CN1976177A - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机。本发明的优选实施例提供一种设有散热结构的电机。该用于风扇的电机在上表面上包括具有散热层(381)的电路板(38)。散热层(381)具有高导热性。风扇还包括在各个齿上设置的线圈(37)。散热层(381)和线圈(37)彼此轴向面对，在它们之间设置导热件(39)。电路板(38)的外尺寸大于叶轮罩(20)的外尺寸，使得电路板的径向向外部分从叶轮罩(20)径向向外伸出。线圈(37)产生的热经由导热件(39)传递到散热层(381)。因此，热从较宽区域散去，使得风扇有效散热。另外，因为电路板(38)和散热层(381)径向伸入叶轮(2)产生的气流中，所以传递到散热层(381)的热有效散去。

Description

电机
技术领域
本发明总体涉及一种配备有线圈的电机，更具体地涉及一种电机的散热结构，该散热结构散去电枢产生的热。
背景技术
近来随着许多用于散热、磁盘驱动等应用的风扇和驱动电机安装在电子装置中，在某种程度上因为对高速数据传输速率和高散热能力的需求日益增加而需要高速电机操作。高速转动的电机是一种符合这种需要的解决办法。然而在这种电机中，较大电流流入电机电枢的线圈，从而线圈产生大量的热。因为用于线圈的铜线具有容许的温度限制并且热影响轴承寿命，所以这些热可能使电机的可靠性和耐久性大打折扣。
具有散热结构的电机是一种符合高速电机操作需要的解决办法。该结构应用于轴流风扇的一个示例是经由在容纳线圈的叶轮罩的上表面上的通孔向叶轮罩内提供外部空气。然而在该结构中，经由通孔流入叶轮罩内的空气有限。通过该有限的气流，仅能从风扇的线圈散去有限的热。
发明内容
本发明的优选实施例提供一种电机，该电机具有将所述电机的电枢(例如，该电枢的线圈)产生的热以有效方式散去的结构。
根据本发明的优选实施例，一种用于风扇的电机包括：轴；定子芯，该定子芯具有多个齿；线圈，该线圈在各个所述齿处具有环状线；电路板，该电路板设在所述定子芯的轴向下方；散热层，该散热层以沿着所述电路板的轴向上表面延伸的方式设在所述电路板的所述上表面上；以及导热件，该导热件以与所述线圈和所述散热层接触的方式设置在它们之间。由于该构造，所述线圈产生的热经由所述导热件扩散到所述散热层，并从所述散热层散去。
根据本发明的另一优选实施例，所述电路板包括设在所述电机的叶轮罩的径向外侧的伸出部。根据本发明的又一优选实施例，至少一部分所述散热层设在所述伸出部上。如果根据本发明优选实施例的电机用于风扇，则可以通过使空气在设在所述叶轮罩的径向外侧的所述散热层上流动而有效地使热从该散热层散去。
本发明的其它特征、元件、步骤、处理、特点和优点将从以下参照附图对本发明优选实施例的详细描述变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明第一优选实施例的风扇的剖视图。
图2是根据本发明第一优选实施例的电机的平面图。
图3是表示安装在根据本发明第一优选实施例的风扇上的电路板的改进示例的剖视图。
图4是详细表示根据本发明优选实施例的静止部的平面图。
图5是详细表示根据本发明优选实施例的静止部的立体图。
图6是根据本发明第二优选实施例的风扇的剖视图。
图7是根据本发明第二优选实施例的风扇的平面图。
图8是根据本发明第二优选实施例的改进示例的具有叶轮的风扇的平面图。
图9是根据本发明第二优选实施例的另一改进示例的风扇的剖视图。
图10是详细表示根据本发明第二优选实施例的风扇示例的立体图。
具体实施方式
参照图1至图10，将详细描述根据本发明优选实施例的电机。应理解，在以下描述中，当不同部件之间的位置关系和方向描述成诸如顶/底、上/下或左/右时，是表示图中的位置关系和方向，而不表示已经装配在实际装置中的部件的位置关系和方向。同时，在以下描述中，轴向表示平行于旋转轴线的方向，径向表示垂直于旋转轴线的方向。
