CN113285567A - 一种无人机用的共轴双电机动力系统组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，包括旋翼机臂和外转子电机，旋翼机臂固定安装在无人机机身上；外转子电机设置有两个，还包括电调盒壳体和电调组件；电调盒壳体固定安装在旋翼机臂远离无人机机身的一端，电调盒壳体的上下两端均安装有外转子电机，两个外转子电机共轴；电调盒壳体内安装有电调组件，电调组件分别与两个外转子电机电连接，通过上述方式使得所有部件整合到一起，占用空间少，连接强度高；增强了电路板的散热性能，从而极大地降低了电路板的故障率，延长其使用寿命；对各引出线的保护性能强，电机三相线及直流母线直接焊接在电路板上，增加线路连接的可靠性。

Description

一种无人机用的共轴双电机动力系统组件

技术领域

本发明属于无人机领域，涉及共轴双电机动力系统技术，具体是一种无人机用的共轴双电机动力系统组件。

背景技术

目前无人机上的电机、电调及二者的安装座均为不同的部件，不仅占用空间较大，且由于电机及电调的引出线及接头裸露在外，很容易因外部原因受到损坏；在有限的空间内，一个旋翼机臂上安装单个电机有时不能满足无人机所需升力的要求。

除此之外，无人机在飞行时，电调内的功率元器件会产生较高的温度，高温会损害电调的使用寿命，降低其可靠性，严重时会致使其直接损坏，从而导致飞机坠毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，用于解决共轴双电机动力系统组件内电机、电调及二者的安装座均为不同的部件，占用空间大且容易受到损坏的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，包括旋翼机臂和外转子电机，所述旋翼机臂固定安装在无人机机身上；所述外转子电机设置有两个，还包括电调盒壳体和用于控制外转子电机的电调组件；

所述电调盒壳体固定安装在旋翼机臂远离无人机机身的一端，电调盒壳体的两端均安装有外转子电机，两个外转子电机共轴；

电调盒壳体内安装有电调组件，电调组件分别与两个外转子电机电连接。

进一步的，所述电调组件包括电路板；

所述电路板包括主控芯片、功率模块以及采样电路；

功率模块包括两个，每个功率模块的输入端分别与主控芯片电连接，每个功率模块的输出端一一对应电连接一个外转子电机；

主控芯片通过采样电路与外转子电机电连接。

进一步的，所述电路板还包括电源管理模块和通信模块；

电源管理模块的输入端与主控芯片的输出端电连接，所述电源管理模块的输出端与通信模块的输入端电连接，所述通信模块的输出端与主控芯片的输入端电连接。

进一步的，所述电调组件还包括散热片，电路板至少一侧设置有散热片。

进一步的，所述散热片与电路板的接触面涂抹有导热硅脂。

进一步的，所述电调盒壳体的下端固定安装有电调盒底盖，外转子电机固定安装在电调盒底盖上。

进一步的，所述电调盒壳体或/和电调盒底盖的内部开设有隔离铜柱安装孔，隔离铜柱安装孔内安装有隔离铜柱，隔离铜柱远离隔离铜柱安装孔的一端固定安装有散热片。

进一步的，所述电调盒及所述电调盒底盖的材料为航空铝合金。

进一步的，所述电调盒壳体的侧面开设有进风口。

进一步的，所述进风口的上方设有屋檐式结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，通过将所有部件整合到一起，占用空间少，连接强度高；通过侧面开设的进风口，增强了电路板的散热性能，从而极大地降低了电路板的故障率，延长其使用寿命；对各引出线的保护性能强，外转子电机三相线及直流母线直接焊接在电路板上，增加线路连接的可靠性；电路板上集成了两组驱动单元，采用一个电调控制两个外转子电机，降低了使用成本，提高了部分单元的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的无人机动力系统组件的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明电调散热结构图；

图4是本发明的无人机动力系统组件结构拆解示意图。

图5是本发明电调内部功能图。

图中：1、旋翼机臂；2、隔离铜柱；3、外转子电机；4、电调盒底盖；5、圆柱头内六角螺丝；6、散热片；7、电路板；8、电调盒壳体。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，在下述附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

