CN211377706U - 差分式共轴双外转子无刷电机及多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种差分式共轴双外转子无刷电机及多旋翼飞行器，该差分式共轴双外转子无刷电机包括主轴、盘状定子、多个柱形线圈、第一外转子以及第二外转子，盘状定子固定设置在主轴上；多个柱形线圈设置在盘状定子，第一外转子可转动地设置在主轴的第一端，第一外转子上设置有第一永磁体组，第二外转子可转动地设置在主轴的第二端，第二外转子上设置有第二永磁体组，各个柱形线圈通电时驱动第一外转子绕第一旋转方向转动，同时驱动第二外转子绕第二旋转方向转动。本实用新型线圈两端都会产生驱动作用，从而抵消了反转扭矩，进而大大提高了能量效率。解决了现有技术中的盘式外转子无刷电机反转扭矩较大、输出功率较低的问题。

Description

差分式共轴双外转子无刷电机及多旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及多旋翼飞行器领域，具体而言，涉及一种差分式共轴双外转子无刷电机及多旋翼飞行器。

背景技术

盘式外转子无刷电机凭借其良好的外形结构及较高的能量效率，被广泛运用于多旋翼飞行设备。但盘式外转子无刷电机受制于其本身的工作原理及结构特点，存在反转扭矩较大、输出功率较低的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种差分式共轴双外转子无刷电机及多旋翼飞行器，以解决现有技术中的盘式外转子无刷电机反转扭矩较大、能量效率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种差分式共轴双外转子无刷电机，包括：主轴；盘状定子，固定设置在主轴的中部并与主轴相互垂直；柱形线圈，柱形线圈为多个，多个柱形线圈沿盘状定子的周向间隔设置在盘状定子上，每个柱形线圈的中心线均与主轴的轴心线平行；第一外转子，可转动地设置在主轴的第一端，第一外转子朝向盘状定子的侧壁上设置有第一永磁体组，第一永磁体组包括多个极性相反的第一永磁体和第二永磁体，多个第一永磁体和多个第二永磁体沿第一外转子的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈的第一端相对；第二外转子，可转动地设置在主轴的第二端，第二外转子朝向盘状定子的侧壁上设置有第二永磁体组，第二永磁体组包括多个极性相反的第三永磁体和第四永磁体，多个第三永磁体和多个第四永磁体沿第二外转子的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈的第二端相对；其中，第一永磁体和第三永磁体朝向柱形线圈的一极为S极，第二永磁体和第四永磁体朝向柱形线圈的一极为N极磁体；各个柱形线圈通电时产生交变磁场以通过第一永磁体组驱动第一外转子绕第一旋转方向转动，以及通过第二永磁体组驱动第二外转子绕第二旋转方向转动；第一旋转方向和第二旋转方向为相反的旋转方向。

进一步地，盘状定子上开设有沿其厚度方向延伸的线圈安装孔，线圈安装孔为多个，多个线圈安装孔沿盘状定子的周向间隔开设；其中，多个柱形线圈一一对应地安装在多个线圈安装孔内。

进一步地，差分式共轴双外转子无刷电机还包括：第一轴承组，第一外转子通过第一轴承组可转动地安装在主轴的第一端。

进一步地，差分式共轴双外转子无刷电机还包括：第二轴承组，第二外转子通过第二轴承组可转动地安装在主轴的第二端。

进一步地，第一外转子和第二外转子均包括：盘体部，可转动地设置在主轴上；环体部，设置在盘体部朝向盘状定子的一侧；其中，第一永磁体组或第二永磁体组设置在盘体部朝向盘状定子的侧壁上；盘体部和环体部围合成环形容纳空间，各个柱形线圈的第一端或各个柱形线圈第二端延伸至环形容纳空间内以使多个第一永磁体和多个第二永磁体与多个柱形线圈的第一端相对或者多个第三永磁体和多个第四永磁体与多个柱形线圈的第二端相对。

