CN117477884B - 一种小型化高性能电机驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化高性能电机驱动装置，涉及电动机技术领域。本发明采用绕组作为定子，永磁体作为转子，省去了电刷，降低了维护成本，同时提升了使用寿命；设置双永磁体转子结构，充分利用绕组工作时所产生的磁场，提升了输出轴上的扭矩；采用永磁体与绕组堆叠的设置方式，使得整体结构更加紧凑，并且设置的散热水路，可以把绕组工作过程所产生的热量带走，解决小型电机的散热问题，提升小型电机的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，具体为一种小型化高性能电机驱动装置。
背景技术
小型电动机应用于家用电器、汽车、医疗服务设备和保健器材、各种工程机械生产设备、机器人、武器装备研究等相关领域。随着人们对高精度、高速度应用需求的增加，小型化高性能电机在工业自动化领域的占比越来越高。
现有技术中，公告号为CN211530968U的实用新型专利，公开了一种用于复杂环境的集成高性能力矩电机，该电机的技术方案将电机、旋转变压器、轴角解算模块、驱动与控制集成于一体，真正实现了电机高功率密度、小型化等，拓展了电机使用场景和性能，但是高度集成化将会导致散热问题堪忧，同时还会因散热问题，无法提高电机的输出功率。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供如下技术方案：包括支撑旋转壳体，支撑旋转壳体内通过滚动辊转动配合有驱动组件，驱动组件包括冷却入流侧板和冷却回路侧板，冷却入流侧板和冷却回路侧板之间固定安装有冷却室，冷却室上固定安装有分隔环板，分隔环板和冷却室的内壁之间固定安装有散热环片，所述分隔环板的中部被径向分隔板分隔成两个独立空间，并且在分隔环板上开设有分隔冷却入水口和分隔冷却出水口，分隔冷却入水口和分隔冷却出水口分别与分隔环板的两个空间相通；所述冷却入流侧板和冷却回路侧板之间还固定安装有至少9个铁芯，每个铁芯上均缠绕有绕组，所述冷却回路侧板上固定安装有定子轴柱，定子轴柱上通过第一转子轴承转动安装有第一永磁体支撑块，第一永磁体支撑块上固定安装有与绕组相同数量的第一永磁体，所述冷却循环管轴上通过第二转子轴承转动安装有第二永磁体支撑块，第二永磁体支撑块上固定安装有与第一永磁体相同数量的第二永磁体。
优选地，所述支撑旋转壳体的两侧固定安装有侧边支撑架和侧边安装板，侧边支撑架上固定安装有冷却循环管轴，所述侧边安装板上固定安装有螺纹安装柱，侧边支撑架上固定安装有接头，接头上配设有冷却循环接嘴。
优选地，所述铁芯上开设有通孔，所述冷却入流侧板和冷却回路侧板上分别开设有与铁芯相同数量的入流中间水口和回路中间水口。
优选地，所述冷却入流侧板的轴心位置固定安装有冷却循环管轴，冷却循环管轴的内部被轴向分隔板分隔成两个独立空间，所述冷却入流侧板上还开设有进水口和排水口，进水口和排水口分别与冷却循环管轴内的两个独立空间相同，进水口和排水口分别与分隔环板内的两个空间相同。
优选地，所述入流中间水口与进水口和排水口通过第一汇流通道连通，所述冷却回路侧板上还开设有回路出水口，回路出水口与回路中间水口通过第二汇流通道相同，在所述的冷却室上开设有与回路出水口相对齐的回路汇流口，使分隔环板内的其中一个空间与回路汇流口相通。
优选地，所述回路汇流口设置在与分隔冷却出水口相同的一侧，所述冷却循环接嘴为两个，两个冷却循环接嘴分别与对应的冷却循环管轴内的两个空间相通。
优选地，所述第一永磁体支撑块和第二永磁体支撑块的侧面分别固定安装有第一转子支撑板和第二转子支撑板，第一转子支撑板和第二转子支撑板均固定安装在转子外壳的内壁上，转子外壳与定子轴柱转动配合。
优选地，所述转子外壳上固定安装有输出轴，输出轴与侧边安装板通过输出支撑轴承转动配合，所述输出轴上通过离心叶板支撑环固定安装有至少9个离心叶板。
本发明与现有技术相比具备以下有益效果：（1）本发明采用绕组作为定子，永磁体作为转子，省去了电刷，降低了维护成本，同时提升了使用寿命；（2）本发明设置双永磁体转子结构，充分利用绕组工作时所产生的磁场，提升了输出轴上的扭矩；（3）本发明采用永磁体与绕组堆叠的设置方式，使得整体结构更加紧凑，并且设置的散热水路，可以把绕组工作过程所产生的热量带走，解决小型电机的散热问题，提升小型电机的输出功率。
