CN117294076A - 一种电机散热系统及无人机动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机散热系统及无人机动力装置，该电机散热系统包括转轴、定子组件、转子组件、整流罩组件，定子组件包括套设在转轴上的轴承座、设置在轴承座外侧的铁芯、绕设在铁芯上的线圈绕组，轴承座上开设有通槽，铁芯上设有铁芯散热片位于通槽内；转子组件包括与转轴连接的散热风扇、套设在铁芯外侧的钢圈、位于钢圈内侧的永磁体部件；整流罩组件包括套设在钢圈外侧的外部整流罩、位于散热风扇上方的顶部整流罩、位于轴承座下方的底部整流罩，外部整流罩两侧通过第一连接件和第二连接件分别于顶部整流罩和底部整流罩连接。无人机动力装置包括上述的电机散热系统。该电机散热系统，解决了现有技术中的电机散热效果差，影响工作状态的问题。

Description

一种电机散热系统及无人机动力装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机散热系统及无人机动力装置。

背景技术

无刷电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步，从而在各个领域得到了广泛的应用。

现有的无刷电机中的电动机主体主要包括定子以及转子，其中，无刷电机的转子可以设置为外转子或者内转子，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。

然而无刷电机在其工作的过程中，需要对其进行有效的散热，以保证无刷电机处于良好的工作状态。现有技术中，无人机的无刷电机的散热方式主要是无刷电机转子顶部设置有离心风扇，无刷电机底部有进气道，在电机内部形成流道，气流可以从电机的铁芯与铁芯上的线圈（热源）流过，从而达到无刷电机热源与空气的热交换，但是由于铁芯与线圈处的流道较为狭窄，且不规则，进而散热效率低。此外，电机上的永磁体高温会产生退磁，因此也需要降温，而该流道不经过永磁体无法针对永磁体进行降温。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种电机散热系统及无人机动力装置，旨在解决现有技术中的电机散热效果差，从而影响工作状态的问题。

本发明提出的电机散热系统，包括转轴、套设在所述转轴上的定子组件、套设在所述定子组件外侧并与所述转轴连接的转子组件、设置在所述转轴上的整流罩组件；

所述定子组件包括套设在所述转轴上的轴承座、设置在所述轴承座外侧的铁芯、以及绕设在所述铁芯上的线圈绕组，所述轴承座上开设有通槽，所述铁芯向外延伸有铁芯散热片位于所述通槽内；所述转子组件包括与所述转轴连接的散热风扇、套设在所述铁芯外侧与所述散热风扇底部连接的钢圈、位于所述钢圈和所述铁芯之间并与所述钢圈连接的永磁体部件；所述整流罩组件包括套设在所述钢圈外侧的外部整流罩、设置在所述散热风扇上方与所述转轴连接的顶部整流罩、以及设置在所述轴承座下方的底部整流罩，所述顶部整流罩套设在所述外部整流罩的顶部外侧并通过第一连接件与所述外部整流罩连接，所述底部整流罩顶部与所述轴承座底部连接并通过第二连接件与所述外部整流罩连接；所述顶部整流罩和所述外部整流罩围合形成进气风道，所述底部整流罩、所述轴承座和所述散热风扇围合形成内流风道，所述外部整流罩和所述钢圈围合形成外流风道，所述进气风道、所述内流风道和所述外流风道相互连通。

上述电机散热系统，通过转轴带动转子组件的散热风扇转动，使得外界空气从顶部整流罩与外部整流罩之间的进气风道由下至上进入电机内部，再分别通过内流风道与外流风道向下流动进行散热，其中内流风道由底部整流罩、轴承座和散热风扇围合形成，并且主体主要为轴承座上的通槽，而通槽为规则笔直状，且只要保证轴承座的结构强度，通槽的截面会设置成足够大，因此使得内流风道较大且形状规则，有利于气流快速流过，保证内流风道的散热效率，此外铁芯还设有铁芯散热片位于内流风道内，进而可以实现对铁芯的直接散热，而线圈绕组设置在铁芯上，而铁芯的导热率高，对铁芯快速降温，即可实现对线圈绕组快速降温，另外的外流风道由外部整流罩和钢圈围合形成，外部整流罩与钢圈均为规则圆筒状结构，因此外流风道也是规则形状的，外流风道内的气流流过钢圈外表面对钢圈进行散热，而钢圈内侧设有永磁体部件，钢圈也为热的良导体，对钢圈快速降温，即可实现对永磁体部件快速降温。通过设置进气风道、内流风道和外流风道，针对性的对电机内需要降温的部件进行降温，使得电机内的散热效果达到最佳。因此本发明解决了现有技术中的电机散热效果差，从而影响工作状态的问题。

