CN105305750B - 电机和旋翼动力装置、飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机、旋翼动力装置和飞行器。电机包括转子、定子和固定轴；转子和定子分别以固定轴为轴线布置；定子包括第一定子和第二定子;转子设置在第一定子和第二定子之间；转子的外周设置有动力输出接口。转子绕固定轴周向转动时，由于驱动半径较大，因此产生的驱动扭矩会较大，负载能力相应加大。另一方面，动力输出接口位于第一定子和第二定子之间，转动时的平稳性得到提升,在沿转子的周向方向可以对称地布置多个需要驱动的外部部件如桨叶，转子的负载和受力更趋均匀。

Description

电机和旋翼动力装置、飞行器

技术领域

本发明涉及一种电机以及应用这种电机的旋翼动力装置以及飞行器。

背景技术

电机，俗称“马达”，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

步进电机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。步进电机主要包括定子和转子两部分。如图1和图2所示为一种三相的步进电机结构简图。如图1所示，当A相通电时，AA1方向的磁通经过转子形成闭合回路,一般转子和磁场轴线方向具有一定角度，在磁场的作用下，转子被磁化，转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，而使转子1、3齿和AA1对齐。如图2所示，B相通电时，使转子2、4齿和BB1对齐，而C相通电时，使转子1、3齿和CC1对齐，从而使得转子相对于定子发生转动。

现有的电机的输出端一般具有转轴，转轴用于驱动外部设备的旋转。然而，这种电机的力的输出端承受外力的方式为单侧受力，电机的输出轴的受力不平衡，受到较大的挠性力矩，特别是对于一些较为精密的机器如飞行器而言，这种受力的不平衡性往往会影响机器整体的性能。另一方面，对于这种依靠转轴周向旋转而驱动外界设备的方式，力的传递方式的力臂或扭矩较小，因而消耗的转子容易过载发热而降低效率。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种输出动力更强的电机。

本发明的另一目的是提供一种输出动力较好的旋翼动力装置。

本发明的再一目的是提供一种具有上述旋翼动力装置的飞行器。

本发明提供的电机包括转子、定子和固定轴；转子和定子分别以固定轴为轴线布置；定子包括第一定子和第二定子;转子设置在第一定子和第二定子之间；转子的外周设置有动力输出接口。

由上述方案可见，转子绕固定轴周向转动时，由于驱动半径较大，因此产生的驱动扭矩会较大，负载能力相应加大。另一方面，动力输出接口位于第一定子和第二定子之间，转动时的平稳性得到提升,在沿转子的周向方向可以对称地布置多个需要驱动的外部部件如桨叶，转子的负载和受力更趋均匀，延长电机寿命，降低能耗。

一个优选的方案是，第一定子和第二定子分别具有线圈绕组，线圈绕组的外端部的磁通量大于线圈绕组内端部的磁通量，且内端部比外端部更靠近固定轴。

由上述方案可见，磁通量的大小决定了推动转子旋转的作用力的大小，根据力学原理可见作用力施加在线圈绕组外端部的方案优于作用力在线圈绕组内端部的方案，因此控制外端部的磁通量大于内端部的磁通量能够提高驱动力矩，电机不易过载，降低热损耗，提高能量转换效率，将电能更有效地转化为机械能，从而更高效地驱动电机的转子旋转。

进一步优选的方案是，线圈绕组的截面为梯形，线圈绕组外套设有梯形固定件。

由上述方案可见，梯形结构能够实现线圈绕组的外端部的磁通量大于内端部的磁通量，这种实现方式非常合理、简便，另外，梯形固定件对线圈绕组起到了很好地固定作用，防止线圈绕组的错位。

一个优选的方案是，转子具有圆环件，圆环件具有至少两个用于设置桨叶的安装部，安装部形成动力输出接口。

由上述方案可见，圆环件的设置有利于在电机上安装相应的外部设备如桨叶。

一个优选的方案是，转子的永磁体的极靴的工作表面呈梯形状。

一个优选的方案是，转子包括肋板和永磁体，每两个相邻的肋板之间放置一个永磁体,肋板用于导磁。

由上述方案可见，通过这种装配关系，永磁体的固定方式牢固、稳定，转子的旋转过程稳定且高效，提高电机使用寿命。

一个优选的方案是，固定轴上设置有第一基座和第二基座，第一基座和第二基座为圆形，固定轴穿过第一基座和第二基座的圆心；第一定子的内端部固接在第一基座上，第二定子的内端部固接在第二基座上，在第一基座和第二基座之间还设置有第一轴承和第二轴承；转子的内端部与第一轴承和第二轴承固接。

