本發(fā)明涉及電動馬達尤其是電動馬達的冷卻。

背景技術(shù)：

馬達運行時易于發(fā)熱，因此在馬達內(nèi)加上散熱片和/或風扇。

但是，在用于電子游戲的高端轉(zhuǎn)向輪(steering wheels)中用于產(chǎn)生力回復效應(force return effects)，也被稱為“力反饋”效應的馬達顯著地變熱，尤其是當轉(zhuǎn)向輪的使用者對抗馬達產(chǎn)生的力時，例如當馬達接收到來自馬達軸的靜止指示時(馬達軸靜止并因此轉(zhuǎn)向輪的輪子靜止)，并且同時使用者堅持旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪的輪子，因此這些力機械地傳遞到馬達。最近，在電子游戲的高端轉(zhuǎn)向輪中用于產(chǎn)生反饋力的馬達是無刷型馬達。為了防止熱潛伏期(即，將內(nèi)部熱量傳遞到外部的時間)引起的問題，并且為了防止溫度使馬達的性能降低，使用者阻礙力反饋實現(xiàn)的力不對抗或者很少地對抗。為了保護產(chǎn)品的壽命周期，低度地使用馬達的功率。如果馬達具有移動線圈，從而距離馬達的外表面更遠，這顯得更加重要。因此，熱傳遞的進行受到進一步的延遲。

現(xiàn)在，有兩個單獨的方案用于克服這個問題：

-第一個是使用若干馬達一起運行來替代單一馬達；

-第二個是存在大體上靠近單一馬達設置的外部風扇并使散熱片通風。

已知在無刷電動馬達內(nèi)部的轉(zhuǎn)子上整合一組葉片。但是這組葉片進而固定在電動馬達軸上。并且，當馬達受阻時，引起與線圈變熱有關的大多數(shù)問題時，這些葉片是不起作用的。當馬達軸靜止時，由于葉片不能旋轉(zhuǎn)，這些葉片不能冷卻馬達。

使用若干馬達實施起來是昂貴的和復雜的。

用外部風扇冷卻馬達不是始終足夠的，更確切地說，冷卻馬達的某些內(nèi)部區(qū)域不是始終足夠的。于是馬達的壽命周期縮短。因此為了部分彌補風扇的低有效性而不引起過度的噪音必須強行利用風扇。因此轉(zhuǎn)向輪的殼體是不緊湊的。這些通過外部對流(風扇)或者通過傳導(散熱器)進行冷卻的方案沒有處理熱源即線圈，且不能使每個線圈均勻地散熱。另一方面，一些最近的轉(zhuǎn)向輪具有無刷型馬達，馬達的殼體是光滑的且以不帶散熱片的最初狀態(tài)供應。在這個殼體上套上含有徑向延伸的散熱片的管狀零件。然后在距馬達一段距離處垂直地設置風扇，這樣使氣流在這些散熱片上方循環(huán)。最早的轉(zhuǎn)向輪具有有刷型馬達，有刷型馬達的殼體是光滑的，但是殼體上固定著徑向延伸的散熱器。在距馬達一定的距離處設置垂直的或水平的風扇，這樣使氣流在這個散熱器上循環(huán)。

包括一組固定在電動馬達軸上的葉片的無刷型馬達，具有的缺點是葉片的旋轉(zhuǎn)與馬達軸的旋轉(zhuǎn)是一致的(葉片不能比軸旋轉(zhuǎn)得更快，或者不能在相反的方向旋轉(zhuǎn))。葉片使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)變慢并因此增加了馬達的損耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種簡單、可靠和廉價的方案，甚至當馬達受阻時和發(fā)熱時也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的冷卻。

