CN113991939A - 一种集成分体式液冷散热模块的动力系统及其飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，包括定子和转子；还包括液冷系统；所述定子上设有至少一个液冷头；所述液冷系统包括进液管、出液管、驱动泵和冷排，所述进液管与液冷头的进液口连通，所述出液管与液冷头的出液口连通，所述进液管远离液冷头的一端和出液管远离液冷头的一端均与所述冷排连接，所述驱动泵用于驱动冷排内的冷却液从冷排内通过进液管到液冷头内然后通过出液管回到所述冷排。本发明通液冷系统和液冷头的液体将热量从电机内部带出到放置于螺旋桨尾流或者机身外部的冷排，冷排安置在螺旋桨尾流中，通过螺旋桨的高速尾流或机身外的高速气流与冷排进行热量交换将热量带走。

Description

一种集成分体式液冷散热模块的动力系统及其飞行器

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种集成分体式液冷散热模块的动力系统及其飞行器。

背景技术

外转子无刷电机的扭矩大，转速高，功耗低，噪声小。因此，电动飞行器通常使用外转子无刷电机。相比以热机为动力的飞行器，电动飞行器的噪声小，军事侦察时更具有隐蔽性，生存能力以及任务成功率更高。电动飞行器可用于军事侦察、环境监测、抢险救灾等多种领域。

现有的外转子无刷电机存在以下几个问题：

1.电机的功率密度越来越大，散热问题越来越严峻；

2.针对外转子无刷电机，已经有在电机内部增设液冷腔体进行散热的设计，但液冷腔体等都与定子是一体的，且受限于加工方式，液冷腔体内部没有优化设计的流道特征。

3.当前液冷方案多为一进一出的流道，如果采用大直径的管道，则电机底部安置进出口的地方空间狭小容易干涉。如果采用小直径的进出管道，则为了保证足够的冷却液流量则流速必须非常快，对于没有内部优化设计流道的液冷腔体的，过快的流速反倒会增加流动阻力，干扰冷却液的换热效果。

4.电机驱动器本身随着功率增加，纯靠风冷散热不能满足需求，电机驱动器比电机更容易因为温度过高而降低寿命甚至损坏。

5.当前液冷循环散热方案本身没有调控的能力，没法根据动力系统本身和大气环境的温度实时调节。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种集成分体式液冷散热模块的动力系统及其飞行器，通液冷系统和液冷头的液体将热量从电机内部带出到放置于螺旋桨尾流或者机身外部的冷排，冷排安置在螺旋桨尾流中，通过螺旋桨的高速尾流或机身外的高速气流与冷排进行热量交换将热量带走。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，包括定子和转子；还包括液冷系统；所述定子上设有至少一个液冷头；

所述液冷系统包括进液管、出液管、驱动泵和冷排，所述进液管与液冷头的进液口连通，所述出液管与液冷头的出液口连通，所述进液管远离液冷头的一端和出液管远离液冷头的一端均与所述冷排连接，所述驱动泵用于驱动冷排内的冷却液从冷排内通过进液管到液冷头内然后通过出液管回到所述冷排。

优选的，所述定子上设有至少一个凹槽，所述液冷头安装在所述凹槽内，所述液冷头装入对应的凹槽后可以滑动收缩到底，使液冷头的弧形曲面低于定子外圈弧形面形成错位；所述凹槽内设有用于将所述液冷头从凹槽内向外推动的顶出组件。

优选的，所述液冷头有四个。

优选的，所述顶出组件包括压杆、压紧部和若干楔形块，所述定子上设有若干竖向的容纳孔，若干所述楔形块设置在所述液冷头上，所述凹槽内设有与所述楔形块配合的定位孔，所述定位孔与所述容纳孔相通，所述压紧部将压杆下压后能够将所述楔形块往从定位孔内向外推。

优选的，所述楔形块远离所述液冷头的一端为倾斜面一，所述压杆上设有与所述倾斜面配合的倾斜面二。

优选的，所述压杆上设有两个容置槽，所述容置槽内设置有凸台一和凸台二，所述凸台一和凸台二的下端均设置有所述倾斜面二。

优选的，所述液冷系统还包括冷板，所述冷板设置在电机驱动器上。

优选的，所述进液管与液冷头的进液口的连接处和出液管与液冷头的连接处均设有低阻分流接头。

优选的，所述低阻分流接头包括接头本体和设置在所述接头本体内的4个弧形流道。

本发明还公开了一种飞行器，包括如上述任意一项所述的集成分体式液冷散热模块的动力系统。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明通液冷系统和液冷头的液体将热量从电机内部带出到放置于螺旋桨尾流或者机身外部的冷排，冷排安置在螺旋桨尾流中，通过螺旋桨的高速尾流或机身外的高速气流与冷排进行热量交换将热量带走。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明定子、转子和顶出组件的爆炸示意图；

