CN109038937B - 一种电机、动力系统、无人机和配平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机、动力系统、无人机和配平方法。该电机包括定子和转子，转子外侧设置有转子外壳，转子外壳上设置有配重结构，配重结构包括：沿转子外壳周向分布的多个配重孔，以及可拆卸安装在配重孔中的多个配重件。本申请电机的转子外壳上设置配重结构，配重结构包括轴向分布的配重孔以及可拆卸安装在配重孔中的配重件，从而在电机与桨叶组成动力系统后，通过在配重孔中安装配重件，就可以调整动力系统的平衡，提高无人机飞行器的飞行性能，操作简单易实现，可靠性高，配平快速、高效。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种电机、动力系统、无人机和配平方法。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机被越来越广泛地接收和使用，用于航拍、侦测、娱乐和教育等各个领域中。在无人机设计中，动力系统尤为关键。无人机的动力系统，指由电机、桨叶及桨叶固定件组装而成的推进系统。动力系统的动平衡量直接关系到无人机的振动量，进而影响无人机的飞行性能，当动力系统动平衡性过差时，甚至会造成飞行控制系统无法正常控制无人机的现象，因而，在研发、制造时受到重点关注。尽管目前中小型无人机对电机和桨叶分别做动平衡(配平)，但因加工、安装精度问题，将电机和桨叶组装为动力系统后，动力系统不平衡量仍可能极大，大于电机或桨叶两者不平衡量的最大值，因此即使两者的不平衡量值分别非常低，但动力系统的振动量可能仍然很大，影响无人机飞行器的飞行性能。
发明内容
鉴于现有技术无人机动力系统动平衡量较大，容易影响无人机飞行器飞行性能的问题，提出了本发明的一种电机、动力系统、无人机和配平方法，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种电机，包括定子和转子，转子外侧设置有转子外壳，转子外壳上设置有配重结构，配重结构包括：沿转子外壳周向分布的多个配重孔，以及可拆卸安装在配重孔中的多个配重件。
可选地，配重孔为螺纹孔，配重件为螺丝；或者，配重孔为光孔，配重件为与光孔紧配合的配重块。
可选地，螺丝为无头螺丝，无头螺丝可通过螺纹孔旋入转子外壳表面以下。
可选地，配重孔为盲孔。
可选地，配重孔单独设置在转子外壳的侧面上；或者，单独设置在转子外壳的端面上；或者，同时设置在转子外壳的端面和侧面上。
可选地，转子外壳上周向设置有一圈或多圈的配重孔。
可选地，配重件分为多种不同重量。
依据本发明的另一个方面，提供了一种动力系统，包括：桨叶、桨叶固定件和根据上任一项的电机，桨叶经桨叶固定件连接在电机上。
依据本发明的又一个方面，提供了一种无人机，该无人机包括有根据上述的动力系统。
依据本发明的再一个方面，提供了一种动力系统的配平方法，该动力系统包括桨叶和根据上述任一项的电机，该配平方法包括：
将桨叶和电机组装到一起形成动力系统；
检测组装后动力系统的不平衡量及其角度，根据检测结果，将电机的配重件安装到相应角度的配重孔中。
综上所述，本发明的有益效果是：
在电机的转子外壳上设置配重结构，配重结构包括轴向分布的配重孔以及可拆卸安装在配重孔中的配重件，从而在电机与桨叶组成动力系统后，通过在配重孔中安装配重件，就可以调整动力系统的平衡，提高无人机飞行器的飞行性能，操作简单易实现，可靠性高，配平快速、高效。
附图说明
图1为本发明电机一个实施例的组成结构示意图；
图2为本发明电机一个实施例的转子外壳的配重孔分布示意图；
图3为本发明电机一个实施例的转子外壳的另一种配重孔分布示意图；
图4为本发明动力系统一个实施例的爆炸图；
图5为图4所示动力系统的组装状态示意图；
图中：10、转子外壳；101、转子端盖；1011、螺纹孔；102、磁钢套；1021、螺孔；20、无头螺丝；30、桨叶固定件；40、桨叶。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：在电机的转子外壳上设置配重结构，配重结构包括轴向分布的配重孔以及可拆卸安装在配重孔中的配重件，从而在电机与桨叶组成动力系统后，通过在配重孔中安装配重件，就可以调整动力系统的平衡，提高无人机飞行器的飞行性能，操作简单易实现，可靠性高，配平快速、高效。
图1为本发明电机一个实施例的组成结构示意图，如图1所示，一种电机，包括定子和转子，转子外侧设置有转子外壳10，转子外壳10上设置有配重结构，配重结构包括：沿转子外壳10周向分布的多个配重孔，以及可拆卸安装在配重孔中的多个配重件。
