转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机

1.本发明涉及城市空中出租车、短途通勤用的纯电/混动飞机电机领域，具体涉及一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机。


背景技术：

2.传统的涵道风扇电机带动涵道风扇的旋转，产生的风只能冷却电机机壳表面，在重载、长续航工况下，对机壳表面的吹风往往只能带走有限的热量、冷却效果欠佳。
3.中国实用新型专利cn212435557u(一种共轴双输出盘式电机)设计了一种共轴双输出盘式电机，拥有两个电机，每个电机包含一个定子和一个转子。两个电机共用一根主轴支撑，部分抵消了双边的轴向力，利用对转螺旋桨产生的风对机壳冷却，在低转速、大负载工况，冷却效果欠佳；此外，转子背铁(20号钢)产生较大的涡流损耗，且气隙不平衡产生的轴向力作用到四个深沟球轴承，增大了轴承的轴向载荷和损耗。同时专利[1]仅仅依靠轴承的过盈安装来抵消转子带动螺旋桨产生的推力，未考虑转子失效从电机脱离的保护措施。
[0004]
中国实用新型专利cn208890536u(一种具有电机电调散热系统的涵道风扇)介绍了一种具有电机和电调散热系统的涵道风扇，其旋翼桨除了产生向下推力外，与电机散热风扇一起吹风分别对电机和电调的表面散热。该专利介绍的涵道风扇未指定风扇类型(可能是少翅片的轴流风机)和电机类型；拓扑采用单个电机与单个螺旋桨配置；电机散热风扇产生的气流仅仅也是通过电机和电调的表面散热。
[0005]
中国发明专利cn113978740b(航空用的双转子轮缘驱动型内外涵道式推进器)，设置了内外双转子轮缘电机，定子绕组内外层采用分离匝数的环形绕组，外转子极数大于内转子，得到外转子转速比内转子低，造成内外涵道流量流速不同，提高了涵道推进器的气动性能、电机效率和功率密度，降低了边界层吸附损耗。专利[3]电机类型是径向磁通的磁钢表贴式永磁电机或鼠笼式异步电机类。
[0006]
中国发明专利cn112383193b(一种内置集成双轴流风机的油冷轴向磁通电机)，基于双定子/单转子、转子磁钢表贴式拓扑方案，虽然解决了高功率密度高扭矩密度电机的散热问题，但未充分利用端盖端面的散热空间，而且双轴流风机的布置占用了轴承安装的空间。


