CN114194403B - 驱动装置的散热结构及飞行器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种驱动装置的散热结构及飞行器。该散热结构包括沿飞行器的螺旋桨组件的转动轴心方向设置的导流通道，导流通道的两端设为进风端和出风端，与螺旋桨组件传动相连的驱动装置靠近于出风端设置；其中，通过导流通道的设置构造出有可形成文丘里效应的气流加速结构，进风端导入的气流经由气流加速结构被导流至驱动装置，用以通过加速后的气流对驱动装置进行风冷散热。本申请提供的方案，能通过加速后的气流对驱动装置进行充分的对流换热，该散热结构对驱动装置实现高效的风冷散热的同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
Description
技术领域
本申请涉及航空技术领域，尤其涉及驱动装置的散热结构及飞行器。
背景技术
飞行器的电机带动螺旋桨高速转动时，电机的机体会产生较大的热量，为了使热量及时地被散发出，需要设置散热结构。
相关技术中，飞行器的电机的散热方式一般包括风冷式散热和液冷式散热。风冷式散热相比液冷式散热，由于其结构简单、成本低，因此被广泛应用。风冷式散热一般包括自然风冷和强制风冷两种方式，但是，相关技术中的自然风冷式散热只能应用于功率和扭矩较小的电机，不能满足大功率电机的散热，而强制风冷需要增加额外的换热风扇，不仅占用了安装空间，而且会消耗电机的输出功率和扭矩。
发明内容
为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种动装置的散热结构及飞行器，该散热结构对驱动装置实现高效的风冷散热的同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
本申请第一方面提供一种驱动装置的散热结构，包括：
沿飞行器的螺旋桨组件的转动轴心方向设置的导流通道，所述导流通道的两端设为进风端和出风端，与所述螺旋桨组件传动相连的驱动装置靠近于所述出风端设置；
其中，通过所述导流通道的设置构造出有可形成文丘里效应的气流加速结构，所述进风端导入的气流经由所述气流加速结构被导流至所述驱动装置，用以通过加速后的气流对所述驱动装置进行风冷散热。
在一些实施例中，所述气流加速结构对所述进风端导入的气流通过文丘里效应进行至少两级加速后导流至所述驱动装置。
在一些实施例中，所述螺旋桨组件包括多个桨叶以及与所述多个桨叶相固定的导流罩；
所述导流罩与所述多个桨叶的转动轴心共轴设置，所述导流通道形成于所述导流罩内。
在一些实施例中，所述导流通道内设有转轴连接部，所述驱动装置的输出轴通过所述转轴连接部与所述导流罩相连，所述导流通道在所述转轴连接部的截面面积小于在所述进风端的截面面积；
其中，所述气流加速结构包括一级加速结构和二级加速结构，通过所述转轴连接部的设置构造出所述一级加速结构。
在一些实施例中，所述驱动装置的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流罩位于所述出风端的内周壁和所述驱动装置共同构造出。
在一些实施例中，所述二级加速结构包括所述导流通道的内周壁与所述驱动装置之间形成的间隙，所述间隙对应的出风面积小于所述导流通道在所述转轴连接部的截面面积。
在一些实施例中，所述驱动装置包括电机和减速器，所述减速器的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流通道的内周壁与所述减速器共同构造出；或
所述驱动装置包括电机，所述电机的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流通道的内周壁与所述电机共同构造出。
在一些实施例中，所述电机的外表面沿周向布置有多个相间隔的散热筋片，所述散热筋片的一端靠近于所述出风端设置，另一端在所述电机的外表面至少沿着电机的转轴的转动方向延伸。
在一些实施例中，所述导流通道内靠近于所述进风端的部位设置有气流驱动结构，所述气流驱动结构用于将所述进风端导入的气流在到达所述气流加速结构之前预先加速，其中，所述气流驱动结构包括多个可与所述导流罩随动的气流驱动叶片。
本申请第二方面提供一种飞行器，包括如上所述的驱动装置的散热结构。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供一种驱动装置的散热结构，包括沿飞行器的螺旋桨组件的转动轴心方向设置的导流通道，导流通道的两端设为进风端和出风端，与螺旋桨组件传动相连的驱动装置靠近于出风端设置；其中，通过导流通道的设置构造出有可形成文丘里效应的气流加速结构，进风端导入的气流经由气流加速结构被导流至驱动装置，用以通过加速后的气流对驱动装置进行风冷散热。这样设置后，能通过加速后的气流对驱动装置进行充分地对流换热，该散热结构对驱动装置实现高效的风冷散热的同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