在配重方法中，实现动平衡的两种基本方式分为加重和去重。已组装的动力系统，可用于配平的位置包括电机和桨叶。在电机上配平，用去重法易降低结构强度并影响外观；用普通的粘接加重法在影响外观的同时不够牢固。因此，现有技术的动力系统级配平多在桨叶上实现。
但是，由于桨叶的数量有限，并非360度全角度地覆盖旋转范围，当系统的不平衡量落在非桨叶所在的角度范围时，桨叶配平的方式无论用加重法或去重法均较难实现，尤其对于仅具有两叶桨叶的系统来说，即使最终能通过桨叶配平，配平的效率也非常低。并且，加重法会影响桨叶外观且配重物不易固定；减重法加工难度较大，且同样存在影响桨叶强度的风险。另外，无论桨叶加重或减重均会改变桨叶的形状，影响飞行性能。
据此，本申请将配重结构设置在电机的转子外壳10上，配重结构包括轴向分布的配重孔以及可拆卸安装在配重孔中的配重件，从而在电机与桨叶组成动力系统后，通过在配重孔中安装配重件，就可以调整动力系统的平衡，提高无人机飞行器的飞行性能，操作简单易实现，可靠性高。而且，在电机的转子外壳10上轴向设置配重孔，相比桨叶配平来说，可以满足360度范围内各个角度的配平，从而配平快速、高效。
在本申请的一些实施例中，转子外壳10包括：转子端盖101和磁钢套102，如图2、3所示。配重孔可以设置在转子端盖101和/或磁钢套102上。
图2为本发明电机一个实施例的转子外壳10的配重孔分布示意图，参考图2所示，配重孔为螺纹孔1011，配重件为螺丝。
优选地，本实施例中，作为配重件的螺丝为无头螺丝20，无头螺丝20可通过螺纹孔1011旋入转子外壳10的表面以下。无头螺丝20是普通内六角螺丝的一种变形产品，用于紧固不便于沉头的连接孔位，起到锁紧、定位、限位等作用。由于该配重结构能够全部没入电机的转子外壳10内部，从而不影响电机的外观，并且，通过螺纹连接的固定方式操作简单，安装牢固可靠，相比于现有技术中简单地粘贴配重材料的固定方式，不位移不脱落，配重效果更加准确稳定可靠。
在本申请的另一些实施例中，配重孔也可为光孔，配重件为与光孔紧配合的配重块。例如，配合光孔形式的配重孔，使用弹性材料的配重块，弹性配重块与光孔之间过盈配合，利用弹性作用实现配重块在配重孔中的固定安装；或者，在金属材质的转子外壳10上，配合光孔使用金属材质的配重块，金属配重块与光孔之间过盈配合，通过热胀冷缩的方式将配重块安装固定到光孔中。
在本申请的一些实施例中，配重孔单独设置在转子外壳10的侧面上；或者，单独设置在转子外壳10的端面上；或者，同时设置在转子外壳10的端面和侧面上。
将配重孔单独设置在转子外壳10垂直于电机轴向的端面上(如图2所示)，或者单独设置在转子外壳10平行于电机轴向的侧面上，可以分别实现一种方向上的配平。
尤其优选地，在转子外壳10的端面和侧面上同时设置配重孔(如图3所示)，可以构成两个方向上的配重孔，可实现电机的双面动平衡配平，实现电机的轴向和径向立体角度的精确配平，配平效果更佳。
在本申请的一些实施例中，配重孔为盲孔。将配重孔设置为盲孔，可以尽可能保护转子外壳10的强度，同时保持电机的密封特性，满足电机腔内清洁以及防水等需求。
在本申请的一些实施例中，转子外壳10上周向设置有一圈或多圈的配重孔，例如，可以在转子外壳10的上端面和下端面各设置一圈配重孔，或者，也可以在转子外壳10的侧面靠近上端和靠近下端的边缘分别设置一圈配重孔，实现多层配重。
在本申请的一些实施例中，配重件分为多种不同重量，从而，可以在同一个配重孔出选择安装不同重量的配重件，提高配平精度。
当然，本申请利用配重孔和配重件配平的方式，在满足于电机和桨叶组成的动力系统级配平之前，也可以独立应用于电机级的配平，电机级的配平方法同系统级的配平方法。
结合图2和图3所示的转子外壳的配重孔分布示意图，说明本申请电机的配平方式：
如图2所示，电机的改进之处在转子外壳10，转子外壳10特别的地方为转子端盖101，转子端盖101上端面的边缘设计有若干螺纹孔1011，用于装配无头螺丝20。图中所示螺纹孔1011仅代表一种形式的配重孔，本领域技术人员可理解地，配重孔可设计为矩形或其他合适形状的光孔等，相应的，无头螺丝20可用其他合适的配重块替代，在此不再赘述。此外，螺纹孔1011的位置还可以位于转子端盖101的侧面或磁钢套102的侧面。在本图2中，当螺纹孔1011处于转子端盖101的上端面时，可选择地，螺纹孔1011离中心轴距离越远，对配平越有利。
无头螺丝20具有不同的长度，在配平前已知各个规格无头螺丝20的重量，动力系统组装后，通过动平衡机检测仪检测系统不平衡量及其角度。根据检测结果，将相应重量的无头螺丝20拧紧在相应角度的螺纹孔1011中，即可实现配平。相比较现有配平方法中的加重方案(通过称重来确定配重块的重量)或减重方案(通过计算，反复测试来确定去重量),配平步骤较为繁琐，本发明的配平方法可大大减少配平次数，具有极大的便利性。
