一种基于石墨烯薄膜的外转子电机定子散热装置的制作方法

1.本实用新型属于机器人关节模组技术领域，涉及一种机器人关节模组电机散热装置，特别涉及一种基于石墨烯薄膜的外转子电机定子散热装置。


背景技术：

2.机器人技术已经广泛应用于汽车装备、3c消费电子等诸多领域，极大地推动了国民经济的发展。机器人技术快速发展的一个重要趋势就是结构的模块化，结构模块化可以使得机器人的应用与维修变得更加方便、高效和快捷。而机器人关节作为机器人的基础部件，其性能的优劣与机器人的整体性能密切相关，机器人关节的模块化使得机器人变得更为易用和便捷。机器人关节模组作为机器人的基本部件，是机器人系统集成模块化发展的研究重点。
3.在机器人轻量化、小型化的背景下，关节模组小型化成为发展的必然趋势。关节模组的核心零件主要包括减速器和电机两大部分，电机部分在关节模组运行过程中发热较为严重。而关节模组小型化对关节模组的体积要求较为严格，充分压缩体积后使得关节模组散热变得更加困难。模组化的关节将电机零部件都装配到一个狭小的空间中，对装配体积有严格的限制。虽然目前单纯的针对电机的散热已经有比较成熟的解决方案，比如利用水冷或者其他固体介质将定子绕组上的热量传导至电机外壳上，然后利用外壳上的散热片将热量导出；或者在外转子上安装离心风扇，在电机端盖上开散热孔，加速热量的散发。考虑到关节模组小型化这个前提，已有的单一的外转子电机散热成熟方案，不再适用于关节模组上的外转子电机。
4.目前关节模组的主流散热方法主要有两种：1.对模组整体结构或模组内部件的位置进行合理布局：具体为采用平铺而非堆叠的方式使得热源分散，抑或合理地设计模组的中空结构以加快热量传导。这两种方法在一定程度上可以改善散热效果，以牺牲模组体积的代价换来微弱的散热效果，虽然可以勉强使得模组正常工作，但是这违背了模组小型化的发展趋势，显然是十分不可取的。2.在模组外转子电机侧的端盖上开一个散热孔，在散热孔的一侧通过安装架安装小风扇进行散热。此种散热方式的传导介质是间接性接触散热的介质，热量的传导效率较低，而且使用不便、安装繁琐、防水效果很差。目前的文献与专利，针对关节模组外转子电机散热这个难题，还没有提出更好的解决方法。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种基于石墨烯薄膜的外转子电机定子散热装置，以解决上述背景技术中提出的针对关节模组中外转子电机的散热方式占用体积大、散热不够直接、散热效率差、安装步骤繁琐和使用不便等问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供的具体技术方案如下：
7.一种基于石墨烯薄膜的外转子电机定子散热装置，包括电机、石墨烯散热机构、模组外壳、接触面和电机支架；电机包括转子、定子和定子绕组；石墨烯散热机构从上至下依
次为导热硅胶层、传导铜片和石墨烯薄膜；接触面位于模组外壳内表面，包括接触面和接触面。
8.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述导热硅胶层上表面紧贴电机定子绕组的底面，导热硅胶层下表面紧贴传导铜片的上表面，部分导热硅胶作为填充物填充进定子绕组的缝隙中。
9.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述传导铜片上表面紧贴导热硅胶层的底面、下表面紧贴石墨烯薄膜，传导铜片的外侧面紧贴接触面。
10.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述石墨烯薄膜上表面紧贴传导铜片的底面，下表面紧贴电机支架和接触面。
11.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述导热硅胶层、传导铜片和石墨烯薄膜均为环形片状。优选地，所述导热硅胶层、传导铜片和石墨烯薄膜均留有缺口。通过在导热硅胶层、传导铜片和石墨烯薄膜的环形片留出一个缺口，可以便于电机定子绕组上的引线顺利通过，确保电机接线不会影响石墨烯散热机构的稳定性。
12.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述石墨烯薄膜为单层结构。单层结构的石墨烯导热系数高，导热速度快，可以加快热量的传导。
13.作为本实用新型的一种优选实施方式，导热硅胶的厚度略大于电机定子绕组与传导铜片之间的距离。可以利用导热硅胶层具有弹性的特性来固定石墨烯散热机构，并且增加石墨烯散热机构的抗震性能。
14.作为本实用新型的一种优选实施方式，接触面形状为圆环状，并且接触面表面粗糙。表面粗糙可以更好地固定传导铜片，从而可以更好地固定石墨烯薄膜。
15.作为本实用新型的一种优选实施方式，接触面与电机支架位于同一水平面。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.通过设计石墨烯散热机构使得关节模组外转子电机的散热更加快速、高效。通过加入石墨烯散热机构，使得热量可以通过导热系数更高的固体物质进行直接接触性传导。相对于直接将热量利用空气介质散热这种非接触性传导散热方式而言，利用导热硅胶、传导铜片和石墨烯薄膜组成的石墨烯散热机构，通过这种更加高效的接触性传导方式可以加快热量的传导，而且其中的导热硅胶的可以起到很好的导热、绝缘效果，传导铜片的高硬度特性可以很好地固定、保护石墨烯膜。模组外转子电机定子绕组发热时，热量可以通过导热硅胶、传导铜片、石墨烯薄膜快速传导至模组外壳，实现快速、高效散热。而且本实用新型所提出的石墨烯散热机构，无需对现有的关节模组的整体结构及模组内部件的布局进行大的改动，也不需要为达到散热的目的而专门在模组内部留出较大的空间，不仅可以大大提高关节模组的散热性能，还符合当今模组小型化的趋势。本实用新型所设计的散热装置结构简单，可靠性强，实用性非常好，便于生产与制造。