根據(jù)本發(fā)明的冷卻包括轉(zhuǎn)子和殼體的電動馬達的方法，其特征在于包括通過與轉(zhuǎn)子在運動學上分離的風扇實現(xiàn)自殼體外部至所述殼體內(nèi)部的強制空氣流通。同樣地，在馬達的端部回收外部冷空氣以便將其直接吹過構(gòu)成熱源的線圈并迫使其到馬達的另一端部。因此存在從線圈中均勻提取的熱量。由于風扇在運動學上與轉(zhuǎn)子分離，因此冷卻系統(tǒng)獨立于馬達主軸的轉(zhuǎn)速運行。風扇也獨立于馬達軸的旋轉(zhuǎn)方向(順時針或逆時針)運行。

有利地，傳感器測量馬達內(nèi)部溫度，該溫度決定風扇的轉(zhuǎn)速。根據(jù)檢測到的溫度，風扇將調(diào)整其轉(zhuǎn)速。風扇可以永久地旋轉(zhuǎn)或者其可以根據(jù)在馬達線圈(繞組)上由熱敏電阻中間物(NTC負溫度系數(shù)或者PTC正溫度系數(shù))測得的溫度而改變轉(zhuǎn)速。

有利地，電流傳感器測量馬達消耗的電流，該測得的電流決定風扇的轉(zhuǎn)速。風扇的轉(zhuǎn)速根據(jù)馬達消耗的電流調(diào)整。如果消耗的電流增大，風扇可以旋轉(zhuǎn)得更快；或者相反，如果消耗的電流減小，風扇可以旋轉(zhuǎn)得更慢。電流的測量可以通過在馬達電源上插入串聯(lián)電阻(通過測量電阻端的電壓或者通過測量電阻的溫度)或者通過在馬達電源線中的一根附近設置的霍爾效應傳感器中間物來獲得。通過霍爾效應傳感器的測量結(jié)果更準確、可靠。

有利地，由位置傳感器確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，該速度決定風扇的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)向輪的角度檢測通過測量轉(zhuǎn)向輪角位置的分壓計、光學傳感器或者霍爾效應傳感器的中間物執(zhí)行。該測量可以直接在轉(zhuǎn)向輪的軸上進行或者在與轉(zhuǎn)向輪的旋轉(zhuǎn)(中間輪或馬達軸的比率)相關的中間級上進行。由于霍爾效應傳感器提供了非常高的精確度，直接在馬達軸上進行的測量能夠進一步調(diào)整馬達的相位。直通軸(passthrough shaft)能夠在軸的一端上、在小齒輪的相對端設置霍爾效應檢測單元的元件(軸上磁鐵)，該元件與固定在馬達殼體的PCB(印刷電路板)上的霍爾效應傳感器關聯(lián)。磁鐵可以包含入小齒輪中；但是這個方案使安裝變得復雜(由于與小齒輪配合的傳動帶，還由于印刷電路板)，由于安裝子裝配體更容易，即，軸上帶有磁鐵的馬達和在馬達殼體上固定有印刷電路板的馬達。

本發(fā)明還涉及電動馬達，其包括定子和相對于軸線xx’旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)子、殼體和至少一個相對于軸線yy’旋轉(zhuǎn)運動的風扇，其特征在于，所述至少一個風扇與殼體內(nèi)部相通，且所述至少一個風扇與轉(zhuǎn)子在運動學上分離。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和風扇的旋轉(zhuǎn)因此可以獨立地進行。同樣地，可以有穿過殼體的軸，允許軸的一端與抓緊構(gòu)件(例如轉(zhuǎn)向輪的輪子)直接或間接聯(lián)絡(liaison)(例如通過小齒輪和傳動帶系統(tǒng))。軸的另一端可以具有軸位置傳感器。

馬達殼體內(nèi)的縱向內(nèi)部馬達空間或者與縱向內(nèi)部空間相通的徑向馬達空間，包含所述至少一個相對于軸線yy’旋轉(zhuǎn)運動的風扇。馬達殼體的縱向內(nèi)部馬達空間是大體上在馬達殼體內(nèi)沿軸線xx’縱向延伸的圓柱形空間?？v向內(nèi)部馬達空間尤其包含馬達線圈和馬達軸的一部分(由于軸穿過殼體，其它的部分在馬達外部延伸)。

