CN118040928A - 一种无人机用双永磁体同步励磁电机 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种无人机用双永磁体同步励磁电机，涉及无人机电机的技术领域，其包括转子机构和定子机构，转子机构与定子机构同轴连接，无角动量矢量，转子机构包括：安装板，安装板横截面为圆形；输出轴，输出轴同轴固定安装在安装板上；第一转子轭，第一转子轭与安装板同轴固定连接，第一转子轭与输出轴位于安装板的同一面上；第二转子轭，第二转子轭与安装板同轴固定连接，第二转子轭与第一转子轭位于安装板的同一面上；设置在第一转子轭上的第一永磁体和设置在第二转子轭上的第二永磁体，均呈偏转3°‑15°夹角设置。本申请具有提高电机的能量利用率的效果。
Description
技术领域
本申请涉及无人机电机的技术领域，尤其是涉及一种无人机用双永磁体同步励磁电机。
背景技术
在当今的无人机技术中，电机作为核心动力组件，对无人机的性能有着决定性的影响。无人机电机主要负责提供推进力和操控能力，其设计和性能直接关系到无人机的飞行效率、负载能力、飞行时间以及稳定性等关键性能指标。
在众多电机设计中，单定子和单转子结构由于其简单高效的特点，在无人机应用中占据了主导地位。随着无人机技术的快速发展，对电机的性能要求也在不断提高。
然而单定子和单转子结构的电机有一半的磁通量没有得到充分利用，造成电机的效率和输出功率低下。
发明内容
为了提高电机的效率和输出功率，本申请提供一种无人机用双永磁体同步励磁电机。
本申请提供的一种无人机用双永磁体同步励磁电机，采用如下的技术方案：
一种无人机用双永磁体同步励磁电机，包括转子机构和定子机构，所述转子机构与所述定子机构同轴连接，无角动量矢量，所述转子机构包括：
安装板，所述安装板横截面为圆形；
输出轴，所述输出轴同轴固定安装在所述安装板上；
第一转子轭，所述第一转子轭与所述安装板同轴固定连接，所述第一转子轭与所述输出轴位于所述安装板的同一面上；
第二转子轭，所述第二转子轭与所述安装板同轴固定连接且所述第二转子轭设置在所述第一转子轭外侧，所述第二转子轭与所述第一转子轭位于所述安装板的同一面上；
多个第一永磁体，多个所述第一永磁体均布且固定安装在所述第一转子轭远离所述输出轴的一端上，所述第一永磁体沿所述第一转子轭径向旋转3°-15°设置；
多个第二永磁体，多个所述第二永磁体均布且固定安装在所述第二转子轭靠近所述输出轴的一端上，所述第二永磁体沿所述第二转子轭径向偏转3°-15°设置，且所述第一永磁体和所述第二永磁体的偏转角度相同、偏转方向相反；
所述定子机构包括：
固定板，所述固定板横截面为圆形；
定子铁芯轭，所述定子铁芯轭同轴固定安装在所述固定板上，所述定子铁芯轭位于所述第一转子轭与所述第二转子轭之间；
多个线圈绕组，多个所述线圈绕组均布且固定安装在所述定子铁芯轭远离所述固定板轴心的一端上，所述线圈绕组位于所述第一永磁体和所述第二永磁体之间；
安装座，所述安装座为圆柱状，所述安装座与所述固定板同轴固定连接，所述安装座与所述定子铁芯轭位于所述固定板的同一面上，所述安装座与所述输出轴转动连接。
通过采用上述技术方案，当线圈绕组通入交流电后，通过电磁感应产生旋转磁场，第一永磁体和第二永磁体在旋转磁场的作用力下开始围绕共轭中心转动，带动第一转子轭、第二转子轭以及安装板开始转动，进而驱动输出轴旋转。第一永磁体和第二永磁体按照一定夹角排列的双转子结构，不仅提高了能量利用率，同时增强了磁场的均匀性和稳定性，使得电机在运转时生成更强大、更稳定的驱动力，从而提高了电机的效率和输出功率。
可选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体均为菱形块状。
通过采用上述技术方案，第一永磁体和第二永磁体均为菱形的设计能够在电机的气隙中产生更加均匀和更强的磁场分布，更均匀的磁场分布和更强的磁场强度意味着电机在转换能量时的损耗更小，有助于提高电机的效率和输出功率。
可选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体在所述安装板的径向上交错设置。
通过采用上述技术方案，在径向上交错排布永磁体，能够增加电机的转矩密度，从而提高转矩；同时能够有效地减少由于磁场不均匀导致的扭矩波动，使电机运行更加平滑，降低振动和噪音。
可选的，所述第一永磁体位于相邻两个所述第二永磁体连线的对称轴上。
通过采用上述技术方案，不仅能够精确控制磁场的分布和方向，使得相邻的永磁体之间的磁场相互作用更为有效，这种增强的磁场相互作用能够提高电机的转矩输出和运行效率；同时还能够对电机内部的热分布产生积极影响，有助于更均匀地分布热量，从而改善电机的热管理，不仅可以提高电机的性能，还能延长其使用寿命。
