具有汇流排结构的定子、利用其的螺旋桨驱动马达及定子的制造方法与流程

本发明涉及具有汇流排结构的定子及利用其的螺旋桨驱动马达，更具体地，涉及如下的具有汇流排结构的定子及利用其的螺旋桨驱动马达和定子的制造方法，使用汇流排结构来提高组装生产性和耐久性。

背景技术：

1、通常，飞机中使用的无刷电机包括与电池相连接的定子及转子，且由安装有螺旋桨的客壳体构成。

2、在此情况下，对于飞机用电机，壳体起到转子作用，因此，壳体自身通过旋转来使螺旋桨进行旋转，由此生成飞机的推进力。

3、并且，在飞机用电机的情况下，由于壳体自身进行旋转，因此具有高扭矩的特性，并且，即使没有减速器，也可以使大型螺旋桨直接旋转，无需减速器等附属品，因此可以将电机轻量化。

4、只是，在电机的情况下，壳体自身作为转子进行旋转，因此，配置在壳体内部的定子将会产生大量的热量，在此情况下，当飞机的速度较快时，电机因空气的流动而被冷却，在主要进行固定飞行的直升机的情况下，几乎没有空气流动，从而电机将会发生过热，因而需要对电机进行冷却。

5、为此，在飞机中使用的电机的情况下，通常，壳体的上板被穿透，或者具有切开规定面积而成的多个冷却孔。因此，当电机驱动时，通过基于螺旋桨的旋转的空气流动使空气流入到壳体冷却孔，由此对电动马达进行冷却。

6、但是，当电机驱动并使壳体按规定速度旋转时，雨或湿气、其他异物等不会通过壳体的旋转力而流入，但飞机停止并位于外部时，雨水、湿气或灰尘等异物有可能流入到壳体的冷却孔。

7、以此流入的雨水、湿气或灰尘等异物有可能导致因短路而导致的电气短路或火灾的发生。

8、因此，为了解决这种问题，以往采取了用塑料等防水布覆盖电机等措施，这种措施是临时性且繁琐的，从而无法解决根本问题。

9、韩国公开专利公报第10-2017-0090037号(专利文献1)公开了如下的具有防止湿气渗透及防止过热的功能的飞机用动力传递装置，导入可以开闭为了对电机进行冷却而形成的壳体的冷却孔的开闭调节单元，当飞机停止时，开闭调节单元自动关闭壳体的冷却孔，以防止湿气或异物流入到电机内部，不仅如此，当飞机运行时，根据壳体的旋转力，开闭调节单元调节壳体冷却孔的开口率，由此可以有效地实现电机的冷却功能。

10、通常，在电机中，与转子相比，马达驱动电流施加到线圈的定子中产生更多的热量，在以此产生的热量无法排向电机外部的情况下，有可能降低马达的效率和寿命。

11、上述专利文献1的电机具有定子位于中心部的外转子结构。在专利文献1中，在起到转子作用的圆筒形壳体的前表面和后表面具有流入并排出空气冷却用风的冷却孔。

12、另一方面，无人机(uav；unmamed aerial vehicle)，即，无人机以多种方式适用于包括配送快递物品的物流领域在内的监视/侦察/搜索、检疫/消毒/喷洒、广播/演出、环境测量、生命救援、飞行汽车等多种领域。

13、两人用轻型飞机、飞行汽车或搬运高重量负荷的大型无人机等所使用的螺旋桨驱动装置用马达，尤其，无刷直流电机需要数十kv的驱动马达，在此情况下，从内侧配置有线圈卷绕在铁芯的定子的外转子马达(专利文献1)有效地对从定子产生的大量的热量进行冷却有限。

14、从上述定子产生且无法向外部释放而积累在内侧的热量有可能带来工作寿命的缩减或因发生故障而导致的失灵状态，且有可能减少工作效率。为了防止这种问题，散热器(heat sink)、热交换机等散热部件或散热装置与产生热量的装置一同使用。

15、对此，最近提出了利用注塑成型或可压缩的聚合物树脂制造的散热部件，聚合物树脂自身的材质特性上，因轻量性、低廉的成本等优点，对其的研究正在持续进行。

16、但是，利用上述聚合物树脂制造的散热部件虽然可以通过热传递性填料来呈现出散热性，但通常，散热性能优秀的热传递性填料同时还具备导电性。对此，随着使用包含热传递性填料聚合物树脂来形成的散热部件同时呈现出导电性，存在将其用于需要绝缘性的电子装置极为不合适的问题。

