本實(shí)用新型涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。

背景技術(shù)：

中國作為農(nóng)業(yè)大國，18億畝基本農(nóng)田，每年需要大量的農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，我國每年農(nóng)藥中毒人數(shù)有10萬之眾，致死率約20％。農(nóng)藥殘留和污染造成的病死人數(shù)至今尚無官方統(tǒng)計(jì)，想必更是一個(gè)驚人數(shù)字。

植保無人機(jī)服務(wù)農(nóng)業(yè)在日本、美國等發(fā)達(dá)國家得到了快速發(fā)展。1990年，日本山葉公司率先推出世界上第一架無人機(jī)，主要用于噴灑農(nóng)藥。我國南方首先應(yīng)用于水稻種植區(qū)的農(nóng)藥噴灑。2016年，農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)逐漸成為行業(yè)新寵，各地陸續(xù)出現(xiàn)使用無人機(jī)用于植保的案例。據(jù)農(nóng)業(yè)部最新統(tǒng)計(jì)，截至2016年6月5日，我國生產(chǎn)專業(yè)級無人機(jī)的公司有300多家，其中有200多家是植保無人機(jī)生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)各類植保無人機(jī)共178個(gè)品種，保有量超過5000架。中國無人機(jī)市場正在蓬勃發(fā)展。

目前植保無人機(jī)一般分油動和電動兩種，油動機(jī)存在價(jià)格較高、但載重大、作業(yè)時(shí)間長、對操作要求高的特點(diǎn)，一般為單旋翼；電動可分為直升機(jī)和多旋翼兩大趨勢，在中國用于農(nóng)業(yè)植保以多旋翼為主要發(fā)展趨勢，因?yàn)槎嘈頍o人機(jī)操作簡單、技術(shù)難度低、飛行穩(wěn)定而且成本低廉。一般多旋翼無人機(jī)多采用4軸、6軸甚至8軸設(shè)計(jì)，利用電機(jī)直接驅(qū)動槳葉旋轉(zhuǎn)獲得升力載重作業(yè)，采用無刷直流驅(qū)動系統(tǒng)將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電對每個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。根據(jù)槳葉和轉(zhuǎn)速的配合獲取最大浮升能力，即載重力。電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中起到將電能轉(zhuǎn)換為動能的重要角色，電機(jī)性能的優(yōu)劣與穩(wěn)定性直接決定無人機(jī)的最終性能。

電機(jī)性能主要通過電機(jī)的無功損耗程度體現(xiàn)出來，電機(jī)損耗由鐵損、銅損、機(jī)械損和風(fēng)摩等組成，在目前的加工水平下，鐵損和銅損往往成為電機(jī)損耗最主要的組成，對于低頻電機(jī)而言兩者損耗比例相當(dāng)，但當(dāng)勵磁頻率升高到200Hz以上時(shí)，硅鋼電機(jī)必須考慮由于鐵芯損耗過大造成發(fā)熱帶來的性能下降問題，而且隨著頻率的升高發(fā)熱會更加嚴(yán)重。

目前所有的多軸無人機(jī)電機(jī)均采用硅鋼片作為定子鐵芯為繞組提供磁路，為了減少電機(jī)自重，多采用將電機(jī)設(shè)計(jì)成多極外轉(zhuǎn)子的方案，而無人機(jī)為了獲得較大的上升力多采用將電機(jī)轉(zhuǎn)速提高的手段，所以電機(jī)驅(qū)動只能采用高頻(最高可到3000Hz)方案。多旋翼無人機(jī)電機(jī)多采用0.2mm厚度的硅鋼片作為電機(jī)定子材料。

電機(jī)鐵芯損耗包括了磁滯損耗和禍流損耗兩個(gè)方面，這部分損耗轉(zhuǎn)化為熱能，使得設(shè)備效率降低，溫度升高，因此在電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小電機(jī)的鐵芯損耗。通常經(jīng)過改變材料組成、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等手段增加磁導(dǎo)率、降低矯頑力來減少磁滯損耗，通過增加材料電阻率和減少材料厚度降低渦流損耗。

