一种集成在发动机主轴上的高速电机结构的制作方法

[0001]
本实用涉及航空发动机用电机技术领域，特别是一种集成在发动机主轴上的高速电机结构。


背景技术：

[0002]
发动机的传动有变速传动和直驱传动，变速传动结构通常比较复杂，而直驱传动则相对简单，宜为航空发动机首选。但直驱结构对电机的体积、功率密度、转速均有很高的要求。
[0003]
目前稀土永磁高速电机是高速电机领域的佼佼者，其在转速、功率、体积等方面都能满足发动机的特别需求，能够实现与发动机主轴的直联传动，且易实现集起动与发电功能于一体，但其高的发热密度使其散热问题不容小视。
[0004]
普通的发动机通常用，气体冷却和液体冷却，通常中大功率高速电机都需要专门增加供气和供液结构或装置进行冷却才能达到控温的目的，但这又易使发动机结构变得复杂化。
[0005]
本公司采用直驱传动，将其集中在发动机上，一方面是为了简化结构，另一方面是为了解决其散热问题。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、利用自身空气和燃油系统实现冷却、冷却效果好的集成在发动机主轴上的高速电机结构。
[0007]
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种集成在发动机主轴上的高速电机结构，包括：进气锥件，其设置在发动机机匣的前端处，其中心开有安装轴孔；电机定子铁心固定在电机机壳内，电机机壳固定在安装轴孔的壁处；电机转子组件，同轴设置于电机定子铁心内，其套设在电机转轴上，电机转轴与发动机主轴组件相连，发动机主轴兼做电机转子支撑结构，发动机主轴组件上安装有风扇，风扇位于风扇机匣内；所述电机转子组件与电机定子铁心形成电机气隙；所述进气锥件的安装轴孔经端壳封闭形成端部空腔，该端部空腔经电机气隙与风扇所在内腔相连通，该端部空腔还与多根进气管相连；所述风扇转动时对发动机前端风扇机匣内的空气进行抽离。通过风扇转动形成的气流冲刷进气锥件表面，实现空冷的冷却效果。
[0008]
进一步地，还包括电机机壳，电机机壳固定在安装轴孔上，电机定子铁心固定在电机机壳的内壁上。
[0009]
进一步地，所述的电机机壳的柱面上开有螺旋槽，螺旋槽与安装轴孔的内壁形成螺旋冷却通道；螺旋冷却通通道一端经进油孔与进油管连通，另一端经出油孔与出油管连
通。即通过螺旋槽实现油冷的冷却效果。
[0010]
优选地，所述进油管和出油管穿过发动机机匣后贴在发动机机匣的外壁上；所述进油管和出油管均连接在发动机自有的燃油系统上。
[0011]
优选地，所述的进气管沿进气锥件发散性设置，且穿过发动机机匣后贴在发动机机匣的外壁上。
[0012]
优选地，所述的进气锥体的外锥面设计呈散热齿状。能进一步提高散热效果。
[0013]
进一步地，所述的风扇机匣与发动机机匣固定相连；进气锥体通过支撑固定在风扇机匣内。
[0014]
进一步地，所述的电机定子铁心上缠绕有电机绕组；电机转子组件包括永磁体，永磁体与电机定子铁心形成电机气隙。
[0015]
进一步地，所述的进气管一端经进气孔与端部空腔相连通，进气孔将电机机壳和进气锥件穿透，进气管另一端与发动机后端的压缩空气室相连；进油孔和出油管孔将进气锥件穿透。
[0016]
本发明具有以下优点：（1）通过将电机经进气锥件设置于发动机机匣前端处，当发动机主轴组件在转动时，会带动风扇转动，风扇转动时会抽离外界空气，从而让外界的冷空气冲刷进气锥表面（电机外壳）对电机表面进行冷却，进一步地在进气锥件的外柱面上开有散热齿，提高冷却效果；（2）通过从发动机后端引入数支压缩空气到电机前端的空腔，压缩空气经电机气隙从电机的后端流出，对电机内部和绕组端部进行冷却；（3）电机机壳上螺旋槽的开设，实现了对电机定子组件的油冷，进一步提高了冷却效果；由于是利用发动机自身的燃油系统冷却，燃油在冷却时也得到了加热；（4）该结构利用发动机自有的燃油和空气系统，在不增设装置的条件下，使电机的冷却达到液冷和强迫风冷的综合效果，简单可靠。
附图说明
[0017]
图1 为本发明的结构示意图；图2 为电机的结构示意图；图3 为进气锥件端视的结构示意图；图4 为冷却空气和冷却油流动的示意图；图5 为发动机前端正面视图；图中：1-电机转轴，101-端壳，102-进气锥件，103-风扇机匣，104-风扇，105-支撑，106-发动机主轴组件，107-进油孔，108-出油孔，109-散热齿，2-电机机壳，201-进气管，3-电机定子铁心，4-电机绕组，5-电机转子组件，6-螺旋槽，7-电机气隙，8-永磁体，9-进气孔。
