子7的剖面，从剖面上可以看到外转子7的外表面为散热片的形状。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℃。
作为优选的实施方式，如图3所示，第一盖板11为带有桨叶的风扇，具体结构包括外圈扇叶19、中圈加强筋20和内圈扇叶21，中圈加强筋20设置在外圈扇叶19和内圈扇叶21之间，用于增强第一盖板11的机械强度和刚度。如图4所示，第二盖板4为带有桨叶的风扇，具体结构包括外圈扇叶14、中圈加强筋16、内圈扇叶17、内圈加强筋18和轴孔15；轴孔15设置在第二盖板4的中心处，内定子固定装置的内定子轴2穿过轴孔15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15固定；内圈加强筋18设置在内圈扇叶17和轴孔15之间，中圈加强筋16设置在外圈扇叶14和内圈扇叶17之间，内圈加强筋18和中圈加强筋16均用于增强第二盖板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穿过第二盖板4的中心处的轴孔15，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的外圈与第二盖板4的轴孔15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固定在第一盖板11的中心处，连接第一盖板11和外转子轴固定支撑架8，外转子轴9和第一盖板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，并带动第一盖板11、第二盖板4和外转子轴9转动。外转子7转动的过程中永磁铁块6和内定子齿槽绕组5产生热量，永磁铁块6将热量传输给外转子7，外转子7的外表面为散热片形状，使热量能够迅速辐射向外空深冷处。同时，第一盖板11在转动的过程中吸进冷空气W1，冷空气W1进入外转子7、第一盖板11和第二盖板4形成的腔室，冷却永磁铁块6、内定子12和内定子齿槽绕组5，热量交换后冷空气W1形成热空气W2；热空气W2由第二盖板4排出腔室，由此形成强排风冷却的空气流动方式。通过上述的方式，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。
作为本发明的第二种实施方式，展示了一种散热片式外转子电机，第二种实施方式的外转子电机的结构与第一种实施方式的基本相同，不同的地方是：如图5所示，散热片式外转子电机还包括外转子7的外表面上固定的散热片13。如图6所示，外转子7为筒状结构,图中向左倾斜的阴影部分表示外转子7的剖面；散热片13为筒式散热器，筒式散热器为圆筒状，图中向右倾斜的阴影部分表示散热片13的剖面，散热器13的内圈直接套设在外转子7的外圈上，相比于第一种实施方式直接将外转子7的外表面加工成散热片形状的工艺，采用筒式散热器能够降低加工难度。散热片13增大了外转子7外表面的面积，永磁铁块6在转动的过程中发热，热量通过外转子7传递到散热片13，散热片13将热量辐射到外空深处。
作为本发明的第三种实施方式，展示了一种平流层飞艇，所述平流层飞艇包括第一种实施方式或第二种实施方式的散热片式外转子电机。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种散热片式外转子电机，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外转子、设置在外转子内表面上的永磁铁块、第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和第二盖板分别固定在外转子沿轴向方向的两端，外转子、第一盖板和第二盖板形成腔室，并将内定子组件包围；第一盖板与外转子支撑装置连接；所述外转子外表面设置成散热片形状，或所述外转子组件还包括散热片，所述散热片固定在外转子的外表面；
内定子固定装置与内定子组件连接。
2.根据权利要求1所述的散热片式外转子电机，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所述的散热片式外转子电机，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，内定子轴穿过第二盖板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，并固定在第二盖板上。
4.根据权利要求3所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述内定子轴轴承采用向心推力轴承。
5.根据权利要求1所述的散热片式外转子电机，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，外转子轴固定在第一盖板的中心处，连接第一盖板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。
6.根据权利要求5所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述外转子轴轴承采用向心推力轴承。
7.根据权利要求5所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述第一盖板和外转子轴一体成型。
8.根据权利要求1所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述第一盖板和第二盖板均为带有桨叶的风扇，第一盖板和第二盖板随外转子转动形成固定方向的气流，所述气流从第一盖板进入腔室，并通过第二盖板排出腔室。
9.根据权利要求8所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述第一盖板包括外圈扇叶、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。
10.根据权利要求8所述的散热片式外转子电机，其特征在于，所述第二盖板包括外圈扇叶、中圈加强筋、内圈扇叶、内圈加强筋和轴孔；轴孔设置在第二盖板中心处；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。
11.根据权利要求1所述的散热片式外转子电机，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。
12.一种平流层飞艇，其特征在于，包括权利要求1-11中任一项的散热片式外转子电机。
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