进一步地，盘体部上开设有第一散热孔，第一散热孔为多个，多个第一散热孔沿盘体部的周向间隔开设。

进一步地，环体部上开设有第二散热孔，第二散热孔为多个，多个第二散热孔沿环体部的周向间隔开设。

进一步地，盘状定子上设置有安装吊耳，安装吊耳为两个，两个安装吊耳沿盘状定子的径向设置在盘状定子的两端。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种多旋翼飞行器，包括：飞行器主体；电机安装臂，电机安装臂为多个，多个电机安装臂绕飞行器主体的周向间隔设置；电机，电机为上述内容的差分式共轴双外转子无刷电机，电机为多个，每个电机上均设置有安装吊耳，多个电机通过安装吊耳一一对应地固定安装在多个电机安装臂的端部；其中，每个电机的第一外转子和第二外转子上均安装有旋翼。

进一步地，第一外转子上的旋翼和第二外转子上的旋翼的偏转方向相反。

应用本实用新型技术方案的差分式共轴双外转子无刷电机，包括主轴、盘状定子、柱形线圈、第一外转子以及第二外转子，盘状定子固定设置在主轴的中部并与主轴相互垂直；柱形线圈为多个，多个柱形线圈沿盘状定子的周向间隔设置在盘状定子上，每个柱形线圈的中心线均与主轴的轴心线平行；第一外转子可转动地设置在主轴的第一端，第一外转子朝向盘状定子的侧壁上设置有第一永磁体组，第一永磁体组包括多个极性相反的第一永磁体和第二永磁体，多个第一永磁体和多个第二永磁体沿第一外转子的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈的第一端相对；第二外转子可转动地设置在主轴的第二端，第二外转子朝向盘状定子的侧壁上设置有第二永磁体组，第二永磁体组包括多个极性相反的第三永磁体和第四永磁体，多个第三永磁体和多个第四永磁体沿第二外转子的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈的第二端相对；第一永磁体和第三永磁体朝向柱形线圈的一极为S极，第二永磁体和第四永磁体朝向柱形线圈的一极为N极磁体，各个柱形线圈通电时产生交变磁场以通过第一永磁体组驱动第一外转子绕第一旋转方向转动，以及通过第二永磁体组驱动第二外转子绕第二旋转方向转动；第一旋转方向和第二旋转方向为相反的旋转方向。本实用新型线圈两端都会产生驱动作用，从而抵消了反转扭矩，进而大大提高了能量效率。解决了现有技术中的盘式外转子无刷电机反转扭矩较大、输出功率较低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的立体结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的剖面结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的柱形线圈在盘状定子上的安装结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的柱形线圈和永磁体的布置结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的盘状定子的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的第一外转子和第二外转子的剖面结构示意图；

图7是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的第一外转子和第二外转子的立体结构示意图；

图8是根据本实用新型实施例可选的一种差分式共轴双外转子无刷电机的工作原理示意图；

图9是根据本实用新型实施例可选的一种多旋翼飞行器的俯视结构示意图；以及

图10是根据本实用新型实施例可选的一种多旋翼飞行器的侧视结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主轴；20、盘状定子；21、线圈安装孔；22、安装吊耳；30、柱形线圈；40、第一外转子；50、第一永磁体组；51、第一永磁体；52、第二永磁体；60、第二外转子；70、第二永磁体组；71、第三永磁体；72、第四永磁体；80、第一轴承组；90、第二轴承组；100、盘体部；101、第一散热孔；102、轴承套；110、环体部；111、第二散热孔；120、飞行器主体；130、电机安装臂；140、电机；150、旋翼。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

