CN108448763B - 外转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子电机，包括电机转子、位于所述电机转子的内部且为可旋转设置的散热叶片和用于调节散热叶片的迎角的叶片调节装置，散热叶片设置多个且所有散热叶片在电机转子的内部为沿周向分布。本发明的外转子电机，通过在电机转子内部设置散热叶片，加速电机周围流场的流动，对电机本体进行冷却，使得在不增加结构复杂度和明显重量的条件下获得强迫通风冷却的效果，提高了电机的散热效果。

Description

外转子电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体地说，本发明涉及一种外转子电机。

背景技术

电机是一种以磁场为媒介进行机械能和电能之间互相转化的机电产品。电机工作过程中，会产生大量的热量，热量主要来自于：机械之间的运动摩擦在接触面上产生的热量；交变电流在导线中传导时由于导线电阻和感应电流的阻碍而产生的热量；交变电流在定子铁芯和转子磁轭中产生涡流损耗而产生的热量。这些热量使得电机工作时温度升高，较环境温度有一个温升。当电机工作于温度较高的环境中，由于电机工作时的温升，使得电机自身温度过高。过高的温度会影响电机的正常工作，不仅会使得导线电阻增加从而增加损耗降低效率，还会降低磁钢(永磁体)的磁性甚至是失磁，当温度超过绝缘材料的极限工作温度时会使绝缘材料失效从而导致某相接地或者三相之间短路等严重后果。因为高温对电机性能影响很大，故在温度较高的环境中工作的电机，基本都设计有相应的散热和冷却结构。

电机本体按冷却方式分为四种类型，强迫通风冷却、自冷却、复合冷却(同时采用强迫通风冷却和自冷却)、液体冷却。强迫通风冷却依靠外部设备(风扇)对电机进行冷却，这种冷却方式需要在电机系统之外增加额外的风扇，且需要为风扇提供动力来源，提高了系统复杂程度和运行成本。自冷却由电机内部冷却装置进行冷却，通常采用开孔或者设计散热片的结构，冷却效果不佳。复合冷却同时采用强迫通风冷却和自冷却，对于级别高的复合冷却电机，还要求其能在海平面条件下，靠自冷却工作于额定状态，复合冷却同时兼具强迫通风冷却和自冷却的特点。液体冷却指的是依靠冷却液对电机本体进行冷却，液冷方式需要给电机设计专门的冷却液通道，并且需要给冷却液加压和散热，冷却效果好，但是大大提高了系统复杂程度和重量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种外转子电机，目的是提高散热效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：外转子电机，包括电机转子、位于所述电机转子的内部且为可旋转设置的散热叶片和用于调节散热叶片的姿态的叶片调节装置，散热叶片设置多个且所有散热叶片在电机转子的内部为沿周向分布。

所述所有散热叶片在所述电机转子的内部为沿周向均匀分布。

所述的外转子电机还包括电机转轴和套设于电机转轴上且位于所述电机转子的中心处的轴套，所述散热叶片分布在轴套的周围，散热叶片通过一支撑轴安装在轴套和电机转子上。

所述电机转子具有让所述支撑轴的一端插入的外轴孔，所述轴套具有让支撑轴的另一端插入的内轴孔，轴套通过支撑轴与电机转子同步旋转。

所述散热叶片设置成可在初始状态、抽风状态和排风状态之间进行切换；散热叶片处于初始状态时，散热叶片的桨叶角为0度；散热叶片处于抽风状态时，散热叶片的桨叶角为正攻角；散热叶片处于排风状态时，散热叶片的桨叶角为负攻角。

所述叶片调节装置包括设置于所述电机转子上的驱动电机和用于将驱动电机产生的旋转力传递至所述散热叶片的动力传递机构。

所述动力传递机构包括可旋转的设置于所述电机转子上的齿圈、设置于所述支撑轴上且齿圈啮合的从动齿轮和设置于所述驱动电机上且与齿圈啮合的主动齿轮。

所述齿圈包围所有的散热叶片，所述从动齿轮位于所述电机转子的内部，散热叶片位于从动齿轮和所述轴套之间。

本发明的外转子电机，通过在电机转子内部设置散热叶片，加速电机周围流场的流动，对电机本体进行冷却，使得在不增加结构复杂度和明显重量的条件下获得强迫通风冷却的效果，提高了电机的散热效果。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是散热叶片处于初始状态时的外转子电机的局部结构示意图；

