定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器

技术领域

本发明涉及螺旋桨驱动装置及利用其的航空器，更详细地，涉及通过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使得定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)来有效实现散热的定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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或引起火灾。

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。

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。

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(BLDC)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。

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。

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。

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。

尤其，航空用电机需要具备能够避免雷击的绝缘性能。

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。

发明内容

技术问题

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。

因此，为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供如下的定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器，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使得定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)来实现优秀的散热效果。

本发明的再一目的在于，提供如下的定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器，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。

本发明的另一目的在于，提供如下的螺旋桨驱动装置及航空器，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。

本发明的又一目的在于，提供如下的定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器，即，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。

本发明的又一目的在于，提供如下的定子、利用其的螺旋桨驱动装置及航空器，即，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。

本发明的又一目的在于，提供如下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。

本发明的又一目的在于，提供如下的螺旋桨驱动装置，即，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。

技术方案

为了实现上述目的，本发明一实施例的螺旋桨驱动装置用定子包括：定子芯，由环形背轭及多个齿构成，上述环形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。

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。

本发明的螺旋桨驱动装置用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。

上述散热用定子支撑体的直径方向外侧面与设置在定子外侧的水套相接触，上述水套可通过水冷方式实现冷却。并且，上述散热用定子支撑体可以仅暴露与转子的磁铁相向的定子芯的瓦块部分。

而且，上述绝缘散热复合材料可包括：高分子基体，连续使用温度为150℃以上，用作粘结剂；绝缘散热填料，为了提高热传导性而添加至高分子基体，由分散的陶瓷制成；以及增强纤维，为了增加强度而添加至高分子基体。

并且，上述绝缘散热复合材料可具备10Kv以上的绝缘性能及3W/mK以上的热导率。

本发明再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；定子，配置在上述外壳的壳体内侧，用于产生旋转磁场；转子，通过上述定子的旋转磁场进行旋转；以及旋转轴，与上述转子的中心相结合，在前端部结合有螺旋桨，上述定子包括：定子芯，由环形背轭及多个齿构成，上述环形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。

本发明的螺旋桨驱动装置还包括定子支撑体，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成形为一体。

在此情况下，上述上部盖和下部盖分别形成有多个贯通孔，上述旋转轴通过多个连接筋与上述转子相连接，两端部可旋转地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，可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。

上述转子可包括：旋转轴，呈中空形，两端部位于上部盖及下部盖的中心部，可旋转地支撑在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。

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碰撞产生涡流。

本发明另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，上述定子包括：定子芯，由环形背轭及多个齿构成，上述环形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。

并且，本发明的螺旋桨驱动装置可包括水套，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。

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。

本发明又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为径向间隙型(Radial gap type)无刷直流电机，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，上述定子包括：定子芯，由环形背轭及多个齿构成，上述环形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。

发明的效果

如上所述，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。

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。

而且，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。

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。

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。

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。

附图说明

图1为示出应用本发明的螺旋桨驱动装置的螺旋桨轻型飞机的立体图。

图2a及图2b分别为示出本发明的螺旋桨驱动装置的俯视图及图2a的A-A线剖视图。

图3为本发明的螺旋桨驱动装置的局部剖切立体图。

图4为本发明的螺旋桨驱动装置的分解立体图。

图5为本发明的螺旋桨驱动装置的转子分解立体图。

图6为本发明的螺旋桨驱动装置的定子分解立体图。

图7为示出由本发明的绝缘散热复合材料制成绝缘体(或线轴)的实施例及未应用散热塑料的比较例的U相温度、V相温度、W相温度的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明优选实施例。

在此过程中，为了说明层面上的明确性及便利性，附图所示的结构要素的尺寸或形状等可被放大示出。并且，考虑本发明的结构及作用特别定义的术语可随着使用人员、操作人员的意图或惯例变得不同。这种术语应基于本说明书的全文内容加以定义。

