CN103326513B - 局域散热式直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种局域散热式直流电机，包括定子、转子；所述定子包括周向均布的电磁极，所述电磁极上绕有励磁线圈；所述转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体的两个工作磁极的关于转轴对称；所述直流电机还包括风扇，所述风扇包括两个周向相差180°的散热部；所述风扇固定于所述转轴上，且两个所述散热部的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极的中心连线相交一个角度，该角度等于所述定子上相邻两个电磁极关于所述转轴的周向张角。该电机不仅可以通过风扇可靠地散热，并且可以明显降低散热能耗。

Description

局域散热式直流电机

技术领域

本发明涉及电机领域，特别地，是涉及由永磁体转子构成的直流电机领域。

背景技术

无刷直流电机目前已经较为普及，由于其没有电刷结构，机械性故障少，维护较为方便，因此，近年来在各领域得到了广泛的应用。

对于无刷直流电机，其散热机构却与传统电机没有本质区别，主要是通过固定于转轴末端的风扇实现的；对于风扇而言，主要由叶片式风扇和离心式风扇两种，而无论哪种风扇，目前普遍认为，风扇的叶片周向分布得越均匀越好，一般，由周向均布的6片以上扇叶，或者离心吸风区构成，在散热过程中，风扇对整个电机内部区域进行均匀散热。

然而存在的问题是，扇叶越多或者离心吸风区越多，则风扇受到的阻力越大，这将使电机产生较高的散热能耗；因此，对于既能可靠散热，又能明显降低散热能耗的电机风扇，是具有实际意义和需求的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种局域散热式直流电机，该电机不仅可以通过风扇可靠地散热，并且可以明显降低散热能耗。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：该局域散热式直流电机包括定子、转子；所述定子包括周向均布的电磁极，所述电磁极上绕有励磁线圈；所述转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体的两个工作磁极的关于转轴对称；所述直流电机还包括风扇，所述风扇包括两个周向相差180°的散热部；所述风扇固定于所述转轴上，且两个所述散热部的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极的中心连线相交一个角度，该角度等于所述定子上相邻两个电磁极关于所述转轴的周向张角。

作为优选，所述风扇为离心式风扇，包括接近电机转子的内圆板和远离电机转子的外圆板，内、外圆板相互平行，且内、外圆板之间的空腔底部被与所述转轴相配合的轴孔孔壁所封闭；所述内圆板上设有两个所述散热部，各散热部由呈扇形分布的横向通孔构成。

作为优选，所述内圆板、外圆板之间还设有连接内、外圆板的加强筋板。

作为优选，所述加强筋板设有两对，每对加强筋板分别包夹一片所述散热部；使得通过所述横向通孔进入空腔内的空气受到约束，通过最短的活动路径径向排出空腔。

作为优选，对于各所述散热部上的横向通孔，相邻的横向通孔孔径不同；这样，可以使横向流入散热部的空气疏密不均，这使得该部分空气气流产生平行于内圆板表面的流速分量，从而使得内圆板表面的热量也可以得到高效地散除。

本发明的原理在于：当定子硅钢的局部被快速磁化时，磁化区域的原子有序度迅速提高，从而发生磁致冷逆效应，即放热效应，在短暂的磁化过程中，使得磁化区域的温度明显高于其它区域，此时，如将散热能量集中于该迅速磁化的区域，则有利于提高散热效率，从而节约散热能耗；而对于普通的内转子无刷直流电机，当转子的工作磁极正对一个定子电磁极时，该定子电磁极断电，转而接通下一个电磁极，从而使转子的工作磁极被下一个电磁极牵引，继续旋转下去；因此，本发明中，两个所述散热部的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极的中心连线相交一个角度，使得转子工作磁极正对一个定子电磁极时，风扇散热部恰好对下一个正在迅速磁化的电磁极进行散热；另外，在电磁极断电的瞬时，电磁极迅速去磁，硅钢原子有序度迅速下降，从而发生磁致冷效应，又快速从周围吸热，以保障风扇的散热部以外的区域也可以得到有效地散热。

本发明的有益效果在于：该局域散热式直流电机集中散热能量，对电机内部每一个瞬时的主要发热区进行高效散热，而不将散热能量浪费于次要发热区；事实上，由于所述主要发热区是连续旋转的，因此同样保障了整个电机内部区域的良好散热效果；本电机将风扇的散热部数量降至最低（若只有一个散热部，则风扇将不平衡），在大幅减小了摩擦阻力，即减小了散热能耗的基础上，实现了对整个电机内部区域的良好散热。

附图说明

图1是本局域散热式直流电机中，定子、转子的结构示意图。

图2是本局域散热式直流电机中，风扇的一个实施例示意图。

图3是图2的A-A向剖视图。

图4是本局域散热式直流电机中，转子与风扇的散热部的瞬时位置关系对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1、图2、图3所示实施例中，本局域散热式直流电机包括定子1、转子2；所述定子1包括周向均布的电磁极10，所述电磁极10上绕有励磁线圈；所述转子2包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体的两个工作磁极20的关于转轴对称；所述直流电机还包括风扇3，所述风扇包括两个周向相差180°的散热部31；所述风扇固定于所述转轴上，且两个所述散热部31的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极20的中心连线相交一个角度，该角度等于所述定子1上相邻两个电磁极10‘、10“关于所述转轴的周向张角；关于该角度的形象化解释，可以参考图4中所示的电机转子2和风扇3的位置对比关系，在图3中，转子2的工作磁极20的S极正对定子1的一个电磁极10‘，此时，对应的风扇3的散热部31正对于定子1的电磁极10”。