进一步地，气流加速结构对进风端导入的气流通过文丘里效应进行至少两级加速后导流至驱动装置，这样可对电机通过更高速的空气对流进行换热，散热效率更高。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本申请实施例示出的驱动装置的散热结构的爆炸图；
图2是图1中示出的驱动装置的散热结构的整体结构示意图；
图3是图1中示出的驱动装置的散热结构的剖视图。
附图标记：螺旋桨组件100；桨叶110；导流罩120；进风端121；出风端122；导流通道130；减速器200；输出轴210；电机300；散热筋片310；转轴320；一级加速结构131；二级加速结构132；间隙133。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
相关技术中的自然风冷式散热只能应用于功率和扭矩较小的电机，不能满足大功率电机的散热，而强制风冷需要增加额外的换热风扇，不仅占用了安装空间，而且会消耗电机的输出功率和扭矩。针对上述问题，本申请实施例提供一种驱动装置的散热结构，该散热结构对驱动装置能实现高效的风冷散热，同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。
请一并参见图1-图3，本申请提供一种驱动装置的散热结构，沿飞行器的螺旋桨组件100的转动轴心方向设置的导流通道130，导流通道130的两端设为进风端121和出风端122，与螺旋桨组件100传动相连的驱动装置靠近于出风端122设置；其中，通过导流通道130的设置构造出有可形成文丘里效应的气流加速结构，进风端121导入的气流经由气流加速结构被导流至驱动装置，用以通过加速后的气流对驱动装置进行风冷散热，这样设置后，能通过加速后的气流对驱动装置进行充分的对流换热，该散热结构对驱动装置实现高效的风冷散热的同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
一些实施例中，螺旋桨组件100包括多个桨叶110以及与多个桨叶110相固定的导流罩120；导流罩120与多个桨叶110的转动轴心L(图3中示出)共轴设置，导流通道130形成于导流罩120内，进风端121设于导流罩120的迎风侧，出风端122设于导流罩120的背风侧。飞行器在飞行时，迎向气流通过进风端121导入导流通道130，在导流通道130内被气流加速结构加速后通过出风端122排出，由于驱动装置靠近于出风端122设置，因此，气流加速结构加速后的高速气流能通过出风端122导流至驱动装置，通过高速气流对驱动装置进行充分的对流换热，提升了驱动装置的风冷散热效率。
一些实施例中，驱动装置可以包括电机300和减速器200，或者驱动装置仅包括电机300，当驱动装置包括电机300和减速器200时，电机300的转轴320和减速器200的输出轴210共轴设置，减速器200位于导流罩120和电机300之间。
一些实施例中，电机300的外壳沿周向设置有多个相间隔的散热筋片310，散热筋片310可以和电机300的外壳设置一体，由导热材质制成，散热筋片310的设置可以增大散热面积，以提升散热速度。
一些实施例中，散热筋片310的一端靠近于出风端122设置，另一端在电机300的外壳表面至少沿着电机300的转轴320的转动方向延伸。散热筋片310可以呈斜向或弧线形延伸，出风端122排出的高速气流可以通过多个散热筋片310导流至电机300外壳的整个外表面，进而提升了驱动装置风冷散热的均匀度。
一些实施例中，多个散热筋片310的形状可类似于“鱼翅”形，散热筋片310沿电机300的转轴方向延伸时，其高度逐渐增大；一些实施例中，散热筋片310所在的平面或曲面相对于电机300外壳的外表面倾斜设置，并沿电机300外壳的周向延伸一定的距离，这样的结构能提升对电机300外壳表面的气流的导流效果。
值得说明的是，本实施例中，气流加速结构对进风端121导入的气流通过文丘里效应进行至少两级加速后导流至驱动装置。文丘里效应是指受限流动的流体在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象。
本实施例采用文丘里效应提高气流的流速后，避免了相关技术中增加额外的气流驱动装置造成空间占用较大的缺陷，而且，由于导流罩120前端的迎风面积更小，飞行器的风阻也得到进一步降低。
相关技术中飞行器的电机的风冷散热，一般包含以下两种方案：一种是增加电机数量，减小单个电机的输出功率和扭矩，使得单个电机的发热量也会降低，再采用自然风冷的方式进行散热，这种方式的缺点是：电机的功率和扭矩难以得到提高，电机的数量增加导致驱动装置的体积和重量都偏大，不利于飞行器的小型化和轻量化；另外一种是给每个电机配置一个风扇进行强制对流换热，这种方式的缺点是：风扇需要额外的布置空间，驱动风扇时会消耗电机的输出功率和扭矩。