另外，根据本发明提出的电机散热系统，还可以具有如下的附加技术特征：

优选地，所述散热风扇外侧设有辅助扇叶位于所述外流风道内。

优选地，所述散热风扇的扇叶翼型角度为5°- 40°，所述散热风扇的扇叶翼型长度为外流风道直径的0.05- 0.3，所述辅助扇叶的扇叶翼型角度为5°- 50°，所述辅助扇叶的扇叶翼型长度为外流风道直径的0.1- 0.35。

优选地，所述散热风扇外侧顶部设有截面为楔形的分流部。

优选地，所述电机散热系统还包括控制组件，所述控制组件包括设置在所述顶部整流罩内侧的控制电路板，以及设置在所述控制电路板下方的电路板散热片。

优选地，所述定子组件还包括设置在所述轴承座顶部且套设在所述转轴上的顶部散热板，所述顶部散热板底部与所述线圈绕组顶部连接，所述顶部散热板上还设有定子叶片，所述定子叶片位于所述内流风道内。

优选地，所述定子组件还包括设置在所述轴承座底部且套设在所述转轴上的底部散热板，所述底部散热板顶部与所述线圈绕组底部连接，所述底部散热板向外延伸有散热叶片，所述散热叶片位于所述外流风道内。

优选地，所述电机散热系统还包括底部尾锥，所述底部尾锥位于所述定子组件下方且与所述转轴连接，所述底部尾锥外侧设有底部风扇，所述底部风扇位于所述内流风道内。

优选地，所述整流罩组件还包括第三连接件，所述第三连接件位于所述顶部整流罩和所述散热风扇之间，所述第三连接件外侧与所述外部整流罩连接，内侧套设在所述转轴上，所述第三连接件上开设有适配所述通槽的避让槽。

此外，本发明还提供一种无人机动力装置，包括上述的电机散热系统。

附图说明

图1为本发明一实施例中提出的电机散热系统的结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为图2另一视角示意图；

图4为本发明一实施例中提出的定子组件的爆炸图；

图5为本发明一实施例中提出的转子组件的爆炸图；

图6为本发明一实施例中提出的电机散热系统的剖面示意图。

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图6，所示为本发明一实施例中的电机散热系统，包括转轴10、套设在转轴10上的定子组件20、套设在定子组件20外侧并与转轴10连接的转子组件30、设置在转轴10上的整流罩组件40，其中：

定子组件20包括套设在转轴10上的轴承座21、设置在轴承座21外侧的铁芯22、以及绕设在铁芯22上的线圈绕组23，轴承座21上开设有通槽211，铁芯22向外延伸有铁芯散热片221位于通槽211内；转子组件30包括与转轴10连接的散热风扇31、套设在铁芯22外侧与散热风扇31底部连接的钢圈32、位于钢圈32和铁芯22之间并与钢圈32连接的永磁体部件33；整流罩组件40包括套设在钢圈32外侧的外部整流罩41、设置在散热风扇31上方与转轴10连接的顶部整流罩42、以及设置在轴承座21下方的底部整流罩43，顶部整流罩42套设在外部整流罩41的顶部外侧并通过第一连接件44与外部整流罩41连接，底部整流罩43顶部与轴承座21底部连接并通过第二连接件45与外部整流罩41连接；顶部整流罩42和外部整流罩围合形成进气风道50，底部整流罩43、轴承座21和散热风扇31围合形成内流风道60，外部整流罩41和钢圈32围合形成外流风道70，进气风道50、内流风道60和外流风道70相互连通。

