CN102916550B - 内散热式直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机。一种内散热式直流无刷电机，包括电机本体和连接在电机本体上的控制器，所述电机本体包括外壳、设置于外壳的外定子和位于外定子内的通过转轴支撑于外壳的内转子，所述内转子内设有散热腔，所述散热腔的壁上设有若干散热排风叶片，所述外壳设有同散热腔相连通的进风通道和出风通道。本发明第一个目的旨在提供一种转子质量轻且转子能够产生散热排风作用的内散热式直流无刷电机，既解决了现有的直流无刷电机转子重量重、惯量大而造成控制器控制精度低的问题，又解决了现有的直流无刷电机通过外装风扇进行散热所导致的结构紧凑性差的问题。

Description

内散热式直流无刷电机

技术领域

    本发明涉及电机，尤其涉及一种直流无刷电机。 

背景技术

无刷直流电机是同步电机的一种，电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)的影响：n=60* f/P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(控制器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。即直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 

现有的无刷直流电机存在以下不足： 

转子都是实心的，重量大，成本高而且控制精度低。如专利公告号为CN201341075Y的一种双定子无刷直流电机，包括嵌入了磁场绕组的第一定子、空心杯转子和转子位置传感器，特征是还包括设置在空心杯转子内腔的第二定子，该第二定子的一端轴伸穿出空心杯转子在同一端的密封盖固定在电机的一个端盖的中央部位，第二定子的另一端则借助轴承可转动地支承在空心杯转子主轴的内端同轴线镶嵌的细轴上，第二定子上设置有励磁绕组并布满空心杯转子内腔。

通过在转轴上外装风扇来散热，导致电机的结构紧凑性差。如在中国专利申请号为2010105778463、公开日为2012年5月30号、名称为“一种直流无刷电机结构”的专利文献中公开了一种通过外装风扇来进行散热的直流无刷电机。 

电机的过载保护是通过在电路上设置热保护来实现的。热保护的工作方式为过载导致电流上升、电流上升导致发热加剧、发热加剧而引起温度上升，温度上升到超过设定值时则电路断开而停止供电，即产生保护动作。因此通过热保护进行过载保护使有以下不足：温度升高会导致电线及电子元器件的老化加速、及时性差、可靠性差。 

发明内容

本发明第一个目的旨在提供一种转子质量轻且转子能够产生散热排风作用的内散热式直流无刷电机，既解决了现有的直流无刷电机转子重量重、惯量大而造成控制器控制精度低的问题，又解决了现有的直流无刷电机通过外装风扇进行散热所导致的结构紧凑性差的问题。 

本发明的第二个目的旨在提供一种通过机械结构进行过载保护的直流无刷电机，解决了现有的直流无刷电机通过电气元件进行过载保护所存在的会导致电线及电子元器件的老化加速、及时性差、可靠性差的问题。 

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种内散热式直流无刷电机，包括电机本体和连接在电机本体上的控制器，所述电机本体包括外壳、设置于外壳的外定子和位于外定子内的通过转轴支撑于外壳的内转子，所述内转子内设有散热腔，所述散热腔的壁上设有若干散热排风叶片，所述外壳设有同散热腔相连通的进风通道和出风通道。由于在内转子内设置有散热腔，故内转子较之现有的实心的结构而言，重量轻，重量的降低能够起到降低内转子的惯量的作用，从而提高控制器的控制精度。本发明的电机转动时，在散热排风叶的作用下，使空气经进风通孔进入散热腔，再从出风通道流出，从而将电机工作时所产生的热量散失掉。 

作为优选，外壳内设有容置腔，所述控制器设置在所述容置腔内，所述进风通道贯通所述容置腔。通过内转子给控制器进行散热，无需外加散热机构，进一步提高结构的紧凑性。容置腔设置为位于进风通道上，而进风的温度较低，对控制器的散热效果好，且控制器所产生的热量而导致的流入散热腔的空气的温度的上升较小，对电机的散热效果影响小。如果安装在出风通道上，则流经控制器的气流的温度较高，不能够对控制器进行良好的散热。 

作为优选，所述转轴通过所述散热排风叶片嵌设在转轴上的方式同内转子固定在一起。该结构既巧妙地解决了内转子同转轴之间的连接问题，同时转轴同内转子之间为类似于花键的连接方式，连接传递效果好。 

