專利名稱：一種無人飛行器用無刷直流電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動機和無人飛行器動力裝置技術(shù)領(lǐng)域，適用于小型多旋翼無人飛行 器、航模等領(lǐng)域，涉及一種無人飛行器用無刷直流電機。
背景技術(shù)：
目前，微小型無人飛行器(UAV)的動力裝置以電動機驅(qū)動螺旋槳作為動力系統(tǒng)， 以高性能鋰聚合物電池作為能源系統(tǒng)為主，如美國AeroVironmen公司的Black Widow, 桑德斯公司的Micro Star, MLB公司的Trochoid、德國Microdrone公司的MD系列以及 aircraft 650D等。Davis等最初提出的UAV設(shè)想中總飛行器質(zhì)量占12. 3%，而推進系統(tǒng) 占73.4%，15cm尺寸的第一代BlackWindow結(jié)構(gòu)質(zhì)量比例只有17%。因此，除了盡可能的 減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量外，UAV需要減少重量、提高效率、增加飛行時間，關(guān)鍵在于提高動力裝置的效 率、減輕動力裝置的質(zhì)量。電動機的槽極數(shù)組合是影響其整體性能的重要因素和關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。目前小型 無人飛行器或航模用電動機產(chǎn)品主要是12/14、12/8、9/6、6/8、6/4槽/極數(shù)組合無刷直流 電機。德國T0RCMAN公司TM系列、捷克MODEL MOTORS公司的AXI系列，以及臺灣亞拓、珠 海Himax、深圳SUNRAY等公司產(chǎn)品，電動機KV值均較高，一般在1000 4000min/v，電機需 經(jīng)齒輪減速間接驅(qū)動螺旋槳，導(dǎo)致動力裝置效率低、噪聲大；近年來部分公司推出了 12/14 槽/極數(shù)組合的低KV值QOO lOOOmin/V)的無刷直流電動機，其原型是T0RCMAN公司的 T0RQUEMAX的14極12槽極/槽組合的無刷電機，但這一系列電機存在質(zhì)量偏重、功耗較大、 電磁噪聲大等問題，從而導(dǎo)致飛行器動力裝置升力/功耗比、升力/質(zhì)量比以及升力/功耗 /質(zhì)量比大大減小，不利于小型旋翼飛行器提高帶載能力和續(xù)航時間的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有微小型無人飛行器動力裝置升力/功耗比、升力/質(zhì)量比以及升力 /功耗/質(zhì)量比較低的問題，本發(fā)明提出一種18槽、M極的槽/極數(shù)組合的無人飛行器用 外轉(zhuǎn)子無刷直流電機。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種無人飛行器用無刷直流電機，包括轉(zhuǎn)子端蓋、轉(zhuǎn)子軛、永磁體、繞組、定子鐵 芯、定子軛、上軸承、下軸承、轉(zhuǎn)軸和止動圈；所述轉(zhuǎn)子端蓋、轉(zhuǎn)子軛、永磁體構(gòu)成電機的外轉(zhuǎn) 子，轉(zhuǎn)子軛的外徑與轉(zhuǎn)子端蓋的外徑相同，轉(zhuǎn)子軛固定在轉(zhuǎn)子端蓋下端，永磁體固定于轉(zhuǎn)子 軛的內(nèi)壁上；繞組、定子鐵芯、定子軛構(gòu)成電機的定子，定子軛套裝在定子鐵芯的內(nèi)壁上，繞 組盤繞在定子鐵芯的外側(cè)；上軸承、下軸承分別固定在轉(zhuǎn)軸的兩端；所述定子與所述轉(zhuǎn)子 通過轉(zhuǎn)軸相互連接，所述定子嵌套在轉(zhuǎn)子端蓋的內(nèi)部，止動圈套在轉(zhuǎn)軸上。本發(fā)明的有益效果如下1)相比現(xiàn)有的無人飛行器用無刷電機產(chǎn)品，該電機槽數(shù)多，其定位力矩減小，振動 小、電磁噪聲小，電機效率高；電機M極數(shù)是14極的1. 7倍，由于電機重量體積與磁極數(shù)近似成反比，因此整個電機重量、體積都大大減小，提高了動力裝置的升力/質(zhì)量比。