CN102130565A - 一种无人飞行器用无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

一种无人飞行器用无刷直流电机属于无人飞行器动力装置技术领域，该电机包括：由转子端盖、转子轭和永磁体构成的外转子，由绕组、定子铁芯和定子轭构成的定子，上轴承，下轴承，转轴和止动圈；转子轭的外径与转子端盖的外径相同，转子轭固定在转子端盖下端，永磁体固定于转子轭的内壁上，永磁体的磁极数是24极；定子铁芯的槽数是18槽，定子轭套装在定子铁芯的内壁上，绕组盘绕在定子铁芯的外侧；上轴承、下轴承分别固定在转轴的两端；所述定子与所述转子通过转轴相互连接，所述定子嵌套在转子端盖的内部，止动圈套在转轴上。本发明直接驱动螺旋桨，消除了传动系统的效率损失，提高了升力/功耗比和飞行器的升力/质量比。

Description

一种无人飞行器用无刷直流电机

技术领域

本发明属于电动机和无人飞行器动力装置技术领域，适用于小型多旋翼无人飞行器、航模等领域，涉及一种无人飞行器用无刷直流电机。

背景技术

目前，微小型无人飞行器(UAV)的动力装置以电动机驱动螺旋桨作为动力系统，以高性能锂聚合物电池作为能源系统为主，如美国AeroVironmen公司的Black Widow、桑德斯公司的Micro Star，MLB公司的Trochoid、德国Microdrone公司的MD系列以及aircraft 650D等。Davis等最初提出的UAV设想中总飞行器质量占12.3％，而推进系统占73.4％，15cm尺寸的第一代BlackWindow结构质量比例只有17％。因此，除了尽可能的减少结构质量外，UAV需要减少重量、提高效率、增加飞行时间，关键在于提高动力装置的效率、减轻动力装置的质量。

电动机的槽极数组合是影响其整体性能的重要因素和关键设计参数。目前小型无人飞行器或航模用电动机产品主要是12/14、12/8、9/6、6/8、6/4槽/极数组合无刷直流电机。德国TORCMAN公司TM系列、捷克MODEL MOTORS公司的AXI系列，以及台湾亚拓、珠海Himax、深圳SUNRAY等公司产品，电动机KV值均较高，一般在1000～4000min/v，电机需经齿轮减速间接驱动螺旋桨，导致动力装置效率低、噪声大；近年来部分公司推出了12/14槽/极数组合的低KV值(200～1000min/V)的无刷直流电动机，其原型是TORCMAN公司的TORQUEMAX的14极12槽极/槽组合的无刷电机，但这一系列电机存在质量偏重、功耗较大、电磁噪声大等问题，从而导致飞行器动力装置升力/功耗比、升力/质量比以及升力/功耗/质量比大大减小，不利于小型旋翼飞行器提高带载能力和续航时间的性能要求。

发明内容

为了解决现有微小型无人飞行器动力装置升力/功耗比、升力/质量比以及升力/功耗/质量比较低的问题，本发明提出一种18槽、24极的槽/极数组合的无人飞行器用外转子无刷直流电机。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种无人飞行器用无刷直流电机，包括转子端盖、转子轭、永磁体、绕组、定子铁芯、定子轭、上轴承、下轴承、转轴和止动圈；所述转子端盖、转子轭、永磁体构成电机的外转子，转子轭的外径与转子端盖的外径相同，转子轭固定在转子端盖下端，永磁体固定于转子轭的内壁上；绕组、定子铁芯、定子轭构成电机的定子，定子轭套装在定子铁芯的内壁上，绕组盘绕在定子铁芯的外侧；上轴承、下轴承分别固定在转轴的两端；所述定子与所述转子通过转轴相互连接，所述定子嵌套在转子端盖的内部，止动圈套在转轴上。

本发明的有益效果如下：

1)相比现有的无人飞行器用无刷电机产品，该电机槽数多，其定位力矩减小，振动小、电磁噪声小，电机效率高；电机24极数是14极的1.7倍，由于电机重量体积与磁极数近似成反比，因此整个电机重量、体积都大大减小，提高了动力装置的升力/质量比。

2)永磁体宽度是其极距的0.65-0.9倍，经傅里叶变换，这种正弦波的磁通密度波形使电机运行非常平稳，振动小、效率高；永磁体为块状或瓦形结构，N、S极间隔安装在转子轭的内表面，工艺简单亦实现。