本实施例的方案，导流通道130内的气流通过文丘里效应进行两级加速后导流至电机300的外壳表面，对电机300进行高速地对流换热，散热效率更高，因此可以适用于电机300具有大功率和大扭矩的场景。另外，无需设置散热风扇，减小了空间占用，利于飞行器的小型化和轻量化。
本实施例中，导流罩120的形状类似于文丘里管，导流罩120的外壁从进风端121至出风端122的方向呈流线型结构，导流罩120截面自进风端121至出风端122可以逐渐增大，电机300的外壳对应于出风端122设置，这样的结构，一方面使得气流可以从导流通道130内被加速后导流至电机300外壳，另一方面使得气流可以从沿导流罩120的外表面导流至电机300外壳，可提高导流至电机300外壳的空气流量，进一步提升了散热效率。
继续参见图3，一实施例中，导流通道130内设有转轴连接部，驱动装置的输出轴210通过转轴连接部与导流罩120相连，导流通道130在转轴连接部的截面面积小于在进风端121的截面面积；其中，气流加速结构包括一级加速结构131和二级加速结构132，通过转轴连接部的设置构造出一级加速结构131。
转轴连接部可以设置于导流通道130的中间部位，驱动装置的输出轴210通过转轴连接部可带动螺旋桨的桨叶110及导流罩120一同旋转。可以将输出轴210和导流罩120的中间部位通过花键结构相连，例如，在驱动装置的输出轴210的前部设置花键，导流罩120内中间部位设置花键轴套，花键和花键轴套装配后，再用紧固件进行固定。
图3中的虚线箭头为气流的流动方向，本实施例中，气流在进风端121导入导流通道130后，气流受限于导流通道130的内壁流动，当流动到转轴连接部时，由于转轴连接部的截面较小，因此通过该截面的气流速度会增大，如此通过文丘里效应实现了对气流的一级加速。
为了提高驱动装置的输出轴210和导流罩120的连接强度，导流罩120中间部位的截面面积相比其他部位设置的更小，本实施例中，将一级加速结构131设置于导流罩120的转轴连接部后，可充分利用导流罩120中间部位的结构，无需增加额外的部件，降低了成本，简化了工艺。
一些实施例中，导流通道130的截面面积自转轴连接部至出风端122逐渐增大，驱动装置的至少部分收容于导流通道130内靠近于出风端122的区域，二级加速结构132由导流罩120位于出风端122的内周壁和驱动装置共同构造出。导流罩120在出风端122的径向尺寸可配合于驱动装置的径向尺寸设置，例如，导流罩120在出风端122的径向尺寸大于驱动装置靠近于出风端122的径向尺寸，使得驱动装置能至少部分收容于导流通道130。
本实施例中，一级加速结构131和二级加速结构132分别可通过文丘里效应对气流进行两级加速，气流自进风端121导入后，首先通过一级加速结构131进行一级加速，经过一级加速结构131加速后的气流再经过二级加速结构132进行二级加速，气流被两级加速后形成导流至电机300的超高速气流。
驱动装置包括电机300和减速器200，减速器200的至少部分收容于导流通道130内靠近于出风端122的区域，二级加速结构132由导流通道130的内周壁与减速器200共同构造出。
或者，驱动装置包括电机300，电机300的至少部分收容于导流通道130内靠近于出风端122的区域，二级加速结构132由导流通道130的内周壁与电机300共同构造出。
继续参见图3，本实施例中，由于间隙133对应的出风面积小于导流通道130在转轴连接部的截面面积，因此通过该间隙133的气流流速增大，如此通过文丘里效应实现了对气流的二级加速。由于出风端122的排风口对应于电机300外壳设置，因此，气流通过二级加速后，超高速气流能通过排风口被导流至电机300外壳，进而实现对电机300的风冷散热。
另外，由于气流在经过间隙133时，也经过了减速器200，因此还可以对减速器200进行风冷散热。
可以理解的是，间隙133可以通过其他部件和导流通道130的内壁共同构造出，例如在出风端122安装可形成间隙的零部件。
本实施例中，导流通道130的截面可呈环形，由于电机300、减速器200和导流通道130共轴心，因此构造出的间隙133及排风口也呈环形，气流经一级加速结构131加速后，可以通过环形的排风口导流至电机300外壳的周向表面，进而可对电机300外壳的不同区域实现更均匀地散热。
本实施例的散热结构，当进风端121导入的气流速度增大时，气流经过一级加速结构131的速度会进一步增加，相应地，气流经过二级加速结构132的速度也会进一步增加，当排风口排出的气流速度越大时，单位时间内带走的热量也更多，因此散热效率更高。
一些实施例中，为了实现对进风端121导入的气流在到达所述气流加速结构之前进行预先加速，导流通道130内靠近于进风端121设置有可与导流罩120随动的气流驱动结构，气流驱动结构可以包括相对于导流罩120固定设置的多个气流驱动叶片，多个气流驱动叶片的转动轴心和导流罩120的转动轴心重合，当导流罩120转动时，多个气流驱动叶片可随之转动，进而使迎风侧的气流快速进入进风端121。