17、尤其，在飞机用马达的情况下，需要可以避免雷击的绝缘性能。

18、并且，在交流马达的情况下，具有比无刷直流电机更大的体积和重量，因此，不适合用作飞机用马达。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明人发现了如下的点，可同时实现外侧空气冷却及内侧空气冷却，上述外侧空气冷却通过在外侧配置比转子产生更多热量的定子并在飞行期间自然地通过侧面壳体实现，上述内侧空气冷却通过在连接上部盖与下部盖以及转子本体与旋转轴之间的多个桥之间形成多个贯通孔来实现，对于随着内侧空气冷却，湿气或异物流入到马达内部而发生电气短路的问题，可通过使用绝缘性散热复合材料的镶嵌注塑来分离并隔断定子，以此防止电短路或火灾的发生。

3、数十kv的高输出驱动马达需要多槽/多极结构的大型化。当马达结构大型化时，对定子铁芯多个齿部的线圈卷绕方法和在定子铁芯的制造过程中丢弃的铁芯损耗对马达制造成本及马达性能产生很大的影响。

4、与组装多个分割铁芯来构成的分割铁芯方式定子相比，从背轭径向延伸有多个齿部的一体型铁芯结构的定子因线圈卷绕所需要的高价专用卷绕机的设备投资成本、线圈卷绕成本而需要更多成本。在分割铁芯的情况下，可以使用铁芯损耗少且低价的常用卷绕机来轻松完成卷绕。

5、并且，在分割铁芯方式的定子的情况下，在多个分割铁芯卷绕3三相驱动方式线圈之后，使用星形连接或三角形连接方式连接各线圈的起始端子与终止端子需要大量的作业工序，从而有可能恶化组装作业性。

6、因此，本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，本发明的目的在于，提供如下的定子及利用其的螺旋桨驱动马达，将多个分割铁芯与由绝缘性散热复合材料形成的绝缘体组装在一起，通过三线法卷绕三相驱动线圈后，用绝缘性散热复合材料对卷绕有线圈的多个分割铁芯进行镶嵌注塑来一体化成环形并进行密封处理，由此实现散热效果，同时，即使湿气或异物沿着内侧空气冷却流路流入到马达内部，也可以根本上解决电气短路的发生。

7、本发明的再一目的在于，提供如下的定子及利用其的螺旋桨驱动马达，通过利用汇流排和汇流排托架来连接线圈的起始端子与终止端子来提高组装生产性，当大容量的电流从终端流向定子线圈时，即使产生高温热量也可以谋求电路稳定性。

8、本发明的另一目的在于，提供如下的定子及利用其的螺旋桨驱动马达，每个相可并联多个线圈，从而将线圈的电阻最小化，通过减少电阻(resistance)和线圈损耗(coilloss)来降低线圈温度并增加效率。

9、本发明的还有一目的在于，提供如下的分割型定子和其制造方法，通过分割铁芯的背轭部的凹凸结合结构，形成预组装成环形的第一预组装体，对于第一预组装体不足的结合力，形成利用汇流排和汇流排托架强化分割铁芯之间的结合力的第二预组装体，从而，即使在用于将定子支撑体形成为一体的镶嵌注塑时也可以抑制每个分割铁芯的移动。

10、技术方案

11、本发明一实施例的具有汇流排结构的定子的特征在于，包括：分割型定子铁芯，齿部从分别形成磁路的背轭部沿着中心方向延伸的多个分割铁芯组装成环形；上部绝缘体及下部绝缘体，以上下包围上述分割铁芯的齿部外周面的方式组合；三相驱动方式的定子线圈，卷绕在上述绝缘体的外周，由连续卷绕在每个相中相邻的3个齿部的多个铁芯组形成，每个相的铁芯组并联，每个相交替配置；多个汇流排托架，以结合分别相邻的2个分割铁芯的方式与上部绝缘体和下部绝缘体中的一个相结合，分别具有4个引导通道；u相汇流排、w相汇流排及v相汇流排，分别插入并固定在上述4个引导通道中的一个，与每个铁芯组的起始端子相连接的多个连接端子隔着间隔突出形成；共同电极汇流排，插入并固定在上述4个引导通道中的一个，与每个铁芯组的终止端子相连接的多个连接端子隔着间隔突出形成；以及定子支撑体，以将上述多个分割铁芯一体化的方式包围卷绕在绝缘体的定子线圈并对相邻的线圈与线圈之间进行绝缘。

12、上述多个汇流排托架可被定位成将分别相邻的铁芯组中的前端绝缘体与后端绝缘体结合，上述前端绝缘体结合在前端铁芯组的后端部分割铁芯，上述后端绝缘体结合在后端铁芯组的前端部分割铁芯。