可以理解的，通过转轴10带动转子组件30的散热风扇31转动，使得外界空气从顶部整流罩42与外部整流罩41之间的进气风道50由下至上进入电机内部，再分别通过内流风道60与外流风道70向下流动进行散热，其中内流风道60由底部整流罩43、轴承座21和散热风扇31围合形成，并且主体主要为轴承座21上的通槽211，而通槽211为规则笔直状，且只要保证轴承座21的结构强度，通槽211的截面会设置成足够大，因此使得内流风道60较大且形状规则，有利于气流快速流过，保证内流风道60的散热效率，此外铁芯22还设有铁芯散热片221位于内流风道60内，进而可以实现对铁芯22的直接散热，而线圈绕组23设置在铁芯22上，而铁芯22的导热率高，对铁芯22快速降温，即可实现对线圈绕组23快速降温，另外的外流风道70由外部整流罩41和钢圈32围合形成，外部整流罩41与钢圈32均为规则圆筒状结构，因此外流风道70也是规则形状的，外流风道70内的气流流过钢圈32外表面对钢圈32进行散热，而钢圈32内侧设有永磁体部件33，钢圈32也为热的良导体，对钢圈32快速降温，即可实现对永磁体部件33快速降温。通过设置进气风道50、内流风道60和外流风道70，针对性的对电机内需要降温的部件进行降温，使得电机内的散热效果达到最佳。因此本发明解决了现有技术中的电机散热效果差，从而影响工作状态的问题。

需要说明的，定子组件20通过轴承座21底部与底部整流罩43顶部连接，底部整流罩43通过第二连接件45与外部整流罩41连接，顶部整流罩42通过第一连接件44与外部整流罩41连接，而外部整流罩41外侧设有安装孔用于与固定物连接，进而使得定子组件20和整流罩组件40套设置在转轴10上但不会随着转轴10转动。此外，由于螺旋桨转动带动的气流是向下的，气流中的砂砾是有相应速度和惯性的，进气风道50设置的方向是从下向上，因此该设计可以避免空气中的砂砾被吸入进气风道。

示例而非限定的，在一些可选的实施例中，散热风扇31外侧设有辅助扇叶311位于外流风道70内。通过设置位于外流风道70内的辅助扇叶311，使得转轴10转动时，辅助扇叶311也会转动，进而辅助扇叶311会加快外流风道70内的气体流动速度，使得外流风道70内的散热效果增强。

另外的，散热风扇31的扇叶翼型角度为5°- 40°，散热风扇31的扇叶翼型长度为外流风道70直径的0.05- 0.3，辅助扇叶311的扇叶翼型角度为5°- 50°，辅助扇叶311的扇叶翼型长度为外流风道70直径的0.1- 0.35。由于扇叶翼型的迎角越大以及翼型长度越大，流量就越大。在进气风道50内的进气流量一定时，可以通过调整散热风扇31和辅助扇叶311的扇叶翼型迎角和翼型长度，来对内流风道60和外流风道70的流量进行调整，使得内流风道60和外流风道70内的流量可以根据需求进行调节设计，最大化提高散热效果。此外。叶片的多少也会对流量产生一定影响，因此可以通过调整散热风扇31和散热风扇31外侧辅助扇叶311的叶片多少，也可以实现对内流风道60和外流风道70内的流量进行调整。

具体的，散热风扇31外侧顶部设有截面为楔形的分流部312。通过调整分流部312顶部的位置，进而调整内流风道60和外流风道70进气处的截面积，进而实现对内流风道60和外流风道70的流量定向定量分流，以确保内流风道60和外流风道70内的流量分别足够进行散热，再通过调整分流部312底部的截面积，进而调整内流风道60和外流风道70的截面积，在气体流量分流进入内流风道60和外流风道70后，由于流量已经固定，通过调整截面积可以进一步调整流速，进而使得内流风道60和外流风道70内的流量和流速可以根据需求进行调节设计，最大化提高散热效果。

另外的，电机散热系统还包括控制组件80，控制组件80包括设置在顶部整流罩42内侧的控制电路板81，以及设置在控制电路板81下方的电路板散热片82。控制组件80用于接收外部信号进而对电机进行控制。将控制组件80设置在顶部整流罩42内侧，使得外界气体进入电机进行分流前先经过电路板散热片82对控制组件80进行散热。由于控制组件80耐热性能相对较差，因此这样设置，确保此处被优选冷却，且不会因为其他热源散热后的高温气流对控制组件80产生影响。

