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許江晨（1987-）

男，畢業(yè)于浙江大學(xué)。就職于橫店集團聯(lián)宜電機有限公司，現(xiàn)任研發(fā)中心電機工程師，主要從事電機研發(fā)工作。



摘要：討論外轉(zhuǎn)子電機結(jié)構(gòu)散熱問題。提出一種申報專利（公告號：CN201038926）的解決方案，方案給出了工藝實施詳細(xì)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：外轉(zhuǎn)子電機；外轉(zhuǎn)子風(fēng)機；電機散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計

Abstract: The paper discusses the heat dissipation of motor with external rotor 
structure and the solution is given which is filed as one patent. (
Patent  Notification Number: CN201038926). The solution includes the detailed 
design of technical process.

Key words: external rotor motor; heat dissipation structure

1  引言

    常規(guī)電機結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而外轉(zhuǎn)子電機相反，轉(zhuǎn)子包圍定子旋轉(zhuǎn)。外轉(zhuǎn)子電機的這種反置式結(jié)構(gòu)特點，主要用于驅(qū)動小功率風(fēng)機，廣泛運用于凈化空調(diào)、機房空調(diào)、除濕機、全熱轉(zhuǎn)換機、壓縮制冷、管道風(fēng)機、風(fēng)幕機、窗式自然通風(fēng)器等領(lǐng)域。 常見的吊扇和筆記本電腦的散熱風(fēng)扇也是使用外轉(zhuǎn)子電機的常見案例。由于外轉(zhuǎn)子電機與風(fēng)機采用機電一體化結(jié)構(gòu)，所以工程上稱為外轉(zhuǎn)子風(fēng)機。外轉(zhuǎn)子風(fēng)機葉輪直接驅(qū)動的結(jié)構(gòu)配合合理的氣動設(shè)計，具有效率高、噪聲低、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等眾多優(yōu)點。

    由于外轉(zhuǎn)子電機繞組和控制電路板被永久地固定在定子裝置基體上，因此印刷電路板對電機發(fā)出的熱量因積聚而成的高溫極為敏感，尤其高溫狀態(tài)下熱量傳遞給電路板后性能急劇下降，嚴(yán)重的導(dǎo)致元件永久性損壞。因為繞組是永久性地固定在定于裝置基體上，如果要改變或者修理控制電機的電路板上的電路或元件極其困難。實際的情況是，試圖修理或者維護外轉(zhuǎn)子電機不如直接報廢節(jié)省成本。因此外轉(zhuǎn)子風(fēng)機存在使用壽命短，報廢率高的問題。

    本文提出一種改善外轉(zhuǎn)子式電機線圈繞組的散熱的解決方案。新型外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機延長了外轉(zhuǎn)子式電機的使用壽命，降低了報廢率。本設(shè)計另一目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，體積較小的外轉(zhuǎn)子式風(fēng)扇，解決了現(xiàn)有風(fēng)扇存在的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且體積較大等問題。

2  電機散熱解決方案

2.1 外轉(zhuǎn)子電機結(jié)構(gòu)

    外轉(zhuǎn)子電機分解結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括機殼，設(shè)置在機殼內(nèi)的定子和設(shè)置在機殼開口端的端蓋，轉(zhuǎn)軸一端與機殼底部固定，轉(zhuǎn)軸的另一端與定子旋轉(zhuǎn)支承，線圈繞組設(shè)置于定子上，定子包括定子鐵芯和與定子鐵芯注塑為一體的絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣結(jié)構(gòu)對應(yīng)于定子端部的軸孔周圍形成軸向延伸的弧形凸片，線路板內(nèi)孔與定子絕緣結(jié)構(gòu)上的弧形凸片外壁相配；絕緣結(jié)構(gòu)上位于弧形凸片外圍形成至少三個軸向凸柱，凸柱端部形成定位臺階，線路板上形成與凸柱相配的定位孔，凸柱端部進(jìn)入定位孔后，定位臺階與線路板的下端面接觸，通過對凸柱端部的熱鉚將凸柱與線路板之間軸向及圓周方向固定，使線路板與絕緣結(jié)構(gòu)之間軸向固定和圓周方向固定。外轉(zhuǎn)子電機裝配外形如圖2所示。