13、并且，上述汇流排托架可具备分别与绝缘体的结合突起相结合的第一结合孔及第二结合孔，上述前端绝缘体的第一结合突起和后端绝缘体的第二结合突起结合在上述第一结合孔及第二结合孔，在与上述汇流排托架相结合的前端绝缘体和后端绝缘体的前后配置并未与上述汇流排托架相结合的绝缘体。

14、上述上部绝缘体和下部绝缘体可包括：一对凸缘，在内侧及外侧突出形成；以及线圈卷绕区域，在内部形成包围齿部的中空部形态，形成在上述一对凸缘之间，在上述下部绝缘体的外侧凸缘突出形成用于与上述汇流排托架结合固定的结合突起。

15、进而，上述汇流排托架可包括：底座部，呈矩形形状；内侧壁及外侧壁，分别突出形成在上述底座部的内周及外周；3行引导突起，以在上述内侧壁与外侧壁之间形成u相汇流排、v相汇流排、w相汇流排与共同电极汇流排结合固定的4个引导通道的方式突出形成；以及第一突起部及第二突起部，从上述外侧壁的两端部突出，分别形成有与上述下部绝缘体的结合突起相结合的第一结合孔及第二结合孔。

16、上述u相汇流排、v相汇流排、w相汇流排可分别突出形成有分别与电缆的一端部相连接的输出终端端子和与分配到u相、v相及w相的多个铁芯组的起始(start)端子相连接的多个连接端子，上述共同电极汇流排突出形成有与上述多个铁芯组的多个终止(end)端子相连接的多个连接端子和与上述电缆的一端部相连接的共同电极用输出终端端子，上述u相汇流排、v相汇流排、w相汇流排的输出终端端子、与各铁芯组的起始端子相连接的多个连接端子、共同电极汇流排的多个连接端子及共同电极用输出终端端子以被定位在上述汇流排托架的引导通道的方式设定间隔。

17、并且，在上述多个汇流排托架可分别配置与u相、v相及w相的铁芯组的起始端子相连接的u相汇流排、w相汇流排及v相汇流排的多个连接端子中的一个以及与上述多个铁芯组的终止端子相连接的共同电极汇流排的多个连接端子中的一个，在靠近以将线圈长度最小化的方式配置成环形的各铁芯组的起始端子和终止端子的位置配置上述连接端子。

18、相邻的2个相的铁芯组中所包括的连续的6个齿部可向相反方向发生磁通量，以使相向配置的转子的磁铁向相同方向旋转。

19、上述定子的线圈可由12个铁芯组形成，各相的每4个铁芯组并联，在每个通电模式下，相邻的2个铁芯组被激活，在被激活的相邻的2个铁芯组之间配置有未被激活的一个铁芯组，被激活的8个铁芯组和配置在这些之间的未被激活的4个铁芯组以旋转轴为中心对称配置。

20、并且，本发明一实施例的螺旋桨驱动马达的特征在于，包括：外罩，在圆筒形壳体的上部和下部分别结合上部盖和下部盖；定子，配置在上述外罩的壳体内侧，产生旋转磁场；转子，通过上述定子的旋转磁场进行旋转；以及旋转轴，结合在上述转子的中心，在前端部结合有螺旋桨。

21、上述驱动马达可包括：多个贯通孔，从外部贯通上部盖来形成；多个空间，形成在连接旋转轴与转子之间的多个桥之间；以及空气流动通路，穿过设置在下部盖的多个贯通孔。

22、在此情况下，上述转子可包括设置在上部和下部的上部叶片支撑板及下部叶片支撑板，上述上部叶片支撑板及下部叶片支撑板分别包括当转子旋转时产生圆周方向风的多个叶片，上述圆周方向风与贯通马达内部的空气冷却用空气流动发生碰撞并产生涡流。

23、本发明一实施例的螺旋桨驱动马达还可包括水套，配置在上述圆筒形壳体与定子之间，具有能够使制冷剂在水套与壳体之间进行循环的螺旋形制冷剂循环回路，上述定子支撑体通过设置在外侧的水套进行散热。

24、并且，上述定子的绝缘体和定子支撑体可由同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘性散热复合材料形成，上述绝缘性散热复合材料至少具有10kv以上的绝缘性能和3w/mk以上的热导率。