具体实施方式
[0018]
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0019]
如图1~图5所示，一种集成在发动机主轴上的高速电机结构，包括进气锥件102、电机定子铁心3、电机转子组件5；在航空发动机的机匣末端连接设置有风扇机匣103，风扇机
匣103内设置有风扇104，风扇104安装在发动机主轴组件106上；进气锥件102设置于风扇机匣103前端内；而电机定子铁心3、电机机壳2、电机绕组4和电机转子组件5形成的高速电机则安装在进气锥件102上。
[0020]
如图1和图3所示，进气锥件102通过支撑105固定与风扇机匣103内，并且两者同轴心设置。
[0021]
在进气锥件102的中心处开有中心轴孔，该中心轴孔内固定安装有电机机壳2，电机机壳2内壁固定有电机定子铁心3，电机定子铁心3上缠绕有电机绕组4。在电机定子铁心3的腔内同轴心放置有电机转子组件5，电机转子组件5经电机转轴1与发动机主轴组件106相连。并且电机转子组件5与电机定子铁心3之间形成电机气隙。
[0022]
如图1和图2所示，进气锥体102的外端通过端壳101将中心轴孔封闭，从而形成端部空腔；该端部空腔经电机气隙7与风扇104所在内腔连通；该端部内腔还与多跟进气管201相连通。当发动机主轴组件106转动时，一方面带动风扇104转动；风扇104转动时，会产生空气抽离，从而使空气进入发动机内部，大量空气在进入发动机内部之前会先冲刷进气锥件102表面，对电机外表面进行冷却；另一方面发动机主轴组件106转动会使进入到发动机内部的空气在发动机后端被增压而形成压缩空气，从发动机后端经数条进气管201引入压缩空气至电机内部，对电机绕组4、电机定子铁心3以及永磁体8的外壁形成冷却。
[0023]
本实施例中，在电机机壳2和进气锥件102上开有进气孔9，端部空腔经进气孔9与进气管201相连。进气管201沿进气锥件102发散性设置，且穿过风扇机匣103后贴在风扇机匣和发动机机匣的外壁上。
[0024]
本方案中，在电机机壳2的柱面上开有螺旋槽6，螺旋槽6与安装轴孔的内壁形成螺旋冷却通道；螺旋冷却通通道一端经进油孔107与进油管202连通，另一端经出油孔108与出油管203连通；进油管107和出油管108均连接在发动机自有的燃油系统上，从而形成冷却油路。从燃油系统的燃油供给油路的前端引出一低温燃油支路连接进油孔107，并在此支路上设置伺服阀门对燃油流量进行必要的调节，燃油从进油孔107流入经过螺旋槽6后从出油孔108流出后回到发动机燃油油路系统，此过程燃油带走电机热量同时电机也起到加热器的作用给燃油加热从而提高燃油的利用率。
[0025]
本实施例中，进油管107和出油管108穿过风扇机匣103后贴在风扇机匣103的外壁上。
[0026]
本方案中，将进气锥体102的外锥面设计呈散热齿109状。当风扇104高速转动时在风扇机匣103内形成高速空气流，大量冷空气会高速冲刷进气锥件102表面的散热齿109，增强电机定子表面的散热能力。
[0027]
本实施例中，在电机机壳2的前端均匀设计进气孔9，从发动机后端引出数条压缩空气支路，在支路上设置伺服阀门对空气流量进行调节，压缩空气经进气管201从电机机壳2的进气孔9流入到电机内部，通过电机气隙9后从电机机壳2的后端流出，再通过进气锥件102与风扇104之间的间隙流到风扇机匣103内风扇的前端，形成冷却气流通道。
[0028]
需要说明的是：风扇104抽离空气的本身目的是让足够的空气进入发动机内部，满足发动机自身功能需要；本方案只是通过设置电机，在空气流经电机时，对电机表面进行冷却。即相当于是将电机布置在发动机前段的进气道中，利用风扇104转动抽离的空气先冲刷进气锥件102表面上的散热齿109后再进入发动机内部，利用发动机固有的空气系统对电机
进行冷却。
[0029]
另外，本方案中的电机即具有电动机的作用，有具有发电机的作用。在发动机起动阶段，本方案中的电机充当电动机的作用，其驱动发动机主轴组件106转动；当发动机起动完成后转为由发动机主轴组件106驱动本方案中的电机作为发电机运行。电机的工作状态通过电气系统控制，即通过发动机的动力系统和发供电系统进行调整。
[0030]
上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。