根据本实用新型实施例的差分式共轴双外转子无刷电机，如图1至图4所示，包括主轴10、盘状定子20、柱形线圈30、第一外转子40以及第二外转子60，盘状定子20固定设置在主轴10的中部并与主轴10相互垂直；柱形线圈30为多个，多个柱形线圈30沿盘状定子20的周向间隔设置在盘状定子20上，每个柱形线圈30的中心线均与主轴10的轴心线平行；第一外转子40可转动地设置在主轴10的第一端，第一外转子40朝向盘状定子20的侧壁上设置有第一永磁体组50，第一永磁体组50包括多个极性相反的第一永磁体51和第二永磁体52，多个第一永磁体51和多个第二永磁体52沿第一外转子40的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈30的第一端相对；第二外转子60可转动地设置在主轴10的第二端，第二外转子60朝向盘状定子20的侧壁上设置有第二永磁体组70，第二永磁体组70包括多个极性相反的第三永磁体71和第四永磁体72，多个第三永磁体71和多个第四永磁体72沿第二外转子60的周向交错间隔设置以与多个柱形线圈30的第二端相对；其中，第一永磁体51和第三永磁体71朝向柱形线圈30的一极为S极，第二永磁体52和第四永磁体72朝向柱形线圈30的一极为N极磁体；各个柱形线圈30通电时产生交变磁场以通过第一永磁体组50驱动第一外转子40绕第一旋转方向转动，以及通过第二永磁体组70驱动第二外转子60绕第二旋转方向转动；第一旋转方向和第二旋转方向为相反的旋转方向。本实用新型线圈两端都会产生驱动作用，从而抵消了反转扭矩，进而大大提高了能量效率。解决了现有技术中的盘式外转子无刷电机反转扭矩较大、输出功率较低的问题。

具体实施时，第一外转子40和第二外转子60相对于盘状定子20相互对称。柱形线圈30为偶数个，第一永磁体组50的第一永磁体51和第二永磁体52总和也为偶数个，第二永磁体组70的第三永磁体71和第四永磁体72的总和也为偶数个，且柱形线圈30的数目与第一永磁体组50的第一永磁体51和第二永磁体52总数目以及第二永磁体组70的第三永磁体71和第四永磁体72的总数目均相等。

如图3和图5所示，盘状定子20上开设有沿其厚度方向延伸的线圈安装孔21，线圈安装孔21为多个，多个线圈安装孔21沿盘状定子20的周向间隔开设；其中，多个柱形线圈30一一对应地安装在多个线圈安装孔21内。

进一步地，如图2、图6和图7所示，差分式共轴双外转子无刷电机还包括第一轴承组80和第二轴承组90，第一外转子40通过第一轴承组80可转动地安装在主轴10的第一端；第二外转子60通过第二轴承组90可转动地安装在主轴10的第二端，从而保证第一外转子40和第二外转子60顺畅转动。

进一步地，如图6和图7所示，第一外转子40和第二外转子60均包括盘体部100和环体部110，第一永磁体组50或第二永磁体组70设置在盘体部100朝向盘状定子20的侧壁上，环体部110设置在盘体部100朝向盘状定子20的一侧，在实际生产过程中，盘体部100和环体部110一体成型。盘体部100的中心部位设置有轴承套102，第一轴承组80或第二轴承组90的外圈固定设置在轴承套102内，第一轴承组80或第二轴承组90的内圈固定套设在主轴10的第一端或第二端，从而使第一外转子40可自由转动地安装在主轴10的第一端，以及使第二外转子60可自由转动地安装在主轴10的第二端。

盘体部100、环体部110以及轴承套102的外壁之间围合成环形容纳空间，各个柱形线圈30的第一端或各个柱形线圈30第二端向两侧延伸至第一外转子40或第二外转子60的环形容纳空间内以使多个第一永磁体51和多个第二永磁体52与多个柱形线圈30的第一端相对或者多个第三永磁体71和多个第四永磁体72与多个柱形线圈30的第二端相对。

为了实现良好地散热，进一步地，第一外转子40或第二外转子60的盘体部100上均开设有第一散热孔101，第一散热孔101为多个，多个第一散热孔101沿盘体部100的周向间隔开设；第一外转子40或第二外转子60的环体部110上开设有第二散热孔111，第二散热孔111为多个，多个第二散热孔111沿环体部110的周向间隔开设。通过开设第一散热孔101和第二散热孔111能够保证柱形线圈30工作过程中良好地散热。