附图说明
图1为本发明外观结构示意图。
图2为本发明离心叶板处结构示意图。
图3为本发明滚动辊结构示意图。
图4为本发明转子外壳结构示意图。
图5为本发明绕组相对位置示意图。
图6为本发明绕组与永磁体结构示意图。
图7为本发明第二转子轴承处结构示意图。
图8为本发明轴向分隔板处结构示意图。
图9为本发明图8中A处结构示意图。
图10为本发明径向分隔板处结构示意图。
图11为本发明散热环片结构示意图。
图12为本发明回路出水口处结构示意图。
图13为本发明进水口处结构示意图。
图14为本发明第一汇流通道结构示意图。
图15为本发明第二汇流通道结构示意图。
图中：101-支撑旋转壳体；102-侧边支撑架；103-接头；104-冷却循环接嘴；105-侧边安装板；106-螺纹安装柱；107-离心叶板支撑环；108-离心叶板；109-输出支撑轴承；110-滚动辊；201-转子外壳；202-输出轴；203-定子轴柱；204-第一转子支撑板；205-第二转子支撑板；206-第一永磁体；207-第二永磁体；208-第一永磁体支撑块；209-第二永磁体支撑块；210-第一转子轴承；211-第二转子轴承；212-冷却入流侧板；2121-入流中间水口；2122-进水口；2123-排水口；2124-第一汇流通道；213-冷却回路侧板；2131-回路中间水口；2132-回路出水口；2133-第二汇流通道；214-冷却循环管轴；215-轴向分隔板；216-冷却室；217-径向分隔板；218-回路汇流口；219-分隔环板；2191-分隔冷却入水口；2192-分隔冷却出水口；220-散热环片；221-铁芯；222-绕组。
具体实施方式
下面结合附图1-图15，并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种小型化高性能电机驱动装置，包括支撑旋转壳体101，支撑旋转壳体101内通过滚动辊110转动配合有驱动组件，驱动组件包括冷却入流侧板212和冷却回路侧板213，冷却入流侧板212和冷却回路侧板213之间固定安装有冷却室216，冷却室216上固定安装有分隔环板219，分隔环板219和冷却室216的内壁之间固定安装有散热环片220，分隔环板219的中部被径向分隔板217分隔成两个独立空间，并且在分隔环板219上开设有分隔冷却入水口2191和分隔冷却出水口2192，分隔冷却入水口2191和分隔冷却出水口2192分别与分隔环板219的两个空间相通。支撑旋转壳体101的两侧固定安装有侧边支撑架102和侧边安装板105，侧边安装板105上固定安装有螺纹安装柱106，侧边支撑架102上固定安装有接头103，接头103上配设有冷却循环接嘴104。
冷却入流侧板212和冷却回路侧板213之间还固定安装有至少9个铁芯221，每个铁芯221上均缠绕有绕组222，冷却回路侧板213上固定安装有定子轴柱203，定子轴柱203上通过第一转子轴承210转动安装有第一永磁体支撑块208，第一永磁体支撑块208上固定安装有与绕组222相同数量的第一永磁体206，冷却循环管轴214上通过第二转子轴承211转动安装有第二永磁体支撑块209，第二永磁体支撑块209上固定安装有与第一永磁体206相同数量的第二永磁体207。铁芯221上开设有通孔，冷却入流侧板212和冷却回路侧板213上分别开设有与铁芯221相同数量的入流中间水口2121和回路中间水口2131。冷却入流侧板212的轴心位置固定安装有冷却循环管轴214，冷却循环管轴214的内部被轴向分隔板215分隔成两个独立空间，冷却入流侧板212上还开设有进水口2122和排水口2123，进水口2122和排水口2123分别与冷却循环管轴214内的两个独立空间相同，进水口2122和排水口2123分别与分隔环板219内的两个空间相同。