具体的，定子组件20还包括设置在轴承座21顶部且套设在转轴10上的顶部散热板24，顶部散热板24底部与线圈绕组23顶部连接，顶部散热板24上还设有定子叶片25，定子叶片25位于内流风道60内。通过设置顶部散热板24与线圈绕组23接触连接，增大线圈绕组23的散热面积，进而提高对线圈绕组23的散热效果，此外还额外设置有定子叶片25，外界冷空气被吸入电机内经过散热风扇31进入内流风道60后，其尾流会旋转影响气体流向，不利于冷空气在内流风道60内快速流动，因此设置静态不动的定子叶片25来使旋转的气流被理顺，使得气体流向确定沿着内流风道60进行流动，进而提高了散热效果。此外，定子叶片25也额外增加了散热面积，提高了散热效果。此外，底部整流罩43与外部整流罩41之间的第二连接件45也起到定子叶片25相同的作用，用于理顺外流风道70内的旋转气流。另外的由于定子叶片25下方的铁芯散热片221由于生产工艺的原因采用竖直设计，为了减小铁芯散热片221处的压力损失，保证此处的气体流速，因此定子叶片25采用倾斜设置。

进一步的，定子组件20还包括设置在轴承座21底部且套设在转轴10上的底部散热板26，底部散热板26顶部与线圈绕组23底部连接，底部散热板26向外延伸有散热叶片27，散热叶片27位于外流风道70内。通过设置底部散热板26与线圈绕组23接触，增加了线圈绕组23的散热面积，提高了线圈绕组23的散热效果，此外，底部散热板26还设有位于外流风道70内的散热叶片27，进而使得线圈绕组23两端分别通过不同流道进行散热，进一步保证了线圈绕组23的散热效果。另外的，散热叶片27与辅助扇叶311的朝向相反，使得辅助扇叶311旋转产生的力矩被抵消进而避免自转产生，使得电机更加稳定不会晃动，此外散热叶片27也额外增加了散热面积，提高了散热效果。此外，顶部散热板和底部散热板与线圈之间会填充导热硅脂，减小接触热阻。

另外的，电机散热系统还包括底部尾锥90，底部尾锥90位于定子组件20下方且与转轴10连接，底部尾锥90外侧设有底部风扇91，底部风扇91位于内流风道60内。在转轴10底部再设置底部尾锥90，并在底部尾锥90外侧设置底部风扇91，底部风扇91的扇叶倾角大于散热风扇31的扇叶倾角，使得对内流风道60下方产生负压区域，更快的将内流风道60内的气流吸走，进而增强散热效果。

具体的，整流罩组件40还包括第三连接件46，第三连接件46位于顶部整流罩42和散热风扇31之间，第三连接件46外侧与外部整流罩41连接，内侧套设在转轴10上，第三连接件46上开设有适配通槽211的避让槽461。由于转轴10过长，转轴10转动时会产生晃动，因此通常设置轴承座21用于辅助支撑转轴10，使得转轴10转动不会晃动，进而设置第三连接件46位于散热风扇31上方，使得第三连接件46也起到对转轴10的支持作用，进而防止转轴10转动，此外，第三连接件46上设置与通槽211对应的避让槽461，以保证内流风道60的作用。

综上所述，本发明上述实施例当中的电机散热系统，通过转轴10带动转子组件30的散热风扇31转动，使得外界空气从顶部整流罩42与外部整流罩41之间的进气风道50由下至上进入电机内部，再分别通过内流风道60与外流风道70向下流动进行散热，其中内流风道60由底部整流罩43、轴承座21和散热风扇31围合形成，并且主体主要为轴承座21上的通槽211，而通槽211为规则笔直状，且只要保证轴承座21的结构强度，通槽211的截面会设置成足够大，因此使得内流风道60较大且形状规则，有利于气流快速流过，保证内流风道60的散热效率，此外铁芯22还设有铁芯散热片221位于内流风道60内，进而可以实现对铁芯22的直接散热，而线圈绕组23设置在铁芯22上，而铁芯22的导热率高，对铁芯22快速降温，即可实现对线圈绕组23快速降温，另外的外流风道70由外部整流罩41和钢圈32围合形成，外部整流罩41与钢圈32均为规则圆筒状结构，因此外流风道70也是规则形状的，外流风道70内的气流流过钢圈32外表面对钢圈32进行散热，而钢圈32内侧设有永磁体部件33，钢圈32也为热的良导体，对钢圈32快速降温，即可实现对永磁体部件33快速降温。通过设置进气风道50、内流风道60和外流风道70，针对性的对电机内需要降温的部件进行降温，使得电机内的散热效果达到最佳。因此本发明解决了现有技术中的电机散热效果差，从而影响工作状态的问题。

