CN105337448A - 电驱动装置及应用其的飞行器和船 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于飞行器和船的电驱动装置，其包括电机输出轴；其进一步包括：第一转子系统，其包括同轴设置的第一转子和第一定子；第二转子系统，其包括同轴设置的第二转子和第二定子；第一转子与第二转子同轴设置；同步输出系统，其包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈；行星轮环绕太阳轮，且与太阳轮啮合；齿圈套在行星轮之外，且与行星轮啮合；行星轮支承在行星架上；其中，太阳轮、齿圈、行星架三者的关系为两输入一输出；即三者中的任意两个分别由第一转子和第二转子驱动旋转，余下一个与电机输出轴固定连接。本发明通过设置同步输出系统，实现了将第一转子和第二转子的转动同步输出到电机输出轴上，避免了两个输出扭矩相互抵消，大幅提升了电机效率，不仅动力更强，而且有效节能。本发明同时提供了应用上述电驱动装置的飞行器和船。

Description

电驱动装置及应用其的飞行器和船

技术领域

本发明涉及一种电驱动装置及应用其的飞行器和船。

背景技术

双转子电机具有两个机械轴，可以实现两个机械轴能量的独立传递，在混合动力车、无级变速器等领域有较好的应用前景。

中国专利申请200610015892.8公开了一种双定子双转子电机,在轴承的另一侧,相应对称设置有压电陶瓷片、定子弹性体、转子,并通过弹簧和螺母连接在轴上,将不锈钢加工成R型过渡形状定子弹性体,其背面粘贴压电陶瓷片制成定子,通过螺栓将两个定子和底板连接在一起,将摩擦材料加工成转子,并由弹簧、螺母、轴承与定子连接起来。

中国专利申请201110338044.1公开了一种混合双转子、双定子电机，其包括机壳，机壳的一侧壁上安装伸入机壳内的第一转轴，第一转轴伸入机壳内的端部安装第一转子，配合第一转子与其外侧设置有第一定子，第一定子连接引出导线，机壳上相对安装第一转轴的另一侧壁上安装有第二转轴，第二转轴伸入第一转子内，且第二转轴上安装有第二转子，第二转子设置于第一定子的外侧，配合第二转子于其外侧设置有第二定子，第二定子连接引出导线。

中国专利201320892019.2公开了一种内外双转子电机，包括外转子、内转子和定子，外转子的内侧壁嵌有环形的第一电磁铁；内转子的外侧壁嵌有环形的第二电磁铁；定子位于第一电磁铁和第二电磁铁之间，该定子包括外线圈、内线圈和多个相互层叠的叠片，叠片呈圆圈状，叠片的内圈边缘开有多个内槽口；叠片的外圈边缘开有多个外槽口；内槽口和外槽口相间隔形成轭部，外线圈与叠片叠加后具有外槽口的部分组成外定子，该外定子与第一电磁铁电磁配合；内线圈与叠片叠加后具有内槽口的部分组成内定子，该内定子与第二电磁铁电磁配合。

对于电动飞行器和电动船，该领域的技术人员认为，旋翼转速可以通过电机转速进行调节，由电机直驱旋翼效率最高，使用机械变速器会增加飞行器和船的重量，会缩短续航时间。

当使用两个以上转子进行动力输出时，现有的大多数双转子电机都不能很好地实现转子动力输出的同步，容易导致两个转子的输出扭矩部分相互抵消。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可实现输出同步的电驱动装置及应用其的飞行器和船。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于飞行器和船的电驱动装置，其包括电机输出轴；其进一步包括：

第一转子系统，其包括同轴设置的第一转子和第一定子；

第二转子系统，其包括同轴设置的第二转子和第二定子；第一转子与第二转子同轴设置；

同步输出系统，其包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈；行星轮环绕太阳轮，且与太阳轮啮合；齿圈套在行星轮之外，且与行星轮啮合；行星轮支承在行星架上；

其中，太阳轮、齿圈、行星架三者的关系为两输入一输出；即三者中的任意两个分别由第一转子和第二转子驱动旋转，余下一个与电机输出轴固定连接。

本发明中，第一转子和第二转子输入扭矩，电机输出轴输出扭矩，即两输入一输出；相对应地，同步输出系统中的太阳轮、齿圈、行星架也为两输入一输出。即第一转子、第二转子、电机输出轴三者和太阳轮、齿圈、行星架三者为一一对应的关系。值得注意的是，该对应关系有若干种情况，例如第一转子、第二转子、电机输出轴分别对应太阳轮、齿圈、行星架；又如第一转子、第二转子、电机输出轴分别对应齿圈、行星架、太阳轮；又如第一转子、第二转子、电机输出轴分别对应行星架、太阳轮、齿圈。每种对应情况均可实现，在此不再赘述。

