转子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器的制作方法

本发明涉及螺旋桨驱动装置及利用其的航空器，更具体地，涉及可利用形成在电机内部的空气流动路径实现内侧空冷并利用具备制冷剂循环回路的水套以水冷方式有效实现散热的转子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器。

背景技术：

1、通常，用于航空器的无刷电动马达包括：定子，连接有电池；转子；以及壳体，安装有螺旋桨。

2、在此情况下，在航空器用电动马达中，壳体起到转子作用，因此，壳体通过自身旋转旋转螺旋桨来生成航空器的推进力。

3、并且，航空器用电动马达的特征在于，因壳体自身旋转而具备高扭矩，由此，不仅无需减速器即可直接转动大型螺旋桨，而且，因无需减速器等配件而能够实现电动马达的轻量化。

4、然而，在电动马达中，由于壳体自身作为转子旋转，因此，配置在壳体内部的定子会产生大量热量，在此情况下，若航空器的速度较高，则电动马达被空气流动冷却，但是，对于经常静止飞行的直升机而言，因缺乏空气流动而导致电动马达产生过热，因此，需要对电动马达进行冷却。

5、为此，航空器用电动马达通常使用上板穿孔的壳体或形成有切割规定面积的多个冷却孔。因此，在驱动电动马达的情况下，通过螺旋桨旋转产生的空气流动使得空气流入到壳体的冷却孔来实现电动马达的冷却。

6、然而，随着驱动电动马达，当壳体按照规定速度旋转时，虽然无需担心雨水、湿气或其他异物等因壳体的旋转力而流入到壳体，但是，若航空器停止并位于外部环境中，则雨水、湿气或其他异物等可流入到壳体的冷却孔。

7、随着以这种方式流入的雨水、湿气或灰尘等异物引起短路，可成为导致电路短路或火灾的发生原因。

8、为了解决上述问题，当前采取用塑料等防水布覆盖电动马达等措施，但是，这种方案作为临时措施，不仅繁琐，而且，难以解决根本问题。

9、韩国公开专利公报第10-2017-0090037号(专利文献1)公开的航空器用传动装置具备防湿气渗透功能及防过热功能，为了冷却电动马达而在壳体导入可开闭冷却孔的开闭调节机构，当航空器停止时，开闭调节机构可通过自动关闭壳体的冷却孔来阻隔湿气或异物流入到电动马达内部，当航空器飞行时，开闭调节机构可通过壳体的旋转力调节壳体冷却孔的开度来有效实现电动马达的冷却功能。

10、通常，在电动马达中，在向线圈施加电机驱动电流的定子产生大于转子的热量，若无法向电动马达的外部排放所产生的热量，则可降低电机的效率及使用寿命。

11、上述专利文献1的电动马达为按照外转子方式在中心部设置定子的结构。在专利文献1中，在用作转子的圆筒形壳体的前表面和背面设置有用于流入排放空冷风的冷却孔。

12、专利文献1公开如下技术，即，为了冷却电动马达而在壳体导入可开闭冷却孔的开闭调节机构，当航空器停止时，开闭调节机构可通过自动关闭壳体的冷却孔来阻隔湿气或异物流入到电动马达内部。

13、另一方面，无人航空器(uav，unmanned aerial vehicle)具有多种用途，即，无人机不仅应用于配送包裹物品的物流领域，而且，可应用于监视/侦察/搜索、防疫/消毒/喷洒、广播/表演、环境测定、人员救援等多种领域。

14、随着两人用轻型飞机或搬运高重量负荷的大型无人机等采用螺旋桨驱动装置用电机，无刷直流电机需要数十千瓦(kw)级的驱动电机，在此情况下，由于外转子型电机(专利文献1)在内侧配置有线圈卷绕于芯的定子，因此，难以有效冷却从定子产生的大量热量。

15、若从上述定子产生的热量无法散发到外部，则聚集在内部的热量可缩短运行寿命并降低运行效率。为了防止这种情况，需要在热量生成装置一并使用散热器(heat sink)、热交换器等散热部件或散热装置。

16、为此，最近公开利用高分子树脂通过注塑成型或挤出成型制造的散热部件，并且，由于高分子树脂的自身材料特性而具有轻质、低成本等优点，正在对高分子树脂持续进行研究。

17、然而，利用高分子树脂制造的散热部件通过导热填料表达散热性，通常，具备优秀散热性能的导热填料还具备导电性，因此，利用这种材料制造的散热部件因表达导电性而难以应用于需具备绝缘性的电子装置。

18、尤其，航空用电机需要具备能够避免雷击的绝缘性能。

19、并且，由于交流(ac)电机的体积及重量大于无刷直流电机，因此，不适合用作航空用电机。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明人发现，随着在外侧配置相比于转子产生更多热量的定子，在飞行过程中，可通过侧面壳体自然实现外侧空冷，同时，可通过在连接上部盖、下部盖及转子本体与旋转轴之间的多个连接筋之间形成多个贯通孔来实现内侧空冷，针对湿气或异物随着内侧空冷因流入到电机内部而引起电路短路的问题，可通过使用绝缘散热复合材料的镶嵌注塑来分离阻隔定子，从而防止发生电路短路或火灾。