根據(jù)第一個實施例，包括風扇轉(zhuǎn)子和風扇定子的風扇，引導氣流大體上徑向于軸線xx’。殼體具有面向風扇的開口。風扇抽取外部冷空氣，迫使冷空氣穿過面向由風扇導向的氣流的開口。被吹過開口的氣流的方向與風扇的旋轉(zhuǎn)軸線yy’或者大體上垂直(垂直不意味著物體一直相交)或者大體上平行。然而，被吹過開口的氣流方向大體上徑向于馬達旋轉(zhuǎn)軸線xx’。

風扇轉(zhuǎn)子和風扇定子可以被設置為大體上徑向于軸線xx’(在軸流式風扇的情況下，即在氣流大體上平行于風扇的軸線yy’的情況下)并且殼體具有面向風扇的開口。風扇轉(zhuǎn)子和定子可以被不同地設置，例如大體上平行于軸線xx’(在氣流大體上垂直于風扇軸線yy’的情況下)。

開口面向風扇使風扇將冷空氣通過開口吹入馬達殼體。

風扇與馬達軸在運動學上分離。風扇設置在與馬達不同的方向上且被設置在殼體外部?？諝馔ǔＭㄟ^馬達線圈循環(huán)。馬達殼體包括面向風扇設置的開口，冷空氣通過該開口吸入。風扇的線圈獨立于馬達的線圈。

風扇轉(zhuǎn)子和風扇定子設置在本身與殼體連接的箱體內(nèi)。風扇線圈設置在箱體內(nèi)。

有利地，馬達定子包括帶有引出線的繞組，箱體的開口設置在引出線附近。為了更好地冷卻馬達，空氣從馬達的一端進入由繞組端部或者由引出線組成的熱源表面附近，以便從另一軸向端部離開。

有利地，風扇(與馬達轉(zhuǎn)子在運動學上分離)被設置在馬達殼體下面。

有利地，面向風扇的開口和放置風扇的箱體設置在馬達的底部。

有利地，在馬達殼體的大體上圓柱形的部分有徑向壁。這些壁大體上相對于軸線xx’徑向地延伸，它們從殼體的外周延伸。徑向馬達空間包含在殼體的徑向壁之間。徑向馬達空間沿著大體上垂直于軸線xx’的方向延伸且包括穿過殼體的開口，該開口使殼體外部和縱向內(nèi)部馬達空間相通(即冷卻流體(例如空氣)的通道)。

根據(jù)第二個實施例，風扇包括設置在馬達殼體內(nèi)的風扇轉(zhuǎn)子和風扇定子。風扇在馬達殼體內(nèi)的縱向內(nèi)部馬達空間。在這個第二運行模式中，在馬達端部回收冷空氣以便將其吹過線圈和迫使其到達馬達的另一端部。同樣地，將熱量從線圈上直接地、有效地、均勻地提取。這給內(nèi)部風扇提供了獨立性，允許馬達保持對線圈均勻冷卻的優(yōu)點，即使馬達為零轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速時仍能良好冷卻。風扇既不會制動也不會停止馬達轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)?？梢钥紤]在馬達線圈和馬達殼體之間安排空間使第二冷卻氣流在線圈和馬達殼體之間循環(huán)，第一冷卻氣流在線圈之間循環(huán)，這樣例如可能需要來自同一個風扇的空氣氣流。

有利地，風扇在運動學上與馬達軸分離。

風扇軸線yy’基本上與軸線xx’同軸。馬達和風扇可以設置在同一個軸上，優(yōu)選地設置在馬達軸上，但是風扇在運動學上與馬達軸分離。同樣地，由于是一體式風扇，使電動馬達內(nèi)的空氣強制流通從而調(diào)整其內(nèi)部溫度。電動馬達的本體包括為引入冷空氣設置在殼體一側(cè)的開口和為排出熱空氣設置在殼體另一側(cè)的若干通風口。內(nèi)部風扇迫使空氣進入馬達殼體并在馬達線圈之間循環(huán)。較熱的空氣隨后經(jīng)由通風口排出。風扇的線圈獨立于馬達的線圈。