例如，本发明的螺旋桨驱动装置可应用于两人用轻型飞机或搬运高重量负荷的大型无人机等，设置在螺旋桨驱动装置的电机可需要数十千瓦级的大型无刷直流驱动电机。

由于上述螺旋桨驱动装置采用数十千瓦级的大型无刷直流驱动电机，因此，当定子产生大量热量时，若未进行适当的冷却及散热，可导致电机效率降低并产生故障。

本发明采用的无刷直流电机为产生大量热量的定子配置在转子外侧的内转子-外定子结构，以下，例举应用于轻型飞机的螺旋桨驱动进行说明。

在上述实施例的说明中，螺旋桨驱动装置的旋转轴沿着水平方向配置，或者，也可沿着垂直方向配置。在此情况下，也可向电机的输出结合减速器以增加扭矩。

参照图1，本发明的螺旋桨驱动装置10以留有间隔的方式设置在配置于轻型飞机200机身210前端部的控制箱220的前表面，旋转轴的前端部与螺旋桨70相结合，用于驱动螺旋桨70旋转，螺旋桨驱动装置10的旋转轴沿着水平方向配置。

上述控制箱220可包括：控制部，用于控制各种电子装置以控制轻型飞机200的飞行；以及电机驱动装置，用于驱动设置在螺旋桨驱动装置10的无刷直流电机100。

在此情况下，机身210包括上述控制箱220，可根据需求代替其配置内置有电池的电池箱。

并且，图1示出了在旋转桨70与机身210之间省略机身盖的状态，上述机身盖用于覆盖螺旋桨驱动装置10及控制箱220的外部，在前端部下侧形成有空气流入孔。

在此情况下，本发明的螺旋桨驱动装置10并不限定于轻型飞机200，除应用于驱动多个螺旋桨的多旋翼无人机外，也可应用于驱动单个螺旋桨的无人机。

参照图2a至图3，本发明的螺旋桨驱动装置10可包括：单转子-单定子结构的无刷直流电机100；以及螺旋桨设置托架20，用于向上述电机100的旋转轴50安装螺旋桨70。

首先，上述螺旋桨设置托架20大致呈环形，在中心部形成有大直径的中间贯通孔21。并且，在中间贯通孔21的周围配置有相同圆周上的多个大直径周边贯通孔23和多个小直径周边贯通孔24。上述多个大直径周边贯通孔23和多个小直径周边贯通孔24作为减重用，用于减少重量。

在本发明的螺旋桨驱动装置10中，电机100为数十千瓦级的大型无刷直流驱动电机，电机的旋转轴50具备向螺旋桨70传递转子的强劲旋转力所需的充足耐久性并具有大直径，可在中心形成用于轻量化的中空部50a，因此，中空部50a的外径尺寸与上述螺旋桨设置托架20的中间贯通孔21相对应。

为了实现轻量化，上述电机100的旋转轴50也可形成有中空形的中心部50a，其外径尺寸与上述螺旋桨设置托架20的中间贯通孔21相对应。

上述螺旋桨设置托架20的中间贯通孔21在下侧配置有与电机100的旋转轴50相结合的环形突起部25。并且，在上述环形突起部25形成有多个螺纹连接用贯通孔，用于紧固多个固定螺丝22。

上述旋转轴50的上端部50b与收容上述上端部且面接合的环形突起部25的底面按照高度差结构相结合。这种上述旋转轴50的上端部50b与突起部25底面的高度差结构可防止螺旋桨70旋转时产生扭曲。

上述单转子-单定子结构的电机100包括：圆筒形壳体121；以及上部盖16及下部盖18，分别结合在圆筒形壳体12的上部及下部。结果，圆筒形壳体12、上部盖和下部盖18可执行电机100的外壳作用。

在上述圆筒形壳体12的内侧依次配置有用于以水冷方式进行冷却的水套46、定子40、转子30及旋转轴50。上述旋转轴50可旋转地支撑在设置于上部轴承外壳16c及下部轴承外壳18c的上部轴承51及下部轴承52，上部轴承外壳16c及下部轴承外壳18c分别位于上部盖16及下部盖18的中心。

在此情况下，例如，上述轴承51为能够同时承受径向载荷及大轴向载荷的双列角(angular)接触球轴承，下部轴承52为单列角接触球轴承。

如图6所示，上述水套46在圆筒部的主体外周部形成有螺旋形突起部46a以形成螺旋形流路，螺旋形突起部46a与圆筒形壳体12的内侧面相接触。结果，可在螺旋形突起部46a之间形成使得制冷剂循环的螺旋形流路46b，用于按照水冷方式冷却电机100。在此情况下，上述制冷剂可以为水或航空器的冷却油。