25、本发明一实施例的定子的制造方法的特征在于，包括如下步骤：在多个分割铁芯分别组装上部绝缘体及下部绝缘体；分别在组装上述上部绝缘体及下部绝缘体的连续的3个分割铁芯向顺时针方向、逆时针方向、顺时针方向连续卷绕线圈来准备具有起始端子和终止端子的多个铁芯组；u相、v相、w相每个相交替配置多个铁芯组，在相邻的分割铁芯之间组装背轭部的凹凸结合部来形成环形的第一预组装体；利用多个汇流排托架来对结合在后端部分割铁芯的后端部绝缘体和结合在前端部分割铁芯的前端部绝缘体进行结合，以便结合相邻的铁芯组中的前端铁芯组中的上述后端部分割铁芯与后端铁芯组的前端部分割铁芯；对在分别形成于上述汇流排托架的4个引导通道分别突出形成(铁芯组数量/3)有连接端子的w相、v相及u相汇流排和所突出形成的连接端子的数量与多个铁芯组的数量相同的共同电极汇流排进行组装；上述每个相的铁芯组的起始端子连接在每个相的汇流排的连接端子，终止端子连接在共同电极汇流排的连接端子来形成第二预组装体；以及将上述第二预组装体设置在模具内部之后，用绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑来形成将定子支撑体与第二预组装体形成为一体的一体型定子。

26、当利用多个汇流排托架来对结合在上述后端部分割铁芯的后端部绝缘体和结合在前端部分割铁芯的前端部绝缘体进行结合时，可将上述后端部绝缘体和前端部绝缘体的结合突起结合在设置于上述汇流排托架的第一结合孔及第二结合孔。

27、并且，在上述汇流排托架可分别配置w相、v相及u相汇流排的多个连接端子中的一个和共同电极汇流排的多个连接端子中的一个。

28、在此情况下，当每个上述汇流排托架配置w相、v相及u相汇流排的多个连接端子中的一个时，可以对齐配置在每个汇流排托架具备的3行4列的分割突起中的一个。

29、进而，上述每个铁芯组的起始端子可以连接在每个相的汇流排的连接端子，终止端子连接在共同电极汇流排的连接端子，从而可以形成并联电路。

30、本发明另一实施例的定子的制造方法的特征在于，包括如下步骤：在多个分割铁芯分别组装上部绝缘体及下部绝缘体；分别在组装上述上部绝缘体及下部绝缘体的连续的3个分割铁芯向顺时针方向、逆时针方向、顺时针方向连续卷绕线圈来准备具有起始端子和终止端子的多个铁芯组；u相、v相、w相每个相交替配置多个铁芯组，在相邻的分割铁芯之间组装背轭部的凹凸结合部来形成环形的第一预组装体；利用多个汇流排托架来对结合在后端部分割铁芯的后端部绝缘体和结合在前端部分割铁芯的前端部绝缘体进行结合，以便结合相邻的铁芯组中的前端铁芯组中上述的后端部分割铁芯与后端铁芯组的前端部分割铁芯；对在分别形成于上述汇流排托架的4个引导通道分别突出形成(铁芯组数量/3)有连接端子的w相、v相及u相汇流排和所突出形成的连接端子的数量与多个铁芯组的数量相同的共同电极汇流排进行组装；上述每个相的铁芯组的起始端子连接在每个相的汇流排的连接端子，终止端子连接在共同电极汇流排的连接端子来形成第二预组装体；以及将上述第二预组装体设置在水套内部之后，用绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑来形成将定子与水套形成为一体的定子支撑体。

31、发明的效果

32、如上所述，在本发明中，将多个分割铁芯与由绝缘性散热复合材料形成的绝缘体组装在一起，通过三线法卷绕三相驱动线圈后，用绝缘性散热复合材料对卷绕有线圈的多个分割铁芯进行镶嵌注塑来一体化成环形并进行密封处理，由此实现散热效果，同时，即使湿气或异物沿着内侧空气冷却流路流入到马达内部，也可以根本上解决电气短路的发生。

33、并且，在本发明中，当通过三线法卷绕线圈时，并联在每个铁芯组之间，从而将线圈的电阻最小化，通过减少电阻(resistance)和线圈损耗(coil loss)来降低线圈温度并增加效率。如上所述，当通过三线法卷绕线圈，在每个铁芯组并联三线连接的3个分割铁芯时，卷绕在分割铁芯的线圈的起始端子连接在逆变器电路的三相终端端子(u，v，w)，终止端子连接在共同电极端子(com)。

34、进而，如本发明所示，在制造36槽/32极结构的马达的情况下，由三线连接的3个分割铁芯构成的12个铁芯组需要分别将线圈的起始端子和终止端子连接在每个相的终端端子或共同电极端子。

