具有过热保护机构的油冷电机

本发明涉及电机冷却技术领域，尤其涉及了具有过热保护机构的油冷电机。

背景技术：

航空电机在运行时不可避免的会产生损耗，这部分损耗将转化为热能引起电机温度上升，如果没有其他介质吸收这部分热量，将导致电机温度持续上升。过高的温度会造成不良的影响，包括：材料的机械强度变低、金属材料氧化速度加快、材料弹性变化、绕组电阻率变大，绕组绝缘材料寿命降低，严重时无法保证飞机系统的正常供电，有可能出现重大事故。

航空电机由于运行环境的特殊性，对于重量较为敏感，一般直接采用空气或者自带的油作为冷却介质，而油具有比空气更高的比热容和更佳的导热性，因此采用油冷可以更加有效的带走电机产生的热量，使电机工作在安全温度以内。

但是油的黏度非常大会产生较高的流阻，导致油泵所需的功率很高，这部分额外功率会从航空发动机中提取更多能量，增大了耗油、降低了飞机航程；虽然淋油冷却、喷油冷却直接接触发热源可以高效散热，但由于油在电机腔体空间分布不均，使得整体冷却效果有所折扣，电机存在局部热点的问题；当油冷电机内含有多个回油口时，各回油油路的流阻不等可能会导致部分回油口无法及时回油，将会导致腔体内存在积油，转子会搅油将产生额外机械损耗、降低电机系统效率。

此外，航空电机的冷却介质一般都是来自于航空发动机滑油系统，由于结构复杂、管道输油、回油部件较多，发生故障可能性也更高，一旦供油、回油出现故障，电机的热量无法及时散出，将导致电机温度急剧上升，严重时会对整个飞机系统造成重大恶劣影响。

技术实现要素：

本发明提供具有过热保护机构的油冷电机，能够增大油与电机发热源的接触面积、提高整体冷却效果，并且在电机油冷功能出现故障时，及时切换到风冷状态，保障电机在油冷故障时也能安全、稳定运行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

具有过热保护机构的油冷电机，包括：定子、转子、转轴、风扇、护罩、齿轮、齿条、高温安全阀、循油油路、淋油油路、回油油路。

转子内壁和转轴外壁固定连接，定子安装在转子外侧，定子和转子之间有空隙，循油油路安装在定子外围，循油油路的出口连接淋油油路的进油口，油冷电机的底部设置回油油路。

转轴一侧安装风扇，风扇风向朝向转子，淋油油路的出油口设置在风扇前方。在油冷电机远离风扇的一侧壳体上设置通风口，护罩通过齿轮设置在壳体外侧，高温安全阀设置在通风口上方，高温安全阀的作动弹簧底部连接齿条，齿条和齿轮啮合，高温安全阀闭合时，护罩覆盖在通风口外侧，高温安全阀打开时，护罩移开，通风口和电机外界环境连通。

进一步的，循油油路包括进油口、循油管路、循油油路出口。循油管路由若干圆环形管路串联组成，循油管路顶端设置进油口，以进油口为入口，循油管路分为两路，分开的两路循油管路在定子外侧按圆环形环绕，最终在定子顶部汇合，汇合处连接循油油路出口。

进一步的，循油油路、淋油油路、回油油路的拐角处均为倒角。

进一步的，回油油路抽油口位于风扇与定子间空隙的正下方。

进一步的，风扇通过柔性桨毂与转轴连接，柔性桨毂通过轻微形变缓冲电机急停/急转时对风扇的冲击。

进一步的，风扇的叶片表面覆盖强化膜，强化膜采用凯夫拉或碳纤维材料，具有耐冲击、耐腐蚀的特性。

进一步的，风扇叶片的宽度与半径成正比。

进一步的，柔性桨毂的半径与叶片半径成正比。

本发明的有益效果为：

本发明的电机尾壳体端加装高温安全阀和通风口，如果温度过高，高温安全阀作动，将尾壳体处加装的活动护罩打开，电机腔体从封闭状态转为开放，冷却方式由油冷转为强迫风冷，起到应急冷却的作用；

本发明中的循油油路多次分流，使得油路流阻较低，有效减小了油泵功率，降低了对航空发动机功率的提取；

淋油油路和风扇的组合结构使得喷出的油直接接触到电机的发热源，冷却效率高，风扇进一步提高了油与发热源的接触面积和对流换热系数，从而可以降低局部热点，提高整体冷却效果；

油在重力作用下流入位于电机底部的回油油路，回油油路相对于出油口两端对称、流阻相等，防止因回油油路流阻差异造成的电机腔体内的积油无法回收，从而杜绝了转子搅油现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是实施例的结构示意图；

图2是油路的结构示意图；

图3是循油油路的结构示意图；

图4是淋油油路的结构示意图；

图5是回油油路的结构示意图；

图6是风扇的结构示意图；

图7是电机端盖处高温安全阀的安装示意图；

图8是高温安全阀作动原理图。

1-定子、2-转子、3-尾壳体、4-轴承、5-机壳、6-转轴、7-循油油路、71-进油口、72-循油管路、73-循油油路出口、8-淋油油路、9-回油油路、91-回油口、92-回油管路、93-抽油口、10-风扇、11-叶片强化膜、12-通风口、13-护罩、14-齿轮、15-齿条、16-高温安全阀、17-风向。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