并且，如图2b所示，在圆筒形壳体12的上部及下部形成有分别与螺旋形流路46b相连接的入口47a或出口47b，入口47a或出口47b与用于循环制冷剂的泵相连接。

在上述水套46的上部和下部分别插入有用于密封圆筒形壳体12之间的O型环48a、48b，可防止螺旋形流路46b产生泄漏。

为了使得上述圆筒形壳体12与上部盖16及下部盖18相结合，可在上部盖16和下部盖18设置形成有多个贯通孔19的突起部，使得固定螺丝19a紧固在多个贯通孔19。

在上述上部盖16和下部盖18形成有多个贯通孔16e、18e，执行空冷用空气流通路作用。为此，在上述上部盖16和下部盖18配置上部轴承外壳16c、下部轴承外壳18c及中间环16b、18b，上部轴承外壳16c、下部轴承外壳18c位于上述上部盖16和下部盖18的内侧并执行轮毂(hub)作用，上述中间环16b、18b在配置于外部的外围环16a、18a之间构成同心圆形状，多个连接筋16d、18d沿着放射状延伸形成以与上部轴承外壳16c、下部轴承外壳18c、中间环16b、18b及外围环16a、18a相连接。因此，在上部轴承外壳16c、下部轴承外壳18c、中间环16b、18b、外围环16a、18a及多个连接筋16d、18d之间形成多个贯通孔16e、18e。

上述中间环16b、18b用于增加强度，可根据需求省略或添加，可为了在上部盖16和下部盖18形成多个贯通孔16e、18e而改变网格结构。

上述多个贯通孔16e、18e形成空冷用空气流动路径，在相对较低温度的外部空气从外部流入电机100的内部后，使得从定子40产生的热量通过热交换排出于电机外部。

本发明的螺旋桨驱动装置为径向间隙型(Radial gap type)无刷直流电机，具有转子30在定子40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。

如图2a至图5所示，上述转子30从配置在中心部的呈中空形的旋转轴50沿着放射状延伸形成有多个连接筋34，多个连接筋34的前端部与环形边缘(rim)33相连接。并且，在多个连接筋34和旋转轴50的连接部形成有用于增加强度的环形轮毂35。

通过上述旋转轴50和多个连接筋34相连接的环形边缘(rim)33形成为一体，可由轻量且提供强度的金属材料制成，例如，可由铝合金或硬铝等制成。

执行磁路作用的背轭31按照滑动方式结合在上述环形边缘(rim)33的外周。为此，在边缘(rim)33的外周形成有多个结合凹槽33a，在背轭31的内周部形成与多个结合凹槽33a相结合的多个结合突起31b。

上述背轭31可由电工钢(硅钢)制成，以与附着在外表面的多个磁铁32一并构成磁路，在外表面形成有用于附着多个磁铁32的多个结合突起31a。

上述背轭31的多个结合突起31a支撑磁铁32以使得其通过滑动结合方式收容于相邻的两个结合突起31a之间。在此情况下，磁铁32的形状为梯形，形成在两个结合突起31a之间的空间构成相对较长的内侧宽度以与梯形磁铁32相结合。由此，上述结合突起31a可防止结合在结合突起31a之间的磁铁32分离或脱离。

上述多个磁铁32为永久磁铁，由多个N极磁铁及S极磁铁交替配置而成。

在背轭31的外表面附着多个磁铁32后，上述转子30与转子支撑体36相结合。

上述转子支撑体36可包括：上部板36a及下部板36b，呈环形，覆盖磁32的上部及下部；以及多个连接部36c，配置在磁铁32与磁铁32之间，两端部与上部板36a及下部板36b相连接。由此，转子支撑体36覆盖除各个磁铁32的除与定子芯的瓦块部分相向的外表面以外的外侧面。

在上述上部板36a和下部板36b突出有多个叶片37a、37b，当转子30旋转时，通过产生风来以空冷方式冷却定子40。在此情况下，上述多个叶片37a、37b的形状可以为直线形状、圆弧形状等。

如上所述，随着转子30旋转，多个叶片37a、37b产生的风为周向风，上述周向风与流经上部盖16的多个贯通孔16e、形成在多个连接筋34之间的多个空间33c及形成在下部盖18的多个贯通孔18e的空冷用空气流相碰撞产生涡流。上述涡流到达电机100内部的死角，可有效实现与产生最大热量的定子40进行热交换。