                                         圖1   外轉(zhuǎn)子電機分解結(jié)構(gòu)圖

                                       圖2   外轉(zhuǎn)子電機裝配外形圖

2.2 凸柱散熱結(jié)構(gòu)

    新的改進(jìn)結(jié)構(gòu)是通過在與定子鐵芯注塑為一體的絕緣結(jié)構(gòu)的軸孔周圍形成弧形凸片，與線路板的內(nèi)孔配合起到了對線路板的徑向定位。在絕緣結(jié)構(gòu)上位于弧形凸片外圍形成至少三個凸柱，并將線路板與凸柱端部鉚接在一起，從而使線路板與定子鐵芯端部之間具有較大的間距，即增大了線路板與線圈繞組之間的距離，改善了定子鐵芯及線圈繞組的散熱，減少了線圈繞組及定子鐵芯發(fā)熱對線路板的影響，延長了外轉(zhuǎn)子式電機的使用壽命，降低了外轉(zhuǎn)子式電機的報廢率。采用與定子鐵芯注塑為一體的絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣結(jié)構(gòu)與定子鐵芯之間結(jié)合牢固，便于線圈繞組的繞制，簡化了電機的制造工藝，提高了生產(chǎn)效率，同時保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，如圖3所示。

                                            圖3   凸柱散熱結(jié)構(gòu)

    弧形凸片的外壁上形成有軸向加強筋，所述線路板內(nèi)孔的圓周上形成與加強筋相配的凹槽。其中，在弧形凸片的外壁上設(shè)置加強筋與線路板內(nèi)孔圓周上的凹槽配合，可便于線路板上的定位孔與凸柱的對準(zhǔn)，從而方便了線路板與定子之間的裝配，提高了生產(chǎn)效率。加強筋靠近弧形凸片的兩側(cè)邊緣設(shè)置，從而提高了弧形凸片與線路板之間相對位置的定位精度。

3  散熱與風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 定子結(jié)構(gòu)設(shè)計

    定子鐵芯包括中空柱狀部和若干個沿柱狀部圓周呈輻射狀均勻分布的T型部，定子鐵芯除T型部的外圓周部之外其余部位均被與絕緣結(jié)構(gòu)整體包覆，T型部的外圓周部裸露。作為優(yōu)選，絕緣結(jié)構(gòu)對應(yīng)于T型結(jié)構(gòu)的上端面和下端面型結(jié)構(gòu)的上端面和下端面分別形成徑向延伸的凸起部，絕緣結(jié)構(gòu)對應(yīng)于相鄰兩個T型部之間的柱狀部外部形成軸向延伸的凸筋。其中，凸起部可加強絕緣結(jié)構(gòu)在T型部上、下端的強度，凸筋可加強絕緣結(jié)構(gòu)在定子鐵芯中空柱狀部外壁的強度。弧形凸片沿定子端部的軸孔圓周等間距分布，相鄰弧形凸片之間形成缺口。絕緣結(jié)構(gòu)上固定有兩個間隔設(shè)置的電插片，電插片近中部形成可彎折的彎折部，線圈繞組的兩個引出線分別與其中一個電插片的彎折部固定電連接；電插片的上端形成插頭，線路板上形成電插孔，電插片的插頭與電插孔插接形成電連接。采用電插片分別與線圈繞組固定連接和與控制器線路板插接電連接，避免了焊接，便于電機的生產(chǎn)裝配，提高了生產(chǎn)效率。插頭整體呈扁平的條狀，插頭的插入端呈楔形，插頭的根部靠近所述彎折部的上側(cè)，電插片位于插頭根部以下部分寬度大于插頭的寬度且在插頭根部兩側(cè)形成臺階，從而使電插片下端較寬以便于電插片能可靠地固定在絕緣結(jié)構(gòu)上。其中，插頭插入端呈楔形可便于插頭插入到線路板的電插孔內(nèi)。線路板上焊接有電源引出線，端蓋上設(shè)有引出線孔，引出線孔內(nèi)緊配有呈中空的橡膠套管，套管的外端形成外錐面結(jié)構(gòu)，從而便于套管穿入端蓋的引出線孔，套管的內(nèi)端形成外凸緣，在套管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)端形成內(nèi)錐面，引出線與套管的中空結(jié)構(gòu)緊配。外凸緣可將套管限制在端蓋的引出線孔內(nèi)以防止引出線從引出線孔內(nèi)被拉出，在套管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)端形成內(nèi)錐面，從而便于引出線穿入套管的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，便于裝配，以提高生產(chǎn)效率。定子立體結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