另外值得说明的是，关于定子1的电磁极10，是成对制作于定子上的，即，对于一个电磁极10，如果其通电时正对转子的的N极，那么，定子1的正对面，必然存在一个与该电磁极10相对称的电磁极，这两个电磁极同时通电，并且通电时，异极相对；而转子2的两个工作磁极20，即S极和N极亦是对称的，风扇3的两个散热部31也是对称的，故而，本说明书中阐述定子1的电磁极10、转子2的工作磁极20、风扇3的散热部31之间的位置关系时，仅需要讨论一个散热部与一个工作磁极或电磁极之间的位置关系，对于另一个散热部与另外的一个工作磁极或电磁极之间的位置关系，由于对称性，作用结果必然是一样的。

对于所述风扇，其一个实施例如图2、图3所示，其为离心式风扇，包括接近电机转子的内圆板34和远离电机转子的外圆板33，内、外圆板34、33相互平行，且内、外圆板之间的空腔300底部被与所述转轴相配合的轴孔30的孔壁301所封闭；所述内圆板34、33上设有两个所述散热部31，各散热部由呈扇形分布的横向通孔310构成；所述内圆板34、外圆板33之间还设有连接内、外圆板的加强筋板32。

在风扇3快速旋转时，风扇空腔300内的空气在离心力作用下径向向外甩出，并从内圆板34上的横向通孔310从电机内部抽取空气，以补充空腔300内甩出的空气，以此形成散热作用。

对于所述加强筋板32，本实施例中设有两对，如图2所示，每对加强筋板32分别包夹一片所述散热部31；使得通过所述横向通孔310进入空腔内的空气受到约束，通过最短的活动路径径向排出空腔，较少空腔中乱流，进一步抑制了能耗。

另外，对于各所述散热部31上的横向通孔310，在制作时，可使相邻的横向通孔孔径不同；这样，可以使横向流入散热部31的空气疏密不均，这使得该部分空气气流产生平行于内圆板34表面的流速分量，加快内圆板34表面的热量流动，从而使得内圆板34表面的热量也可以得到高效地散除。

需要指出的是，本实施例中采用的是离心式风扇，实际上也可以采用叶片试风扇，此时，风扇具有两片对称的叶片，对应于本实施例中的两个扇形散热部31。

在本发明中的电机工作过程中，当转子的工作磁极正对一个定子电磁极时，该定子电磁极断电，转而接通下一个电磁极，从而使转子的工作磁极被下一个电磁极牵引，继续旋转下去；因此，本发明中，两个所述散热部的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极的中心连线相交一个角度，使得转子工作磁极正对一个定子电磁极时，风扇散热部恰好对下一个正在迅速磁化放热的电磁极进行散热；另外，在电磁极断电的瞬时，电磁极迅速去磁，硅钢原子有序度迅速下降，从而发生磁致冷效应，又快速从周围吸热，由此可见，本局域散热式直流电机集中散热能量，对电机内部每一个瞬时的主要发热区进行高效散热，而不将散热能量浪费于次要发热区，仅依靠电磁极本身的退磁吸热效应对次要发热区进行散热；而事实上，由于所述主要发热区是连续旋转的，因此同样保障了整个电机内部区域的良好散热效果；本电机将风扇的散热部数量降至最低，在大幅减小了摩擦阻力，即减小了散热能耗的基础上，实现了对整个电机内部区域的良好散热。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种局域散热式直流电机，包括定子（1）、转子（2）；所述定子包括周向均布的电磁极（10），所述电磁极上绕有励磁线圈；所述转子（2）包括转轴和固定于转轴上的永磁体，永磁体的两个工作磁极（20）关于转轴对称；所述直流电机还包括风扇（3），其特征在于：所述风扇包括两个周向相差180°的散热部（31）；所述风扇固定于所述转轴上，且两个所述散热部（31）的中心连线与所述永磁体的两个工作磁极（20）的中心连线相交一个角度，该角度等于所述定子上相邻两个电磁极（10‘，10“）关于所述转轴的周向张角。

2.根据权利要求1所述的局域散热式直流电机，其特征在于：所述风扇为离心式风扇，包括接近电机转子的内圆板（34）和远离电机转子的外圆板（33），内、外圆板相互平行，且内、外圆板之间的空腔（300）底部被与所述转轴相配合的轴孔孔壁（301）所封闭；所述内圆板（34）上设有两个所述散热部（31），各散热部由呈扇形分布的横向通孔（310）构成。

3.根据权利要求2所述的局域散热式直流电机，其特征在于：所述内圆板、外圆板之间还设有连接内、外圆板的加强筋板（32）。

4.根据权利要求3所述的局域散热式直流电机，其特征在于：所述加强筋板（32）设有两对，每对加强筋板分别包夹一片所述散热部（31）。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的局域散热式直流电机，其特征在于：对于各所述散热部（31）上的横向通孔（310），相邻的横向通孔（310）孔径不同。