入流中间水口2121与进水口2122和排水口2123通过第一汇流通道2124连通，冷却回路侧板213上还开设有回路出水口2132，回路出水口2132与回路中间水口2131通过第二汇流通道2133相同，在冷却室216上开设有与回路出水口2132相对齐的回路汇流口218，使分隔环板219内的其中一个空间与回路汇流口218相通。回路汇流口218设置在与分隔冷却出水口2192相同的一侧，冷却循环接嘴104为两个，两个冷却循环接嘴104分别与对应的冷却循环管轴214内的两个空间相通。第一永磁体支撑块208和第二永磁体支撑块209的侧面分别固定安装有第一转子支撑板204和第二转子支撑板205，第一转子支撑板204和第二转子支撑板205均固定安装在转子外壳201的内壁上，转子外壳201与定子轴柱203转动配合。转子外壳201上固定安装有输出轴202，输出轴202与侧边安装板105通过输出支撑轴承109转动配合，输出轴202上通过离心叶板支撑环107固定安装有至少9个离心叶板108。
本发明公开的一种小型化高性能电机驱动装置的工作原理如下：给绕组222通电，绕组222产生磁力，绕组222通过磁力带动两侧的第一永磁体206和第二永磁体207转动，将第一永磁体206和第二永磁体207设置在绕组222的两侧，可以让绕组222产生的磁场得到充分利用，而第一永磁体206和第二永磁体207固定在对应的第一转子支撑板204和第二转子支撑板205上，第二转子支撑板205和第一转子支撑板204又是固定在转子外壳201上，因此转子外壳201就会转动，转子外壳201转动会带动输出轴202转动，输出轴202转动会带动输出支撑轴承109的内圈转动，由于设置了输出支撑轴承109，为了减少外部灰尘附着在输出支撑轴承109上的量，因此在输出轴202转动的时候，会通过离心叶板支撑环107带动离心叶板108转动，而离心叶板108转动会带动离心叶板108内侧的空气转动，空气受到离心力而远离输出轴202，或者说空气中的灰尘当进入到离心叶板108的内部的时候，会在离心力的作用下甩出（只要离心叶板108在转动就不会进入），离心叶板108是设置在输出支撑轴承109处，因此输出支撑轴承109得到了防护。
绕组222在通电的时候会有电流经过，因此会产生热量，热量的产生会增加能耗，降低转化效率。因此将冷却循环接嘴104与循环散热水路相连接，如图8，流入的冷却水会通过轴向分隔板215的右侧进入分隔环板219内部的右侧（冷却循环管轴214内部被轴向分隔板215分隔的两个空间，通过进水口2122进入），然后通过分隔冷却入水口2191进入到分隔环板219和冷却室216之间的空间，顺着散热环片220旋转一周，然后通过分隔冷却出水口2192进入冷却室216中，排水口2123的一侧），通过轴向分隔板215的左侧排出（参照图8），此过程可以带走绕组222内侧的热量，也就是冷却室216上的热量。
如图8，从轴向分隔板215右侧进入的冷却水还会通过第一汇流通道2124流到入流中间水口2121处，然后穿过铁芯221上的通孔进入回路中间水口2131中，顺着第二汇流通道2133流动到回路出水口2132处，穿过回路汇流口218进入冷却室216中（与分隔冷却出水口2192同侧），然后通过轴向分隔板215的左侧排出（参照图8），此过程可以带走绕组222是上的热量。由于体积紧凑，因此需要为绕组222提供足够的散热结构，以保证绕组222不会过热，防止转化效率降低，同时还能防止第一永磁体206和第二永磁体207过热导致退磁的问题。
使用者可以将装置整体通过螺钉和螺纹安装柱106安装在所需的位置，用软管与对应的冷却循环接嘴104连接，使得内部水路循环，带走绕组222工作时所产生的热量。
Claims (8)
1.一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：包括支撑旋转壳体（101），支撑旋转壳体（101）内通过滚动辊（110）转动配合有驱动组件，驱动组件包括冷却入流侧板（212）和冷却回路侧板（213），冷却入流侧板（212）和冷却回路侧板（213）之间固定安装有冷却室（216），冷却室（216）上固定安装有分隔环板（219），分隔环板（219）和冷却室（216）的内壁之间固定安装有散热环片（220），所述分隔环板（219）的中部被径向分隔板（217）分隔成两个独立空间，并且在分隔环板（219）上开设有分隔冷却入水口（2191）和分隔冷却出水口（2192），分隔冷却入水口（2191）和分隔冷却出水口（2192）分别与分隔环板（219）的两个空间相通；
