本發明涉及電力推進系統和在此類推進系統的操作期間移除不期望的熱積聚。
背景技術:
1、電力推進系統相對于燃燒推進系統具有許多益處,特別是關于化學排放等更是具有許多益處。普遍看到的是,從長遠來看,電力推進系統可以使運輸更加切實可行。
2、然而,替代傳統燃燒推進系統而使用電力推進存在固有的許多問題。為了提高電力推進的可行性,已經嘗試克服這些問題。我們在本文中提供了在該領域中的進一步的進展。
技術實現思路
1、在所附權利要求書中闡述了本發明的各方面。
2、從第一方面看,提供了一種用于從可電驅動電機的線圈傳遞熱能的熱能傳遞裝置,所述裝置包括:多個導熱構件,所述多個導熱構件被布置成與可電驅動電機的至少一個線圈熱連通;以及導熱部分,所述導熱部分連接到所述多個導熱構件,其中,所述多個導熱構件中的每一個導熱構件與所述多個導熱構件中的任何其他導熱構件直接電絕緣。
3、因此,根據本發明,在不產生會引起額外的不期望熱能的電流和效率降低的情況下,可以高效且有效地從系統移除在可電驅動電機中產生的熱能。特別地,這種能量減少超過傳統系統的十倍。
4、實際上,提供了多個熱傳遞路徑,每個熱傳遞路徑與相鄰通道電隔離,以防止電流積聚。在這種系統中減少額外的熱量產生是特別期望的,因為連鎖效果是顯著的。可以有效地傳遞更多的熱能,同時可以提供更小的導熱部分,以用于處理來自可電驅動電機的熱能產生。這提供了更緊湊、重量輕并且因此飛行高效的系統。例如,當布置在飛行器中時,這增加了電推進的可行性,并且因此增加了替代燃燒發動機使用的可能性。這繼而具有有益的環境影響。
5、在一個示例中,所述多個導熱構件由與可電驅動電機的線圈相同的材料形成。
6、這種布置結構借助于部件的公共熱膨脹系數來減小部件之間的結合中的熱膨脹或收縮的影響。實際上,當系統涉及熱能的傳遞時,防止變化的膨脹從結構和可靠性的觀點來看是有益的。因此,該系統在這種布置結構中更穩健,并且具有對應的增加的壽命。
7、在一個示例中,所述多個導熱構件是細長的,并且具有大約小于1毫米(mm)的直徑。有利地,所述多個導熱構件具有大約0.1mm的直徑。
8、這種布置結構進一步減少了可能增加所產生的熱能的量的不期望的電流(諸如渦流)的產生。這種熱能繼而必須從可電驅動電機傳遞,因此產生的熱能的降低會提高效率。已經發現約0.1mm的直徑在允許有效的熱傳遞方面特別有效,從而允許高效的絕緣并且同時平衡制造容易性的需要與公差。這種布置結構還允許使用熱路徑的復雜幾何形狀,并且因此允許實現緊湊的電機設計。
9、在一個示例中,所述多個導熱構件呈多個相鄰的線股的形式,彼此獨立地絕緣,可選地彼此卷繞。這種線材布置結構通常被稱為利茲線(litz?wire)。
10、此類線材是細長且窄的導電構件的示例。從制造角度看,利茲線的生產相對簡單并能很好地集成到系統中。
11、在一個示例中,所述多個導熱構件由高純鋁形成。
12、已經發現高純鋁實現熱能的高效傳導。在一個特定示例中,純度可為約99.99%或高于約99.95%。
13、在一個示例中,熱能傳遞裝置還包括含有致冷劑的致冷劑源,其中,導熱部分與致冷劑熱連通。致冷劑可以是呈液相、氣相、超臨界相或固相的氫、氦、氮等。在一個示例中,致冷劑可以是冷凍氮或致冷冷凍水。
14、引入導熱部分的主動冷卻是額外的制造困難,然而,在本文中已將其展示為有益于熱能移除且在電驅動的飛行器推進中,此類致冷劑可能已經存在。本質上,該布置結構利用可能已經存在的方面,并且因此提供了改進的熱能去除性能,而沒有額外的制造或結構困難。