图3是本发明压杆的放大示意图；

图4是本发明楔形块的放大示意图；

图5是本发明低阻分流接头的放大示意图。

附图标注：1、压紧部，2、外转子，3、压杆，4、容纳孔，5、楔形块，6、液冷头，7、定位孔，8、凹槽，9、螺栓孔二，10、螺栓孔一，11、凸台一，12、容置槽，13、凸台二，14、倾斜面二，15、倾斜面一，16、定子，17、低阻分流接头，18、驱动泵，19、冷排，20、电机驱动器，21、冷板，22、出液管，23、进液管，24、接头本体，25、弧形流道。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“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”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“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隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

本发明的具体实施例如图1-5所示，一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，包括定子16和转子；还包括液冷系统；所述定子16上设有至少一个液冷头6；

所述液冷系统包括进液管23、出液管22、驱动泵18和冷排19，所述进液管23与液冷头6的进液口连通，所述出液管22与液冷头6的出液口连通，所述进液管23远离液冷头6的一端和出液管22远离液冷头6的一端均与所述冷排19连接，所述驱动泵18用于驱动冷排19内的冷却液从冷排19内通过进液管23到液冷头6内然后通过出液管22回到所述冷排19。

在本实施例中，所述定子16上设有至少一个凹槽8，所述液冷头6安装在所述凹槽8内，所述液冷头6装入对应的凹槽8后可以滑动收缩到底，使液冷头6的弧形曲面低于定子16外圈弧形面形成错位；所述凹槽8内设有用于将所述液冷头6从凹槽8内向外推动的顶出组件。

具体的，凹槽结构可以让散热模块有一定活动空间，可以在装入铁芯时避免铁芯刮擦到散热模块弧形曲面的导热硅脂。

未装入铁芯之前，每个液冷头装入对应的凹槽后可以滑动收缩到底，使液冷头的弧形曲面与定子外圈弧形面形成错位，此错位间隙足够涂抹一定厚度的导热硅脂，并再装入铁芯过程中，确保铁芯内壁面不会刮擦到涂抹好的硅脂。

在本实施例中，所述液冷头6有四个。

在本实施例中，所述顶出组件包括压杆3、压紧部1和若干楔形块5，所述定子16上设有若干竖向的容纳孔4，若干所述楔形块5设置在所述液冷头6上，所述凹槽8内设有与所述楔形块5配合的定位孔7，所述定位孔7与所述容纳孔4相通，所述压紧部1将压杆3下压后能够将所述楔形块5往从定位孔7内向外推。

其中，顶出组件可以联动压紧分布的全体液冷头，确保液冷头以足够的压紧力压实到铁芯内表面，大大减少接触热阻，也充分发挥了导热硅脂的效果。

具体的，定子上每两个凹槽之间直接布置一个压杆，压杆上与相邻两个液冷头的楔形块有斜面配合，压杆可在容纳孔中上下活动，定子的顶部有个整体的环形盖板，用于压住4个压杆，当4个压杆压入特定的尺寸后，其凸台一和凸台二上的倾斜面二与楔形块上的倾斜面一配合压紧液冷头上的楔形块，使4个液冷头在径向上由内向外推动，最终使液冷头弧形面与铁芯内壁面压紧。这样确保有足够的正压力使4个液冷头顶住各自方向上的铁芯内壁面。该压紧作用使接触热阻大大减小，从而提高接触面之间的导热系数。

在本实施例中，所述楔形块5远离所述液冷头6的一端为倾斜面一15，所述压杆3上设有与所述倾斜面配合的倾斜面二14。

在本实施例中，所述压杆3上设有两个容置槽12，所述容置槽12内设置有凸台一11和凸台二13，所述凸台一11和凸台二13的下端均设置有所述倾斜面二14。

在本实施例中，所述液冷系统还包括冷板21，所述冷板21设置在电机驱动器20上。

需要说明的是，电机驱动器也单独配备了接入液冷循环的冷板，通过冷却液把电机驱动器的热量带走。同时电机驱动器仍然保留的风冷散热的翅片构造，同样可以借助螺旋桨尾流进行强制换热。同时电机驱动器的冷板和电机驱动器外壳是分离的，如果电机驱动器损坏，可以直接更换，而不用拆卸下冷板。