此外，本发明还提出的一种无人机动力装置，该无人机动力装置包括上述电极散热系统，并且，在一些可选的实施例中，还包括螺旋桨，转轴10一端伸出顶部整流罩42与螺旋桨连接。且由于设有电机散热系统，使得该无人机动力装置散热性能好，从而保障了工作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机散热系统，其特征在于，包括转轴、套设在所述转轴上的定子组件、套设在所述定子组件外侧并与所述转轴连接的转子组件、设置在所述转轴上的整流罩组件；

所述定子组件包括套设在所述转轴上的轴承座、设置在所述轴承座外侧的铁芯、以及绕设在所述铁芯上的线圈绕组，所述轴承座上开设有通槽，所述铁芯向外延伸有铁芯散热片位于所述通槽内；

所述转子组件包括与所述转轴连接的散热风扇、套设在所述铁芯外侧与所述散热风扇底部连接的钢圈、位于所述钢圈和所述铁芯之间并与所述钢圈连接的永磁体部件；

所述整流罩组件包括套设在所述钢圈外侧的外部整流罩、设置在所述散热风扇上方与所述转轴连接的顶部整流罩、以及设置在所述轴承座下方的底部整流罩，所述顶部整流罩套设在所述外部整流罩的顶部外侧并通过第一连接件与所述外部整流罩连接，所述底部整流罩顶部与所述轴承座底部连接并通过第二连接件与所述外部整流罩连接；

所述顶部整流罩和外部整流罩围合形成进气风道，所述底部整流罩、所述轴承座和所述散热风扇围合形成内流风道，所述外部整流罩和所述钢圈围合形成外流风道，所述进气风道、所述内流风道和所述外流风道相互连通。

2.根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征在于，所述散热风扇外侧设有辅助扇叶位于所述外流风道内。

3. 根据权利要求2所述的电机散热系统，其特征在于，所述散热风扇的扇叶翼型角度为5°- 40°，所述散热风扇的扇叶翼型长度为外流风道直径的0.05-0.3，所述辅助扇叶的扇叶翼型角度为5°- 50°，所述辅助扇叶的扇叶翼型长度为外流风道直径的0.1- 0.35。

4.根据权利要求2所述的电机散热系统，其特征在于，所述散热风扇外侧顶部设有截面为楔形的分流部。

5.根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征在于，所述电机散热系统还包括控制组件，所述控制组件包括设置在所述顶部整流罩内侧的控制电路板，以及设置在所述控制电路板下方的电路板散热片。

6.根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征在于，所述定子组件还包括设置在所述轴承座顶部且套设在所述转轴上的顶部散热板，所述顶部散热板底部与所述线圈绕组顶部连接，所述顶部散热板上还设有定子叶片，所述定子叶片位于所述内流风道内。

7.根据权利要求6所述的电机散热系统，其特征在于，所述定子组件还包括设置在所述轴承座底部且套设在所述转轴上的底部散热板，所述底部散热板顶部与所述线圈绕组底部连接，所述底部散热板向外延伸有散热叶片，所述散热叶片位于所述外流风道内。

8.根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征在于，所述电机散热系统还包括底部尾锥，所述底部尾锥位于所述定子组件下方且与所述转轴连接，所述底部尾锥外侧设有底部风扇，所述底部风扇位于所述内流风道内。

9.根据权利要求1所述的电机散热系统，其特征在于，所述整流罩组件还包括第三连接件，所述第三连接件位于所述顶部整流罩和所述散热风扇之间，所述第三连接件外侧与所述外部整流罩连接，内侧套设在所述转轴上，所述第三连接件上开设有适配所述通槽的避让槽。

10.一种无人机动力装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电机散热系统。