有利地，風扇轉(zhuǎn)子通過球軸承與軸線xx’連接。由于設置在殼體和馬達軸之間的軸承，馬達軸可以相對于馬達殼體旋轉(zhuǎn)運動。風扇線圈可以相對于馬達殼體固定或移動。風扇的葉片組可相對于電動馬達軸旋轉(zhuǎn)運動。在葉片組和馬達軸之間設置軸承。葉片組包括磁鐵，使得當電流通過風扇線圈時葉片組可以被設置為旋轉(zhuǎn)。風扇與電動馬達軸同軸并以可獨立于該軸旋轉(zhuǎn)的方式安裝在軸承上。因此，甚至當馬達軸靜止時，為了冷卻馬達，風扇可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。風扇還可以以不同于馬達軸的速度旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn)。風扇的線圈以與馬達線圈相同的方式也被良好地冷卻。

風扇定子包括相對于殼體固定的繞組，殼體包括至少一個開口，所述開口在大體上與軸線xx’垂直的平面上延伸，以便允許外部冷空氣進入殼體，使外部空氣在殼體內(nèi)強制循環(huán)。

為了冷卻馬達，可以使液體或除空氣之外的氣體在馬達內(nèi)循環(huán)。

還可以在殼體上提供徑向延伸的散熱片。

有利地，在運動學上與馬達轉(zhuǎn)子分離的至少一個附加風扇設置在馬達殼體下面。

有利地，包括第二風扇轉(zhuǎn)子和第二風扇定子的至少一個附加風扇設置在馬達殼體的底部，第二風扇定子固定在馬達殼體上。附加風扇吸入該馬達下面的外部冷空氣，并向上吹冷空氣使冷空氣在馬達殼體的外表面(和在散熱片的表面，若有)循環(huán)。

根據(jù)第三個實施例，包括至少兩個風扇來冷卻馬達。第一風扇設置在馬達殼體內(nèi)部，第二風扇設置在馬達殼體的縱向內(nèi)部馬達空間外部。

第一風扇包括第一風扇轉(zhuǎn)子和第一風扇定子。馬達和第一風扇設置在同一個軸上，優(yōu)選地在馬達軸上，但是第一風扇與馬達軸在運動學上分離。馬達殼體具有面向第二風扇的開口。包括第二風扇轉(zhuǎn)子和第二風扇定子的第二風扇引導和迫使氣流大體上相對于軸線xx’徑向地通過殼體的開口(因此外部冷空氣進入并循環(huán))。風扇可以大體上相對于軸線xx’徑向設置。

有利地，冷空氣由第二風扇從馬達外部吸入，然后經(jīng)過第二風扇的線圈循環(huán)，然后通過開口，然后冷空氣由第一風扇吸入通過馬達線圈，隨后更熱的空氣經(jīng)由通風口排出。

第一風扇和第二風扇的線圈獨立于馬達的線圈。

有利地，第三個實施例是第一個實施例和第二個實施例的結(jié)合。

第一風扇轉(zhuǎn)子通過球軸承與軸線xx’連接。由于設置在殼體和馬達軸之間的軸承，馬達軸相對于馬達殼體旋轉(zhuǎn)運動。第一風扇的線圈相對于馬達殼體固定。第一風扇的葉片組相對于電動馬達軸旋轉(zhuǎn)運動。第一風扇的葉片組包括磁鐵，使得當電流通過第一風扇線圈時該葉片組可以被設置為旋轉(zhuǎn)。因此，甚至當馬達軸靜止時，為了冷卻馬達，第一風扇可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。第一風扇還可以以不同于馬達的速度旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn)。第一風扇的線圈以與馬達線圈相同的方式也被良好地冷卻。