本发明通过设置同步输出系统，实现了将第一转子和第二转子的转动同步输出到电机输出轴上，避免了两个输出扭矩相互抵消，大幅提升了电机效率，因为电机可以以不同转速运行，当交替高低速切换运行可以避免电机升温，不仅动力更强，而且有效节能。本发明同时提供了应用上述电驱动装置的飞行器和船。

根据本发明另一具体实施方式，第一转子以高于第二转子的转速运行为第一运行模态；第一转子以低于第二转子的转速运行为第二运行模态；在第一运行模态和第二运行模态交替切换的模式下输出转矩。

本发明通过交替切换的模式输出转矩有利于散热，避免电机温升过高而造成较大热能损失和导致高温退磁，可有效提高电机效率，延长续航时间。

根据本发明另一具体实施方式，第一转子系统和第二转子系统串联设置或者内外设置。

根据本发明另一具体实施方式，第一转子系统和第二转子系统内外设置；

第一转子系统为内转子系统，其包括同轴设置的内转子和内定子；内转子包括内转轴；

第二转子系统为外转子系统，其包括同轴设置的外转子和外定子；外转子与内转子同轴设置；外转子系统环绕地设置于内转子系统之外；

内转子驱动太阳轮旋转；外转子驱动行星轮绕太阳轮转动；电机输出轴与齿圈固定连接。

该方案中，外定子靠近外转子的端面、及外转子的轴向横截面均呈弧形，通过这样的设置，使得外定子与外转子之间的匹配面积更大、磁通量更大，从而能够有效提高扭矩输出。

该方案中，内转子驱动太阳轮旋转；外转子通过行星架驱动行星轮绕太阳轮公转，由于行星轮与太阳轮啮合，所以行星轮公转的时候必然要自转；行星轮的自转带动齿圈及电机输出轴旋转，从而实现将内转子和外转子的转动同步输出到电机输出轴上，避免了两个输出扭矩相互抵消。

根据本发明另一具体实施方式，其进一步包括用于将内转子系统和外转子系统隔开的隔板。例如，该隔板的横截面为圆形，隔板之内为内转子系统，隔板之外为外转子系统。该方案中，内转子、内定子、隔板、外定子、外转子由内到外同轴设置。

根据本发明另一具体实施方式，进一步包括第一连接座(电机齿轮连接座)和第二连接座(齿圈连接座)；第一连接座与外转子固定连接(例如焊接或螺接)，行星轮可旋转地设置于第一连接座上。例如，第一连接座上设有数个安装孔，安装孔用于安装行星架、及供内转轴伸出；外转子位于第一连接座的下方，行星轮位于第一连接座的上方。第二连接座与齿圈固定连接(例如焊接或螺接)，电机输出轴与第二连接座固定连接。例如，齿圈位于第二连接座的下方，电机输出轴位于第二连接座的上方。

根据本发明另一具体实施方式，内转轴为空心轴，其内设有空腔，空腔的顶部和底部均设有用于空气流通的开口；空腔内设有用于引流的叶片。通过在空心内转轴上安装叶片以及在机壳设散热孔，工作时形成气流循环，有效降低温度。工作时，内转轴旋转带动叶片工作，叶片对内部气体产生向外的力，电机外部气体通过散热孔进入内部，这样形成气体循环对电驱动装置起到降温的作用。

根据本发明另一具体实施方式，其进一步包括机壳，机壳包在外转子之外；机壳包括桶壁、固设于桶壁一端的端盖、固设于桶壁另一端的底座；底座上设有多个散热孔。具体而言，端盖与桶壁的一端螺纹连接，端盖上设有供输出轴伸出的通孔；底座与桶壁的另一端螺纹连接，底座的中央上设有用于安装内转子的安装孔，底座上设有以安装孔为中心沿底座周向均匀设置的数个散热孔，散热孔的数量优选为两组，每组包括四个大小一致的散热孔。电驱动装置的全部零部件封装于机壳内，可达到防尘防雨的效果。输出轴从端盖上的通孔伸出并通过一对推力轴承与端盖固定连接，输出轴的轴向推力通过推力轴承作用于机壳上，有利于延长电机的使用寿命。