15、在一個示例中,所述多個導熱構件的至少一部分被布置成線纜,特別是盤管形或螺旋形繞組。
16、這種布置結構可能是特別空間高效、易于制造且堅固的。
17、在一個示例中,該裝置被布置成在使用中使得所述多個導熱構件經歷0.1瓦的殘余渦流加熱。在一個示例中,該裝置被布置成在使用中使得所述多個導熱構件中的每一個經歷極低的由于渦流而引起的加熱功率。由于在導體中產生渦流而導致的這種熱能的產生在本文中可以被稱為“渦流加熱功率”。在當前狀態的技術系統下的布置結構產生約10瓦的多余功率,其被轉換成加熱。形成對比的是,本公開的布置結構產生約0.1瓦的多余功率。因此,這是明顯的顯著改進。
18、本發明提供了從導電元件中的渦流產生的熱能的顯著降低,用于從可電驅動電機的線圈去除熱量。在一種布置結構中,本發明能夠將該加熱減小大約100倍。因此,與現有系統相比,這是顯著的改進。
19、在一個示例中,所述多個導熱構件中的每一個導熱構件具有電絕緣材料的外層。在一個示例中,這可以是樹脂等。
20、這防止通過導熱構件的電流在附近的導電構件中形成額外的不需要的電流。特別地,有利的是,保持導熱構件彼此的電隔離,以防止電流從一個構件流動到另一個構件,而該流動將產生加熱。在這樣的示例中,電絕緣材料有助于防止導熱構件之間的直接電連接。渦流作為可電驅動電機中的移動磁場的副產物而產生。
21、在一個示例中,所述多個導熱構件中的每一個導熱構件具有環氧樹脂外層。在另一示例中,電機線圈和熱分流器可以在環氧樹脂中灌封在一起。
22、已經發現,從制造的角度來看,環氧樹脂是特別有效且相對直接的,以提供電絕緣。通過灌封電機線圈和熱分流器,環氧樹脂機械穩定性得到改進,這是因為線圈變成自持塊。因此,環氧樹脂中的電子元件的環氧樹脂提供了改進的電絕緣。可選地,利用裝置中的元件周圍的真空可以抑制從所述多個導熱構件到環境的熱傳遞。以這種方式,可以提供對線材中直到傳遞到導熱部分的熱阻滯的進一步改進。
23、從另一方面看,提供了一種用于從可電驅動電機的線圈傳遞熱能的熱能傳遞裝置,所述裝置包括:多個導熱構件,所述多個導熱構件被布置成與可電驅動電機的至少一個線圈熱連通;以及導熱部分,所述導熱部分連接到所述多個導熱構件,其中,絕緣材料層被布置在所述多個導熱構件中的任何相鄰對導熱構件的至少一部分之間。
24、在這種裝置中,絕緣材料層有助于防止任何兩個相鄰導熱構件之間的直接電連通。
25、從又一方面看,提供了一種用于電動機的電力線圈繞組的冷卻布置結構,所述冷卻布置結構包括:多個細長熱導體,所述多個細長熱導體被布置成鄰近所述電力線圈繞組的內表面和/或外表面的至少一部分,其中,所述多個細長熱導體中的每一個細長熱導體與(a)其它相鄰的細長熱導體和(b)電力線圈繞組兩者電絕緣。
26、在這種布置結構中,細長熱導體鄰近電力線圈繞組的內表面或外表面,已知電力線圈繞組在使用期間溫度會升高。熱導體可以從電機線圈傳遞該熱量。絕緣使得能夠高效地去除熱能,同時減輕相鄰導體之間的電流傳導。
27、在一個示例中,所述多個細長熱導體被布置成與電力線圈繞組的內表面和/或外表面緊密對準并接觸。
28、這改進了與電力線圈繞組的接觸,并且因此改進了將熱能傳導離開。這也改進了針對物理操縱的布置結構,因為該連接不太可能由于攪動或其他移動等而被破壞。
29、從又一方面看,提供了一種用于在飛行器中使用的電動機,其包括:電力線圈繞組;以及根據以上任一方面的冷卻布置結構。
30、這種布置結構為任何電動機提供了益處。然而,本文公開的布置結構對于飛行器和特別是利用或保有制冷源以用于低溫發電的飛行器發動機來說可能特別有效。