图2是散热叶片处于抽风状态时的外转子电机的局部结构示意图；

图3是散热叶片处于排风状态时的外转子电机的局部结构示意图；

图4是电机转子与叶片调节装置的装配示意图；

图5是叶片调节装置的局部结构示意图；

图中标记为：1、电机转子；2、散热叶片；3、轴套；4、齿圈；5、从动齿轮；6、主动齿轮；7、驱动电机；8、支撑轴；9、插座；10、转接支架；11、螺栓；12、外转子导电环；13、导电环取电触点。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1至图5所示，本发明提供了一种外转子电机，包括电机转子1、位于电机转子1的内部且为可旋转设置的散热叶片2和用于调节散热叶片2的姿态的叶片调节装置，散热叶片2设置多个且所有散热叶片2在电机转子1的内部为沿周向分布。

具体地说，如图1至图4所示，电机转子1为圆环形结构，电机转子1的内部中空，电机转子1的内腔体为圆形腔体，外转子电机还包括定子(图中未示出)和设置于电机转子1上的永磁体，定子位于电机转子1的内腔体中，永磁体位于电机转子1的内腔体中且永磁体与电机转子1固定连接，永磁体设置多个且所有永磁体在定子的外侧为沿周向均匀分布。所有散热叶片2在电机转子1的内部为沿周向均匀分布，散热叶片2设置成可在初始状态、抽风状态和排风状态之间进行切换，叶片调节装置用于控制散热叶片2在初始状态、抽风状态和排风状态之间进行切换，实现散热叶片2姿态的调节。所有散热叶片2位于电机转子1的内腔体中，叶片调节装置用于控制散热叶片2进行桨叶角的调节且叶片调节装置可实现所有散热叶片2的桨叶角的同步调节，确保散热叶片2姿态调节的一致性。在叶片调节装置的作用下，散热叶片2相对于电机转子1可旋转且散热叶片2相对于电机转子1旋转时的旋转中心线与电机转子1的轴线相垂直。而且在外转子电机运转时，散热叶片2能够与电机转子1同步绕其轴线进行旋转，当散热叶片2处于抽风状态或排风状态时，散热叶片2使空气流动，产生流过外转子电机的气流，加速外转子电机周围流场的流动，相当于风扇的作用，对电机本体进行冷却，使得在不增加结构复杂度和明显重量的条件下获得强迫通风冷却的效果。

如图1至图3所示，本发明的外转子电机还包括电机转轴和套设于电机转轴上且位于电机转子1的中心处的轴套3，散热叶片2分布在轴套3的周围，散热叶片2通过一支撑轴8安装在轴套3和电机转子1上。散热叶片2设置多个，各个散热叶片2分别通过一个支撑轴8安装在轴套3和电机转子1上，散热叶片2与支撑轴8固定连接，支撑轴8的数量与散热叶片2的数量相同，所有支撑轴8为沿周向均匀分布，所有支撑轴8在轴套3的外侧呈辐射状分布。轴套3为圆环形结构，轴套3与电机转轴固定连接，轴套3与电机转子1为同轴设置且轴套3的直径小于电机转子1的直径，轴套3通过支撑轴8与电机转子1连接成一体，支撑轴8使得轴套3、电机转子1和散热叶片2能够同步旋转。

