一种旋翼飞机用液体冷却的外转子永磁同步电机结构的制作方法

本发明涉及电机领域，特别涉及一种旋翼飞机用液体冷却的外转子永磁同步电机结构。

背景技术：

旋翼飞机机械结构相对简单，可以通过对多个螺旋桨的控制来控制飞机的飞行姿态，因此四旋翼飞机可用于搜救、航拍、侦查以及军事对抗等各种场合。且出于对环境的保护和噪音的限制，当前多旋翼无人机多为电动无人机。

因为外转子电机具有转矩密度高，能量密度高等优势，所以日前广泛应用于多旋翼无人机领域。随着社会对于无人机需求的提升，高能量密度的外转子电机优势明显，但其使用时间增长后具有电机温度过高的缺点，这带来了外转子盘式电机使用的局限性。

本发明针对当前外转子盘式电机面临的温度过高的问题提出了温度控制的解决方案，在外转子电机的定子结构中加入液冷却通道，实现了定子铁芯的流体换热，其优势在于将铁芯部分与冷却液充分接触，使之在电机小体积低耗能的前提下完成铁芯的散热，有效地将电机定子热量散出。

技术实现要素：

定子铁芯7由硅钢片堆叠而成，其内壁加工有能够与冷却液内管道配合的螺旋形水槽16，使定子铁芯5与冷却液直接接触，增强换热效率。冷却液内管道呈螺旋状，进水口11和排水口13均与电机支架连接。电机支架内部具有通孔能够实现冷却液的输入和导出。

电机支架确定了电机的安装位置，为电机外转子端盖提供了向上的支持力，为电机外转子提供了向下的支持力，固定了外转子的轴向位置。电机支架与定子铁芯和冷却液内管道固联，与无人机机身固联。

此外，本发明降低了外转子永磁同步电机冷却结构的复杂程度，减小液体冷却结构的体积和质量，提高了液体冷却的外转子永磁同步电机的功率密度。

附图说明

图1液体冷却的外转子永磁同步电机装配示意图；

图2液体冷却的外转子永磁同步电机装配爆炸图；

图3定子铁芯结构示意图；

图4冷却液内管道结构倒置示意图；

图5电机支架倒置结构图；

图6冷却液内管道与定子铁芯装配后倒置示意图；

图7液体冷却的外转子永磁同步电机结构剖面图；

图8液体冷却的外转子永磁同步电机结构剖面示意图；

图9液体冷却的外转子永磁同步电机使用状态图；

具体实施方式

本实施例中，上下方向为旋翼飞机的上下方向，即驱动部件相对于飞机机身方向为上方向。

一种旋翼飞机用液体冷却的外转子永磁同步电机结构，所述外转子永磁同步电机结构包括定子铁芯7、定子绕组、外转子总成和液冷系统；

图1和2所示，电机通过外转子端盖2固联驱动部件1；电机外转子端盖2与电机外转子3固联。

其中，外转子总成由电机外转子3、外转子端盖2和永磁体15组成，三者固联，永磁体10通过电机外转子3内表面的梯形槽内嵌在电机外转子内表面，为电机提供转速和转矩；电机外转子3和电机转子端盖2确定永磁体几何位置。

所述液冷系统包括定子铁芯7、冷却液内管道5和电机支架4。

图2和3所示，定子铁芯7内壁加工有第一螺旋形凹槽16，配合冷却液内管道5组成冷却液通道。优选地，所述定子铁芯7由硅钢片堆叠而成，所述螺旋形凹槽16在由硅钢片堆叠而成的定子铁芯7上使用铣加工完成。

为方便观察冷却液内管道5、电机支架4和定子铁芯7的底部结构，图4-5是倒置示意图。

图4所示，冷却液内管道5套设在电机支架4的四周，其外表面加工第二螺旋形凹槽12，所述冷却液内管道5的上下两个端口分别向电机中心方向引出冷却液内管道排水口13与冷却液内管道进水口11；所述冷却液内管道排水口13与冷却液内管道进水口11位于所述第二螺旋形凹槽12的两端。

图5和6所示，电机支架4加工有进水通孔14和排水通孔15，进水通孔14一端与冷却液内管道的进水口11密封连接，排水通孔15一端与冷却液内管道排水口13密封连接，电机支架上的进水通孔14和排水通孔15的另一端在电机支架内部贯通连通，以此实现冷却液流路。

图7所示，冷却液内管道5的第二螺旋形凹槽12的多个槽能够分别与定子铁芯7的第一螺旋形凹槽16的多个槽同心接触构成封闭完整的螺旋管道，实现冷却液与定子铁芯的固液接触和换热。

冷却液经水泵推动，由电机支架下端的进水通孔14输入后，从冷却液内管道的下端的进水口11沿螺旋管道从冷却液内管道上端排水口13，再流回电机支架上端的排水通孔15，从而将冷却液导出。

图7所示，电机支架4通过上轴承8与电机外转子端盖2转动连接，并向电机外转子端盖2提供向上的支持力；电机外转子3与下轴承6的外圈固定连接，并通过下轴承6转动套设在电机支架4下端，电机支架4下端通过下轴承6为电机外转子3提供向下的支持力，从而实现了电机支架4对电机外转子总成3的轴向定位。

图8所示，电机支架4与旋翼支架9固联，电机做功时，升力由电机传递给旋翼支架，再传递给机身10；旋翼支架与下轴承6的内圈下端面固联，实现轴承6的轴向定位；

图9所示，旋翼支架9与飞机的机身10固联。

本发明中外转子端盖2、外转子3、电机支架4、冷却液内管道5均可由铸造完成加工；电机冷却介质为液态乙二醇水溶液。

技术特征：

技术总结
本发明提出了一种旋翼飞机用液体冷却的外转子永磁同步电机结构，包括定子铁芯、定子绕组、永磁体、外转子总成、冷却液管道和电机支架；定子铁芯由硅钢片轴向堆叠而成，在其内表面加工螺旋凹槽，为冷却液提供通道；冷却液内管道外表面加工有凹槽，上下两端引出排水管和进水管，排水管两端均连接电机支架，外曲面与定子铁芯共同构成冷却液通路；电机支架中加工有两个通孔，供冷却液进入与排出，电机支架的上下两端与轴承接合确定外转子轴向位置；冷却液从电机支架下方的两个管道实现进出，流经定子铁芯内表面。本发明为高能量密度的外转子永磁同步电机提供了液体冷却方案。

技术研发人员：张承宁;李兆宗
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2019.02.28
技术公布日：2019.05.17