作为优选，所述散热排风叶片仅出风端同所述转轴相连接，所述散热排风叶片、转轴和内转子之间形成沿内转子径向向外倾斜的出风口，出风口同出风通道相连通。转轴同叶片只一端连接，能提高叶片的面积，工作时的排风量大。出风口的该结构形式能够有效地防止出风反弹回散热腔，能使散热腔内的空气及时流畅地排出。 

作为优选，所述出风通道的出口设置在外壳的周面上，所述出风通道出口端朝远离外定子方向倾斜。空气经出风通道流出的过程中能加速外壳表面的空气的流通，起到提高电机的散热效果的作用。 

作为优选，所述进风通道的进口设置在外壳的端面上。电机端面的空气的温度较低，进风通道的进口设置在端面上，使得被吸入的空气的温度较低，对电机的散热效果好。 

本发明还包括液压式过载保护器，所述转轴包括同轴的第一轴和第二轴，所述液压式过载保护器包括安装架、曲轴和一对液压缸，一对液压缸中的两个缸体之间设置有连通管，连通管上设置有双向压力阀，所述曲轴包括主轴和连杆轴，所述主轴同所述安装架转动连接在一起，所述第一轴同所述安装架固接在一起，所述第二轴同所述主轴固接在一起，所述连杆轴通过油缸同所述安装架连接在一起。“双向压力阀”是指当阀芯两侧的压力差达到设定值时能够朝向压力低的一侧开启的阀。使用过程中，第一轴和第二轴二者中的一者同内转子连接在一起、另一种同被电机驱动的负载相连接；当第一轴和第二轴之间的扭力达到使双向压力阀开启时，曲轴同安装架之间会产生相对转动，也即第一轴和第二轴之间能够产生相对转动，当第一轴和第二轴之间的扭力回复到低于双向压力阀开启压力时，则曲轴同安装架之间停止相对转动，也即第一轴和第二轴之间恢复同步转动，从而起到负载过大时而自动切断负载的作用。 

作为优选，所述液压缸包括缸体和活塞杆，所述缸体固接在所述安装架上，所述活塞杆和连杆轴通过连杆连接在一起。过载保护器的的外观尺寸可以较小。 

作为优选，所述安装架包括左支撑座、右支撑座和将左支撑座与右支撑座连接在一起的连接架，左支撑座、右支撑座和连接架三者围成框体结构，所述曲轴和液压缸位于所述安装架内部，所述主轴包括左主轴颈和右主轴颈，左主轴颈转动连接在左支撑座上，第一轴固接在左支撑座上，右主轴颈转动连接在右支撑座上，第二轴同右主轴颈固接在一起。曲轴的两端都转动连接在安装架上，固定曲轴时方便，曲轴同安装架之间产生相对转动时的平稳性好；液压缸设计为位于安装架内部，液压缸不易被碰坏，提高本发明的可靠性。 

作为优选，所述双向压力阀包括阀体和位于阀体内的阀芯，所述阀体上设有两个阀口，所述阀体内设有可同所述阀芯密封滑接的平直段，所述平直段和阀芯位于所述两个阀口之间，所述阀芯的两侧都通过弹簧同所述阀体相连接。使用过程中，当阀芯两侧的压力差大于弹簧的弹力而将阀芯推离平直段，则两个阀口连通，液压缸内的液体经阀体从压力高的一侧流向压力地的一侧。弹簧的弹力使阀芯朝向平直段移动，当压力差不能克服弹簧的弹力而使阀芯离开平直段（即压力差小于开启值）时，则阀芯位于平直段内并同平直段密封连接在一起，两个液压缸内的液体不能流通。 

本发明具有下述优点，由于在内转子内设置有散热腔，故内转子较之现有的实心的结构而言，重量轻，重量的降低能够起到降低内转子的惯量的作用，从而起到提高控制器的控制精度的作用；散热排风叶片的设置提高了内转子的表面积，表面积提高能起到提高散热面积的作用；转动过程中，散热排风叶片能起到加速内转子内的空气流通的作用，对电机的散热效果好，因此无需设置风扇既能具有良好的散热性能，提高了电机的结构紧凑性。 