3、因此，为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供如下的螺旋桨驱动装置及利用其的航空器，可利用内转子-外定子结构的无刷直流电机实现外侧空冷和内侧空冷来有效冷却转子和定子。

4、本发明的再一目的在于，提供如下的转子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器，即，在上部盖及下部盖形成多个贯通孔，与此同时，通过多个连接筋连接转子本体与旋转轴之间，由此，可通过多个贯通孔实现内侧空冷来有效冷却。

5、本发明的另一目的在于，提供如下的转子及利用其的螺旋桨驱动装置，可通过多个连接筋连接转子本体与旋转轴之间来形成多个贯通孔并与形成在上部盖及下部盖的多个贯通孔一并实现内侧空冷。

6、本发明的又一目的在于，提供如下的螺旋桨驱动装置，即，设置具备制冷剂循环回路的水套来在定子芯的外周部与壳体之间实现制冷剂循环，由此，可通过水冷方式有效实现散热。

7、本发明的又一目的在于，提供利用如下定子的螺旋桨驱动装置，即，利用同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料制成用于定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)来使得定子的散热效果变得优秀。

8、本发明的又一目的在于，提供利用如下定子的螺旋桨驱动装置，即，利用同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料包围卷绕在定子的绝缘体(或线轴)的线圈并实现线圈与线圈之间的绝缘来以镶嵌注塑方式实现散热效果，与此同时，可解决湿气或异物随着内侧空冷因流入到电机内部而引起电路短路的问题。

9、本发明的又一目的在于，提供利用如下定子的螺旋桨驱动装置，即，通过改变用于定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)的第一绝缘散热复合材料的组成成分以及为了包围卷绕在绝缘体(或线轴)的线圈并实现线圈与线圈之间绝缘而以镶嵌注塑方式涂敷的第二绝缘散热复合材料的组成成分来最大限度地提高散热性能。

10、技术方案

11、为了实现上述目的，本发明一实施例的螺旋桨驱动装置用转子包括：旋转轴，呈中空形；多个连接筋，从上述旋转轴沿着放射方向延伸形成；环形边缘，与上述连接筋的前端部相连接；背轭，呈环形，设置在上述边缘的外侧，构成磁路的路径；以及多个磁铁，设置在上述背轭的外侧，通过定子的旋转磁场实现旋转，形成在上述多个连接筋之间的多个空间构成贯通电机的空气流动路径。

12、本发明的螺旋桨驱动装置用转子还包括转子支撑体，覆盖各个磁铁的除与定子芯的瓦块部分相向的外表面以外的外侧面，上述转子支撑体可包括：上部板及环形下部板，呈环形，覆盖上述磁铁的上部及下部；以及多个连接部，配置在上述磁铁与磁铁之间，两端部与上部板及下部板相连接。

13、并且，上述转子还包括多个叶片，设置在上述转子支撑体的上部板及下部板，当转子旋转时，用于产生周向风，上述周向风可以与贯通电机的空冷用空气流碰撞产生涡流。

14、本发明一实施例的螺旋桨驱动装置包括：外壳，在圆筒形壳体的上部及下部分别结合有上部盖及下部盖，上述上部盖及下部盖分别形成有多个贯通孔；定子，配置在上述壳体的内侧；转子，以与上述定子留有间隔的方式配置；以及旋转轴，通过多个连接筋与上述转子相连接，两端部以能够旋转的方式支撑在位于上部盖及下部盖的中心部的上部轴承及下部轴承，通过流经形成在上述上部盖及下部盖的多个贯通孔与上述多个连接筋之间的多个空间的空气流动路径来实现电机的内侧空冷。

15、在此情况下，上述转子可包括：旋转轴，呈中空形，两端部以能够旋转的方式支撑在位于上部盖及下部盖的中心部的上部轴承及下部轴承；多个连接筋，从上述旋转轴沿着放射方向延伸形成；环形边缘，与上述多个连接筋的前端部相连接；背轭，呈环形，设置在上述边缘的外侧，构成磁路的路径；以及多个磁铁，设置在上述背轭的外侧，通过定子的旋转磁场实现旋转。

16、本发明的螺旋桨驱动装置还包括多个叶片，设置在上述转子的上部及下部，当转子旋转时，用于产生周向风，上述周向风可以与贯通电机的空气流动路径的空气流动碰撞产生涡流。

17、并且，本发明还可包括水套，配置在上述圆筒形壳体与定子之间，具有螺旋形的制冷剂循环回路，以能够实现与壳体之间的制冷剂循环。

18、并且，本发明的螺旋桨驱动装置还可包括螺旋桨设置托架，用于向上述旋转轴安装螺旋桨。

19、上述螺旋桨设置托架为在中心部形成有中间贯通孔的环形，上述中间贯通孔在下侧配置有与电机的旋转轴相结合的环形突起部，上述旋转轴的上端部与收容上述上端部且面接合的上述突起部的底面可按照高度差结构相结合，以防止上述螺旋桨旋转时产生扭曲。

