CN113746233B - 一种内部集成散热模块的无刷电机及飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内部集成散热模块的无刷电机及飞行器，包括定子和外转子，所述定子上设有至少一个凹槽，凹槽内安装有对应的散热模块，散热模块装入对应的凹槽后可以滑动收缩到底；凹槽内设有用于将散热模块从凹槽内向外推动的顶出组件；散热模块内部集成有2‑4个温度传感器；外转子顶部安装有一环形压板，环形压板把线圈绕组端部的线束束缚并压紧；定子内部的空腔设有一环形隔板，环形隔板将每个空腔分割成内外两部分，并且封闭内部空腔，使空气只流过环形隔板靠外侧的外部空腔区域。本发明的凹槽结构可以让散热模块有一定活动空间，可以在装入铁芯时避免铁芯刮擦到散热片表面的导热硅脂；环形隔板能够提高散热能力。

Description

一种内部集成散热模块的无刷电机及飞行器
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种内部集成散热模块的无刷电机及飞行器。
背景技术
外转子无刷电机的扭矩大，转速高，功耗低，噪声小。因此，电动飞行器通常使用外转子无刷电机。相比以热机为动力的飞行器，电动飞行器的噪声小，军事侦察时更具有隐蔽性，生存能力以及任务成功率更高。电动飞行器可用于军事侦察、环境监测、抢险救灾等多种领域。
现有的外转子无刷电机存在以下几个问题：
1.电机的功率密度越来越大，散热问题越来越严峻；
2.针对外转子无刷电机，已经有在电机内部使用翅片进行散热的设计，但翅片和定子是一体的；
3.翅片和定子一体式的设计，铁芯线圈这个电机唯一的发热源的内壁面与定子的外圈壁面接触配合间，因电机组装的工艺要求，定子外圈壁面直径和铁芯内圈壁面直径必须有一定间隙，这个间隙直接大大增加了两者壁面接触传热的热阻，严重影响传热效果；
4.定子外圈壁面与铁芯内圈壁面，为了填充间隙可以涂抹高导热系数的导热硅脂，但是加工后则固定了尺寸的内外壁面直径，如果为了涂抹更多硅脂，则间隙要给大些，如果间隙小了，涂抹的硅脂在装入铁芯时被被铁芯的内避面刮掉很多硅脂，影响散热效果。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种内部集成散热模块的无刷电机及飞行器，凹槽结构可以让散热模块有一定活动空间，可以在装入铁芯时避免铁芯刮擦到散热片表面的导热硅脂；环形隔板可以增加流过散热模块附近的空气流量和流速，提高散热能力。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种内部集成散热模块的无刷电机，包括定子和外转子，所述定子上设有至少一个凹槽，所述凹槽内安装有对应的散热模块，所述散热模块装入对应的凹槽后可以滑动收缩到底，使散热模块的弧形曲面低于定子外圈弧形面形成错位；所述凹槽内设有用于将所述散热模块从凹槽内向外推动的顶出组件；
所述散热模块内部集成有2-4个温度传感器用于测量每个散热模块的区域温度；
所述外转子顶部安装有一环形压板，所述环形压板把线圈绕组端部的线束束缚并压紧；
所述定子内部的空腔设有一环形隔板，所述环形隔板将每个空腔分割成内外两部分，并且封闭内部空腔，使空气只流过环形隔板靠外侧的外部空腔区域。
优选的，所述顶出组件包括压杆和若干楔形块，所述定子上设有若干竖向的容纳孔，若干所述楔形块设置在所述散热模块上，所述凹槽内设有与所述楔形块配合的定位孔，所述定位孔与所述容纳孔相通，所述环形压板将压杆下压后能够将所述楔形块从定位孔内向外推。
优选的，所述楔形块远离所述散热模块的一端为倾斜面一，所述压杆上设有与所述倾斜面一配合的倾斜面二。
优选的，所述压杆上设有两个容置槽，所述容置槽内设置有凸台一和凸台二，所述凸台一和凸台二的下端均设置有所述倾斜面二。
优选的，所述环形压板上设有螺栓孔一，所述定子上与所述螺栓孔一对应的位置上设有螺栓孔二，所述螺栓孔一与螺栓孔二通过螺栓配合。
优选的，所述散热模块为风冷翅片或者是液冷头。
优选的，所述定子下部集成有一个独立温控的散热风扇，所述散热风扇的出风口朝上正对散热模块的多个空腔流道；所述散热风扇根据大气温度数据、电机内的多个区域温度数据进行可控调速，在温度偏高时自动加快转速以输送更多风量到电机内部，用于辅助电机顶部的离心扇叶的散热。
本发明的另一目的在于公开了一种飞行器，包括如上述任意一项所述的内部集成散热模块的无刷电机。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明的凹槽结构可以让散热模块有一定活动空间，可以在装入铁芯时避免铁芯刮擦到散热模块弧形曲面的导热硅脂。