附图说明

图1为本发明实施例一的轴向剖视示意图。 

图2为图1的A—A截面示意图。 

图3为本发明实施例一的工作状态示意图。 

图4为本发明实施例二中的液压式过载保护器的分体状态的结构示意图。 

图5为液压式过载保护器中的双向压力阀的剖视示意图。 

图中：电机本体1，外壳11，出风通道111，出风通道的出口1111，容置腔112，进风通道113，进风通道的进口1131，外定子12，转轴13，第一轴131，第二轴132，内转子14，散热腔141，散热排风叶片142，出风口143，轴承15，安装架21、左支撑座211、右支撑座212，连接架213，曲轴22，主轴221，左主轴颈2211，右主轴颈2212，连杆轴222，液压缸23，缸体231，活塞杆232，左支撑轴承24，右支撑轴承25，连杆26，连通管28，双向压力阀27，阀体271，阀芯272，第一阀口273，第二阀口274，平直段275，弹簧276，风3，控制器4。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。 

实施例一，参见图1，一种内散热式直流无刷电机，包括电机本体和控制器4。电机本体包括外壳11、设置于外壳11的外定子12和位于外定子12内的通过转轴13支撑于外壳11的内转子14。外壳11和转轴13的连接处设有轴承15。 

转轴13从外壳11的右端伸入到外壳11内。外壳11的右端上设有多个出风通道111。出风通道111沿外壳11的周向分布。出风通道的出口1111设置在外壳11的周面上。出风通道111为出口端朝远离外定子12方向倾斜的斜通道。外壳11的左端设有容置腔112。控制器4设置在容置腔112内。外壳11的左端设有贯通容置腔112的进风通道113。进风通道的进口1131设置在外壳11的端面上。 

内转子14内设有散热腔141。散热腔141的壁上设有若干散热排风叶片142。散热腔141的左端同进风通道113相连通。散热腔141的右端同出风通道111相连通。散热排风叶片142的右端嵌设在转轴13的左端上来实现转轴13同内转子14的固定。散热排风叶片142、转轴13和内转子14之间形成出风口143。出风口143沿内转子14径向向外倾斜。散热腔141的右端通过出风口143同出风通道111相连通。 

参见图2，散热排风叶片142共有5片。散热排风叶片142同内转子14为一体结构。一体结构可以通过一体浇注成型，能通过生产时的方便性。 

参见图3，当内转子14转动时，在散热排风叶片142的作用下，外部的空气3经进风通道的进口1131进入后流经进风通道113及容置腔112后到达散热腔141，然后经出风口143和出风通道111而流出。空气3流动起到对控制器4和电机本体散热的作用。散热排风叶片142还起到增大电机本体的散热面积的作用。 

实施例二，参见图4，同实施例一的不同之处为：还包括液压式过载保护器。转轴13包括第一轴131和第二轴132。第一轴131和第二轴132同轴。 

液压式过载保护器包括安装架21、曲轴22和一对液压缸23。 

安装架21包括左支撑座211、右支撑座212和将左支撑座211与右支撑座212连接在一起的连接架213。左支撑座211、右支撑座212和连接架213三者构成框体结构。曲轴22和液压缸23位于安装架21内部。 

曲轴22包括主轴221和连杆轴222。主轴221包括左主轴颈2211和右主轴颈2212。主轴221和连杆轴222之间的距离为4厘米。 

液压缸23包括缸体231和活塞杆232。 

第一轴131的右端同左支撑座211焊接在一起。左主轴颈2211转动连接在左支撑座211上。左主轴颈2211和左支撑座211之间设置有左支撑轴承24。右主轴颈2212转动连接在右支撑座212上。右主轴颈2212和右支撑座212之间设置有右支撑轴承25。右主轴颈2212同第二轴132同轴且为一体结构。 

一对液压缸23对向设置。一对液压缸23位于同一直线上。缸体231固接在连接架213上。活塞杆232通过连杆26同连杆轴222连接在一起。一对液压缸23中的两个缸体231之间设置有连通管28。连通管28上设置有双向压力阀27。 

参见图5，双向压力阀包括阀体271和位于阀体271内的阀芯272。阀体271上设有第一阀口273、第二阀口274和平直段275。平直段275和阀芯272二者都位于第一阀口273和第二阀口274之间。阀芯272的左右侧各通过一根弹簧276同阀体271连接在一起。 