20、上述定子包括：定子芯，由环形的背轭及多个齿构成，上述环形的背轭具有规定宽度以构成磁路，上述多个齿从上述背轭沿着中心方向延伸形成；绝缘体，包围上述多个齿分别卷绕线圈的外周面；以及定子线圈，在上述多个齿分别卷绕在绝缘体的外周面，上述绝缘体可由同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料制成。

21、上述定子还包括定子支撑体，包围卷绕在上述绝缘体的定子线圈，使得相邻的线圈与线圈之间绝缘，具备散热特性，上述定子支撑体可由具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料通过镶嵌注塑成形为一体。

22、上述绝缘体包括上部绝缘体及下部绝缘体，分别包围各个齿中的卷绕线圈的1/2外周面，上述上部绝缘体及下部绝缘体可分别包括：底层框架，呈具有规定宽度的环形；以及多个齿收容部，从上述底层框架突出形成，在上部及下部分别收容齿的1/2卷绕区域。

23、本发明再一实施例的螺旋桨驱动装置包括：径向间隙型(radial gap type)无刷直流(bldc)电机，具有转子在定子的内侧以留有气隙的方式配置在圆周上的内转子-外定子结构；以及螺旋桨设置托架，用于向上述电机的旋转轴安装螺旋桨，上述电机在外壳的内侧依次配置有定子、转子及旋转轴，上述外壳在圆筒形壳体的上部及下部分别结合有上部盖及下部盖，具有流经形成在上述上部盖的多个贯通孔、形成在对旋转轴与转子之间进行连接的多个连接筋之间的多个空间及形成在下部盖的多个贯通孔并沿着电机的轴方向贯通的空气流动路径。

24、本发明的螺旋桨驱动装置还可包括水套，配置在上述圆筒形壳体与定子之间，具有螺旋形的制冷剂循环回路，以能够实现与壳体之间的制冷剂循环。

25、本发明另一实施例的航空器包括：机身；控制箱，配置在上述机身的前端部；以及螺旋桨驱动装置，以留有间隔的方式设置在上述控制箱的前表面，用于驱动螺旋桨，上述螺旋桨驱动装置包括：外壳，在圆筒形壳体的上部及下部分别结合有上部盖及下部盖，上述上部盖及下部盖分别形成有多个贯通孔；定子，配置在上述壳体的内侧；转子，以与上述定子留有间隔的方式配置；以及旋转轴，通过多个连接筋与上述转子相连接，两端部以能够旋转的方式支撑在位于上部盖及下部盖的中心部的上部轴承及下部轴承，通过流经形成在上述上部盖及下部盖的多个贯通孔与上述多个连接筋之间的多个空间的空气流动路径来实现电机的内侧空冷。

26、发明的效果

27、如上所述，本发明的螺旋桨驱动装置可利用内转子-外定子结构的无刷直流电机实现外侧空冷和内侧空冷来有效冷却转子和定子。

28、并且，本发明在上部盖及下部盖形成多个贯通孔，与此同时，通过多个连接筋连接转子本体与旋转轴之间，由此，可通过多个贯通孔实现内侧空冷来有效冷却。

29、而且，本发明可通过设置具备制冷剂循环回路的水套来在定子芯的外周部与壳体之间实现制冷剂循环，由此，可通过水冷方式有效实现散热。

30、在本发明中，用于定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)由同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料制成，因此，可通过优秀的散热效果提高电机效率。并且，随着利用绝缘散热复合材料制成绝缘体(或线轴)，不仅能够确保散热性能及绝缘性能，而且，可提供能够确保充分承受外力的拉伸强度、弯曲弹性率等机械强度的航空用电机。

31、并且，本发明利用同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料包围卷绕在定子绝缘体(或线轴)的线圈并实现线圈与线圈之间的绝缘来以镶嵌注塑方式实现散热效果，与此同时，可解决湿气或异物随着内侧空冷因流入到电机内部而引起电路短路的问题。当利用上述绝缘散热复合材料镶嵌注塑成型时，定子覆盖除与转子的磁铁相向的定子芯的瓦块部分外的暴露在外部的所有部分。

32、并且，本发明可提供通过多个连接筋连接转子本体与旋转轴之间来形成多个贯通孔并与形成在上部盖及下部盖的多个贯通孔一并实现内侧空冷的转子。

33、本发明可通过改变用于定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)的第一绝缘散热复合材料的组成成分以及为了包围卷绕在绝缘体(或线轴)的线圈并实现线圈与线圈之间绝缘而以镶嵌注塑方式涂敷的第二绝缘散热复合材料的组成成分来最大限度地提高散热性能。