第二風扇的葉片組包括磁鐵，使得當電流通過第二風扇的線圈時該葉片組可以被設置為旋轉(zhuǎn)。

第二風扇的轉(zhuǎn)速可以與第一風扇的轉(zhuǎn)速不同。第二風扇的轉(zhuǎn)速可以與馬達的轉(zhuǎn)速不同。

第一風扇和第二風扇可被選擇性地啟動(例如，同時地、輪流地等任一方式)。

第一風扇的軸線yy’本質(zhì)上與軸線xx’同軸。第一風扇以可獨立于該軸旋轉(zhuǎn)的方式安裝在軸承上。軸承設置在第一風扇葉片組和馬達軸之間。因此，第一風扇相對于電動馬達軸同軸。

第一風扇定子包括相對于殼體的第一固定繞組，殼體包括至少一個開口，所述開口在大體上與軸線xx’垂直的平面上延伸，以便允許外部冷空氣進入殼體，使外部空氣在殼體內(nèi)強制循環(huán)。

有利地，第二風扇設置在馬達殼體下面。

第二風扇轉(zhuǎn)子和第二風扇定子設置在其本身與馬達殼體連接的箱體內(nèi)。第二風扇的線圈設置在箱體內(nèi)。

有利地，面向第二風扇的開口和放置第二風扇的箱體，設置在馬達的底部。

有利地，第一風扇和第二風扇兩者都抽取空氣。第二風扇抽取外部冷空氣(為幫助冷空氣進入馬達殼體)，第一風扇從馬達抽取熱空氣(為了迫使更熱的空氣通過馬達殼體的通風口排出)。

本發(fā)明還涉及一種電子游戲控制器，其特征在于，該控制器設置有包括至少一個前述特征的電動馬達?！半娮佑螒颉笔侵钙嚮蚝娇掌髂M軟件(用于娛樂或?qū)W習)，“電子游戲控制器”是指可以控制電子游戲中的一個或若干元件的任何設備。

冷空氣通風口設置在電子游戲控制器殼體的底部。熱空氣通風口設置在殼體的頂部，面向馬達頂部。

附圖說明

本領域技術(shù)人員通過閱讀下文的示例，可以發(fā)現(xiàn)其它的優(yōu)點，下文使用作為示例提供的附圖進行展示：

圖1是游戲控制器的透視圖，

圖2是根據(jù)第一個實施例的馬達的截面圖，

圖3是圖2的分解透視圖，

圖4是根據(jù)第二個實施例的馬達的截面圖，

圖5是圖4的分解透視圖。

具體實施方式

圖1中示出的電子游戲控制器1包括轉(zhuǎn)向輪10和通過一定數(shù)量的滑輪12和傳動帶11與轉(zhuǎn)向輪10連接的旋轉(zhuǎn)電動馬達2。

電動馬達2包括與軸線xx’的軸30集成的轉(zhuǎn)子3和安裝在殼體41上、帶有繞組40的定子4。

在本說明書的框架中，應該認為馬達的轉(zhuǎn)子和定子可以轉(zhuǎn)換而不脫離本發(fā)明的保護范圍。同樣地，在電動馬達中，線圈可以相對于殼體固定，磁鐵或多個磁鐵可以相對于殼體移動，以及反之亦然。因此，在權(quán)利要求書中定子和轉(zhuǎn)子的附圖標記可以轉(zhuǎn)換。

箱體41包括大體上圓柱形的內(nèi)部空間，在其內(nèi)部設置轉(zhuǎn)子3和定子4；殼體41支撐轉(zhuǎn)子3和定子4并保持它們4同軸。軸30和殼體41由軸承5連接，允許它們中的一個相對于另一個旋轉(zhuǎn)。

在圖2和圖3所示的第一個實施例中，殼體41包括側(cè)開口410，即相對于軸線xx’徑向設置。該開口410優(yōu)選地位于馬達2的端部或者在引出線400的附近。

在旋轉(zhuǎn)軸線yy’上的風扇6與殼體41徑向連接且面向開口410，即，軸線yy’大體上垂直于軸線xx’。此處，風扇6設置在殼體下的箱體60內(nèi)，風扇6包括葉片61。箱體60通過例如螺釘固定在殼體41上。