3)该电机KV值低，出力大，因此相同负载下电机工作电流小，有利于驱动电路的设计制作。

4)电机转子端盖和定子轭由轻质合金或复合材料制成，并且具有减重孔或辐条结构，可有效地减小电机重量，有利于提高动力装置的升力/质量比。

5)电机轴向短，径向长为典型的盘式结构，槽满率高，可以缠绕大线径导线，从而减小电枢电阻和电磁时间常数，电机机械特性较硬，保证了电机宽转速范围内具有较高的工作效率。

6)本发明直接驱动螺旋桨，消除了传动系统的效率损失，降低了噪声，提高了升力/功耗比和飞行器的升力/质量比。

附图说明

图1是本发明无人飞行器用无刷直流电机的结构示意图。

图2是本发明的块状永磁体安装结构图。

图3是本发明的定子铁芯结构图。

图4是本发明的转子端盖结构图。

图中：1、转子端盖，2、转子轭，3、永磁体，4、绕组，5、定子铁芯，6、定子轭，7、上轴承，8、下轴承，9、转轴，10、止动圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，无人飞行器用无刷直流电机包括：转子端盖1、转子轭2、永磁体3、绕组4、定子铁芯5、定子轭6、上轴承7、下轴承8、转轴9和止动圈10，该电机为外转子电机，转子由转子端盖1、转子轭2和永磁体3组成，转子端盖1和转子轭2固定连接在一起。绕组4、定子铁芯5、定子轭6构成电机的定子，定子轭6套装在定子铁芯5的内壁上，绕组4盘绕在定子铁芯5的外侧；上轴承7、下轴承8分别固定在转轴9的两端；所述定子与所述转子通过转轴9相互连接，所述定子嵌套在转子端盖1的内部，止动圈10套在转轴9上。止动圈10用于轴承的预紧，避免轴承轴向串动。

如图2所示，永磁体3的材料为钕铁硼稀土永磁，但不局限于此永磁材料，磁极数是24极，永磁体3的结构为块状或瓦形，N、S极间隔设置粘接在转子轭2的内侧，永磁体3的宽度是其极距的0.65-0.9倍。

如图3所示，电机定子铁芯的槽数为18槽。定子铁芯5由软磁材料叠压制成，例如可以是硅钢片或铁镍合金材料，定子轭6由轻质的非导磁材料制成，例如可以是铝合金或者复合材料，定子轭6开有螺纹孔，用于电机的连接固定，另外还具有通风孔和减重孔。

如图4所示，转子端盖1由轻质的非导磁材料制成，例如可以是铝合金或者复合材料，其形状是辐条结构，但不局限于上述结构和形状，在保证一定刚度的条件下减小电机重量。电机轴向短、径向长，呈盘式结构。

本发明电机的绕组系数是0.866，基波齿槽转矩系数是72，可以保证电机具有较小的齿槽转矩和转矩波动，振动小、电磁噪声小，电机效率高。

Claims (5)

1.一种无人飞行器用无刷直流电机，包括转子端盖(1)、转子轭(2)、永磁体(3)、绕组(4)、定子铁芯(5)、定子轭(6)、上轴承(7)、下轴承(8)、转轴(9)和止动圈(10)；其特征在于：所述转子端盖(1)、转子轭(2)、永磁体(3)构成电机的外转子，转子轭(2)的外径与转子端盖(1)的外径相同，转子轭(2)固定在转子端盖(1)的下端，永磁体(3)固定于转子轭(2)的内壁上；绕组(4)、定子铁芯(5)、定子轭(6)构成电机的定子，定子轭(6)套装在定子铁芯(5)的内壁上，绕组(4)盘绕在定子铁芯(5)的外侧；上轴承(7)、下轴承(8)分别固定在转轴(9)的两端；所述定子与所述转子通过转轴(9)相互连接，所述定子嵌套在转子端盖(1)的内部，止动圈(10)套在转轴(9)上。

2.如权利要求1所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于：所述定子铁心(5)的槽数是18槽，所述永磁体(3)的磁极数是24极。

3.如权利要求1或2所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于：所述永磁体(3)的结构为块状或瓦形，N、S极间隔安装在转子轭(2)内侧，永磁体(3)的宽度是其极距的0.65-0.9倍。

4.如权利要求3所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于：所述永磁体(3)的材料为高性能稀土永磁材料。

5.如权利要求1所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于：所述电机整体为轴向短、径向长的外转子扁平结构。

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