进一步地，如图1和图5所示，盘状定子20上设置有安装吊耳22，安装吊耳22为两个，两个安装吊耳22沿盘状定子20的径向设置在盘状定子20的两端。本实施例的差分式共轴双外转子无刷电机通过两个安装吊耳22安装在多旋翼飞行器上。

具体工作时，如图4和图8所示，当所有柱形线圈30均通电后，每个柱形线圈30的两端产生的磁场将分别与第一外转子40上与之靠近的两个相邻的第一永磁体51和第二永磁体52以及第二外转子60上与之靠近的两个相邻的第三永磁体71和第四永磁体72产生作用力。具体地，每个柱形线圈30的第一端对第一外转子40上与之靠近的第一永磁体51产生排斥力，对第一外转子40上与之靠近的第二永磁体52产生吸引力，从而使第一外转子40绕第一旋转方向旋转；每个柱形线圈30的第二端对第二外转子60上与之靠近的第三永磁体71产生吸引力，对第二外转子60上与之靠近的第四永磁体72产生排斥力，从而使第二外转子60绕第二旋转方向旋转。从而使各个柱形线圈30的两端都产生驱动作用，第一外转子40和第二外转子60绕不同的方向旋转，进而抵消反转扭矩，大大提高能量效率。

第一外转子40和第二外转子60绕不同方向旋转过程中，第一永磁体组50的第一永磁体51和第二永磁体52轮流交替经过单个柱形线圈30的第一端，第二永磁体组70的第三永磁体71和第四永磁体72轮流交替经过单个柱形线圈30的第二端；相应地，各个柱形线圈30接通的是交流电，与单个柱形线圈30临近的两个永磁体的极性发生改变时，通过柱形线圈30的电流也同时改变方向，单个柱形线圈30的产生的磁场极性也发生改变，且两个永磁体的极性发生改变的频率与通过柱形线圈30的交流电的频率相同，从而使柱形线圈30产生的作用力始终保持一致，从而使不同极性的永磁体轮流交替经过单个柱形线圈30时总能受到相同方向的作用力，保证第一外转子40和第二外转子60绕不同方向顺畅地旋转。

根据本实用新型的第二个实施例，提供了一种多旋翼飞行器，如图9和图10所示，包括飞行器主体120、电机安装臂130以及电机140；电机安装臂130为多个，多个电机安装臂130绕飞行器主体120的周向间隔设置；电机140为上述实施例的差分式共轴双外转子无刷电机，电机140为多个，每个电机140上均设置有安装吊耳22，多个电机140通过安装吊耳22一一对应地固定安装在多个电机安装臂130的端部；电机140安装好后，电机140的主轴10沿竖直方向延伸，每个电机140的第一外转子40和第二外转子60上均安装有旋翼150，第一外转子40上的旋翼150和第二外转子60上的旋翼150的偏转方向相反，从而使上下两个旋翼150产生的气流均向下，从而保证多旋翼飞行器的飞行。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，包括：

主轴(10)；

盘状定子(20)，固定设置在所述主轴(10)的中部并与所述主轴(10)相互垂直；

柱形线圈(30)，所述柱形线圈(30)为多个，多个所述柱形线圈(30)沿所述盘状定子(20)的周向间隔设置在所述盘状定子(20)上，每个所述柱形线圈(30)的中心线均与所述主轴(10)的轴心线平行；

第一外转子(40)，可转动地设置在所述主轴(10)的第一端，所述第一外转子(40)朝向所述盘状定子(20)的侧壁上设置有第一永磁体组(50)，所述第一永磁体组(50)包括多个极性相反的第一永磁体(51)和第二永磁体(52)，多个所述第一永磁体(51)和多个所述第二永磁体(52)沿所述第一外转子(40)的周向交错间隔设置以与多个所述柱形线圈(30)的第一端相对；