参见图5并结合图4，双向压力阀的工作过程为：使用过程中第一阀口273和第二阀口274通过连通管28分别同一对液压缸中的两个缸体231相连通。当阀芯272左侧的压力大于右侧的压力，且该力差大到克服弹簧276的弹力使阀芯272向右移离平直段275时，则向右开启；反之，如阀芯272右侧的压力大于左侧的压力，且该力差大到克服弹簧276的弹力使阀芯272向左移离平直段275时，则向左开启。如果阀芯272位于平直段275内时，则由于阀芯272同平直段275之间是密封连接的，阀芯272左右两侧被隔开，即双向压力阀是关闭的。 

参见图4并结合图1，使用过程中第一轴131同内转子14连接在一起的，第二轴132同负载连接在一起（当然是第二轴132同内转子14连接而使第一轴131连接负载也是可以的）。当内转子14转动时，内转子14带动第一轴131转动，第一轴131带动安装架21同步转动，安装架21带动液压缸23同步转动，液压缸23通过连杆26带动曲轴22转动，曲轴22带动第二轴132同步转动，第二轴132驱动负载。在工作过程中，曲轴22会对一对液压缸23中的一个液压缸有压缩的趋势、另一个液压缸有拉升的趋势，从而在双向压力阀27的两端产生压力差，当第二轴132受到的阻力增大即过载时，该压力差会随之增大，增大到能使双向压力阀27开启时，双向压力阀27会开启，开启的结果为曲轴22相对于安装架21产生相对转动（即二者之间存在转速差）。一旦压力差不能够使双向压力阀27开启，则双向压力阀27关闭，双向压力阀27关闭时，则第一轴131和第二轴132同步转动。从而使得当负载过载时，电机本体不会过载而烧毁，从而起到过载保护作用，且转轴13也不会产生因过载时电机本体没有及时停止转动而导致的折断现象产生。 

Claims (7)

1.一种内散热式直流无刷电机，包括电机本体和连接在电机本体上的控制器，所述电机本体包括外壳、设置于外壳的外定子和位于外定子内的通过转轴支撑于外壳的内转子，其特征在于，所述内转子内设有散热腔，所述散热腔的壁上设有若干散热排风叶片，所述外壳设有同散热腔相连通的进风通道和出风通道；散热腔的左端同进风通道相连通，散热腔的右端同出风通道相连通，散热排风叶片的右端嵌设在转轴的左端上来实现转轴同内转子的固定，散热排风叶片、转轴和内转子之间形成出风口，散热腔的右端通过出风口同出风通道相连通；所述内散热式直流无刷电机还包括液压式过载保护器，所述转轴包括同轴的第一轴和第二轴，所述液压式过载保护器包括安装架、曲轴和一对液压缸，一对液压缸中的两个缸体之间设置有连通管，连通管上设置有双向压力阀，所述曲轴包括主轴和连杆轴，所述主轴同所述安装架转动连接在一起，所述第一轴同所述安装架固接在一起，所述第二轴同所述主轴固接在一起，所述连杆轴通过油缸同所述安装架连接在一起。

2.根据权利要求1所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，外壳内设有容置腔，所述控制器设置在所述容置腔内，所述进风通道贯通所述容置腔。

3.根据权利要求1或2所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，所述出风通道的出口设置在外壳的周面上，所述出风通道出口端朝远离外定子方向倾斜。

4.根据权利要求1或2所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，所述进风通道的进口设置在外壳的端面上。

5.根据权利要求1或2所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，所述液压缸包括缸体和活塞杆，所述缸体固接在所述安装架上，所述活塞杆和连杆轴通过连杆连接在一起。

6.根据权利要求1或2所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，所述安装架包括左支撑座、右支撑座和将左支撑座与右支撑座连接在一起的连接架，左支撑座、右支撑座和连接架三者围成框体结构，所述曲轴和液压缸位于所述安装架内部，所述主轴包括左主轴颈和右主轴颈，左主轴颈转动连接在左支撑座上，第一轴固接在左支撑座上，右主轴颈转动连接在右支撑座上，第二轴同右主轴颈固接在一起。

7.根据权利要求1或2所述的内散热式直流无刷电机，其特征在于，所述双向压力阀包括阀体和位于阀体内的阀芯，所述阀体上设有两个阀口，所述阀体内设有可同所述阀芯密封滑接的平直段，所述平直段和阀芯位于所述两个阀口之间，所述阀芯的两侧都通过弹簧同所述阀体相连接。