无刷电机的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种无刷电机。


背景技术：

2.随着人工智能技术的突破，对井下设备的智能化作业和无人作业提出了更高的需求。机器人技术作为智能化矿山的物理执行终端，其中电机为主的驱动器技术是机器人的关键技术之一。外转子无刷电机被广泛应用到不同类型的机器人平台上，但是井下工作环境中存在粉尘、积水等外部因素污染的问题以及电机安全散热的问题，对外转子无刷电机的结构设计等提出了更高的要求。
3.相关技术中，开放外壳式电机，在静止条件或者空气对流较差时散热效果较低，且开放式外壳的设计，容易导致电机内部被污染。风冷散热电机，解决了开放外壳式电机被动散热效率较低的问题，但是同样会带来电机内部被污染的问题。水冷散热电机，具有良好的散热效果且避免了电机内部被污染的问题，但是管道、水泵、外部散热器构成的散热系统体积较大，不仅占用电机内部空间，还增加电机重量。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.相关技术中，开放外壳式电机，通过外部环境与电机内部的空气对流来实现定子绕组的散热，散热效率低且容易导致电机内部被污染，还无法应用到需要对电机进行密封设计的场景中，具有较大的局限性。风冷散热电机，使用风扇加速电机内与外界的空气流通，但是同样会带来电机内部污染问题且无法应用到密封场景下。水冷散热电机，将作为热量载体的液体通过管道在电机内外进行交换，但是需要复杂的导管水泵系统，增加了电机的成本、机构复杂度和重量。
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的实施例提出一种无刷电机，该无刷电机在电机内部处于密封的前提下，还具有较好的散热效果，并且散热设计部分所占用电机内部空间很小，成本较低。
8.本发明实施例的无刷电机包括：机壳、定子组件、转子组件和第一导热件，所述定子组件位于所述机壳内且与所述机壳相连，所述转子组件与所述定子组件相配合，所述转子组件与所述机壳可转动地相连，所述转子组件的至少部分位于所述机壳内，所述第一导热件分别与所述机壳和所述定子组件相连，并用于将所述定子组件产生的热量传递至外界。
9.本发明实施例的无刷电机，第一导热件将定子组件运行中所产生的热量吸收，第一导热件将吸收的热量传递至机壳上，最终机壳将热量传递到外界环境中。通过第一导热件和机壳将电机内部的热量传递至外界，避免了热量在电机内部的积累，从而实现电机的散热。并且，机壳将组件密封，避免电机内部与外部环境接触导致的电机内部被粉尘、油污等污染的问题，也使得电机可以应用到井下等极端环境中，拓展了电机的使用场景。
10.由此，本发明实施例的无刷电机，解决了电机用于密封场景下的散热问题，拓展电机的使用场景。
11.在一些实施例中，所述机壳包括第一壳盖、第二壳盖和两端开口的桶形件，所述第一壳盖与所述第二壳盖分别位于所述桶形件的开口处，且所述第一壳盖、所述桶形件和所述第二壳盖依次相连形成大体为圆柱体的所述机壳。
12.在一些实施例中，所述第一导热件位于所述第二壳盖与所述定子组件之间，所述第一导热件为导热板或导热管。
13.在一些实施例中，所述第一导热件为导热板，所述导热板远离所述第二壳盖的表面与所述定子组件相接触，所述导热板靠近所述第二壳盖的表面与所述第二壳盖靠近所述导热板的表面相贴合。
14.在一些实施例中，所述定子组件包括环形排布的多个定子线圈绕组，相邻的所述定子线圈绕组之间具有空隙，所述无刷电机还包括与所述第一导热件相接触的第二导热件，所述第二导热件的至少部分填充于所述空隙内。
15.在一些实施例中，所述第二导热件位于所述第一导热件与所述定子组件之间，所述第二导热件的第一主表面与所述定子线圈绕组靠近所述第二导热件的一端相接触，所述第二导热件的第二主表面与所述第一导热件相接触。
16.在一些实施例中，所述第二导热件的第一主表面为平面或与所述定子组件靠近所述第二导热件一侧的表面形状相匹配的曲面。
17.在一些实施例中，所述第二导热件为导热凝胶。
18.在一些实施例中，所述第一壳盖上开设有中心通孔，所述转子组件包括装配于所述中心通孔内的轴套。
19.在一些实施例中，所述机壳为铁合金机壳。
附图说明
20.图1是本发明实施例的无刷电机的示意图。
21.图2是本发明实施例的无刷电机的爆炸示意图。
22.图3是本发明实施例的无刷电机的填充导热凝胶前的定子组件的示意图。
23.图4是本发明实施例的无刷电机的填充导热凝胶后的定子组件的第一示意图。
24.图5是本发明实施例的无刷电机的填充导热凝胶后的定子组件的第二示意图。
25.附图标记：
26.机壳1、第一壳盖101、中心通孔1011、桶形件102、第二壳盖103、第一环形件1031、第二环形件1032；
27.定子组件2、定子线圈绕组201、空隙2011；
28.转子组件3、环绕部301、连接部302、轴套3021；
29.第一导热件4；
30.第二导热件5。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考