如图1至图3所示，支撑轴8为长圆轴，支撑轴8的直径小于散热叶片2的宽度，支撑轴8的长度大于散热叶片2的长度，支撑轴8的长度方向(也即其轴向)与散热叶片2的长度方向相平行，散热叶片2的宽度方向与其长度方向相垂直。支撑轴8位于轴套3的径向线上，支撑轴8的轴线也即轴套3和电机转子1的径向线，支撑轴8为沿轴套3的径向朝向轴套3的外侧延伸，电机转子1具有让支撑轴8的一端插入的外轴孔，轴套3具有让支撑轴8的另一端插入的内轴孔，外轴孔和内轴孔为同轴设置的两个圆孔，轴套3通过支撑轴8与电机转子1同步旋转，支撑轴8相对于轴套3和电机转子1能够旋转，进而使得散热叶片2能够旋转，支撑轴8的轴线也即散热叶片2的旋转中心线。电机转子1通过多个支撑轴8与轴套3连接成一体，同时支撑轴8上安装散热叶片2，相比于现有技术中的外转子电机的带有辐板的转子，取消了辐板，提高了散热效果，而且充分利用了电机转子1与轴套3之间的空间，结构简单紧凑，有助于减小外转子电机整体的体积和重量。

如图1所示，支撑轴8是在散热叶片2的宽度方向上的中间位置处与散热叶片2固定连接，支撑轴8的两端位于散热叶片2的外侧。散热叶片2处于初始状态时，散热叶片2的桨叶角为0度，此时所有散热叶片2处于与电机转子1的轴线相垂直的同一平面内，电机转子1旋转时，散热叶片2不产生气流。如本文中所使用的，术语“桨叶角”指散热叶片2的弦线与电机转子1的旋转平面之间形成的夹角，并且用度表示，所述弦线是连接散热叶片2的前缘和后缘的直线，其中散热叶片2的前缘和后缘分别是沿着运动方向的散热叶片2的前部和后部。

如图2所示，散热叶片2处于抽风状态时，散热叶片2的桨叶角大于0度且散热叶片2的桨叶角为正攻角，此时所有散热叶片2的桨叶角大小相同，电机转子1旋转时，散热叶片2能够产生气流，气流从相邻两个散热叶片2之间流过，而且流过散热叶片2的气流的流动方向与外转子电机外部环境中的气流的流动方向相同。

如图3所示，散热叶片2处于排风状态时，散热叶片2的桨叶角为负攻角，此时所有散热叶片2的桨叶角大小相同，电机转子1旋转时，散热叶片2能够产生气流，气流从相邻两个散热叶片2之间流过，而且流过散热叶片2的气流的流动方向与外转子电机外部环境中的气流的流动方向相同。散热叶片2处于排风状态时流过散热叶片2的气流的流动方向与散热叶片2处于抽风状态时流过散热叶片2的气流的流动方向相反，从而能根据电机安装位置处的外部流场方向调节散热叶片2的方向，实现排风和抽风两种功能，可以根据外部流场的变化适应合适的通风方向，适应性好，能够实现最佳的冷却效果。

作为优选的，当外转子电机的转速增大时，散热叶片2的桨叶角需减小；当外转子电机的转速减小时，散热叶片2的桨叶角需增加。根据电机的转速合理调节散热叶片2的桨叶角度，冷却效率能够获得极大的提高。

如图1至图5所示，叶片调节装置包括设置于电机转子1上的驱动电机7和用于将驱动电机7产生的旋转力传递至散热叶片2的动力传递机构。驱动电机7运转，通过动力传递机构将旋转力传递至散热叶片2，进而使散热叶片2进行旋转，实现散热叶片2在初始状态、抽风状态和排风状态之间进行切换以及实现散热叶片2的桨叶角的调节。驱动电机7固定设置在电机转子1上，作为优选的，驱动电机7为步进电机。

作为优选的，如图1至图5所示，动力传递机构包括可旋转的设置于电机转子1上的齿圈4、设置于支撑轴8上且齿圈4啮合的从动齿轮5和设置于驱动电机7上且与齿圈4啮合的主动齿轮6。齿圈4为圆环形结构，齿圈4与电机转子1为同轴设置，电机转子1具有让齿圈4嵌入的导向槽，该导向槽为在电机转子1上设置的圆环形凹槽，齿圈4能够相对于电机转子1绕其轴线进行旋转，齿圈4的侧部具有一圈凸齿。从动齿轮5与支撑轴8固定连接，各个支撑轴8上分别设置一个从动齿轮5，从动齿轮5为锥齿轮，支撑轴8和从动齿轮5位于齿圈4的同一侧，从动齿轮5与齿圈4相啮合，形成齿轮副，支撑轴8和散热叶片2与从动齿轮5能够同步旋转。主动齿轮6固定安装在驱动电机7的电机轴上，主动齿轮6位于电机转子1的内腔体中，主动齿轮6位于相邻的两个从动齿轮5之间，主动齿轮6与齿圈4相啮合。驱动电机7运转后，通过主动齿轮6带动齿圈4旋转，齿圈4旋转后，带动从动齿轮5旋转，从动齿轮5带动支撑轴8和散热叶片2同步旋转，进而实现散热叶片2姿态的调节。