(第一优选实施例)
参照图1和图2，将描述根据本发明优选实施例的风扇10的构造。风扇10包括具有多个叶轮叶片21的叶轮2。通过供应给风扇10的电力使叶轮2旋转驱动。叶轮2包括大致杯形的叶轮罩20，围绕叶轮罩20的外周面设置多个叶轮叶片21。风扇10包括轴32，该轴的上顶部以固定方式安装在叶轮2的大致中央部分。
风扇10包括在其中部具有轴承壳121的框架12。轴承壳121具有大致筒形的形状，其底部连接到框架12。径向轴承34被压配并支撑在轴承壳121内。径向轴承34在其中部包括沿轴向延伸的通孔，轴32插入该通孔中。在本发明的优选实施例中，径向轴承34是由多孔材料(例如，浸有润滑油的烧结材料)制成的浸油轴承。然而应注意，滚动轴承(例如滚珠轴承)等也适用于径向轴承34。
以等距隔开的方式沿周向布置四个肋13。四个肋13的每一个在框架12与壳体1之间径向延伸。同时，风扇10可以包括任意合适数量的肋13。
壳体1径向包围叶轮21并限定气流通道11，由叶轮2的旋转产生的气流通过所述气流通道。壳体1在其上下端部上为大致方形的形状，在其中部为大致圆形的形状，其直径与方形形状的边长大致相等。因此，壳体1的上端和底端的每一个都包括在壳体1的上下端的每一个的四个角部处径向向外伸出的凸缘部14。各个凸缘部14包括用于将风扇10安装在电子装置上的安装孔141。例如，可将螺钉等插入安装孔141并紧固，从而将风扇安装在电子装置上。
在叶轮罩20的径向内周面上设置转子轭31，以减少磁通量至风扇10外部的泄漏。在转子轭31的径向内侧上设置转子磁体33，其径向内部被多极磁化。叶轮罩20、叶轮2、转子轭31和转子磁体33构成杯形部分22。
在轴承壳121的径向外侧设置静止部3。静止部3包括定子芯35、线圈37、绝缘体36、电路板38和导热件39。定子芯35包括多个齿，所述齿的径向向内顶端与转子磁体33径向面对，在它们之间保持有间隙。定子芯35的轴向两侧表面和所述齿被绝缘体36覆盖。在各个齿上设置环状线以在其上形成线圈37。在静止部3的底端部分(定子芯35的底端部(即，在绝缘体36上))设置电路板38，其向线圈37供应电流以控制叶轮2的旋转。在电路板38的轴向底侧上设置电子部件和电路图案(图中未示出)，从而形成一系列电路。在绝缘体36上以轴向穿透的方式安装销371，线圈37的一端卷绕(twin)到销371上，同时销371与定子芯35绝缘。线圈37的一端卷绕到销371的轴向一侧，销371的另一侧插入设在电路板38上的销插入孔382。然后，将销371的另一侧焊接到电路板38使得线圈37与电路板38上的电子部件电连接。
在经由电子部件(例如，设置在电路板38上的IC和霍耳元件)从外部电源向线圈37提供电力时，在定子芯35周围产生磁场。该磁场与转子磁体33产生的另一磁场相互作用，从而产生使叶轮2以轴为中心旋转的转矩。磁场根据转子磁体的旋转而轻微改变，并且霍耳元件检测磁场的变化。基于来自霍耳元件的信号，IC切换输出电压使得叶轮2稳定旋转。在叶轮2旋转时，风扇10从气流通道11的上端开口吸气并从该气流通道的底端开口排气。
参照图4和图5，将详细描述根据本发明优选实施例的电机的散热结构。
如图4和图5所示，在电路板38的上表面上设置由具有高导热性的材料制成的散热层381。在本发明的该优选实施例中，散热层381由铜材料制成，与在电路板38上印刷的电路图案相同。由于该构造，散热层381可与电路图案同时形成。散热层381可涂覆有焊料等以防止氧化。应注意，散热层381可由任何具有优选导热性的材料制成。同时，散热层可以作为单件部件提供。例如，可将导热片连接在电路板38的上表面上。
散热层381被周向分成多个区域，各个区域对应于设在各个齿上的线圈37。线圈37和散热层381设置成彼此轴向相对，在它们之间轴向设置导热件39。导热件39与线圈37和散热层381接触使得线圈37产生的热扩散到散热层381。为了热扩散，导热件39与线圈37和散热层381的接触区域较宽是有利的。在本发明的优选实施例中，导热件39包括诸如导热硅树脂的胶质状态材料，该硅树脂包括作为原油的硅油和高导热性材料(例如氧化铝)。导热硅树脂沿着线圈37和散热层381的形状变形。由于该构造，导热件39与线圈37和散热层381的接触区域都可以较宽。