附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.下面结合附图描述本发明实施例的无刷电机。
33.如图1和图2所示，本发明实施例的无刷电机包括：机壳1、定子组件2、转子组件3和第一导热件4，定子组件2位于机壳1内且与机壳1相连，转子组件3与定子组件2相配合，转子组件3与机壳1可转动地相连，转子组件3的至少部分位于机壳1内，第一导热件4分别与机壳1和定子组件2相连，并用于将定子组件2产生的热量传递至外界。
34.需要理解的是，转子组件3与定子组件2相互配合运行的部分位于机壳1内，转子组件3与机壳1可转动地相连，两者共同组成一个密封件。换言之，机壳1将转子组件3、第一导热件4以及转子组件3与转子组件3配合运行的部分密封，从而避免电机内部与外部环境接触，防止污染物进入电机内部，对电机的运行造成影响。
35.机壳1还起到了对外界环境的保护，例如，具有甲烷的井下场景等极端环境下，防止电机内部的静电等因素引发外部环境爆炸的情况。解决了无刷电机需在密封前提下的使用问题，拓展电机的使用场景，提高电机的多适应性。
36.可选地，如图2所示，定子组件2固定安装于机壳1上。转子组件3包括环绕部301和连接部302，环绕部301的上端与连接部302相连，连接部302可转动地安装于机壳1上。连接部302密封贯穿机壳1并置于机壳1外部，连接部302的上端位于机壳1外，连接部302的下端位于机壳1内。环绕部301套设于定子组件2的周侧，从而实现转子组件3和定子组件2的配合使用。
37.进一步地，如图2所示，定子组件2位于第一导热件4的上方，定子组件2与第一导热件4的上端间接接触，第一导热件4的下端与机壳1直接接触。第一导热件4吸收定子组件2运行所产生的热量，第一导热件4将吸收的热量通过与机壳1的接触传递至机壳1上，机壳1再将第一导热件4传递的热量传递至外界环境中。
38.因此，第一导热件4与机壳1构成散热结构，在本发明实施例的无刷电机密封的条件下，将电机内部的热量传递至外界，避免热量在电机内部积累引发的电机过热，从而影响电机的使用，间接地增强电机的工作性能。
39.本发明实施例的无刷电机，第一导热件4将定子组件2运行中所产生的热量吸收，第一导热件4将吸收的热量传递至机壳1上，最终机壳1将热量传递到外界环境中。通过第一导热件4和机壳1将电机内部的热量传递至外界，避免了热量在电机内部的积累，从而实现电机的散热。并且，机壳1将组件密封，避免电机内部与外部环境接触导致的电机内部被粉尘、油污等污染的问题，也使得电机可以应用到井下等极端环境中，拓展了电机的使用场景。
40.由此，本发明实施例的无刷电机，解决了电机用于密封场景下的散热问题，拓展电机的使用场景。
41.在一些实施例中，如图2所示，机壳1包括第一壳盖101、第二壳盖103和两端开口的桶形件102，第一壳盖101与第二壳盖103分别位于桶形件102的开口处，且第一壳盖101、桶形件102和第二壳盖103依次相连形成大体为圆柱体的机壳1。
42.可选地，如图2所示，桶形件102两端开口且呈圆柱状，桶形件102的开口为圆形。第一壳盖101与位于桶形件102上端的开口相匹配，第一壳盖101位于桶形件102上端的开口处，且与桶形件102相连。第二壳盖103与位于桶形件102下端的开口相匹配，第二壳盖103位
于桶形件102下端的开口处，且与桶形件102相连。
43.进一步地，如图1和图2所示，第二壳盖103上设有位于桶形件102内的第一环形件1031和第二环形件1032，第一环形件1031的内径和外径均大于第二环形件1032的内径和外径，且第一环形件1031的中心轴线、第二环形件1032的中心轴线和第二壳盖103的中心轴线共轴设置。定子组件2套装于第一环形件1031上，连接部302的下端与第二环形件1032可转动地相连，连接部302绕第二环形件1032的中心轴线转动。
44.在一些实施例中，第一导热件4位于第二壳盖103与定子组件2之间，第一导热件4为导热板或导热管。
45.需要理解的是，如图2所示，第一导热件4用于传递定子组件2产生的热量，第一导热件4位于第二壳盖103与定子组件2之间，第一导热件4与第二壳盖103直接接触，定子组件2产生的热量经第一导热件4吸收后传递至第二壳盖103，通过第二壳盖103传递至外界环境中。
46.可选地，第一导热件4为导热管(图中未示出)，导热管呈环状，导热管设于第二壳盖103上，并位于第一环形件1031的外壁与桶形件102的内壁之间。
47.在一些实施例中，如图1至5所示，第一导热件4为导热板，导热板远离第二壳盖103的表面与定子组件2相接触，导热板靠近第二壳盖103的表面与第二壳盖103靠近导热板的表面相贴合。
48.需要理解的是，导热板相比较导热管而言，导热管的外周面呈弧形，导致导热管与第二壳盖103的接触较少，其散热效果较低，因此，选用导热板来作为定子组件2与第二壳盖103之间的导热介质。