并且，在上述上部板36a和下部板36b设置有突出部，形成有用于与上述背轭31相结合的多个贯通孔36d，在背轭31形成有多个结合孔33b，可用于紧固固定螺丝等。

上述转子30通过多个连接筋34连接旋转轴50与环形边缘(rim)33之间。结果，形成在多个连接筋34之间的多个空间33c通过设置在上部盖16和下部盖18的多个贯通孔16e、18e构成使得从电机外部流入内部的相对较低温度的外部空气排出于电机外部的空气流动路径。

如图2a至图4a及图6所示，上述定子40包括：环形背轭41a，具有规定宽度以构成磁路；定子芯41，从上述背轭41a的内侧沿着放射方向延伸形成有多个齿41b；绝缘体(或线轴)42a、42b，以包围在上述多个齿41b分别卷绕线圈的外周面的方式形成为一体，由绝缘材料制成；以及定子线圈43，卷绕在上述多个齿41b的绝缘体42a、42b的外周面。

上述多个齿41b分别为“T”形，形成有与转子30的磁铁32相向的瓦块(shoe)部分及在环形背轭41a之间卷绕线圈43的卷绕区域。

在预先制造上部绝缘体42a及下部绝缘体42b后，绝缘体(或线轴)42a、42b可通过向定子芯41组装或利用绝缘塑料(树脂)以镶嵌注塑方式形成为一体。

在此情况下，上部绝缘体42a及下部绝缘体42b分别在构成规定宽度的环形底层框架420中以留有间隔的方式突出形成有多个齿收容部422，在上部和下部分别收容除与转子30的磁铁32相向的瓦块(shoe)部分外的齿41b的1/2卷绕区域。

优选地，上部绝缘体42a及下部绝缘体42b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。若上述电机100应用于航空器，则至少需要具备10Kv以上的绝缘性能以避免雷击，考虑散热性能，热导率优选为3W/mK以上。

考虑到上述情况，本发明使用的绝缘散热复合材料可包括：高分子基体，连续使用温度为150℃以上，用作粘结剂；绝缘散热填料，用于提高热导率，由分散的陶瓷制成；以及增强纤维，用于增加强度。

上述高分子基体可包括选自由聚酰胺、聚酯、聚酮、液晶高分子、聚烯烃、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯醚(PPO)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)及聚酰亚胺组成的组中的一种化合物或两种以上混合物或共聚物。

在此情况下，上述高分子基体的连续使用温度优选为150℃以上，例如，可使用聚苯硫醚(PPS)。

相对于100重量份的上述高分子基体，可包括75重量份～100重量份的上述绝缘散热填料。

并且，上述绝缘散热填料可包括选自由氧化镁、滑石、二氧化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、钛酸钡、钛酸锶、氧化铍、碳化硅及氧化锰组成的组中的一种以上。

上述绝缘散热填料的平均粒径可以为10nm～600μm。

并且，相对于100重量份的高分子基体，可包括约30重量份的上述增强纤维，例如，可使用玻璃纤维等。

并且，绝缘复合材料还可包括选自由分散剂、抗氧化剂、性能改进剂、偶联剂、稳定剂、阻燃剂、颜料及抗冲改进剂组成的组中的一种以上添加剂。

在本发明的螺旋桨驱动装置10中，内转子-外定子结构的无刷直流电机100由单转子30和单定子40构成。在定子40中，三相(U、V、W)线圈43卷绕在定子芯41的齿41b，可通过电缆45相连接以从设置在电机外部的电极驱动装置向三相(U、V、W)线圈43施加驱动信号。

散热特性试验

根据本发明，基于散热塑料是否作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体(或线轴)以及转子的转子支撑体是否应用空冷风生成用叶片并按照以下表1所示的组合制备四个实验样本，表1示出了实验样本的各相温度测定结果。

表1

在实验例1中，散热塑料未作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体，由在转子的转子支撑体未形成空冷风生成用叶片的定子及转子的组合构成电机，在实验例2中，散热塑料未作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体，由在转子的转子支撑体形成空冷风生成用叶片的定子及转子的组合构成电机，在实验例3中，散热塑料作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体，由在转子的转子支撑体未形成空冷风生成用叶片的定子及转子的组合构成电机，在实验例4中，散热塑料作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体，由在转子的转子支撑体形成空冷风生成用叶片的定子及转子的组合构成电机。