在本实施例中，所述进液管23与液冷头6的进液口的连接处和出液管22与液冷头6的连接处均设有低阻分流接头17。低阻分流接头内具有低阻分流设计，根据总进出口和分支进出口的安装角度优化内部的分流流流道，大大减少冷却液流经接头的阻力，并保证每个液冷头的流量相同。采用低阻分流接头，可以使每个分支接头的流速不至于过快，同样降低了冷却液流入液冷头的阻力。

在本实施例中，所述低阻分流接头17包括接头本体和设置在所述接头本体内的4个弧形流道。

其中，每个液冷头都集成2-4个温度传感器用于测量每个液冷头或冷板的区域温度，这样通过多个温度可以综合判断动力系统每个散热区域的安装是否正确压紧，其对应的传热接触面的导热硅脂是否正确涂抹和填充。电机的发热元件既铁芯和线圈绕组也按照圆周分布在多处设置温度传感，电机转轴轴承附近也设置多个传感器，电机驱动器、泵及冷排也安置多个温度传感器，动力系统外部也集成温度传感器。这样可以通过电机内不同位置的温度数据和大气温度数据综合判断动力系统的运行状态。用以评估动力系统的发热异常或判断液冷散热系统的故障等。

本发明中的液冷头可以拆装，有利于电机寿命中期的大修和维护。只要新液冷头的安装尺寸相同，后续液冷头有优化升级，也可以替换到已经服役的电机中。长时间使用液冷头内部可能会附着污垢堵塞内部的微流道降低散热能力，本方案就可以比较方便地拆解铁芯和冷头，然后更换新冷头。另外已经装好的电机如果各温度传感器数据偏高，若经判断是液冷头安装不到位或者导热硅脂未正确涂抹填充后，还可以再拆解重新安装各液冷头，或者排查是否其他地方比如线圈绕组内部是否有以破损等，可以更换损坏件。但如果是常规电机，铁芯内壁面与定子外壁面已经用胶填充固化。若要拆解将几乎不可能实现。

本实施例还公开了一种飞行器，包括如上述任意一项所述的集成分体式液冷散热模块的动力系统。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，包括定子(16)和转子；其特征在于：还包括液冷系统；所述定子(16)上设有至少一个液冷头(6)；

所述液冷系统包括进液管(23)、出液管(22)、驱动泵(18)和冷排(19)，所述进液管(23)与液冷头(6)的进液口连通，所述出液管(22)与液冷头(6)的出液口连通，所述进液管(23)远离液冷头(6)的一端和出液管(22)远离液冷头(6)的一端均与所述冷排(19)连接，所述驱动泵(18)用于驱动冷排(19)内的冷却液从冷排(19)内通过进液管(23)到液冷头(6)内然后通过出液管(22)回到所述冷排(19)。

2.根据权利要求1所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述定子(16)上设有至少一个凹槽(8)，所述液冷头(6)安装在所述凹槽(8)内，所述液冷头(6)装入对应的凹槽(8)后可以滑动收缩到底，使液冷头(6)的弧形曲面低于定子(16)外圈弧形面形成错位；所述凹槽(8)内设有用于将所述液冷头(6)从凹槽(8)内向外推动的顶出组件。

3.根据权利要求2所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述液冷头(6)有四个。

4.根据权利要求2所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述顶出组件包括压杆(3)、压紧部(1)和若干楔形块(5)，所述定子(16)上设有若干竖向的容纳孔(4)，若干所述楔形块(5)设置在所述液冷头(6)上，所述凹槽(8)内设有与所述楔形块(5)配合的定位孔(7)，所述定位孔(7)与所述容纳孔(4)相通，所述压紧部(1)将压杆(3)下压后能够将所述楔形块(5)往从定位孔(7)内向外推。

5.根据权利要求4所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述楔形块(5)远离所述液冷头(6)的一端为倾斜面一(15)，所述压杆(3)上设有与所述倾斜面配合的倾斜面二(14)。

6.根据权利要求4所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述压杆(3)上设有两个容置槽(12)，所述容置槽(12)内设置有凸台一(11)和凸台二(13)，所述凸台一(11)和凸台二(13)的下端均设置有所述倾斜面二(14)。

7.根据权利要求1所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述液冷系统还包括冷板(21)，所述冷板(21)设置在电机驱动器(20)上。

8.根据权利要求3所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述进液管(23)与液冷头(6)的进液口的连接处和出液管(22)与液冷头(6)的连接处均设有低阻分流接头(17)。

9.根据权利要求8所述的一种集成分体式液冷散热模块的动力系统，其特征在于：所述低阻分流接头(17)包括接头本体(24)和设置在所述接头本体内的4个弧形流道(25)。

10.一种飞行器，其特征在于：包括如权利要求1-9任意一项所述的集成分体式液冷散热模块的动力系统。

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