49.可选地，导热板为环形vc均热板，导热板套装于第一环形件1031上，且导热板的下表面与第二壳盖103的上表面相贴合。导热板内壁与外壁之间的径向距离与第一环形件1031外壁至桶形件102内壁的径向距离相同，从而增大了第一导热件4与第二壳盖103之间的导热面积。
50.在一些实施例中，如图2至5所示，定子组件2包括环形排布的多个定子线圈绕组201，相邻的定子线圈绕组201之间具有空隙2011，无刷电机还包括与第一导热件4相接触的第二导热件5，第二导热件5的至少部分填充于空隙2011内。
51.需要理解的是，第二导热件5将相邻的定子线圈绕组201之间的空隙2011填充，使得定子组件2内部产生的热量经第二导热件5传递至第一导热件4上，进一步提高定子组件2的导热效率。
52.可选地，如图2至5所示，多个定子线圈绕组201环绕第一环形件1031的中心轴线间隔排布，相邻的定子线圈绕组201之间具有空隙2011。第二导热件5包括填充部和主传热部，填充部与主传热部相连，填充部位于相邻定子线圈绕组201的空隙2011内，主传热部位于定子线圈绕组201的下方，主传热部分别与定子线圈绕组201和导热板直接接触。
53.因此，多个定子线圈绕组201运行所产生的热量，少部分通过填充部吸收并传递至主传热部，大部分直接通过定子线圈绕组201与主传热部的接触被主传热部吸收。主传热部的热量通过与导热板的直接接触，将热量传递至导热板，然后再传递至第二壳盖103，最终释放于外界环境中。
54.在一些实施例中，第二导热件5位于第一导热件4与定子组件2之间，第二导热件5
的第一主表面与定子线圈绕组201靠近第二导热件5的一端相接触，第二导热件5的第二主表面与第一导热件4相接触。
55.需要理解的是，第二导热件5的第一主表面为主传热部与定子线圈绕组201所接触的表面，第二导热件5的第二主表面为主传热部的下表面。
56.可选地，如图2和图5所示，主传热部的下表面为平面，主传热部的下表面与导热板的上表面相贴合，进一步地增大主传热部与导热板之间的传热效率。
57.在一些实施例中，第二导热件5的第一主表面为平面或与定子组件2靠近第二导热件5一侧的表面形状相匹配的曲面。
58.可选地，当第二导热件5的第一主表面为平面时，定子线圈绕组201的下端与第二导热件5的第一主表面相接触。
59.可选地，相比较第二导热件5的第一主表面为平面的情况，当第二导热件5的第一主表面为与定子组件2下端相匹配的曲面时，第二导热件5与定子线圈绕组201的接触面积更大，其导热效果更好。
60.需要理解的是，定子线圈绕组201的下端为弧形凸起，因此，与多个定子线圈绕组201下端相匹配的曲面呈波浪状。换言之，主传热部的上表面设有与弧形凸起相匹配的多个弧形凹槽，多个弧形凹槽与多个定子线圈绕组201一一对应。
61.在一些实施例中，第二导热件5为导热凝胶。
62.需要理解的是，导热凝胶高温状态下为流体，有利于导热凝胶灌封定子组件2的空隙2011，空隙2011填充后静置降温凝结为固态，操作简单。
63.可选地，第一导热件4为导热板，第二导热件5为导热凝胶。因此，利用第一导热件4、第二导热件5和第二壳盖103作为散热结构，本发明实施例的无刷电机在密封场景下可以高效散热，而且散热结构所占用的电机内部空间较小，成本较低。
64.在一些实施例中，如图1和图2所示，第一壳盖101上开设有中心通孔1011，转子组件3包括装配于中心通孔1011内的轴套3021。
65.需要理解的是，轴套3021为上述实施例中的连接部302，轴套3021可转动地转配于中心通孔1011与第二环形件1032内，轴套3021与中心通孔1011之间的缝隙密封处理。
66.可选地，如图2所示，轴套3021的下端位于第二环形件1032内，轴套3021外套装有轴承，轴套3021经轴承可转动地连接在第二环形件1032内。轴套3021的上端贯穿中心通孔1011并置于机壳1外，轴套3021与中心通孔1011的缝隙内填充有密封油。
67.在一些实施例中，机壳1为铁合金机壳。
68.需要理解的是，铁合金由生铁、废钢、硅铁、锰铁、增碳剂、铜、孕育剂经过电炉熔炼，再经过炉前变质孕育处理，最后经浇注成型冷却得到。由于井下甲烷等易燃气体较多，为避免产生火花、静电等，需考虑电机防爆安全方面的问题，因此使用铁合金防爆材料来制作本发明实施例的无刷电机的机壳1。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”、“轴向”、“径向”、“周向”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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
70.此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
71.在本发明中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
73.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。