2、本发明的顶出组件可以联动压紧分布的全体散热模块，确保散热模块以足够的压紧力压实到铁芯内表面，大大减少接触热阻，也充分发挥了导热硅脂的效果。
3、本发明同一个定子结构就可以分别按照风冷和液冷两种散热模块，使生成成本大大降低，主体结构零件通用型增强。
4、本发明散热模块采用顶出机构与凹槽来固定散热模块，使散热模块升级成为可能。
5、本发明的底部温控散热风扇，可以配合电机顶部的离心风扇增强风冷散热，另外在电机停止工作后温控散热风扇仍然可以继续工作为电机送分散热，加快电机停止工作后的冷却。
6、本发明的电机内部空腔增设了环形隔板，用于增加流过散热模块附近的空气流量和流速，提高散热能力。
7、本发明的环形压板把线圈绕组端部的线束束缚并压紧，避免使用固化胶来固定这部分线束。同时环形压板下表面接触线束，电机工作时线束发热可以将热量传导至环形压板，而环形压板上表面靠近电机顶部离心风扇区域，可以借助高速旋转的气流对环形压板进行散热。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的爆炸视图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的压杆的放大示意图。
图4是本发明的主视图。
图5是图4的A-A剖视图。
图6是楔形块的放大示意图。
附图标注：1、环形压板，2、外转子，3、压杆，4、容纳孔，5、楔形块，6、散热模块，7、定位孔，8、凹槽，9、螺栓孔二，10、螺栓孔一，11、凸台一，12、容置槽，13、凸台二，14、倾斜面二，15、倾斜面一，16、定子，17、螺丝孔，18、通孔，19、环形隔板，20、内部空腔。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
本发明的具体实施例如图1-6所示，一种内部集成散热模块的无刷电机，包括定子16和外转子2，所述定子16上设有至少一个凹槽8，所述凹槽8内安装有对应的散热模块6，所述散热模块6装入对应的凹槽8后可以滑动收缩到底，使散热模块6的弧形曲面低于定子16外圈弧形面形成错位；所述凹槽8内设有用于将所述散热模块6从凹槽8内向外推动的顶出组件；
所述散热模块6内部集成有2-4个温度传感器用于测量每个散热模块6的区域温度；
所述外转子2顶部安装有一环形压板，所述环形压板把线圈绕组端部的线束束缚并压紧；
所述定子16内部的空腔设有一环形隔板19，所述环形隔板19将每个空腔分割成内外两部分，并且封闭内部空腔20，使空气只流过环形隔板19靠外侧的外部空腔区域。
其中，在电机转子内集成的离心风扇高速运转下，会从空腔内吸入空气，未设置环形隔板前，高速的气流会处于空腔靠近内侧的区域，而分体式散热片没法布满整个空腔区域，导致流经散热片的气流速度很低。环形隔板靠外侧的空腔区域为主要的散热片放置区域，增加环形隔板是为了让每个空腔气流流过通道的截面积减小，增加设置环形隔板后流经散热片的气流速度，以增加空气与散热片的导热效率。
更具体的，每个散热模块都集成2-4个温度传感器用于测量每个散热模块的区域温度，这样通过多个温度可以综合判断每个散热模块的安装是否正确压紧，其对应的传热接触面的导热硅脂是否正确涂抹和填充。电机的发热元件既铁芯和线圈绕组也按照圆周分布在多处设置温度传感，电机转轴轴承附近也设置多个传感器，电机外部也集成温度传感器。这样可以通过电机内不同位置的温度数据和大气温度数据综合判断电机的运行状态。
在本实施例中，所述顶出组件包括压杆3和若干楔形块5，所述定子16上设有若干竖向的容纳孔4，若干所述楔形块5设置在所述散热模块上，所述凹槽8内设有与所述楔形块5配合的定位孔7，所述定位孔7与所述容纳孔4相通，所述环形压板1将压杆3下压后能够将所述楔形块5从定位孔7内向外推。
在本实施例中，所述楔形块5远离所述散热模块的一端为倾斜面一15，所述压杆3上设有与所述倾斜面一15配合的倾斜面二14。
在本实施例中，所述压杆3上设有两个容置槽12，所述容置槽12内设置有凸台一11和凸台二13，所述凸台一11和凸台二13的下端均设置有所述倾斜面二14。
在本实施例中，所述环形压板上设有螺栓孔一10，所述定子16上与所述螺栓孔一对应的位置上设有螺栓孔二9，所述螺栓孔一10与螺栓孔二9通过螺栓配合。
其中，在散热模块6的四个角上设有通孔18，所述楔形块5上设有螺丝孔17，所述通孔18内设有与通孔18间隙配合的螺丝，所述螺丝穿过所述通孔18与所述螺丝孔17连接。螺丝与通孔间隙配合，使得楔形块能够在一定范围内倾斜，方便楔形块放入到定位孔内。
在本实施例中，所述散热模块6为风冷翅片或者是液冷头。风冷翅片版本的散热模块是靠外部的气流流经翅片进行热量的交换，让空气把热量带走。液冷版本的散热模块，则是通过液冷循环流道内的液体将热量从电机内部带出到放置于螺旋桨尾流或者机身外部的冷排，通过螺旋桨的高速尾流或机身外的高速气流与冷排进行热量交换将热量带走。