附图说明
18.图1为本实用新型的装配示意图。
19.图2为本实用新型的结构示意图。
20.图3为本实用新型的结构局部放大图。
21.图4为本实用新型的石墨烯散热机构的分解图。
22.附图标记：1、电机；11、转子；12、定子；13、定子绕组；2、石墨烯散热机构；21、导热硅胶；22、传导铜片；23、石墨烯层；3、模组外壳；4、接触面；41、接触面；42、接触面；5、电机支架；
具体实施方式
23.下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型的保护范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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数量或位置。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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实用新型中的具体含义。
26.如图1和图2所示，一种基于石墨烯薄膜的外转子电机定子散热装置，包括电机1、石墨烯散热机构2、模组外壳3、接触面4、电机支架5。所述石墨烯散热机构2从上至下依次为导热硅胶层21、传导铜片22和石墨烯薄膜23；所述石墨烯散热机构2中的导热硅胶层21、传导铜片22和石墨烯薄膜23均为环形片结构，所述石墨烯散热机构2上端的导热硅胶层21与电机定子绕组13紧密贴合，部分导热硅胶作为填充物填充进电机定子绕组13的缝隙中；所述石墨烯散热机构2中的传导铜片22外圈侧面与模组外壳3上的接触面41互相挤压；所述石墨烯散热机构2底端的石墨烯薄膜23与电机支架5、接触面42紧密贴合。
27.如图1和图2所示，导热硅胶21与电机定子绕组13密切接触，可以使热量快速的从电机定子绕组13中传递到导热硅胶21上，而导热硅胶21与传导铜片22密切接触，可以使热量快速的从导热硅胶21传导至传导铜片22上。
28.如图1和图2所示，传导铜片22上表面紧贴导热硅胶21的底面、下表面紧贴石墨烯薄膜23，其外圈的侧面紧贴模组外壳3内侧的接触面 41，可以使传导铜片22的一部分热量直接传导至外壳上，传导铜片22下表面紧贴石墨烯薄膜23，可以使传导铜片22中的大部分热量传递至石墨烯薄膜23上。
29.如图1和图2所示，石墨烯薄膜23上表面紧贴传导铜片22的底面，可以使热量快速的从传导铜片22传导至石墨烯薄膜23上；下表面紧贴接触面42，可以使热量通过接触面42快速的传导至电机外壳3上。其中，石墨烯薄膜为单层结构，单层结构的石墨烯导热系数高，导热速度快，可以加快热量的传导。
30.如图4所示，石墨烯薄膜散热结构2从上至下依次是导热硅胶21、传导铜片22和石
墨烯薄膜23，均为环形片状并且均留有缺口。通过在导热硅胶层21、传导铜片22和石墨烯薄膜23的环形片留出一个缺口，可以便于电机定子绕组13上的引线顺利通过，确保电机接线不会影响石墨烯散热机构2的稳定性。
31.如图1和图2所示，导热硅胶层21的厚度略大于电机定子绕组13与传导铜片22之间的距离，可以利用导热硅胶层21具有弹性的特性来固定石墨烯散热机构2，并且增加石墨烯散热机构的抗震性能。
32.接触面41形状为一个圆环状且表面粗糙。表面粗糙可以更好地固定传导铜片22，从而可以更好的固定石墨烯薄膜23。
33.接触面42与电机支架5为同一水平面，可以保证石墨烯薄膜23平铺的安全性，防止石墨烯薄膜23膜褶皱破碎。
34.本实用新型中，模组部件均为通用标准型，石墨烯散热机构中的部件也是容易生产的规则部件，其结构和原理均可由本领域技术人员通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
35.本实用新型的工作原理是：
36.将环形片形状的石墨烯薄膜平铺在电机支架5和模组外壳3内侧的接触面42上，然后将传导铜片22平铺在石墨烯薄膜23上，传导铜片22的外环的侧面与模组外壳3内表面的接触面 41紧密贴合，使得石墨烯薄膜紧贴电机支架5，这样可以从上下左右四个方向对石墨烯薄膜的移动进行限制，从而更好的对石墨烯薄膜进行保护；其中在对石墨烯薄膜和传导铜片进行平铺操作时应注意电机定子线圈13的引出线的位置，使得引出线可以从石墨烯薄膜和传导铜片留出的缺口中穿过；最后将导热硅胶21平铺在传导铜片22上，其中导热硅胶的厚度应略大于电机定子线圈的和传导铜片22之间的距离，以便于可以很好地对石墨烯薄膜23、传导铜片22起到固定作用。
37.当电机定子绕组13开始发热时，导热硅胶21就可以将热量快速传导至传导铜片22上，传导铜片22继续将大部分热量传导至石墨烯薄膜23上，同时部分热量通过接触面 41直接传导至模组外壳3上，最后石墨烯薄膜23利用自身导热系数高的特性将热量传导至模组外壳3上，模组外壳3上的热量可以直接传导至空气中。
38.尽管已经示出和描述了本实用新型的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求书及其等同技术方案限定。