由上述方案可见，第一基座和第二基座的固定方式牢固，定子与固定轴之间不会发生相对移动，这种装配方式简便、合理，系统运行稳定。

一个优选的方案是，定子的外形为圆台状，所述圆台的母线与固定轴的轴线之间的夹角的范围在60°至85°之间。

本发明提供的旋翼动力装置包括桨叶和电机，电机包括转子、定子和固定轴；转子和定子分别以固定轴为轴线布置；定子包括第一定子和第二定子;转子设置在第一定子和第二定子之间；转子的外周设置有动力输出接口，动力输出接口固接桨叶。

本发明提供的飞行器包括旋翼动力装置，旋翼动力装置包括桨叶和电机，电机包括转子、定子和固定轴；转子和定子分别以固定轴为轴线布置；定子包括第一定子和第二定子;转子设置在第一定子和第二定子之间；转子的外周设置有动力输出接口，动力输出接口固接桨叶。

附图说明

图1是现有技术中步进电机工作原理的状态图。

图2是现有技术中步进电机工作原理的另一状态图。

图3是本发明电机实施例的结构图。

图4是本发明电机实施例的分解图。

图5是本发明电机实施例的剖视图。

图6是本发明电机实施例的转轴组件的结构图。

图7是本发明电机实施例的定子的分解图。

图8是本发明电机实施例的定子的其中一个线圈绕组上套设有梯形固定件的结构图。

图9是本发明电机实施例的转子的分解图。

图10是本发明电机实施例的转子的其中两个肋板之间放置有一个永磁体时的结构图。

图11是本发明旋翼动力装置实施例的结构图。

图12是本发明飞行器第一实施例的结构图。

图13是本发明飞行器第二实施例的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

电机实施例

如图3所示为本实施例的电机1，如图4和图5所示，电机1由上到下依次包括第一外壳10、第一定子20、转子30、第二定子40、第二外壳50和转轴组件60。

如图6所示，转轴组件60包括第一基座61、第一轴承63、固定轴65、第二轴承66和第二基座67。第一基座61和第二基座67为圆形，固定轴65穿过第一基座61和第二基座67的圆心，第一轴承63和第二轴承66设置在第一基座61和第二基座67之间。第一轴承63和第二轴承66上分别具有延伸凸缘部68，凸缘部68用于固定转子30。

如图7和图8所示，第一定子20沿周向方向设置有九个线圈绕组21，本发明的线圈绕组21在外端部的磁通量大于在内端部的磁通量，且内端部相比于外端部更加靠近固定轴65，具体到本实施例来说，线圈绕组21的截面为梯形结构，当然，线圈绕组21的截面还可以设置为其它形状。另外，在每一个线圈绕组21上还套设有一个梯形固定件22，这九个梯形固定件22的内端部具有螺纹孔23，螺纹孔23用于把第一定子20的整体固定在第一基座61的边沿部上，两个相邻的线圈绕组21之间具有一定间隔，第一定子20的形状类似圆台或者伞形，也可称为碟形。具体地，圆台的母线与固定轴的轴线之间的夹角的范围可以在60°至85°之间。另外，本实施例的第二定子40的结构与第一定子20的结构相似，其中，第二定子40通过螺钉固定在第二基座67的边沿部，第二定子40也形成伞形。

转子30设置在第一定子20和第二定子40之间。如图9和图10所示，转子30包括圆环件31、肋板32、旋转轴33和永磁体34，多个肋板32沿旋转轴33的周向均匀布置，每两个相邻的肋板32之间放置一个永磁体34，本实施例中的九个永磁体34正好与九个肋板32间隔区域相互匹配。永磁体34的极靴的工作表面呈梯形状，这样的形状能够更好地配合上面的线圈绕组21的结构，进一步增加转子30旋转的扭矩。在肋板32的外端部与圆环件31固接，圆环件31包括三个用于设置桨叶的安装部35。旋转轴33通过螺钉与第一轴承63和第二轴承66的凸缘部68固接，这样当转子30旋转时并不会带动定子的转动。