在本实施例中，所述定子16下部集成有一个独立温控的散热风扇，所述散热风扇的出风口朝上正对散热模块6的多个空腔流道；所述散热风扇根据大气温度数据、电机内的多个区域温度数据进行可控调速，在温度偏高时自动加快转速以输送更多风量到电机内部，用于辅助电机顶部的离心扇叶的散热。电机停止运转后，内部仍然较高余温时，此时电机顶部的离心风扇因为电机停转了不再工作，但是散热风扇可以继续送风直至电机内部的温度降低至可接受范围内，以减少电机内部处于高温下的时间。
另外可选方案是独立温控的散热风扇改成一个与电机主轴固定的轴流风扇叶片，与电机主轴同步转动，可以减少风扇布置的空间，简化温度控制部分。
其中，本发明的外转子的铁芯与定子在周向上通过4个（也可以是多个，只要与散热模块数量相同即可）键和键槽来固定，防止铁芯工作时因为本身的电磁力而转动。使用键和键槽方便拆装铁芯，使重复拆装铁芯成为可能。
未装入铁芯之前，每个散热模块装入对应的凹槽后可以滑动收缩到底，使散热模块的弧形曲面与定子外圈弧形面形成错位，此错位间隙足够涂抹一定厚度的导热硅脂，并再装入铁芯过程中，确保铁芯内壁面不会刮擦到涂抹好的硅脂。
具体的，定子上每两个凹槽之间直接布置一个压杆，压杆上与相邻两个散热模块的楔形块有斜面配合，压杆可在容纳孔中上下活动，定子的顶部有个整体的环形盖板，用于压住4个压杆，当4个压杆压入特定的尺寸后，其凸台一和凸台二上的倾斜面二与楔形块上的倾斜面一配合压紧散热模块上的楔形块，使4个散热模块在径向上由内向外推动，最终使散热模块弧形面与铁芯内壁面压紧。这样确保有足够的正压力使4个散热模块顶住各自方向上的铁芯内壁面。该压紧作用使接触热阻大大减小，从而提高接触面之间的导热系数。
本发明还公开了一种飞行器，包括如上述任意一项所述的内部集成散热模块的无刷电机。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种内部集成散热模块的无刷电机，包括定子（16）和外转子（2），其特征在于：所述定子（16）上设有至少一个凹槽（8），所述凹槽（8）内安装有对应的散热模块（6），所述散热模块（6）装入对应的凹槽（8）后可以滑动收缩到底，使散热模块（6）的弧形曲面低于定子（16）外圈弧形面形成错位；所述凹槽（8）内设有用于将所述散热模块（6）从凹槽（8）内向外推动的顶出组件；
所述顶出组件包括压杆（3）和若干楔形块（5），所述定子（16）上设有若干竖向的容纳孔（4），若干所述楔形块（5）设置在所述散热模块（6）上，所述凹槽（8）内设有与所述楔形块（5）配合的定位孔（7），所述定位孔（7）与所述容纳孔（4）相通，环形压板（1）将压杆（3）下压后能够将所述楔形块（5）从定位孔（7）内向外推；
所述散热模块（6）内部集成有2-4个温度传感器用于测量每个散热模块（6）的区域温度；
所述外转子（2）顶部安装有一环形压板（1），所述环形压板（1）把线圈绕组端部的线束束缚并压紧；
所述定子（16）内部的空腔设有一环形隔板（19），所述环形隔板（19）将每个空腔分割成内外两部分，并且封闭内部空腔（20），使空气只流过环形隔板（19）靠外侧的外部空腔区域。
2.根据权利要求1所述的一种内部集成散热模块的无刷电机，其特征在于：所述楔形块（5）远离所述散热模块（6）的一端为倾斜面一（15），所述压杆（3）上设有与所述倾斜面一（15）配合的倾斜面二（14）。
3.根据权利要求2所述的一种内部集成散热模块的无刷电机，其特征在于：所述压杆（3）上设有两个容置槽（12），所述容置槽（12）内设置有凸台一（11）和凸台二（13），所述凸台一（11）和凸台二（13）的下端均设置有所述倾斜面二（14）。
4.根据权利要求1所述的一种内部集成散热模块的无刷电机，其特征在于：所述环形压板上设有螺栓孔一（10），所述定子（16）上与所述螺栓孔一（10）对应的位置上设有螺栓孔二（9），所述螺栓孔一（10）与螺栓孔二（9）通过螺栓配合。
5.根据权利要求1所述的一种内部集成散热模块的无刷电机，其特征在于：所述散热模块（6）为风冷翅片或者是液冷头。
6.根据权利要求1所述的一种内部集成散热模块的无刷电机，其特征在于：所述定子（16）下部集成有一个独立温控的散热风扇，所述散热风扇的出风口朝上正对散热模块（6）的多个空腔流道；所述散热风扇根据大气温度数据、电机内的多个区域温度数据进行可控调速，在温度偏高时自动加快转速以输送更多风量到电机内部，用于辅助电机顶部的离心扇叶的散热。
7.一种飞行器，其特征在于：包括如权利要求1-6任意一项所述的内部集成散热模块的无刷电机。
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