根据本发明另一具体实施方式，其进一步包括制动系统；制动系统设置于底座上，其包括制动电机、第一刹车装置、第二刹车装置；制动电机具有电机轴；

其中，第一刹车装置包括第一凸轮和第一刹车杆；第二刹车装置包括第二凸轮和第二刹车杆；第一凸轮和第二凸轮均套在电机轴上；第一凸轮驱动第一刹车杆；第二凸轮驱动第二刹车杆；

在第一凸轮的驱动下，第一刹车杆的末端对内转子制动；在第二凸轮的驱动下，第二刹车杆的末端对外转子制动。通过加装制动系统对外转子和内转子调速，加强了速度调控。

进一步地，可在第一刹车杆、第二刹车杆上设置复位孔，在底座上设置安装柱，安装柱上开设有安装复位弹簧的通孔。停止工作时，第一刹车杆、第二刹车杆通过连接复位孔和安装柱上的复位弹簧恢复原位。

根据本发明另一具体实施方式，制动电机正转(例如顺时针)和反转(例如逆时针)分别驱动第一凸轮和第二凸轮。

当外转子损坏时通过制动系统卡紧外转子，使内转子的动力全部提供给旋翼，(因为外转子损坏，内转子动力部分损失到外转子上，提供给旋翼的动力会变得不可控)，实现安全降落，提高了动力的可靠性与安全性；同理，当内转子损坏时通过制动系统卡紧内转子，使外转子的动力全部提供给旋翼，(因为内转子损坏，外转子动力部分损失到内转子上，提供给旋翼的动力会变得不可控)，提高了动力的可靠性与安全性。

另一方面，本发明提供了一种应用上述电驱动装置的飞行器，其包括机架、旋翼，电驱动装置安装在机架上，旋翼安装在电驱动装置的电机输出轴上。

再一方面，本发明提供了一种应用上述电驱动装置的船，其包括安装座、旋翼，电驱动装置安装在安装座上，旋翼安装在电驱动装置的电机输出轴上。

本发明的电驱动装置可提升百分之二十以上的效率，在两个转子的组合下动力更强、有效节能，在调节电流加减速时，可以设置成外转子恒定在一个固定/小范围内变化的电流驱动下转动、位于中间的内转子则在较大的范围内变化不断的电流驱动下转动，以实现速度差异的快慢调节，这样能够节约能量，提高效率。

附图说明

图1为实施例1的电驱动装置的整体结构示意图；

图2为实施例1的电驱动装置的部分结构示意图，其相对于图1未显示机壳；

图3为实施例1的电驱动装置的部分结构示意图，其相对于图2未显示第二连接座及电机输出轴；

图4为实施例1的电驱动装置的部分结构示意图，其相对于图3未显示齿圈；

图5为实施例1的电驱动装置的部分结构示意图，其相对于图4未显示齿圈太阳轮及行星轮；

图6为图5的俯视图；

图7为图6中C-C方向的剖面图；

图8为实施例1的电驱动装置的去掉底座的仰视图，其主要显示了制动系统；

图9为实施例2的电驱动装置的纵向剖面结构示意图；

图10为实施例3的电驱动装置的纵向剖面结构示意图；

图11为实施例4的电驱动装置的纵向剖面结构示意图；

图12为实施例5的电驱动装置的纵向剖面结构示意图；

图13为实施例6的飞行器的整体结构示意图；

图14为实施例7的船的整体结构示意图。

具体实施方式

实施例1(电驱动装置)

如图1-图8所示，本实施例的电驱动装置包括：第一转子系统(内转子系统1)、第二转子系统(外转子系统2)、隔板3、同步输出系统4、电机输出轴5、第一连接座6、第二连接座7、机壳8、制动系统9。

如图7所示，内转子系统1包括同轴设置的内转子101和内定子102；内转子101包括内转轴105和内磁铁，内转轴105通过轴承固定安装于底座803上的安装孔内，内磁铁固设于内转轴105的外侧；内定子102设置于内磁铁的外侧；隔板3设于内定子102的外侧，且隔板3的底部与底座803螺纹连接。

如图7所示，外转子系统2包括同轴设置的外转子201和外定子202；外转子201与内转子101同轴设置；外转子系统2环绕地设置于内转子系统1之外；外定子202设置于隔板3的外侧，外转子201包括外磁铁、导磁片和外转子壳体；外磁铁、导磁片和外转子壳体由内向外设置于外定子202的外侧。外转子壳体的底部通过轴承与隔板3的底部固定连接，外转子201的顶部与第一连接座6固接。外转子壳体上设有通气孔。