另外，当飞行器飞行速度变化时，进风端121导入的气流速度也会相应变化，例如，当飞行器的飞行速度增加时，进风端121导入的气流速度会增加。由于飞行器的飞行速度较大时，电机300的输出功率也更大，产生的热量也较多，因此，在电机300的输出功率增大时，出风端122排出的气流速度也更高，进而配合电机300输出功率和扭矩的变化实现散热效率的自适应调节。
可以理解的是，本实施例中的散热结构不仅能应用于可水平飞行的飞行器，也适用于可垂直起降的飞行器，飞行器水平飞行时，迎向气流沿前后方向导入进风端121，飞行器垂直起降时，垂直拉升时气流自上而下导入进风端121。
可以看出，本实施例的散热结构可以避免相关技术中电机的功率和扭矩被散热所限制而不能做大的缺陷，也避免了相关技术中提高电机功率需布置数量较多的电机导致的体积和重量偏大的缺陷，有利于飞行器的小型化和轻量化。
以上介绍了本申请实施例提供的散热结构，相应地，本申请还提供一种飞行器，该飞行器包括如上的散热结构。
飞行器包括机体以及安装于机体的螺旋桨组件100和驱动装置，驱动装置的沿飞行器的螺旋桨组件100的转动轴心方向设置的导流通道130，导流通道130的两端设为进风端121和出风端122，与螺旋桨组件100传动相连的驱动装置靠近于出风端122设置；其中，通过导流通道130的设置构造出有可形成文丘里效应的气流加速结构，进风端121导入的气流经由气流加速结构被导流至驱动装置，用以通过加速后的气流对驱动装置进行风冷散热，这样设置后，能通过加速后的气流对驱动装置进行充分的对流换热，该散热结构对驱动装置实现高效的风冷散热的同时可提高驱动装置的功率和扭矩。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (9)
1.一种驱动装置的散热结构，其特征在于，包括：
沿飞行器的螺旋桨组件的转动轴心方向设置的导流通道，所述导流通道的两端分别设为进风端和出风端，与所述螺旋桨组件传动相连的驱动装置靠近于所述出风端设置；
所述螺旋桨组件包括多个桨叶以及与所述多个桨叶相固定的导流罩；
所述导流罩与所述多个桨叶的转动轴心共轴设置，所述导流通道形成于所述导流罩内；
所述导流通道内设有转轴连接部，所述驱动装置的输出轴通过所述转轴连接部与所述导流罩相连，所述导流通道在所述转轴连接部的截面面积小于在所述进风端的截面面积，形成文丘里效应的气流加速结构，所述进风端导入的气流能经由所述气流加速结构被导流至所述驱动装置，用以通过加速后的气流对所述驱动装置进行风冷散热。
2.根据权利要求1所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述气流加速结构对所述进风端导入的气流通过文丘里效应进行至少两级加速后导流至所述驱动装置。
3.根据权利要求1所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述气流加速结构包括一级加速结构和二级加速结构，通过所述转轴连接部的设置构造出所述一级加速结构。
4.根据权利要求3所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述驱动装置的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流罩位于所述出风端的内周壁和所述驱动装置共同构造出。
5.根据权利要求4所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述二级加速结构包括所述导流通道的内周壁与所述驱动装置之间形成的间隙，所述间隙对应的出风面积小于所述导流通道在所述转轴连接部的截面面积。
6.根据权利要求4所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述驱动装置包括电机和减速器，所述减速器的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流通道的内周壁与所述减速器共同构造出；或
所述驱动装置包括电机，所述电机的至少部分收容于所述导流通道内靠近于所述出风端的区域，所述二级加速结构由所述导流通道的内周壁与所述电机共同构造出。
7.根据权利要求1-6任一项所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述电机的外表面沿周向布置有多个相间隔的散热筋片，所述散热筋片的一端靠近于所述出风端设置，另一端在所述电机的外表面至少沿着所述电机的转轴的转动方向延伸。
8.根据权利要求1所述的驱动装置的散热结构，其特征在于：
所述导流通道内靠近于所述进风端的部位设置有气流驱动结构，所述气流驱动结构用于将所述进风端导入的气流在到达所述气流加速结构之前预先加速，其中，所述气流驱动结构包括多个可与所述导流罩随动的气流驱动叶片。
9.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的驱动装置的散热结构。
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