3.2 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計

    外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機制成的風(fēng)扇，包括機殼，設(shè)置在機殼內(nèi)的定子和設(shè)置在機殼開口端的端蓋，轉(zhuǎn)軸一端與機殼底部固定，轉(zhuǎn)軸的另一端穿過定子的軸孔后與端蓋旋轉(zhuǎn)支承，線圈繞組設(shè)置于定子上，定子包括定子鐵芯和與定子鐵芯注塑為一體的絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣結(jié)構(gòu)對應(yīng)于定子端部的軸孔周圍形成軸向延伸的弧形凸片，線路板內(nèi)孔與定子絕緣結(jié)構(gòu)上的弧形凸片外壁相配；絕緣結(jié)構(gòu)上位于弧形凸片外圍形成至少三個軸向凸柱，凸柱端部形成定位臺階，線路板上形成與凸柱相配的定位孔，凸柱端部進(jìn)入定位孔后，定位臺階與線路板的下端面接觸，通過對凸柱端部的熱鉚將凸柱與線路板之間軸向及圓周方向固定，使線路板與絕緣結(jié)構(gòu)之間軸向固定和圓周方向固定，風(fēng)葉直接與機殼外壁焊接固定在一起。將風(fēng)扇的風(fēng)葉直接焊接在作為外轉(zhuǎn)子的機殼外壁上，減少了風(fēng)葉的二次安裝，從而大大簡化了風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)非常緊湊。