传统的，无人机上的电机、电调及二者的安装座均为不同的部件，不仅占用空间较大，且由于电机及电调的引出线及接头裸露在外，很容易因外部原因受到损坏；在有限的空间内，一个旋翼机臂1上安装单个电机有时不能满足无人机所需升力的要求。

针对上述技术问题，本申请提出一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，包括旋翼机臂1和外转子电机3，旋翼机臂1固定安装在无人机机身上；其中，外转子电机3设置有两个，除上述外，还包括电调盒壳体8和电调组件；

电调盒壳体8固定安装在旋翼机臂1远离无人机机身的一端，电调盒壳体8的上下两端均安装有外转子电机3，两个外转子电机3共轴；

电调盒壳体8内安装有电调组件，电调组件分别与两个外转子电机3电连接。

基于上述描述，本发明实施例提出一种如图1-5所示的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其中，电调盒壳体8和电调盒底盖4采用螺丝固定，散热片6、电路板7和散热片6固定在电调盒壳体8内部，电路板7的作用主要是向两个外转子电机3输出驱动电流，控制两个外转子电机3的启停及旋转速度。

将两个外转子电机3与电调组件整合为一体，电调盒壳体8作为两个外转子电机3安装底座，在电调盒壳体8上下各布置一个外转子电机3，结构紧凑，空间占用小且可靠性较高。两个外转子电机3运转时产生的离心风力直接从电路板7的上下表面吹过，可以对电路板7进行有效地降温。

在具体的实施例中，电调盒壳体8和电调盒底盖4由高强度航空铝合金机械加工成型，然后进行阳极氧化着黑色处理，不仅结构强度高，还具备较好的美观性和散热性。

电调盒壳体8上方设有电机安装结构及隔离铜柱安装孔位；内部设置了电路板7安装结构；侧面对称设有两组单排高度为1mm的进风口，在保留进风量的同时也可以达到阻挡异物进入电调盒壳体8内部的效果；侧面还设置了机臂安装结构，其中间设有出线孔；进风口的上方设有屋檐式结构，可在雨天及各种极端环境中阻挡液体进入电调盒壳体8的内部。

电调盒底盖4设有与电调盒壳体8的安装孔，其底部亦设有电机安装结构和隔离铜柱安装孔位。

电调盒壳体8和电调盒底盖4采用圆柱头内六角螺丝5固定。

在具体的实施例中，散热片6由紫铜材质机械加工成型，在较小的体积内分布的足够的散热面积，充足的散热面积及优良的导热性能保证了散热片6的散热效果。

在具体的实施例中，外转子电机3通过圆柱头内六角螺栓固定到电调盒壳体8的电机安装结构上，外转子电机3通过圆柱头内六角螺丝5固定到电调盒底盖4的电机安装结构上，安装时保证两个外转子电机3的中心轴线重合；一个外转子电机3与电调盒壳体8之间完全贴合，另一个外转子电机3和电调盒底盖4之间完全贴合，可有效阻止异物进入外转子电机3及电调盒壳体8的内部；

电路板7通过改变两个外转子电机3输出的驱动电流从而控制两个外转子电机3的启停及旋转速度。从图5中可以看出，电路板7采用1个STM32F302芯片控制两组功率模块，每组功率模块各配备1组采样电路，两组功率模块共用电源、通信等模块，不仅节约了成本，还增大了空间利用率；

在具体实施时，功率模块包括驱动电路以及逆变电路。

在安装前电路板7需进行浸三防漆处理，可以增强电路板7的防潮、防烟雾、防霉等性能，电路板7固定通过内六角螺栓固定到电调盒壳体8上的安装孔。

从图可以看出，电路板7的上方与散热片6紧密连接且其连接处涂抹适量导热硅脂，外转子电机3运转时，其转子内部设置的离心风扇会产生一股离心风力，而本发明中的离心风的进风口设与电调盒壳体8的侧面，离心风从进风口进入，经由电路板7及散热片6表面吹过，可以在电路板7工作时实时带走其产生的热量；电路板7的下方与散热片6紧密连接且其连接处涂抹适量导热硅脂，外转子电机3运转时产生的离心风力也会带走电路板7和散热片6表面的热量。这种散热结构可以保证电路板7始终处于一个安全、可靠的工作环境中，强大的散热能力降低了电路板7工作时的表面温度，变相地提升了其最大连续运行功率，增强了整个系统的可靠性。