如图7所示，隔板3用于将内转子系统1和外转子系统2隔开，隔板3之内为内转子系统1，隔板3之外为外转子系统2。内转子101、内定子102、隔板3、外定子202、外转子201由内到外同轴设置。

如图3-图4所示，同步输出系统4包括太阳轮401、四个行星轮402、行星架403、齿圈404；行星轮402环绕太阳轮401，且与太阳轮401啮合；齿圈404套在行星轮402之外，且与行星轮402啮合；行星轮402支承在行星架403上；如图9所示，本实施例中，内转子101驱动太阳轮401旋转；外转子201通过行星架403驱动行星轮402绕太阳轮401转动；电机输出轴5与齿圈404固定连接。

如图4-图5所示，第一连接座(电机齿轮连接座6)与外转子201固定连接(例如焊接或螺接)，行星轮402可旋转地设置于第一连接座6上。第一连接座6上设有数个安装孔，用于安装行星架403、及供内转轴105伸出；外转子201位于第一连接座6的下方，行星轮402位于第一连接座6的上方。

如图2、图3所示，第二连接座(齿圈连接座7)与齿圈404固定连接(例如焊接或螺接)，电机输出轴5与第二连接座7固定连接(例如一体成型)。例如，齿圈404位于第二连接座7的下方，电机输出轴5位于第二连接座7的上方。

如图7所示，内转轴105为空心轴，其内设有空腔，空腔的顶部和底部均设有用于空气流通的开口103；如图8所示，空腔内设有用于引流的叶片104。

如图1所示，机壳8包在外转子201之外；机壳包括桶壁801、固设于桶壁一端的端盖802、固设于桶壁801另一端的底座803；底座803上设有多个散热孔。端盖802与桶壁801的一端螺纹连接，端盖802上设有供电机输出轴5伸出的通孔；底座803与桶壁801的另一端螺纹连接，底座803的中央上设有用于安装内转子101的安装孔，底座803上设有以安装孔为中心沿底座周向均匀设置的数个散热孔，散热孔的数量优选为两组，每组包括四个大小一致的散热孔。工作时，内转轴105旋转带动叶片104工作，叶片104对内部气体产生向外的力，外部气体通过散热孔、外转子壳体通气孔进入内部，这样形成气体循环对电驱动装置起到降温的作用。

如图8所示，制动系统9设置于底座803上，其包括制动电机901、第一刹车装置、第二刹车装置；制动电机具有电机轴；其中，第一刹车装置包括第一凸轮902和第一刹车杆903；第二刹车装置包括第二凸轮904和第二刹车杆905；第一凸轮902和第二凸轮904均套在电机轴上；第一凸轮902驱动第一刹车杆903；第二凸轮904驱动第二刹车杆905；在第一凸轮902的驱动下，第一刹车杆903的末端对内转子101制动；在第二凸轮904的驱动下，第二刹车杆905的末端对外转子201制动。通过加装制动系统对外转子和内转子101调速，加强了速度调控。在第一刹车杆、第二刹车杆上设置复位孔，在底座上设置安装柱，安装柱上开设有安装复位弹簧的通孔。停止工作时，第一刹车杆、第二刹车杆通过连接复位孔和安装柱上的复位弹簧恢复原位。另外，制动电机901正转和反转分别驱动第一凸轮902和第二凸轮904。

实施例2(电驱动装置)

本实施例与实施例1的区别在于：如图9所示，第一转子101位于第一定子102之外；第一转子101驱动齿圈404旋转；第二转子201通过行星架403驱动行星轮402绕太阳轮401转动；电机输出轴5与太阳轮401固定连接。

实施例3(电驱动装置)

如图10所示，本实施例中，第一转子101驱动齿圈404旋转；第二转子201通过行星架403驱动行星轮402绕太阳轮401转动；电机输出轴5与太阳轮401固定连接。本实施例与实施例2的区别在于：第一转子101位于第一定子102之内。

实施例4(电驱动装置)

如图11所示，本实施例中，第一转子101位于第一定子102之内；第一转子101驱动太阳轮401旋转；第二转子201通过行星架403驱动行星轮402绕太阳轮401转动；电机输出轴5与齿圈404固定连接。本实施例与实施例1的区别在于：行星架403的位置不同。

实施例5(电驱动装置)

本实施例与实施例1的区别在于：如图12所示，第一转子101驱动齿圈404旋转；第二转子201驱动太阳轮401旋转；电机输出轴5与行星架403固定连接。

实施例6(飞行器)