图3为转子外壳的另一种配重孔分布示意图，继续参考图3所示，先比图2所示实施方式来说，图3所示实施例中，在电机磁钢套102的侧面靠近下端还设置有螺纹孔1021，螺纹孔1021同样可配合无头螺丝20使用。螺纹孔1021与螺纹孔1011共同构成转子外壳10的配重孔，可实现电机的双面动平衡配平，可以独立应用于电机的配平，以及动力系统的配平。本实施例的电机，可在电机组装过程中或组装完成后进行配平，同样地，可大幅提升配平效果、可靠性及生产效率。
优选地，对动力系统的配平在电机和桨叶单独动平衡配平并组装后进行，通过本申请的电机配平方式，一般一次即可实现系统动平衡，大幅提升了系统级动平衡精度及配平效率。
本申请在动力系统拆解重组后，或动力系统被使用一段时间致使动平衡量变化，而需要重新调整时，仍可容易地重新配平。
本申请还公开了一种动力系统，图4为本申请动力系统一个实施例的爆炸图，图5为图4所示动力系统的组装状态示意图。
如图4-5所示，该动力系统包括：桨叶40、桨叶固定件30和根据上述任一项的电机，桨叶40经桨叶固定件30连接在电机上。图4-5中，电机包括转子外壳10和无头螺丝20。
本申请还公开了一种无人机，该无人机包括有根据上述的动力系统。
本申请还公开了一种动力系统的配平方法，该动力系统包括桨叶和根据上述任一项的电机，该配平方法包括：
将桨叶和电机组装到一起形成动力系统；
检测组装后动力系统的不平衡量及其角度，根据检测结果，将电机的配重件安装到相应角度的配重孔中。
通过在电机上预设周向分布的配重孔，根据组装后动力系统的不平衡量及其角度检测结果，在相应角度处安装配重件，相比于在桨叶叶片上配重，克服了桨叶叶片配平角度有限的缺陷，可以实现360度角度范围的配平，使得配平方法更加广适、有效，在配重孔中安装配重件，相比磨削、粘贴配重泥的方式更加便于操作和准确，不影响强度。
此外，在本申请的优选实施例中，配重件设置有不同的重量，可以根据不平衡量及其角度的检测结果，将相应重量的配重件安装在相应角度的配重孔中，配重更加灵活。特别地，本方法在组装桨叶和电机之前，还分别对桨叶和电机进行单独的配平，由于动力系统的配平在电机和桨叶分别单独配平并组装后进行，因而一般一次即可实现动力系统的动平衡，大幅提升了系统级动平衡精度及配平效率。
在本申请的优选实施例中，配重件安装在电机的转子外壳表面以下，例如像上文所述地使用螺纹孔和无头螺丝，从而可以保持电机的外观不受显著影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电机，包括定子和转子，所述转子外侧设置有转子外壳，其特征在于，所述转子外壳上设置有配重结构，所述配重结构包括：沿所述转子外壳周向分布的多个配重孔，以及可拆卸安装在所述配重孔中的多个配重件；所述配重孔单独设置在所述转子外壳的侧面上；或者，单独设置在所述转子外壳的端面上；或者，同时设置在所述转子外壳的端面和侧面上。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述配重孔为螺纹孔，所述配重件为螺丝；或者，所述配重孔为光孔，所述配重件为与所述光孔紧配合的配重块。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述螺丝为无头螺丝，所述无头螺丝可通过所述螺纹孔旋入所述转子外壳表面以下。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述配重孔为盲孔。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子外壳上周向设置有一圈或多圈的所述配重孔。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述配重件分为多种不同重量。
7.一种动力系统，其特征在于，包括：桨叶、桨叶固定件和根据权利要求1-6任一项所述的电机，所述桨叶经所述桨叶固定件连接在所述电机上。
8.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括有根据权利要求7所述的动力系统。
9.一种动力系统的配平方法，所述动力系统包括桨叶和根据权利要求1-6任一项所述的电机，其特征在于，该配平方法包括：
将所述桨叶和所述电机组装到一起形成动力系统；
检测组装后动力系统的不平衡量及其角度，根据检测结果，将所述电机的配重件安装到所述转子外壳的侧面和/或端面相应角度的配重孔中。
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