可选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁极对数均为素数。
通过采用上述技术方案，能够减少由于磁极间相互作用引起的干扰，因为素数的磁极配置不容易与其他磁极产生周期性的干扰模式。这有助于实现更加平滑的磁场分布，从而提高电机的运行效率和稳定性。同时素数磁极对数的配置能够提高电机的故障容错能力。在某些磁极损坏或不工作的情况下，电机仍然能够维持较为稳定的运行性能，这是因为素数配置的磁极不易形成对称的干扰模式，有助于在损坏情况下保持一定的操作性能。
可选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体的等级牌号保持一致。
通过采用上述技术方案，使用相同等级牌号的永磁体，确保第一永磁体和第二永磁体产生的磁场强度一致，有助于形成稳定且均匀的磁场，有利于提高电机的运行效率和性能稳定性。与此同时，相同等级的永磁体具有相同的温度系数，意味着第一永磁体和第二永磁体在温度变化时磁性能的变化也相同，有助于优化电机的热管理策略，确保电机在不同的工作温度下都能维持稳定的性能。
可选的，所述安装板和所述固定板上均开设有减重槽。
通过采用上述技术方案，不仅减轻了电机的重量，提高了无人机的飞行时间，同时增加了电机的散热表面积，促进空气流通，更有效地散发运行中产生的热量，降低电机温度，提高电机的运行稳定性。
可选的，所述安装座上设置有冷却机构，所述冷却机构用于对所述安装座以及所述线圈绕组进行散热。
通过采用上述技术方案，能够加快热量的排出，避免电机内温度过高，对磁场的稳定性产生干扰，有利于提高电机运行的稳定性。
可选的，所述冷却机构包括：
进液口，所述进液口开设在所述安装座的侧壁上；
冷却通道，所述冷却通道开设在所述安装座内，所述冷却通道的一端与所述进液口连通；
出液口，所述出液口开设在所述安装座远离所述进液口的一端上，所述出液口与所述冷却通道远离所述进液口的一端连通。
通过采用上述技术方案，冷却液由进液口流入冷却通道，在冷却通道中流动的过程中与安装座进行热交换，加快了热量的排出，避免电机内温度过高，对磁场的稳定性产生干扰，有利于提高电机运行的稳定性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
通过采用两组永磁体：第一永磁体和第二永磁体，使得在单定子结构中，未被利用的由转子产生的另一侧磁通也得到了利用，提高了能量利用率，进而提高了电机的效率和输出功率。将第一永磁体和第二永磁体以一定的夹角，例如：12.5°均匀分布，能够增强磁场的均匀性和稳定性。这种布局有助于电机在运转时生成更强大、更稳定的驱动力，从而提高了电机的效率和输出功率，同时可以在一定程度上避免形成涓流；
第一永磁体和第二永磁体均为菱形的设计能够在电机的气隙中产生更加均匀和更强的磁场分布，更均匀的磁场分布和更强的磁场强度意味着电机在转换能量时的损耗更小，有助于提高电机的效率和输出功率；
将永磁体的磁极对数设置为素数，不仅能够减少由于磁极间相互作用引起的干扰，实现更加平滑的磁场分布，从而提高电机的运行效率和稳定性。同时能够提高电机的故障容错能力。在某些磁极损坏或不工作的情况下，电机仍然能够维持较为稳定的运行性能，这是因为素数配置的磁极不易形成对称的干扰模式，有助于在损坏情况下保持一定的操作性能。
附图说明
图1是本申请实施例的结构示意图；
图2是本申请实施例转子机构的结构示意图；
图3是本申请实施例定子机构的结构示意图；
图4是本申请实施例冷却机构的结构示意图。
附图标记说明：
1、转子机构；11、安装板；12、输出轴；13、第一转子轭；14、第二转子轭；15、第一永磁体；16、第二永磁体；
2、定子机构；21、固定板；22、定子铁芯轭；23、线圈绕组；24、安装座；
3、减重槽；
4、冷却机构；41、进液口；42、冷却通道；43、出液口。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种无人机用双永磁体同步励磁电机。
参照图1，无人机用双永磁体同步励磁电机包括转子机构1和定子机构2，转子机构1和定子机构2同轴连接，无角动量矢量。
参照图2，转子机构1包括安装板11，安装板11的横截面为圆形；安装板11上同轴穿设有输出轴12；安装板11上同轴固定连接有第一转子轭13；安装板11同轴固定连接有第二转子轭14，第二转子轭14设置在第一转子轭13外侧，第二转子轭14与第一转子轭13位于安装板11的同一面上；第一转子轭13远离输出轴12的一端上固定安装有多个第一永磁体15，多个第一永磁体15均布，第一永磁体15沿第一转子轭13径向偏转3°-15°设置，例如：3°、5°、6°、6.25°、6.5°、9°、12.5°、15°；第二转子轭14靠近输出轴12的一端上固定安装有多个第二永磁体16，多个第二永磁体16均布，第二永磁体16沿第二转子轭14径向偏转3°-15°设置，例如：3°、5°、6°、6.25°、6.5°、9°、12.5°、15°。在一个优选方案中，第一永磁体15和第二永磁体16的偏转角度相同、偏转方向相反。