第二外转子(60)，可转动地设置在所述主轴(10)的第二端，所述第二外转子(60)朝向所述盘状定子(20)的侧壁上设置有第二永磁体组(70)，所述第二永磁体组(70)包括多个极性相反的第三永磁体(71)和第四永磁体(72)，多个所述第三永磁体(71)和多个所述第四永磁体(72)沿所述第二外转子(60)的周向交错间隔设置以与多个所述柱形线圈(30)的第二端相对；

其中，所述第一永磁体(51)和所述第三永磁体(71)朝向所述柱形线圈(30)的一极为S极，所述第二永磁体(52)和第四永磁体(72)朝向所述柱形线圈(30)的一极为N极磁体；各个所述柱形线圈(30)通电时产生交变磁场以通过所述第一永磁体组(50)驱动所述第一外转子(40)绕第一旋转方向转动，以及通过所述第二永磁体组(70)驱动所述第二外转子(60)绕第二旋转方向转动；所述第一旋转方向和第二旋转方向为相反的旋转方向。

2.根据权利要求1所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述盘状定子(20)上开设有沿其厚度方向延伸的线圈安装孔(21)，所述线圈安装孔(21)为多个，多个所述线圈安装孔(21)沿所述盘状定子(20)的周向间隔开设；

其中，多个所述柱形线圈(30)一一对应地安装在多个所述线圈安装孔(21)内。

3.根据权利要求1所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述差分式共轴双外转子无刷电机还包括：

第一轴承组(80)，所述第一外转子(40)通过所述第一轴承组(80)可转动地安装在所述主轴(10)的第一端。

4.根据权利要求1所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述差分式共轴双外转子无刷电机还包括：

第二轴承组(90)，所述第二外转子(60)通过所述第二轴承组(90)可转动地安装在所述主轴(10)的第二端。

5.根据权利要求1所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述第一外转子(40)和所述第二外转子(60)均包括：

盘体部(100)，可转动地设置在所述主轴(10)上；

环体部(110)，设置在所述盘体部(100)朝向所述盘状定子(20)的一侧；

其中，所述第一永磁体组(50)或所述第二永磁体组(70)设置在所述盘体部(100)朝向所述盘状定子(20)的侧壁上；所述盘体部(100)和所述环体部(110)围合成环形容纳空间，各个所述柱形线圈(30)的第一端或各个所述柱形线圈(30)第二端延伸至所述环形容纳空间内以使多个所述第一永磁体(51)和多个所述第二永磁体(52)与多个所述柱形线圈(30)的第一端相对或者多个所述第三永磁体(71)和多个所述第四永磁体(72)与多个所述柱形线圈(30)的第二端相对。

6.根据权利要求5所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述盘体部(100)上开设有第一散热孔(101)，所述第一散热孔(101)为多个，多个所述第一散热孔(101)沿所述盘体部(100)的周向间隔开设。

7.根据权利要求5所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述环体部(110)上开设有第二散热孔(111)，所述第二散热孔(111)为多个，多个所述第二散热孔(111)沿所述环体部(110)的周向间隔开设。

8.根据权利要求1所述的差分式共轴双外转子无刷电机，其特征在于，所述盘状定子(20)上设置有安装吊耳(22)，所述安装吊耳(22)为两个，两个安装吊耳(22)沿所述盘状定子(20)的径向设置在所述盘状定子(20)的两端。

9.一种多旋翼飞行器，其特征在于，包括：

飞行器主体(120)；

电机安装臂(130)，所述电机安装臂(130)为多个，多个所述电机安装臂(130)绕所述飞行器主体(120)的周向间隔设置；

电机(140)，所述电机(140)为权利要求1至8中任一项所述差分式共轴双外转子无刷电机，所述电机(140)为多个，每个所述电机(140)上均设置有安装吊耳(22)，多个所述电机(140)通过所述安装吊耳(22)一一对应地固定安装在多个所述电机安装臂(130)的端部；

其中，每个所述电机(140)的第一外转子(40)和第二外转子(60)上均安装有旋翼(150)。

10.根据权利要求9所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述第一外转子(40)上的所述旋翼(150)和所述第二外转子(60)上的所述旋翼(150)的偏转方向相反。

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