例如，上述试验例样本电机为65kV级、16kg的大型无刷直流驱动电机，试验条件为转速3000RPM、负载条件30kW、100Nm、130A、冷却液温度50℃，冷却液循环流量为5lpm。

若没有将散热塑料作为绝缘散热复合材料应用于上述定子的绝缘体，则将具备高耐热性及耐化学性的聚醚醚酮(PEEK)用作注射用化合物，在作为散热塑料应用于定子的绝缘体的绝缘散热复合材料中，使用40重量百分比的聚苯硫醚(PPS)作为高分子基体，使用30重量百分比的滑石作为散热填料，使用30重量百分比的玻璃纤维作为增强纤维。

对于温度测定，基于U、V、W各相的饱和温度测试结果电阻测定值来计算温度，其结果记载在表1，在图7以图形方式示出。

如表1所示，U、V、W各相的饱和温度测试结果为，相比于均未应用散热塑料和空冷风生成用叶片的实验例1，均应用散热塑料和空冷风生成用叶片的实验例4检测到具有38.6℃的U相温度、39℃的V相温度、37.6℃的W相温度的较低温度，由此，可确认到优秀的散热效果。

并且，相比于应用空冷风生成用叶片的情况，应用散热塑料的情况可表现出更加优秀的散热效果。

而且，相比于实验例1，即，相比于未应用散热塑料的情况，如实施例3所示，当仅应用散热塑料时，检测到具有U相温度27℃、V相温度31℃、W相温度32℃的较低温度，因此，可表现20％以上的优秀散热效果。

图7为示出基于散热塑料是否作为绝缘散热复合材料应用于定子的绝缘体(或线轴)以及转子的转子支撑体是否应用空冷风生成用叶片对各相温度造成影响的曲线图。

而且，对于本发明的绝缘散热复合材料，相比于维持高分子基体和增强纤维的含量且作为散热填料仅包含30重量百分比的滑石，混合含有20重量百分比滑石+10重量百分比的氮化硼的情况可进一步提高拉伸强度、弯曲强度，与此相反地，仅包含30重量百分比的滑石可表现出更高弯曲弹性率。

并且，若将增强纤维的含量维持在30重量百分比，高分子基体的含量降低至35重量百分比，散热填料增加至35重量百分比，则相比于由40重量百分比的上述高分子基体、30重量百分比的散热填料、30重量百分比的增强纤维组成的散热塑料，可表现出更高热导率特性。

然而，若将高分子基体的含量降低至35重量百分比，散热填料增加至35重量百分比，则因冲击强度的降低而产生脱模缺陷，因此，相比于绝缘体(或线轴)用注塑成型，需要相对较低的成型性，由此，当应用于通过镶嵌注塑方式制成的散热用定子支撑体时，可表现出优选的散热特性。

在本发明中，绝缘体(或线轴)由绝缘散热复合材料制成，因此，可提供不仅能够确保散热性能及绝缘性能，还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。

并且，本发明可包括散热用定子支撑体44，包围卷绕在定子40的绝缘体(或线轴)42a、42b的线圈43，由同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料镶嵌注塑而成以使得相邻线圈与线圈之间绝缘。

在此情况下，由上述绝缘散热复合材料镶嵌注塑而成的定子支撑体44覆盖除与转子30的磁铁32相向的定子芯41的瓦块(shoe)部分外的暴露在外部的所有部分。

上述散热用定子支撑体44的直径方向外侧面与水套46相接触。因此，当从定子40的线圈43产生热量时，在热量传递到散热用定子支撑体44后，按照水冷方式进行冷却的水套46可通过热交换实现散热。

在此情况下，可通过改变用于定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)42a、42b的第一绝缘散热复合材料的组成成分以及用于包围卷绕在绝缘体(或线轴)42a、42b的定子线圈43并实现线圈与线圈之间绝缘而向外部散热从线圈产生的热量的定子支撑体44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。

即，由第一绝缘散热复合材料制成的上部绝缘体42a及下部绝缘体(或线轴)42b向定子芯聚集所产生的热量，通过注塑成型方法单独制造上部绝缘体42a及下部绝缘体42b并组装于定子芯41。因此，难以将上部绝缘体42a及下部绝缘体(或线轴)42b制成薄膜结构以表现出最低限度的冲击强度特性，由于需有优秀的成型性，因此，将导致热导率特性相对降低。