殼體41還具有通風口411，該通風口411相對于開口410設置在殼體的另一軸向端部、相對于軸線xx’以規(guī)則間隔徑向分布。

在這個實施例中，外部空氣會被風扇6抽取(箭頭E)，風扇6將其送到開口410，然后送到引出線400和繞組集40，然后經(jīng)由通風口411離開(箭頭C)。

在圖4和圖5所示的第二個實施例中，風扇7包括一組葉片70和與電動馬達2的殼體41集成的自身繞組71(即風扇7的線圈相對于殼體41固定)。葉片組70通過軸承72與軸30連接以便繞所述軸30自由旋轉(zhuǎn)。葉片組70包括磁鐵701和葉片700。此處，風扇軸線yy’與軸線xx’同軸，但是可以相對于軸線xx’有輕微的傾斜。

葉片組70的葉片700徑向延伸超出磁鐵701以至少部分地覆蓋繞組71，以便改善對繞組71的冷卻和以便獲得盡可能大的葉片表面從而優(yōu)化對繞組集40和71的冷卻。

殼體41在其一個軸向端部處具有開口412，在其另一軸向端部處具有通風口411。開口和通風口相對于軸線xx’以規(guī)則間隔徑向分布。葉片700設置在開口412和繞組71之間。

在這個實施例中，外部空氣被風扇7抽取(箭頭E)，進入開口412，然后被送到風扇的繞組71，在風扇的繞組71之間循環(huán)，然后在馬達的繞組40之間循環(huán)，經(jīng)由通風口411離開(箭頭C)。

在第一個或第二個實施例中，冷卻可以通過如下的方式實現(xiàn)：或者通過風扇6或7的永久旋轉(zhuǎn)從而永久地冷卻馬達；和/或者通過當溫度傳感器(未示出)測得的馬達溫度到達預定值時改變風扇速度；或者通過當馬達溫度達到預定值時將風扇開啟。

在第三個實施例中，冷卻可以通過如下的方式實現(xiàn)：或者通過永久地旋轉(zhuǎn)一個或更多個風扇從而永久地冷卻馬達；和/或者通過當一個或多個溫度傳感器(未示出)測得的馬達溫度達到預定值時，改變它們各自的風扇速度；或者通過當馬達溫度達到預定值時將風扇開啟。

在三個實施例中，可以利用馬達消耗的電流的測量結(jié)果來控制風扇。當然，消耗的電流越高，需要消散的熱功率就越高。馬達消耗的電流由電流傳感器(未示出)測量。同樣地，風扇(多個風扇)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)馬達消耗的電流控制。當馬達消耗的電流增加時，預期馬達的內(nèi)部溫度升高，因此提高風扇(多個風扇)的轉(zhuǎn)速。電流的測量使用電流傳感器(電阻或霍爾效應傳感器)執(zhí)行。

最終可以通過使用轉(zhuǎn)向輪的角度測量結(jié)果和馬達速度的計算結(jié)果來控制風扇(多個風扇)。同樣地，風扇的轉(zhuǎn)速可以由馬達轉(zhuǎn)速控制。馬達旋轉(zhuǎn)得越快，風扇(多個風扇)旋轉(zhuǎn)得越慢；相反，馬達旋轉(zhuǎn)得越慢，風扇(多個風扇)旋轉(zhuǎn)得越快。

可以使用任何類型的風扇。例如，可以是軸流式風扇(多個風扇)，或者是徑流式風扇(多個風扇)(徑流式風扇有時被稱為離心式風扇)，或者是橫流式風扇(多個風扇)。

對于使用徑流式風扇的情況，殼體41具有相對于軸線yy’徑向設置的開口，代替(縱向)開口412。這些開口徑向地面向風扇葉片。

風扇可以縱向地位于軸線xx’的不同位置上，例如靠近馬達的后端，即在小齒輪的相對側(cè)(如圖5所示)或者靠近馬達前端(即靠近小齒輪所在側(cè))。風扇可以設置在相對于馬達線圈的任何一側(cè)。