参照图3，定子机构2包括固定板21，固定板21的横截面为圆形；固定板21上同轴固定安装有定子铁芯轭22，定子铁芯轭22位于第一转子轭13和第二转子轭14之间；定子铁芯轭22远离固定板21轴心的一端上固定安装且均布有多个线圈绕组23，多个线圈绕组23均位于第一永磁体15和第二永磁体16之间；固定板21上同轴固定安装有安装座24，安装座24为圆柱状，安装座24与定子铁芯轭22位于固定板21的同一面上，安装座24与输出轴12同轴转动连接。
在使用时，先将线圈绕组23通入交流电。当线圈绕组23通入交流电后，通过电磁感应产生旋转磁场，第一永磁体15和第二永磁体16在旋转磁场的作用力下开始围绕共轭中心转动，带动第一转子轭13、第二转子轭14以及安装板11开始转动，进而驱动输出轴12旋转。通过采用两组永磁体：第一永磁体15和第二永磁体16，使得在单定子结构中，未被利用的由转子产生的另一侧磁通也得到了利用，提高了能量利用率，进而提高了电机的效率和输出功率。将第一永磁体15和第二永磁体16以一定的夹角，例如：3°、5°、6°、6.25°、6.5°、9°、12.5°、15°均匀分布，能够增强磁场的均匀性和稳定性。这种布局有助于电机在运转时生成更强大、更稳定的驱动力，从而提高了电机的效率和输出功率。
参照图2，第一永磁体15和第二永磁体16均为菱形块状。
第一永磁体15和第二永磁体16均为菱形的设计能够在电机的气隙中产生更加均匀和更强的磁场分布，更均匀的磁场分布和更强的磁场强度意味着电机在转换能量时的损耗更小，有助于提高电机的效率和输出功率。
参照图2，第一永磁体15和第二永磁体16在所述安装板11的径向上交错设置。
在径向上交错排布永磁体，能够增加电机的转矩密度，从而提高转矩；同时能够有效地减少由于磁场不均匀导致的扭矩波动，使电机运行更加平滑，降低振动和噪音。
参照图2，第一永磁体15位于相邻两个第二永磁体16连线的对称轴上。
第一永磁体15位于相邻两个第二永磁体16连线的对称轴上的布局不仅能够精确控制磁场的分布和方向，使得相邻的永磁体之间的磁场相互作用更为有效，这种增强的磁场相互作用能够提高电机的转矩输出和运行效率；同时还能够对电机内部的热分布产生积极影响，有助于更均匀地分布热量，从而改善电机的热管理，不仅可以提高电机的性能，还能延长其使用寿命。
参照图2，所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁极对数均为素数。
素数的磁极配置能够减少由于磁极间相互作用引起的干扰，有助于实现更加平滑的磁场分布，从而提高电机的运行效率和稳定性。同时素数磁极对数的配置能够提高电机的故障容错能力。在某些磁极损坏或不工作的情况下，电机仍然能够维持较为稳定的运行性能，这是因为素数配置的磁极不易形成对称的干扰模式，有助于在损坏情况下保持一定的操作性能。
参照图2，第一永磁体15和第二永磁体16的等级牌号保持一致。
通过使用相同等级牌号的永磁体，确保第一永磁体15和第二永磁体16产生的磁场强度一致，有助于形成稳定且均匀的磁场，有利于提高电机的运行效率和性能稳定性。与此同时，相同等级的永磁体具有相同的温度系数，意味着第一永磁体15和第二永磁体16在温度变化时磁性能的变化也相同，有助于优化电机的热管理策略，确保电机在不同的工作温度下都能维持稳定的性能。
参照图2和图3，安装板11和固定板21上均开设有减重槽3。
减重槽3的开设不仅减轻了电机的重量，提高了无人机的飞行时间，同时增加了电机的散热表面积，促进空气流通，更有效地散发运行中产生的热量，降低电机温度，提高电机的运行稳定性。
参照图4，安装座24上设置有冷却机构4，冷却机构4用于对安装座24和线圈绕组23进行散热。
在使用时，安装座24与输出轴12之间相对转动产生热量，与此同时，线圈绕组23在通电后也会产生热量，冷却机构4能够加快热量的排出，避免电机内温度过高，对磁场的稳定性产生干扰，有利于提高电机运行的稳定性。
参照图4，冷却机构4包括进液口41，进液口41开设在安装座24的侧壁上；进液口41连通有冷却通道42，冷却通道42开设在安装座24内，冷却通道42呈螺旋状，冷却通道42远离进液口41的一端连通有出液口43，出液口43开设在安装座24远离进液口41的一端上。
在使用时，将进液口41与外部冷却系统的出口连通、出液口43与外部冷却系统的入口连通，冷却液由进液口41流入冷却通道42，在冷却通道42中流动的过程中与安装座24进行热交换，加快了热量的排出，避免电机内温度过高，对磁场的稳定性产生干扰，有利于提高电机运行的稳定性。