本实施例提供了一种飞行器，如图13所示，其包括机架21、脚架22、旋翼23、电驱动装置24；电驱动装置24安装在机架21上，旋翼23安装在电驱动装置24的电机输出轴上。

实施例7(船)

本实施例提供了一种船，如图14所示，其包括安装座31、旋翼32、实施例3的电驱动装置33，电驱动装置33安装在安装座31上，旋翼32通过传动轴和联轴器安装在电驱动装置33的电机输出轴上。

以上是对本发明做的示例性描述，凡在不脱离本发明核心的情况下做出的简单变形或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于飞行器和船的电驱动装置，其包括电机输出轴，其特征在于，所述电驱动装置进一步包括：

第一转子系统，其包括同轴设置的第一转子和第一定子；

第二转子系统，其包括同轴设置的第二转子和第二定子；所述第一转子与所述第二转子同轴设置；

同步输出系统，其包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈；所述行星轮环绕所述太阳轮，且与所述太阳轮啮合；所述齿圈套在所述行星轮之外，且与所述行星轮啮合；所述行星轮支承在所述行星架上；

其中，所述太阳轮、所述齿圈、所述行星架三者的关系为两输入一输出；即三者中的任意两个分别由所述第一转子和所述第二转子驱动旋转，余下一个与所述电机输出轴固定连接。

2.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，

所述第一转子以高于所述第二转子的转速运行为第一运行模态；

所述第一转子以低于所述第二转子的转速运行为第二运行模态；

在所述第一运行模态和所述第二运行模态交替切换的模式下输出转矩。

3.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，所述第一转子系统和所述第二转子系统串接设置或者内外设置。

4.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，所述第一转子系统和所述第二转子系统内外设置；

所述第一转子系统为内转子系统，其包括同轴设置的内转子和内定子；所述内转子包括内转轴；

所述第二转子系统为外转子系统，其包括同轴设置的外转子和外定子；所述外转子与所述内转子同轴设置；所述外转子系统环绕地设置于所述内转子系统之外；

所述内转子驱动所述太阳轮旋转；所述外转子驱动所述行星轮绕所述太阳轮转动；电机输出轴与所述齿圈固定连接。

5.如权利要求4所述的电驱动装置，其特征在于，其进一步包括用于将所述内转子系统和所述外转子系统隔开的隔板。

6.如权利要求4所述的电驱动装置，其特征在于，进一步包括第一连接座和第二连接座；所述第一连接座与所述外转子固定连接，所述行星轮可旋转地设置于所述第一连接座上；所述第二连接座与所述齿圈固定连接，所述电机输出轴与所述第二连接座固定连接。

7.如权利要求4所述的电驱动装置，其特征在于，所述内转轴为空心轴，其内设有空腔，所述空腔的顶部和底部均设有用于空气流通的开口；所述空腔内设有用于引流的叶片。

8.如权利要求7所述的电驱动装置，其特征在于，其进一步包括机壳，机壳包在外转子之外；所述机壳包括桶壁、固设于所述桶壁一端的端盖、固设于所述桶壁另一端的底座；所述底座上设有多个散热孔。

9.如权利要求1所述的电驱动装置，其特征在于，其进一步包括制动系统；所述制动系统设置于所述底座上，其包括制动电机、第一刹车装置、第二刹车装置；所述制动电机具有电机轴；

其中，所述第一刹车装置包括第一凸轮和第一刹车杆；所述第二刹车装置包括第二凸轮和第二刹车杆；所述第一凸轮和所述第二凸轮均套在所述电机轴上；所述第一凸轮驱动所述第一刹车杆；所述第二凸轮驱动所述第二刹车杆；

在所述第一凸轮的驱动下，所述第一刹车杆的末端对所述内转子制动；在所述第二凸轮的驱动下，所述第二刹车杆的末端对所述外转子制动。

10.如权利要求9所述的电驱动装置，其特征在于，所述制动电机正转和反转分别驱动所述第一凸轮和所述第二凸轮。

11.一种应用权利要求1-10之一所述电驱动装置的飞行器，其包括机架、旋翼，所述电驱动装置安装在所述机架上，所述旋翼安装在所述电驱动装置的电机输出轴上。

12.一种应用权利要求1-10之一所述电驱动装置的船，其包括安装座、旋翼，所述电驱动装置安装在所述安装座上，所述旋翼安装在所述电驱动装置的电机输出轴上。