如图1至图3所示，齿圈4包围所有的散热叶片2，从动齿轮5位于电机转子1的内部，散热叶片2位于从动齿轮5和轴套3之间，从动齿轮5设置在支撑轴8的远离轴套3的一端。

上述结构的叶片调节装置，结构简单紧凑，占用空间小，方便布置，可靠性高，能够精确控制散热叶片的角度调节。

如图4和图5所示，电机转子1上设有外转子导电环12，外转子导电环12为在电机转子1上沿整个周向进行设置，外转子导电环12与驱动电机7的正、负极为电连接。插座9通过螺栓固定安装在转接支架10上，转接支架10与定子固定连接，转接支架10和插座9位于电机转子1的外侧，插座9用于与线束连接，插座9具有导电环取电触点13，导电环取电触点13与外转子导电环12始终接触，电流的流向是从线束依次流向插座9、导电环取电触点13、外转子导电环12和驱动电机7，为驱动电机7供电。

本发明的外转子电机采用上述结构，相比于现有的外转子电机，不明显增加系统复杂度及重量的情况下，获得传统强迫通风冷却的散热效果。相比传统强迫通风冷却电机重量更轻，结构更简单。在一些对体积和重量比较敏感又具有较好的外部流场条件的领域(如航空领域)，本发明的外转子电机有着非常好的适用性。同时可以根据外部流场的变化适应合适的通风方向，根据电机的转速合理调节电机的桨叶角度，冷却效率获得极大的提高。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.外转子电机，包括电机转子，其特征在于：还包括位于所述电机转子的内部且为可旋转设置的散热叶片和用于调节散热叶片的姿态的叶片调节装置，散热叶片设置多个且所有散热叶片在电机转子的内部为沿周向分布，散热叶片通过一支撑轴安装在电机转子上；

所述叶片调节装置包括设置于所述电机转子上的驱动电机和用于将驱动电机产生的旋转力传递至所述散热叶片的动力传递机构；

所述动力传递机构包括可旋转的设置于所述电机转子上的齿圈、设置于支撑轴上且与齿圈啮合的从动齿轮和设置于所述驱动电机上且与齿圈啮合的主动齿轮。

2.根据权利要求1所述的外转子电机，其特征在于：所述所有散热叶片在所述电机转子的内部为沿周向均匀分布。

3.根据权利要求2所述的外转子电机，其特征在于：还包括电机转轴和套设于电机转轴上且位于所述电机转子的中心处的轴套，所述散热叶片分布在轴套的周围，散热叶片通过支撑轴安装在轴套上。

4.根据权利要求3所述的外转子电机，其特征在于：所述电机转子具有让所述支撑轴的一端插入的外轴孔，所述轴套具有让支撑轴的另一端插入的内轴孔，轴套通过支撑轴与电机转子同步旋转。

5.根据权利要求3或4所述的外转子电机，其特征在于：所述散热叶片设置成可在初始状态、抽风状态和排风状态之间进行切换；散热叶片处于初始状态时，散热叶片的桨叶角为0度；散热叶片处于抽风状态时，散热叶片的桨叶角为正攻角；散热叶片处于排风状态时，散热叶片的桨叶角为负攻角。

6.根据权利要求3所述的外转子电机，其特征在于：所述齿圈包围所有的散热叶片，所述从动齿轮位于所述电机转子的内部，散热叶片位于从动齿轮和所述轴套之间。

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