然而应注意，导热件39可以处于胶质状态之外的状态。考虑可加工性，导热件39可以是带形件(例如，通过在诸如聚酰亚胺膜、纤维玻璃毡片和铝箔的支撑基片上用填料涂布压敏粘性剂形成的热带(thermaltape))。导热件39可包括任意具有高导热性的材料。然而应注意，考虑到防止线圈37的短路，线圈37和散热层381应电绝缘。在本发明的优选实施例中，即使在线圈37与散热层381电连接的情况下，因为散热层381被周向分隔，所以也不会发生线圈短路。
如图1和图2所示，电路板38的外尺寸大于叶轮罩20的外尺寸。因此，电路板38的径向向外部分(即，伸出部)设在叶轮罩20的外周面的径向外侧。散热层381的一部分设在电路板38的伸出部上，这样散热层381包括设在叶轮罩20径向外侧的部分。同时，不必将电路板38的整个周边设在叶轮罩20的径向外侧。电路板38的一部分可以设在叶轮罩20的径向外侧。
线圈37根据其电阻和被供给的电量大小产生热。在本发明的优选实施例中，线圈37产生的热经由导热件39扩散到散热层381。对于散热层381，得到的散热区域越大，自动散至空气的热将越多。另外，向散热层381提供叶轮2产生的气流，使得扩散到散热层381的热有效地散去。因此，与传统电机相比可以向电机提供更多的电量使其以更高速度旋转。
图3描述本发明第一优选实施例的改进示例。图3所示的电路板38不设在叶轮罩20的径向外侧。即使在这种情况下，空气也轻微流向电路板38的外周部分。因此，对于散热层381和导热件39，线圈37产生的热有效地从散热层381散去。如上所述，与叶轮罩20的外尺寸无关地，电路板38的外尺寸可根据各个参数(例如，电子部件布置、空气体积、静态声压、声级等等)改变。
(第二优选实施例)
参照图6至图10，将详细描述根据本发明的第二优选实施例。在以下描述中，与第一优选实施例所述的构造相同的构造在以下说明中标有相同的附图标记。在本发明的第二优选实施例中，电机用于风扇。
风扇100包括具有多个叶轮叶片21a的叶轮2a。通过供应给风扇100的电力使叶轮2a旋转驱动。如图6和图7所示，叶轮2a包括大致杯形的叶轮罩20a。在叶轮罩20a的径向外侧成圆形地设置多个轴向延伸的叶轮叶片21a。成圆形设置的叶轮叶片21a与圆形的叶轮支撑部23a以固定方式连接。叶轮支撑部23a通过多个连接部22a连接到叶轮罩20a。风扇100包括轴32，该轴的上顶部以固定方式安装在叶轮2a的大致中央部分。在叶轮2a旋转时，空气从轴向上方吸入并沿径向向外方向排出。应注意，叶轮2a的形状不限于上述形状。例如，叶轮2a可以是图8所示的形状，其中在叶轮罩20a的外周面以固定方式设置多个叶轮叶片21b。叶轮的形状可根据各个参数改变，只要叶轮构成为沿轴向吸气并沿径向排气即可。
风扇100包括在其中部具有轴承壳121a的框架12。轴承壳121a具有大致筒形的形状，其底部连接到框架12。径向轴承34被压配并支撑在轴承壳121a内。径向轴承34在其中部包括沿轴向延伸的通孔，轴32插入该通孔中。在本发明的优选实施例中，径向轴承34是由多孔材料(例如，浸有润滑油的烧结材料)制成的浸油轴承。然而应注意，滚动轴承(例如滚珠轴承)等也适用于径向轴承34。
如图10所示，在壳体1a上安装壳体罩15，从而构成空气出口和气流通道43。进入风扇100的空气流入气流通道43然后从空气出口排出。气流通道是由壳体1a、叶轮2a、壳体罩15包围的空间。
在叶轮罩20a的径向内周面上设置转子轭31，以减少磁通量至风扇100外部的泄漏。在转子轭31的径向内侧上设置转子磁体33，其径向内部被多极磁化。叶轮罩20a、叶轮2a、转子轭31和转子磁体33构成杯形部分22。