在具体的实施例中，外转子电机3的三相引出线及直流供电母线均采用焊锡丝焊接的方式直接焊接到电路板7上，且所有的线路均设置于电调盒壳体8的内部，该处理方式不仅解决了线路裸露在外易被外物损坏的风险，而且极大降低了接插件松动、脱落产生接触不良甚至断路的可能。不仅增加了线路连接的稳定性、可靠性，而且节约了成本。

在具体的实施例中，无人机动力系统组件通过机臂安装于无人机系统中，机臂置于电调盒壳体8侧边设有的机臂连接结构中，然后使用螺栓进行紧固，防止其脱落，同时机臂内部进行直流母线的布置。机臂连接机构所适用的机臂的规格取决于两个外转子电机3的最大总升力，保证两个外转子电机3处于最大功率运转时，机臂必须拥有承受该升力的能力。

本发明将两个外转子电机和电调整合为一体，空间利用率较高，连接强度较为可靠，成本较低；本发明采用一个集成了双功率模块的电路板7控制两个外转子电机3的方式，大大节约了电调的制造成本，缩小了电调的体积，两个外转子电机3共同运转大大提高了单个机臂的提升拉力，从而在保持额定功率的前提下缩小了无人机的体积；本发明的电调散热结构能够大幅度降低电路板7及其表面元器件的温度，从而保证电路板7可以长时间持续稳定工作，提高了电路板7的工作效率及连续工作功率；本动力系统的所有线路均设于电调盒壳体8及机臂内部，可有效防止外物对线路的破坏，线路采用直接焊接到电路板7的方式，不仅可以增强其可靠性，还能达到节约成本，增强美观性的效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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发明中的具体含义；以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，包括旋翼机臂(1)和外转子电机(3)，所述旋翼机臂(1)固定安装在无人机机身上；所述外转子电机(3)设置有两个，其特征在于，还包括电调盒壳体(8)和用于控制外转子电机(3)的电调组件；

所述电调盒壳体(8)固定安装在旋翼机臂(1)远离无人机机身的一端，电调盒壳体(8)的两端均安装有外转子电机(3)，两个外转子电机(3)共轴；

电调盒壳体(8)内安装有电调组件，电调组件分别与两个外转子电机(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调组件包括电路板(7)；

所述电路板(7)包括主控芯片、功率模块以及采样电路；

功率模块包括两个，每个功率模块的输入端分别与主控芯片电连接，每个功率模块的输出端一一对应电连接一个外转子电机(3)；

主控芯片通过采样电路与外转子电机(3)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电路板(7)还包括电源管理模块和通信模块；

电源管理模块的输入端与主控芯片的输出端电连接，所述电源管理模块的输出端与通信模块的输入端电连接，所述通信模块的输出端与主控芯片的输入端电连接。

4.根据权利要求2所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调组件还包括散热片(6)，电路板(7)至少一侧设置有散热片(6)。

5.根据权利要求4所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述散热片(6)与电路板(7)的接触面涂抹有导热硅脂。

6.根据权利要求4所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调盒壳体(8)的下端固定安装有电调盒底盖(4)，外转子电机(3)固定安装在电调盒底盖(4)上。

7.根据权利要求6所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调盒壳体(8)或/和电调盒底盖(4)的内部开设有隔离铜柱安装孔，隔离铜柱安装孔内安装有隔离铜柱(2)，隔离铜柱(2)远离隔离铜柱安装孔的一端固定安装有散热片(6)。

8.根据权利要求6所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调盒及所述电调盒底盖(4)的材料为航空铝合金。

9.根据权利要求1所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述电调盒壳体(8)的侧面开设有进风口。

10.根据权利要求9所述的一种无人机用的共轴双电机动力系统组件，其特征在于，所述进风口的上方设有屋檐式结构。

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