2)永磁體寬度是其極距的0. 65-0. 9倍，經(jīng)傅里葉變換，這種正弦波的磁通密度波 形使電機運行非常平穩(wěn)，振動小、效率高；永磁體為塊狀或瓦形結(jié)構(gòu)，N、S極間隔安裝在轉(zhuǎn) 子軛的內(nèi)表面，工藝簡單亦實現(xiàn)。3)該電機KV值低，出力大，因此相同負載下電機工作電流小，有利于驅(qū)動電路的 設(shè)計制作。4)電機轉(zhuǎn)子端蓋和定子軛由輕質(zhì)合金或復(fù)合材料制成，并且具有減重孔或輻條結(jié) 構(gòu)，可有效地減小電機重量，有利于提高動力裝置的升力/質(zhì)量比。5)電機軸向短，徑向長為典型的盤式結(jié)構(gòu)，槽滿率高，可以纏繞大線徑導(dǎo)線，從而 減小電樞電阻和電磁時間常數(shù)，電機機械特性較硬，保證了電機寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有較高的 工作效率。6)本發(fā)明直接驅(qū)動螺旋槳，消除了傳動系統(tǒng)的效率損失，降低了噪聲，提高了升力 /功耗比和飛行器的升力/質(zhì)量比。


圖1是本發(fā)明無人飛行器用無刷直流電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的塊狀永磁體安裝結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的定子鐵芯結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子端蓋結(jié)構(gòu)圖。圖中1、轉(zhuǎn)子端蓋，2、轉(zhuǎn)子軛，3、永磁體，4、繞組，5、定子鐵芯，6、定子軛，7、上軸 承，8、下軸承，9、轉(zhuǎn)軸，10、止動圈。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，無人飛行器用無刷直流電機包括轉(zhuǎn)子端蓋1、轉(zhuǎn)子軛2、永磁體3、繞 組4、定子鐵芯5、定子軛6、上軸承7、下軸承8、轉(zhuǎn)軸9和止動圈10，該電機為外轉(zhuǎn)子電機， 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子端蓋1、轉(zhuǎn)子軛2和永磁體3組成，轉(zhuǎn)子端蓋1和轉(zhuǎn)子軛2固定連接在一起。繞 組4、定子鐵芯5、定子軛6構(gòu)成電機的定子，定子軛6套裝在定子鐵芯5的內(nèi)壁上，繞組4盤 繞在定子鐵芯5的外側(cè)；上軸承7、下軸承8分別固定在轉(zhuǎn)軸9的兩端；所述定子與所述轉(zhuǎn) 子通過轉(zhuǎn)軸9相互連接，所述定子嵌套在轉(zhuǎn)子端蓋1的內(nèi)部，止動圈10套在轉(zhuǎn)軸9上。止 動圈10用于軸承的預(yù)緊，避免軸承軸向串動。如圖2所示，永磁體3的材料為釹鐵硼稀土永磁，但不局限于此永磁材料，磁極數(shù) 是M極，永磁體3的結(jié)構(gòu)為塊狀或瓦形，N、S極間隔設(shè)置粘接在轉(zhuǎn)子軛2的內(nèi)側(cè)，永磁體3 的寬度是其極距的0. 65-0. 9倍。如圖3所示，電機定子鐵芯的槽數(shù)為18槽。定子鐵芯5由軟磁材料疊壓制成，例 如可以是硅鋼片或鐵鎳合金材料，定子軛6由輕質(zhì)的非導(dǎo)磁材料制成，例如可以是鋁合金 或者復(fù)合材料，定子軛6開有螺紋孔，用于電機的連接固定，另外還具有通風孔和減重孔。如圖4所示，轉(zhuǎn)子端蓋1由輕質(zhì)的非導(dǎo)磁材料制成，例如可以是鋁合金或者復(fù)合材 料，其形狀是輻條結(jié)構(gòu)，但不局限于上述結(jié)構(gòu)和形狀，在保證一定剛度的條件下減小電機重量。電機軸向短、徑向長，呈盤式結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明電機的繞組系數(shù)是0. 866，基波齒槽轉(zhuǎn)矩系數(shù)是72，可以保證電機具有較 小的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動，振動小、電磁噪聲小，電機效率高。