旋翼动力装置实施例

如图11所示，本实施例的旋翼动力装置包括桨叶70和电机80，电机80为上述电机实施例所描述的电机，这里不再赘述。其中，电机80的转子的圆环件81包括三个安装部82，桨叶70通过螺钉固定在安装部82上。

飞行器第一实施例

如图12所示，本实施例的四轴飞行器呈现十字形状，在十字机臂90的端部安装桨叶91和电机92，电机92为上述旋翼动力装置实施例所描述的旋翼动力装置，这里不再赘述。

飞行器第二实施例

如图13所示，本实施例的四轴飞行器呈现工字形状，飞行器包括机架93、平行设置的第一机臂94和第二机臂95。在第一机臂94和第二机臂95的两端部分别设置有桨叶96和电机97，电机97在电机实施例中已经详细描述，这里不再赘述。第二机臂95通过转轴99与机架93连接，第二机臂95能够相对于机架93发生转动。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式。在其它实施例中线圈绕组的数量可以是六个、十个等；线圈绕组的横截面还可以是三角形或棱锥形；飞行器的第二机臂为可伸缩机臂，即第二机臂的长度能够进行调节，一个可选的实施例是通过在机臂内安装电机驱动螺杆伸缩单元实现第二机臂的长度调节功能，并且第二机臂在转轴两侧的部分能够分别独立进行调节；桨叶的数量还可以是两个或者五个。由于电机和发电机结构相同，本发明的技术方案还可以用作发电机，在飞行器滑翔或减速的过程中进行发电，有利于节约能源提高续航时间。这些实施方式或者在未付出创造性劳动的情况对这些实施方式的相关变形的方案也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.电机，包括，

包括转子、定子和固定轴；

其特征在于：

所述转子呈碟形，且所述转子和所述定子分别以所述固定轴为轴线布置；

所述定子包括呈伞形的第一定子和第二定子；

所述转子设置在所述第一定子和所述第二定子之间；

所述转子的外周设置有动力输出接口。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：

所述第一定子和所述第二定子分别具有线圈绕组，所述线圈绕组的外端部的磁通量大于所述线圈绕组内端部的磁通量，且所述内端部比所述外端部更靠近所述固定轴。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于:

所述线圈绕组的截面为梯形，所述线圈绕组外套设有梯形固定件。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：

所述转子具有圆环件，所述圆环件具有至少两个用于设置桨叶的安装部，所述安装部形成所述动力输出接口。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：

所述转子的永磁体的极靴的工作表面呈梯形状。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：

所述转子包括肋板和永磁体，每两个相邻的所述肋板之间放置一个所述永磁体,所述肋板用于导磁。

7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：

所述固定轴上设置有第一基座和第二基座，所述第一基座和所述第二基座为圆形，所述固定轴穿过所述第一基座和所述第二基座的圆心；

所述第一定子的内端部固接在所述第一基座上，所述第二定子的内端部固接在所述第二基座上，在所述第一基座和所述第二基座之间还设置有第一轴承和第二轴承；

所述转子的内端部与所述第一轴承和所述第二轴承固接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电机，其特征在于：

所述定子的外形为圆台状，所述圆台的母线与所述固定轴的轴线之间的夹角的范围在60°至85°之间。

9.旋翼动力装置，包括，

桨叶和电机，所述电机包括转子、定子和固定轴；

其特征在于：

所述转子呈碟形，且所述转子和所述定子分别以所述固定轴为轴线布置；

所述定子包括呈伞形的第一定子和第二定子;

所述转子设置在所述第一定子和所述第二定子之间；

所述转子的外周设置有动力输出接口，所述动力输出接口固接所述桨叶。

10.飞行器，包括，

旋翼动力装置，所述旋翼动力装置包括桨叶和电机，所述电机包括转子、定子和固定轴；

其特征在于：

所述转子呈碟形，且所述转子和所述定子分别以所述固定轴为轴线布置；

所述定子包括呈伞形的第一定子和第二定子;

所述转子设置在所述第一定子和所述第二定子之间；

所述转子的外周设置有动力输出接口，所述动力输出接口固接所述桨叶。