35、并且，优选地，在高输出马达的情况下，当大容量的电流从终端端子流向定子线圈时，在高温发热下，为了在线圈的起始端子与终止端子的电连接位置谋求电路稳定性，每个相也将利用汇流排。

36、进而，优选地，在由三线连接的3个分割铁芯构成的12个铁芯组通过并联方式构成电路，利用多个汇流排来将每个铁芯组的线圈的起始端子和终止端子连接在多个汇流排的情况下，当以将其一体化成环形的方式用绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑时，若需要稳定维持预设位置，则利用多个汇流排托架以固定多个汇流排。

37、如上所述，在实现高输出马达的本发明中，在36个分割铁芯组装绝缘体，通过三线法卷绕线圈之后，若每个相的4个铁芯组通过并联方式构成电路，并以一体化成环形的方式用绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑，则利用汇流排和汇流排托架是提高组装生产性并提高连接部位的耐久性的重要因素。

38、即，在36个分割铁芯组装绝缘体之后，当以将卷绕有线圈的12个铁芯组预组装成环形的状态设置在镶嵌注塑用模具，用绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑时，若没有维持预组装状态的汇流排和汇流排托架的支撑，则因注塑时的压力而无法维持预设位置。

39、在本发明中提供如下的综合考虑线圈三线法的定子的制造方法，在多个分割铁芯卷绕线圈并预组装成环形的状态下，当通过镶嵌注塑制造一体化的环形定子时，强化分割铁芯的背轭部的凹凸结合结构所不足的结合力，高输出驱动马达所需要的汇流排导入、马达的效率增加及减少噪音和振动发生。

40、在本发明中，随着每个相的每个铁芯组通过在连续的3个齿部按顺时针方向、逆时针方向及顺时针方向的顺序连续卷绕的三线法来在分割型定子铁芯的齿部卷绕三相线圈，当在连续的3个线圈施加相同相(phase)的马达驱动信号时，3个分割铁芯(齿部)均产生使相向的转子磁铁向相同方向旋转的磁通量，从而向转子有效地传递力。

41、进而，在本发明中，通过三线法卷绕线圈，3个分割铁芯(齿部)以1个组一同工作，因此，与分割铁芯(齿部)的前端部相向的单个转子中，即使在相邻的s极及n极磁铁之间存在重叠部分，也设定有效的磁通量路径，从而磁铁的有效面积变大，且可以谋求效率的上升。

42、在本发明中，随着相邻的分割铁芯(齿部)以向相反方向发生磁通量的方式实现卷绕方向和三相驱动电路的驱动信号切换，与被设定成相反极性的转子之间向相同方向同时发生吸引力和排斥力，从而可以有效地使单个转子旋转驱动。

43、并且，在本发明中，将定子的槽和转子的极的比例最小化来谋求低的齿槽(cogging)噪音和效率上升。

44、随着对定子铁芯与线圈之间进行绝缘的绝缘体(或线轴)由同时具有散热性能及绝缘性能的绝缘性散热复合材料形成，呈现出优秀的散热效果，从而可以谋求马达效率的提升。进而，本发明可提供如下螺旋桨驱动马达，随着用绝缘性散热复合材料形成绝缘体(或线轴)，可以确保散热性能及绝缘性能，还可以确保能够支撑外力的拉伸强度以及弯曲弹性率等机械强度。

45、并且，在本发明中，随着以包围卷绕在定子的绝缘体(或线轴)的线圈并对线圈与线圈之间进行绝缘的方式用同时具有散热性能及绝缘性能的绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑，可以同时解决散热效果和在内侧空气冷却时因湿气或异物流入到马达内部而引起的电气短路问题。当用上述绝缘性散热复合材料进行镶嵌注塑时，定子覆盖除与转子磁铁相向的定子铁芯的靴部分之外的向外部露出的所有部分。

46、进而，在本发明中，可通过改变对定子铁芯与线圈之间进行绝缘的绝缘体(或线轴)的形成所使用的第一绝缘性散热复合材料和以包围卷绕在绝缘体(或线轴)的线圈并对线圈与线圈之间进行绝缘的方式通过镶嵌注塑方式覆盖的第二绝缘性散热复合材料的组合来将散热性能极大化。

47、在本发明的螺旋桨驱动马达中，利用内转子-外定子方式的无刷直流电机，转子和定子可通过外侧空气冷却和内侧空气冷却有效地进行冷却。

48、并且，在本发明中，在上部盖和下部盖形成多个贯通孔，与此同时，转子本体与旋转轴之间通过多个桥连接并形成多个贯通孔，从而可通过内侧空气冷却有效地进行冷却。