所述冷却入流侧板（212）和冷却回路侧板（213）之间还固定安装有至少9个铁芯（221），每个铁芯（221）上均缠绕有绕组（222），所述冷却回路侧板（213）上固定安装有定子轴柱（203），定子轴柱（203）上通过第一转子轴承（210）转动安装有第一永磁体支撑块（208），第一永磁体支撑块（208）上固定安装有与绕组（222）相同数量的第一永磁体（206），所述支撑旋转壳体（101）的两侧固定安装有侧边支撑架（102）和侧边安装板（105），侧边支撑架（102）上固定安装有冷却循环管轴（214），所述冷却循环管轴（214）上通过第二转子轴承（211）转动安装有第二永磁体支撑块（209），第二永磁体支撑块（209）上固定安装有与第一永磁体（206）相同数量的第二永磁体（207）。
2.根据权利要求1所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述侧边安装板（105）上固定安装有螺纹安装柱（106），侧边支撑架（102）上固定安装有接头（103），接头（103）上配设有冷却循环接嘴（104）。
3.根据权利要求2所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述铁芯（221）上开设有通孔，所述冷却入流侧板（212）和冷却回路侧板（213）上分别开设有与铁芯（221）相同数量的入流中间水口（2121）和回路中间水口（2131）。
4.根据权利要求3所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述冷却入流侧板（212）的轴心位置固定安装有冷却循环管轴（214），冷却循环管轴（214）的内部被轴向分隔板（215）分隔成两个独立空间，所述冷却入流侧板（212）上还开设有进水口（2122）和排水口（2123），进水口（2122）和排水口（2123）分别与冷却循环管轴（214）内的两个独立空间相通，进水口（2122）和排水口（2123）分别与分隔环板（219）内的两个空间相通。
5.根据权利要求4所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述入流中间水口（2121）与进水口（2122）和排水口（2123）通过第一汇流通道（2124）连通，所述冷却回路侧板（213）上还开设有回路出水口（2132），回路出水口（2132）与回路中间水口（2131）通过第二汇流通道（2133）相通，在所述的冷却室（216）上开设有与回路出水口（2132）相对齐的回路汇流口（218），使分隔环板（219）内的其中一个空间与回路汇流口（218）相通。
6.根据权利要求5所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述回路汇流口（218）设置在与分隔冷却出水口（2192）相同的一侧，所述冷却循环接嘴（104）为两个，两个冷却循环接嘴（104）分别与对应的冷却循环管轴（214）内的两个空间相通。
7.根据权利要求6所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述第一永磁体支撑块（208）和第二永磁体支撑块（209）的侧面分别固定安装有第一转子支撑板（204）和第二转子支撑板（205），第一转子支撑板（204）和第二转子支撑板（205）均固定安装在转子外壳（201）的内壁上，转子外壳（201）与定子轴柱（203）转动配合。
8.根据权利要求7所述的一种小型化高性能电机驱动装置，其特征在于：所述转子外壳（201）上固定安装有输出轴（202），输出轴（202）与侧边安装板（105）通过输出支撑轴承（109）转动配合，所述输出轴（202）上通过离心叶板支撑环（107）固定安装有至少9个离心叶板（108）。
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