在轴承壳121a的径向外侧设置静止部3。静止部3包括定子芯35、线圈37、绝缘体36、电路板38和导热件39。定子芯35包括多个齿，所述齿的径向向内顶端与转子磁体33径向面对，在它们之间保持有间隙。定子芯35的轴向两侧表面和所述齿被绝缘体36覆盖。在各个齿上设置环状线以在其上形成线圈37。在静止部3的底端部分(定子芯35的底端部(即，绝缘体36))处设置电路板38，电路板38向线圈37供应电流以控制叶轮2a的旋转。在电路板38的轴向底侧上设置电子部件和电路图案(图中未示出)，从而形成一系列电路。在绝缘体36上以轴向穿透的方式安装销371，线圈37的一端卷绕在销371上，同时销371与定子芯35绝缘。线圈37的一端卷绕到销371的轴向一侧，销371的另一侧插入设在电路板38上的销插入孔382。然后，将销371的另一侧焊接到电路板38使得线圈37与电路板38上的电子部件电连接。
在经由电子部件(例如，设置在电路板38上的IC和霍耳元件)从外部电源向线圈37提供电力时，在定子芯35周围产生磁场。该磁场与转子磁体33产生的另一磁场相互作用，并产生使叶轮2a以轴为中心旋转的转矩。磁场根据转子磁体的旋转而轻微改变，并且霍耳元件检测磁场的变化。基于来自霍耳元件的信号，IC切换输出电压使得叶轮2a稳定旋转。在叶轮2a旋转时，风扇100从空气入口41吸气并经由气流通道43从空气出口42排气。
如图4和图5所示，在电路板38的上表面上设置由具有高导热性的材料制成的散热层381。在本发明的该优选实施例中，散热层381由铜材料制成，与在电路板38上印刷的电路图案相同。由于该构造，散热层381可与电路图案同时形成。散热层381可涂覆有焊料等以防止氧化。应注意，散热层381可由任何具有优选导热性的材料制成。同时，散热层可以作为单件部件提供。例如，可将导热片连接在电路板38的上表面上。
散热层381被周向分成多个区域，各个区域对应于设在各个齿上的线圈37。线圈37和散热层381设置成彼此轴向相对，在它们之间轴向设置导热件39。导热件39与线圈37和散热层381接触使得线圈37产生的热扩散到散热层381。为了热扩散，导热件39与线圈37和散热层381的接触区域较宽是有利的。在本发明的优选实施例中，导热件39包括诸如导热硅树脂的胶质状态材料，该硅树脂包括作为原油的硅油和高导热性材料(例如氧化铝)。导热硅树脂沿着线圈37和散热层381的形状变形。由于该构造，导热件39与线圈37和散热层381的接触区域都可以较宽。
然而应注意，导热件39可以处于胶质状态之外的状态。考虑可加工性，导热件39可以是带形件(例如，通过在诸如聚酰亚胺膜、纤维玻璃毡片和铝箔的支撑基片上用填料涂布压敏粘性剂形成的热带)。导热件39可包括任意具有高导热性的材料。然而应注意，考虑到防止线圈37的短路，线圈37和散热层381应电绝缘。在本发明的优选实施例中，即使在线圈37与散热层381电连接的情况下，因为散热层381被周向分隔，所以也不会发生线圈短路。
如图6和图7所示，电路板38的外尺寸大于叶轮罩20a的外尺寸。因此，电路板38的径向向外部分(即，伸出部)设在叶轮罩20a的外周面的径向外侧。散热层381的一部分设在电路板38的伸出部上，这样散热层381包括设在叶轮罩20a径向外侧的部分。同时，不必将电路板38的整个周边设在叶轮罩20a的径向外侧。电路板38的一部分可以设在叶轮罩20a的径向外侧。
线圈37根据其电阻和被供给的电量大小产生热。在本发明的优选实施例中，线圈37产生的热经由导热件39扩散到散热层381。对于散热层381，得到的散热区域越大，自动散至空气的热将越多。另外，向散热层381提供叶轮2a产生的气流，使得扩散到散热层381的热有效地散去。因此，与传统电机相比可以向电机提供更多的电量使其以更高速度旋转。