即，若将第一绝缘散热复合材料作为散热填料而增加含量以表现更高散热性能(即，热导率)，则可产生冲击强度特性及成型性降低的问题。

与此相反地，可通过镶嵌注塑方式利用第二绝缘散热复合材料制成定子支撑体44，以使得其包围卷绕在绝缘体(或线轴)42a、42b的定子线圈43且使得线圈与线圈之间绝缘。

因此，代替注塑成型方式，需要按照镶嵌注塑方式将定子支撑体44制成一体以使得其包围卷绕在绝缘体(或线轴)42a、42b的定子线圈43且使得线圈与线圈之间绝缘，在此使用的第二绝缘散热复合材料组合物可具备比第一绝缘散热复合材料组合物更低的冲击强度特性及成型性，也可增加散热填料的含量以表现更高散热性能(即，热导率)。

如上所述，本发明的螺旋桨驱动装置10可利用内转子-外定子结构的无刷直流电机100并通过转子30和定子40的外侧空冷和内侧空冷实现有效冷却。

为了上述内侧空冷，在本发明中，上部盖16和下部盖18形成有多个冷却用贯通孔16e、18e，与此同时，随着通过多个连接筋34使得支撑转子本体的环形边缘(rim)33与旋转轴50之间相连接，在多个连接筋34之间形成多个空间33c来构成流经电机内部的空气流动路径。

即，当应用本发明螺旋桨驱动装置10的航空器飞行时，通过设置在电机100上部盖16的多个贯通孔16e从外部流入内部的外部空气通过形成在多个连接筋34之间的多个空间33c后，通过设置在下部盖18的多个贯通孔18e排出到电机外部。

最终，随着相对较低温度的外部空气流入电机内部并与从定子40产生的热量进行热交换后，可通过向电机外部排出的空气流动来实现电机的内侧空冷。

而且，本发明包括水套46，可构成实现定子芯41的外周部与壳体12之间制冷剂循环的制冷剂循环回路，因此，可按照水冷方式有效实现散热。

并且，在本发明中，使得定子芯41与线圈43之间绝缘的绝缘体(或线轴)42a、42b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。在此情况下，若利用绝缘散热复合材料制成绝缘体(或线轴)42a、42b，则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。

本发明包括散热用定子支撑体44，包围卷绕在定子的绝缘体(或线轴)42a、42b的线圈43，由同时具备散热性能及绝缘性能的绝缘散热复合材料镶嵌注塑而成以使得相邻线圈与线圈之间绝缘。

上述散热用定子支撑体44覆盖除与转子30的磁铁32相向的定子芯41的瓦块(shoe)部分外的暴露在外部的所有部分。即，可实现除转子的磁铁32和构成磁路路径的定子芯41瓦块部分外的防水模塑。

最终，可通过定子支撑体44的防水模塑结构防止产生因湿气或异物沿着经过上述电机内部的空气流动路径流入到电机内部而引起电路短路。

并且，随着散热用定子支撑体44的直径方向外侧面与按照水冷方式进行冷却的水套46相接触，可通过与水套46进行热交换来实现散热。

在以上说明的实施例中，本发明的螺旋桨驱动装置用于驱动轻型飞机的螺旋桨旋转，但是，本发明不仅应用于在无人机本体设置有单个螺旋桨驱动装置的无人机，而且，也可应用于在从无人机本体延伸的多个臂设置有多个螺旋桨驱动装置的多旋翼无人机。

并且，在以上说明的实施例中，电机的旋转轴用于驱动暴露在轻型飞机外部的螺旋桨旋转，但是，也可用于在圆筒形壳体内部内置有螺旋桨或叶片的风扇结构无人机。

并且，本发明可装拆地设置在无人机本体的下部，因此，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。

以上，虽然通过示例说明了本发明的特定优选实施例，但是，本发明并不限定于上述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明思想的范围内进行多种变更及修改。

产业上的可利用性

本发明通过在数十千瓦级的大型无刷直流电机内部形成空气流动路径来实现内侧空冷，利用构成制冷剂循环回路的水套实现水冷，并且，利用同时具备散热特性及绝缘特性的绝缘散热复合材料制成使得定子芯与线圈之间绝缘的绝缘体(或线轴)，因此，可应用于具备散热结构的轻型飞机或无人机用螺旋桨驱动装置。