4  工藝實施

    如圖1所示，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機包括機殼21，設(shè)置在機殼21內(nèi)的定子22和設(shè)置在機殼21開口端的端蓋23，端蓋23端部設(shè)有罩蓋37，在機殼內(nèi)壁設(shè)置有一體結(jié)構(gòu)的磁鋼35，端蓋底部中心固定有轉(zhuǎn)軸支架24，轉(zhuǎn)軸25一端與機殼底21底部的轉(zhuǎn)軸支架24固定；如圖3所示，定子鐵芯1包括中空柱狀部和六個沿柱狀部圓周呈輻射狀均勻分布的T型部2，定子鐵芯1除T型部2的外圓周部之外其余部位均被與定子鐵芯一體注塑的絕緣結(jié)構(gòu)3整體包覆，T型部的外圓周部4裸露，絕緣結(jié)構(gòu)3對應(yīng)于T型結(jié)構(gòu)的上端面和下端面分別形成徑向延伸的凸起部5，絕緣結(jié)構(gòu)對應(yīng)于相鄰兩個T型部之間的柱狀部外部形成軸向延伸的凸筋6。如圖3、圖4和圖5所示，絕緣結(jié)構(gòu)3對應(yīng)于定子端部的軸孔周圍形成軸向延伸并沿定子端部的軸孔圓周等間距分布的弧形凸片7，相鄰弧形凸片7之間形成缺口15，弧形凸片的外壁靠近弧形凸片的兩側(cè)邊緣設(shè)置分別形成有軸向加強筋9，線路板8的內(nèi)孔10與定子絕緣結(jié)構(gòu)上的弧形凸片7外壁相配，且在線路板內(nèi)孔10的圓周上形成與加強筋9相配的凹槽11；絕緣結(jié)構(gòu)3上位于弧形凸片7外圍形成三個軸向凸柱12，凸柱12端部形成定位臺階13，線路板8上形成與凸柱12相配的定位孔14，凸柱12端部進(jìn)入定位孔14后，定位臺階13與線路板8的下端面接觸，通過對凸柱端部的熱鉚將凸柱12與線路板8之間軸向及圓周方向固定，使線路板8與絕緣結(jié)構(gòu)3之間軸向固定和圓周方向固定。如圖1所示，定子22的絕緣結(jié)構(gòu)中心軸孔26內(nèi)嵌裝有圓筒狀的軸承支架27，軸承支架27與定子22之間圓周方向相對固定，在軸承支架27的端部形成三個徑向凸體28，徑向凸體27介于絕緣結(jié)構(gòu)3的相鄰弧形凸片7之間的缺口15內(nèi)。在每個徑向凸體27上設(shè)置軸向的螺紋孔29，端蓋23上設(shè)有與徑向凸體27上的螺紋孔29相應(yīng)的沉孔30，三個螺釘31分別穿過沉孔30與徑向凸體27上的螺紋孔29配合將端蓋23與軸承支架27固定在一起。軸承支架27內(nèi)緊配有與之同軸的第一軸承32和第二軸承33，第一軸承32和第二軸承33之間設(shè)置有兩個齒形墊片34，轉(zhuǎn)軸25與第一軸承32和第二軸承33的內(nèi)圈緊配從而實現(xiàn)作為轉(zhuǎn)子的機殼與定子之間的旋轉(zhuǎn)配合，第二軸承32的外端設(shè)有軸用擋圈38。如圖1和圖6所示，絕緣結(jié)構(gòu)3上固定有兩個間隔設(shè)置的電插片16，電插片16近中部形成可彎折的彎折部17，電插片16的上端形成插頭18，插頭18整體呈扁平的條狀，插頭18的插入端呈楔形，插頭18的根部靠近彎折部17的上側(cè)，電插片16位于插頭18根部以下部分寬度大于插頭的寬度且在插頭根部兩側(cè)形成臺階19，線圈繞組的兩個引出線20分別與其中一個電插片的彎折部17固定電連接；如圖1、圖4和圖5所示，線路板8上形成電插孔21，電插片16的插頭18與電插孔21插接形成電連接。如圖1、圖2和圖7所示，線路板上焊接有電源引出線39，端蓋23上設(shè)有引出線孔40，引出線孔40內(nèi)緊配有呈中空的橡膠套管41，套管41的外端形成外錐面結(jié)構(gòu)42，從而便于套管穿入端蓋23的引出線孔40，套管41的內(nèi)端形成外凸緣43，外凸緣43可將套管41限制在端蓋23的引出線孔40內(nèi)以防止引出線從引出線孔40內(nèi)被拉出，在套管41的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)端形成內(nèi)錐面44，從而便于引出線39穿入套管41的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，便于裝配，以提高生產(chǎn)效率，引出線39與套管41的中空結(jié)構(gòu)緊配。如圖1和圖2所示，采用本實施例外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機制成的風(fēng)扇，其風(fēng)葉36直接焊接固定在作為轉(zhuǎn)子的機殼21外壁上。

                                                  圖4

                                             圖5

                                                      圖6

                                               圖7

5  結(jié)束語

    設(shè)計通過改善外轉(zhuǎn)子式電機線圈繞組的散熱，大幅降低線圈繞組發(fā)熱對線路板的影響，延長了外轉(zhuǎn)子式電機的使用壽命并降低了報廢率，避免了線圈繞組銀線與線路板之間的焊接，便于電機的生產(chǎn)裝配，提高了生產(chǎn)效率等特點。本發(fā)明簡化了風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，縮小了風(fēng)扇的體積。