技术实现要素：

[0007]
为了克服上述现有专利技术的缺点，本发明提出一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机，对转轴向磁通电机采用两组单定子/单转子拓扑，定子绕组采用环氧树脂塑封，定子铁芯使用压条压紧到端盖上，定子铁芯与端盖端面之间设计有径向通风槽道，端盖内侧设计有第一轴向通风口和第二轴向通风口。在每个转子的外圆周上设计一个轴流风机，在每个转子支撑框架上安装有涵道风扇，两个对转转子上的轴流风机提高了吸风排风的效果，提高了绕组端部、定子铁芯、磁钢表面的对流换热系数和换热效率，将定子、转子以及轴承产生热量快速的扩散到外界空气，实现了电机功率密度和扭矩密度
的提高。
[0008]
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为对转轴向磁通电机采用两组单定子/单转子拓扑，极槽配合采用18槽14极或18槽12极的分数槽集中绕组方案。
[0009]
进一步地，定子绕组采用环氧树脂塑封，定子铁芯使用压条压紧到端盖上，定子铁芯与端盖端面之间设计有径向通风槽道，端盖内侧设计有第一轴向通风孔和第二轴向通风孔。
[0010]
进一步地，在每个转子的外圆周上设计一个轴流风机，在每个转子支撑框架上安装有涵道风扇。转子支撑框架将多翅片式轴流风机、涵道风扇、径向分段磁钢、硅钢片径向叠压的转子背铁通过螺钉成一个转子整体。
[0011]
进一步地，对转轴向磁通电机两个转子的支撑采用四轴承支撑方案，在每一支撑端设计有推力球轴承(位置：内侧)和深沟球轴承(位置：外侧)，在深沟球轴承的外侧设计有挡板、圆螺母和编码器。
[0012]
进一步地，对转轴向磁通电机设计有正转的上层转子和反转的下层转子，在每个转子上设计有多翅片式轴流风机。上层转子的第一多翅片式轴流风机吸风进入电机内部，风路分成两条支路，一条支路经过上层气隙
→
端盖内侧的第一轴向通风孔
→
下层气隙；另一条支路经过定子绕组与端盖之间的第一外圆周通风通道
→
定子铁芯与端盖端面之间的第一径向通风槽道
→
端盖内侧的第二轴向通风孔
→
定子铁芯与端盖端面之间的第二径向通风槽道
→
定子绕组与端盖之间的第二外圆周通风通道，最后从下层转子的第二多翅片式轴流风机排风到外界空气中。
[0013]
本发明的有益效果：
[0014]
(1)气流从转子支撑框架顶部进风，在两个对转转子上的轴流风机吸风排风作用下，进入对转轴向磁通电机内部，提高了绕组端部、定子铁芯、磁钢表面的对流换热系数和换热效率，将定子、转子以及轴承产生热量快速的扩散到外界空气，实现了电机功率密度和扭矩密度的提高。同时气流并未进入产生推力的涵道风扇的流动路径产生不利影响。
[0015]
(2)转子支撑框架外圆周上集成轴流风机，位于端盖伸出的挡风罩内，起到小型涵道风扇的效果。改善了传统轴流风机安装到主轴占用空间的缺点，相对转子支撑框架内圆周集成轴流风机，改善了转子的刚性，提高的风扇的风量，降低了风噪，同时有效利用了转子外圆周的空间。
[0016]
(3)对转轴向磁通电机两个转子的支撑采用的四轴承支撑方案改善了轴承的受力，提高了轴承的寿命。深沟球轴承的外侧的挡板提高了两端转子的安全冗余。
附图说明
[0017]
图1为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机的总体结构图。
[0018]
图2为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机的总体爆炸图。
[0019]
图3为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机的剖面图。
[0020]
图4为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机的剖面图。
[0021]
其中，1为对转轴向磁通电机，2为上层涵道风扇，3为下层涵道风扇，4为电机支撑框架，5为涵道风罩，6为第一螺钉，7为第二螺钉，8为第三螺钉，9为第四螺钉，100为下层转子，101为第一轴流风扇，200为下层定子，300为上层定子，301为第五螺钉，400为上层转子，
401为第二轴流风扇，500为主轴及其支撑零件。a为上层气隙，b为第一外圆周通风通道，c为第一径向通风槽道，d为第一轴向通风孔，e为第二轴向通风孔，f为第二径向通风槽道，g为下层气隙，h为第二外圆周通风通道。
[0022]
图5为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机的轴侧图。
[0023]
图6为本发明集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机主轴及其支撑零件图。
[0024]
其中，500为主轴及其支撑零件，501为主轴，502a为第一推力球轴承，502b为第二推力球轴承，503a为第一深沟球轴承，503b为第二深沟球轴承，504a为第一挡板，504b为第二挡板，505a为第一圆螺母，505b为第二圆螺母，506a为第一编码器定子，506b为第二编码器定子，507a为第一编码器转子，507b为第二编码器转子。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明作详细描述。