具有过热保护机构的油冷电机，如图1所示。转子2内壁和转轴6外壁固定连接，定子1安装在转子2外侧，定子1和转子2之间留有空隙。

循油油路7安装在机壳5的内侧，定子1的外围。循油油路7如图2、3所示，包括进油口71、循油管路72、循油油路出口73。循油管路72由若干圆环形管路串联组成，循油管路72左侧顶端设置进油口71，以进油口71为入口，循油管路72分为两路，两路管路以圆环形绕在定子1外侧，最终在定子1顶部汇合，汇合处连接循油油路出口73。在总流量不变的情况下，经过进油口71的分流，可以大幅度的降低流阻，减少了能量损失。

流阻造成的能量损失与油路的管径、长度以及油自身特性相关，计算过程如下：

上式中q表示油流量，υ表示油速，s表示油路横截面积，l表示油路长度，g表示重力加速度，d表示油路当量直径，λ表示沿程阻力系数，ζ表示油路尺径、方向变化时的局部阻力系数，hf和hm分别表示沿程能量损失和局部能量损失。因此由上式可以得出能量损失与流量呈现出二次方的关系，在总流量不变的情况下，通过管道的分流可以起到降低流阻、减少能量损失的作用。为保持每条油路冷却效果均衡，防止出现局部热点，即油路的尺径应保持一致。

转轴6一侧安装风扇10，风扇10的风向17朝向转子2，风扇10和转轴6固定连接，随着转轴6转动。淋油油路8为直角型油路，如图4所示，淋油油路8的进油口连接循油油路出口73，淋油油路8的出油口设置在风扇10前方。油从淋油油路8的出油口喷出，经过风扇10时受高速旋转的风扇叶片和扇叶周围的旋转气流影响，油沿圆周方向溅射，接触到定子1和转子2。由于风向与淋油油路8出口方向一致，会将溅射的油加速，进一步的提高了油的对流换热系数。

风扇10半径长度大于转轴6到淋油油路8出口的径向长度。风扇10正对着淋油油路8出口的位置处缠有叶片强化膜11，如图6所示，该膜由耐冲击、耐腐蚀、耐高温、低密度的材料组成，可以为凯芙拉、碳纤维等，在安装强化膜11的位置，扇叶片的宽度随叶片长度的增加而增加，防止叶片强化膜11受离心力的作用而甩落。

油冷电机的底部设置回油油路9，回油油路9包括回油口91、回油管路92、抽油口93，如图5所示，回油管路92的顶部设置回油口91，回油管路92的底部设置抽油口93。

淋油油路8出口喷出的油经过旋转的风扇10加速溅射在电机发热源上，受重力作用流入位于机壳底部的回油口91，通过回油管路92由油泵从抽油口93抽走，完成一次冷却循环。

为进一步降低油阻，循油油路7、淋油油路8、回油油路9的拐角处均加工成圆角，可使循油油路与淋油油路的油阻再次降低约5％～20％。

在电机远离风扇的一侧端盖上设置通风口12，通风口12的外侧设置护罩13，护罩13通过齿轮14连接电机外壳，如图7所示。高温安全阀16设置在风扇侧的尾壳体3上，安装位置位于喷油口下方与转轴上方区域，高温安全阀16的作动弹簧底部连接齿条15，齿条15和齿轮14啮合，如图8所示。当高温安全阀16闭合时，护罩13正好覆盖在通风口12外侧。

当电机油冷系统发生故障时，如油滤过滤失效、油泵故障、管路泄漏等故障，电机内部热量无法及时散出，将导致电机温度上升，腔体内部气压升高，温度与气压的升高达到高温安全阀16开启临界值时，高温安全阀16开启，作动弹簧下压，齿条15下滑，与齿条15啮合的齿轮14转动，带动护罩13移动，露出通风口12，使得电机内部和外部环境连通，由于风扇的转动使得电机从油冷状态转为风冷状态，为电机提供应急冷却方式，降低电机内部温度，保证故障期间能够顺利运行一定时间。

本发明的有益效果为：

本发明的电机尾壳体端加装高温安全阀和通风口，如果温度过高，高温安全阀作动，将尾壳体处加装的活动护罩打开，电机腔体从封闭状态转为开放，冷却方式由油冷转为强迫风冷，起到应急冷却的作用；

本发明中的循油油路多次分流，使得油路流阻较低，有效减小了油泵功率，降低了对航空发动机功率的提取；

淋油油路和风扇的组合结构使得喷出的油直接接触到电机的发热源，冷却效率高，风扇进一步提高了油与发热源的接触面积和对流换热系数，从而可以降低局部热点，提高整体冷却效果；

油在重力作用下流入位于电机底部的回油油路，回油油路相对于出油口两端对称、流阻相等，防止因回油油路流阻差异造成的电机腔体内的积油无法回收，从而杜绝了转子搅油现象的发生。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。