權(quán)利要求
1.一種無人飛行器用無刷直流電機，包括轉(zhuǎn)子端蓋(1)、轉(zhuǎn)子軛O)、永磁體(3)、繞組(4)、定子鐵芯(5)、定子軛(6)、上軸承(7)、下軸承(8)、轉(zhuǎn)軸(9)和止動圈(10)；其特征在 于所述轉(zhuǎn)子端蓋(1)、轉(zhuǎn)子軛O)、永磁體⑶構(gòu)成電機的外轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子軛⑵的外徑與轉(zhuǎn) 子端蓋(1)的外徑相同，轉(zhuǎn)子軛O)固定在轉(zhuǎn)子端蓋(1)的下端，永磁體(3)固定于轉(zhuǎn)子軛 (2)的內(nèi)壁上；繞組G)、定子鐵芯(5)、定子軛(6)構(gòu)成電機的定子，定子軛(6)套裝在定 子鐵芯(5)的內(nèi)壁上，繞組(4)盤繞在定子鐵芯(5)的外側(cè)；上軸承(7)、下軸承(8)分別 固定在轉(zhuǎn)軸(9)的兩端；所述定子與所述轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸(9)相互連接，所述定子嵌套在轉(zhuǎn)子 端蓋⑴的內(nèi)部，止動圈(10)套在轉(zhuǎn)軸(9)上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無人飛行器用無刷直流電機，其特征在于所述定子鐵心(5)的槽數(shù)是18槽，所述永磁體(3)的磁極數(shù)是M極。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種無人飛行器用無刷直流電機，其特征在于所述永磁 體(3)的結(jié)構(gòu)為塊狀或瓦形，N、S極間隔安裝在轉(zhuǎn)子軛O)內(nèi)側(cè)，永磁體(3)的寬度是其極 距的0. 65-0. 9倍。
4.如權(quán)利要求3所述的一種無人飛行器用無刷直流電機，其特征在于所述永磁體(3) 的材料為高性能稀土永磁材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種無人飛行器用無刷直流電機，其特征在于所述電機整體 為軸向短、徑向長的外轉(zhuǎn)子扁平結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種無人飛行器用無刷直流電機屬于無人飛行器動力裝置技術(shù)領(lǐng)域，該電機包括由轉(zhuǎn)子端蓋、轉(zhuǎn)子軛和永磁體構(gòu)成的外轉(zhuǎn)子，由繞組、定子鐵芯和定子軛構(gòu)成的定子，上軸承，下軸承，轉(zhuǎn)軸和止動圈；轉(zhuǎn)子軛的外徑與轉(zhuǎn)子端蓋的外徑相同，轉(zhuǎn)子軛固定在轉(zhuǎn)子端蓋下端，永磁體固定于轉(zhuǎn)子軛的內(nèi)壁上，永磁體的磁極數(shù)是24極；定子鐵芯的槽數(shù)是18槽，定子軛套裝在定子鐵芯的內(nèi)壁上，繞組盤繞在定子鐵芯的外側(cè)；上軸承、下軸承分別固定在轉(zhuǎn)軸的兩端；所述定子與所述轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸相互連接，所述定子嵌套在轉(zhuǎn)子端蓋的內(nèi)部，止動圈套在轉(zhuǎn)軸上。本發(fā)明直接驅(qū)動螺旋槳，消除了傳動系統(tǒng)的效率損失，提高了升力/功耗比和飛行器的升力/質(zhì)量比。
文檔編號H02K29/03GK102130565SQ201110062779
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者劉殿雙, 孫強, 白越, 續(xù)志軍, 高慶嘉 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所