[发明专利]借助相变材料改进热传递的飞行器电机及相关方法

说明书

公开了一种用于保护飞行器电机中的绕组免于过度加热的方法，飞行器电机包括构造成相对于彼此旋转驱动的定子(12)和转子(14)，定子包括接纳相同或不同的多个绕组的多个槽口(120)，该方法包括以下连续步骤：将电绝缘体(16)插入到定子的槽口中或齿上，将绕组(18)定位在定子的槽口中或齿上，将相变材料(20)铸造到设有绕组的槽口中或齿上，电绝缘体形成铸模。

技术领域

本发明的领域是集成到飞行器发动机、特别是直升机或VTOL(垂直起飞和着陆)类的飞行器发动机中的DC或AC电机，其允许产生和/或机动化飞行器的某些电气构件，包括电推进器。

背景技术

为了减少直升机推进组件或VTOL的总质量，较佳路线之一是减少用于VTOL的发电和/或启动、辅助或其它电推进系统的质量。具体地，这些系统的重量可以达到几十千克，功率不超过几十千瓦，电机的功率质量比很少超过3kW/kg。

然而，要控制的电气构件通常在28Vdc的栅压下工作，而功率要求为若干kW或kVA，这就提供了高达数百安培的强电流，需要显著增加电机中铜线的横截面，该横截面(总体与其结构和尺寸相同)与这些电流的幅度直接相关。更一般地，这些电机的每单位质量的功率密度的增加涉及电流密度的增加，同时优化铜的板载质量。

为了使组件的温度不超过组成电机线圈的绝缘体的熔化温度，或者为了避免绝缘体的性能退化得更慢，这会导致局部放电的风险，这就是为什么使用不同的冷却系统是众所周知的原因，这些不同的冷却系统例如借助翅片散热器的自然对流、借助风扇的强制对流、通过液体或交换器的强制冷却或者通过热电模块(珀尔帖效应类型)的其它冷却。

然而，在航空应用中，即在机载系统需要在紧凑性、质量和可靠性方面严格规范的情况下，这些解决方案并非没有缺点。自然对流庞大、沉重，并且需要在电机的周缘处有空气流；强制对流也庞大，而且对电机的可靠性有不利影响；液体强制冷却同样庞大、沉重，并且对电机有干扰性，而且需要更频繁的停运维护；热电模块的冷却仅能涉及非常局部的区域，并且需要允许热电功率的稳定电源。

此外，在观察到电气系统的电力需求可能非常高，但时间不超过几十秒或甚至一分钟，这意味着相当大但为周期性或瞬态的热耗散之后，申请人在其申请FR3012698中提出使用相变材料(PCM)以允许尽可能接近关键元件、即电机线圈的更好的热传递管理。

如图6所示，为了限制绕组内的温度峰值并保护电导体在高速运行期间(因此在高电频率下)免受交流电流损失，将这些相变材料2放置在电机的定子4中，处于接纳定子线圈的绕组8的槽口6的底部。因此，通过允许横穿绕组的电流的安培数增加，或者对于相同的电流安培值，定子线圈的导线的横截面减小从而允许机器的质量减小，从而提高了电磁性能。

此解决方案提供了总体满意度。然而，它仍然可以改进，尤其是能够在减少电机的质量和体积的同时提升热传递特性，这独立于栅压。

发明内容

因此，本发明提出改进飞行器电机内的热传递管理，该飞行器电机包括构造成相对于彼此旋转驱动的定子和转子，定子包括多个槽口，这些槽口接纳一个和多个相同或不同的线圈，其特征在于，方法包括以下连续步骤：

-将电绝缘体插入到定子的槽口中或齿上，

-将线圈安装在定子的槽口中或齿上，

-在配备有线圈的槽口中或齿上铸造相变材料，电绝缘体形成铸模。

因此，通过将相变材料封装在由为定子线圈提供保护的电绝缘体形成的容器中，可以明显地增加可横穿线圈的电流的安培数，且不需要明显地修改用于制造和构造电机的方法，而使其对外部侵害(特别是热、灰尘、水)具有更强的稳定性。封装还确保线圈的良好机械阻力，特别是在高振动环境中。

当槽口打开并且绝缘体因此被扇区化时，铸造相变材料的步骤之前是插入垫片或锁环以关闭槽口的步骤，从而防止在槽口之外铸造相变材料。