图9描述本发明第二优选实施例的改进示例。图9所示的电路板38不设在叶轮罩20a的径向外侧。即使在这种情况下，空气也轻微流向电路板38的外周部分。因此，对于散热层381和导热件39，线圈37产生的热有效地从散热层381散去。如上所述，与叶轮罩20a的外尺寸无关地，电路板38的外尺寸可根据各个参数(例如，电子部件布置、空气体积、静态声压、声级等等)改变。
(改进实施例)
在第一和第二优选实施例的描述中，无刷DC(直流)电机包括多个叶片，使得无刷DC电机用于风扇。然而应注意，本发明的范围不限于风扇。具有这样结构的无刷DC电机可应用于除风扇之外的应用(例如，用作磁盘驱动电机等的无刷DC电机)，在该结构中线圈37产生的热经由导热件39扩散到散热层381。
在第一和第二优选实施例的描述中，无刷DC电机是内转子型电机。然而应注意，本发明的优选实施例可应用于外转子型无刷DC电机(即，这样的无刷DC电机，其中转子磁体设在定子芯35的轴向外侧，在它们之间保持有间隙)。
虽然已经关于优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员明显的是，公开的发明能以各种方式改进并可采用除了以上那些具体阐明和描述的之外的许多实施例。因此，所附权利要求旨在涵盖落在本发明真正精神和范围内的本发明的全部改进。

Claims (18)

1.一种用于风扇的电机，该电机包括：
轴；
静止部；
定子芯，该定子芯是所述静止部的一部分并包括多个齿；
线圈，该线圈在各个所述齿处包括环状线；
杯形部分，该杯形部分具有大致杯状形状并且通过在所述杯形部分与所述静止部之间插设的轴承机构而相对于所述静止部被可转动地支撑，该杯形部分的旋转中心大致与所述轴的中心轴线同心；
电路板，该电路板是所述静止部的一部分，向所述线圈供应电流，并设在所述定子芯的轴向下方；
散热层，该散热层由导热材料制成，设在所述电路板的与所述线圈轴向面对的表面上并沿着该表面延伸；以及
导热件，该导热件由导热材料制成，与所述线圈和所述散热层接触。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述散热层分成多个区域，各个所述区域对应于在各个所述齿处设置的线圈。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，该电机还包括多个叶片，所述叶片围绕所述杯形部分的外周面设置，固定在所述杯形部分上并与其一起旋转。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
8.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，该电机还包括多个周向设置的叶片，和一连接部，该连接部径向延伸并将多个所述叶片与所述杯形部分连接，其中多个所述叶片与所述杯形部分一起旋转从而空气被沿轴向吸入并沿径向排出。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
13.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，该电机还包括多个叶片，所述叶片围绕所述杯形部分的外周面设置，固定在所述杯形部分上并与其一起旋转。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
16.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机还包括多个周向设置的叶片，和一连接部，该连接部径向延伸并将多个所述叶片与所述杯形部分连接，其中多个所述叶片与所述杯形部分一起旋转从而空气被沿轴向吸入并沿径向排出。
17.根据权利要求16所述的电机，其特征在于，所述电路板包括设在所述杯形部分的径向外侧的伸出部。
18.根据权利要求17所述的电机，其特征在于，至少一部分所述散热层设在所述电路板的所述伸出部上。
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