[0026]
如图1，图2，图4所示，本发明的一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机1包含上层转子400、下层转子100、下层定子200、上层定子300和主轴及其支撑零件500。电机支撑框架4通过第一螺钉6和第二螺钉7，将下层定子200、上层定子300和涵道风罩5连接。上层涵道风扇2通过第三螺钉8固定到上层转子400；下层涵道风扇3通过第四螺钉9固定到下层转子100。下层转子100外圆周安装有第一轴流风扇101，上层转子400外圆周安装有第二轴流风扇401。
[0027]
如图3，图4，图5所示，对转的上层涵道风扇2和下层涵道风扇3产生垂直向下的气流，从而产生推力。对转的第一轴流风扇101和第二轴流风扇401是由多翅叶片组成的二级风扇系统，主要作用是增强对转轴向磁通电机1的对流换热能量、吸风排风效果。上层转子400的第二轴流风机401吸风进入电机内部，风路分成两条支路，一条支路经过上层气隙a
→
端盖内侧的第一轴向通风孔d
→
下层气隙g；另一条支路经过定子绕组与端盖之间的第一外圆周通风通道b
→
定子铁芯与端盖端面之间的第一径向通风槽道c
→
端盖内侧的第二轴向通风孔e
→
定子铁芯与端盖端面之间的第二径向通风槽道f
→
定子绕组与端盖之间的第二外圆周通风通道h，最后从下层转子100的第一轴流风机101排风到外界空气中。
[0028]
如图6所示，主轴及其支撑零件500与下层定子200和上层定子300通过第五螺钉301固定到一起。主轴及其支撑零件500的主轴501支撑第一推力球轴承502a、第二推力球轴承502b、第一深沟球轴承503a、第二深沟球轴承503b、第一挡板504a、第二挡板504b、第一圆螺母505a、第二圆螺母505b、第一编码器定子506a和第二编码器定子506b。第一推力球轴承502a和第二推力球轴承502b布置在内侧，第一挡板504a和第二挡板504b用于保护上层转子400和下层转子100，防止轴承失效甩出，提高的安全冗余性。第一圆螺母505a和第二圆螺母505b分别用于锁紧第一深沟球轴承503a和第二深沟球轴承503b，限制其轴向运动。第一编码器转子507a和第二编码器转子507b使用螺钉分别固定到上层转子400和下层转子100，主轴及其支撑零件500。
[0029]
进一步地，所述的转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机根据需要，其定子铁心和端盖装配形成的多支路的径向通油槽、结合挡油板，定子铁芯使用压条压紧到端盖上，可进一步扩展为转子带轴流风机且定子封闭油冷的对转轴向磁通电机方案。
[0030]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机，其特征在于：对转轴向磁通电机包括两组单定子、两组单转子和主轴及其支撑零件，极槽配合采用18槽14极或18槽12极的分数槽集中绕组方式；定子绕组采用环氧树脂塑封，定子铁芯使用压条压紧到端盖上，定子铁芯与端盖端面之间设置径向通风槽道，端盖内侧设计有第一轴向通风口和第二轴向通风口；在每个转子的外圆周上设置一个轴流风机，在每个转子支撑框架上安装涵道风扇；转子支撑框架将多翅片式轴流风机、涵道风扇、径向分段磁钢、硅钢片径向叠压的转子背铁通过螺钉成一个转子整体；对上层转子和下层转子的支撑采用四轴承支撑方式，在每一支撑端的内侧设置推力球轴承，外侧设置深沟球轴承，在深沟球轴承的外侧设计挡板、圆螺母和编码器。2.根据权利要求1所述的一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机，其特征在于：所述两组单转子为正转的上层转子和反转的下层转子，在每个转子上设置多翅片式轴流风机；上层转子的多翅片式轴流风机吸风进入对转轴向磁通电机内部，风路分成两条支路，一条支路经过上层气隙通过端盖内侧的第一轴向通风孔流至下层气隙；另一条支路经过定子绕组与端盖之间的外圆周通道通过定子铁芯与端盖端面之间的第一径向通风槽道，再通过端盖内侧的第二轴向通风孔，然后通过定子铁芯与端盖端面之间的第二径向通风槽道，最后从下层转子的多翅片式轴流风机排风到外界空气中。

技术总结
本发明提出一种转子集成轴流风机且拥有涵道风扇的对转轴向磁通电机。对转轴向磁通电机采用两组单定子/单转子拓扑，定子绕组采用环氧树脂塑封，定子铁芯使用压条压紧到端盖上，定子铁芯与端盖端面之间设计有径向通风槽道，端盖内侧设计有第一轴向通风口和第二轴向通风口。在每个转子的外圆周上设计一个轴流风机，在每个转子支撑框架上安装有涵道风扇，两个对转转子上的轴流风机提高了吸风排风的效果，提高了绕组端部、定子铁芯、磁钢表面的对流换热系数和换热效率，将定子、转子以及轴承产生热量快速的扩散到外界空气，实现了电机功率密度和扭矩密度的提高。密度和扭矩密度的提高。密度和扭矩密度的提高。


技术研发人员：陈起旭 李维吕 李国丽 王群京 钱喆 刘霄
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/25