本申请实施例一种无人机用双永磁体同步励磁电机的实施原理为：在使用时，先将线圈绕组23通入交流电。当线圈绕组23通入交流电后，通过电磁感应产生旋转磁场，第一永磁体15和第二永磁体16在旋转磁场的作用力下开始围绕共轭中心转动，带动第一转子轭13、第二转子轭14以及安装板11开始转动，进而驱动输出轴12旋转。第一永磁体15和第二永磁体16按照一定夹角排列的双转子结构，不仅提高了能量利用率，同时增强了磁场的均匀性和稳定性，使得电机在运转时生成更强大、更稳定的驱动力，从而提高了电机的效率和输出功率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：包括转子机构(1)和定子机构(2)，所述转子机构(1)与所述定子机构(2)同轴连接，所述转子机构(1)包括：
安装板(11)，所述安装板(11)横截面为圆形；
输出轴(12)，所述输出轴(12)同轴固定安装在所述安装板(11)上；
第一转子轭(13)，所述第一转子轭(13)与所述安装板(11)同轴固定连接，所述第一转子轭(13)与所述输出轴(12)位于所述安装板(11)的同一面上；
第二转子轭(14)，所述第二转子轭(14)与所述安装板(11)同轴固定连接且所述第二转子轭(14)设置在所述第一转子轭(13)外侧，所述第二转子轭(14)与所述第一转子轭(13)位于所述安装板(11)的同一面上；
多个第一永磁体(15)，多个所述第一永磁体(15)均布且固定安装在所述第一转子轭(13)远离所述输出轴(12)的一端上，所述第一永磁体(15)沿所述第一转子轭(13)径向偏转3°-15°设置；
多个第二永磁体(16)，多个所述第二永磁体(16)均布且固定安装在所述第二转子轭(14)靠近所述输出轴(12)的一端上，所述第二永磁体(16)沿所述第二转子轭(14)径向偏转3°-15°设置，且所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)的偏转角度相同、偏转方向相反；
所述定子机构(2)包括：
固定板(21)，所述固定板(21)横截面为圆形；
定子铁芯轭(22)，所述定子铁芯轭(22)同轴固定安装在所述固定板(21)上，所述定子铁芯轭(22)位于所述第一转子轭(13)与所述第二转子轭(14)之间；
多个线圈绕组(23)，多个所述线圈绕组(23)均布且固定安装在所述定子铁芯轭(22)远离所述固定板(21)轴心的一端上，所述线圈绕组(23)位于所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)之间；
安装座(24)，所述安装座(24)为圆柱状，所述安装座(24)与所述固定板(21)同轴固定连接，所述安装座(24)与所述定子铁芯轭(22)位于所述固定板(21)的同一面上，所述安装座(24)与所述输出轴(12)同轴转动连接。
2.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)均为菱形块状。
3.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)在所述安装板(11)的径向上交错设置。
4.根据权利要求3所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述第一永磁体(15)位于相邻两个所述第二永磁体(16)连线的对称轴上。
5.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)的磁极对数均为素数。
6.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述第一永磁体(15)和所述第二永磁体(16)的等级牌号保持一致。
7.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述安装板(11)和所述固定板(21)上均开设有减重槽(3)。
8.根据权利要求1所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于：所述安装座(24)上设置有冷却机构(4)，所述冷却机构(4)用于对所述安装座(24)以及所述线圈绕组(23)进行散热。
9.根据权利要求8所述的无人机用双永磁体同步励磁电机，其特征在于，所述冷却机构(4)包括：
进液口(41)，所述进液口(41)开设在所述安装座(24)的侧壁上；
冷却通道(42)，所述冷却通道(42)开设在所述安装座(24)内，所述冷却通道(42)的一端与所述进液口(41)连通；
出液口(43)，所述出液口(43)开设在所述安装座(24)远离所述进液口(41)的一端上，所述出液口(43)与所述冷却通道(42)远离所述进液口(41)的一端连通。
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