由于硅鋼電機(jī)驅(qū)動為三相交流高頻驅(qū)動，瞬間啟動電流比較大，甚至是穩(wěn)態(tài)的幾倍，硅鋼無人機(jī)電機(jī)在使用過程中總是伴隨著發(fā)熱嚴(yán)重、效率低下、載重不夠、續(xù)航能力不足的缺點(diǎn)。糾其根本原因就是因?yàn)橛捎陔姍C(jī)的勵磁頻率提高之后由于電機(jī)鐵芯自身損耗過大導(dǎo)致很多的電能用于勵磁損耗發(fā)熱而被白白浪費(fèi)掉，而且電機(jī)鐵芯發(fā)熱后會繼續(xù)惡化鐵芯的磁性能從而進(jìn)一步增加損耗同時(shí)也增加銅損，這個(gè)一個(gè)惡性循環(huán)。通常硅鋼無人機(jī)電機(jī)是由硅鋼定子、繞組、定子殼、永磁體、轉(zhuǎn)子殼、軸擋組成，其特點(diǎn)是高頻損耗高的硅鋼定子和永磁體直接表貼在轉(zhuǎn)子殼上，殼體往往是鋁合金材質(zhì)，電機(jī)漏磁嚴(yán)重，也是導(dǎo)致電機(jī)磁性能低下的一個(gè)原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無人電機(jī)鐵芯損耗大，漏磁嚴(yán)重的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，包括定子支撐架、定子組件、轉(zhuǎn)子背鐵、永磁體、殼體以及轉(zhuǎn)軸，所述定子組件套裝在定子支撐架上，定子支撐架通過軸承套裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子背鐵呈環(huán)形，轉(zhuǎn)子背鐵套裝在定子組件的外圈上，永磁體均布設(shè)置在轉(zhuǎn)子背鐵的內(nèi)圈，殼體固定套裝在轉(zhuǎn)軸上，且殼體和轉(zhuǎn)子背鐵的后端面固定連接，所述轉(zhuǎn)子背鐵為由非晶合金帶材卷繞而成的環(huán)形轉(zhuǎn)子背鐵，環(huán)形轉(zhuǎn)子背鐵的徑向截面呈多層環(huán)形結(jié)構(gòu)。將轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子組件外周能夠得到更大的扭力，從而得到更大的上升浮力，避免內(nèi)轉(zhuǎn)子冗雜的變速機(jī)構(gòu)。另外，非晶合金又稱金屬玻璃,是一種軟磁性能優(yōu)異的綠色工程材料。非晶合金的生產(chǎn)采用平面流鑄技術(shù)，以大約每秒一百萬度的冷卻速率從鋼液到薄帶成品一次成型，省掉了一般冷軋金屬制造工藝中的許多中間工序，大大節(jié)約了能源。非晶合金材料和傳統(tǒng)硅鋼相比，具有更高的電阻率和更薄的帶材厚度，所以具有相當(dāng)于硅鋼約1/8的鐵芯損耗。而且在較寬的頻率(50～5000Hz)范圍內(nèi)非晶鐵損上升幅度很小，工作磁密幾乎不變，這與硅鋼高頻損耗過高工作磁密低是完全不同的，非晶磁導(dǎo)率大約為硅鋼的2～3倍、矯頑力僅有其1/5，能夠在很大程度上降低啟動電流。

進(jìn)一步，具體的，所述定子組件包括定子鐵芯以及鐵芯繞組。

所述非晶合金帶材的厚度范圍為：0.015-0.1mm。薄帶更有利于鐵損的減少，因?yàn)樵奖〔牧献陨淼碾娮杈驮酱?，高頻下產(chǎn)生的渦流損耗將更小，鐵損也更小。

所述殼體的外部還固定連接有槳葉。能夠使得轉(zhuǎn)軸的使旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換為上升浮力。

為了減輕電機(jī)重量且便于散熱，所述定子支撐架具有環(huán)形的套筒部，套筒部內(nèi)圈通過軸承套裝在轉(zhuǎn)軸的前端上，套筒部前端的外圈具有鏤空的殼罩，殼罩罩設(shè)在定子組件的前端面上。

本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型的高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，只需很小電流就可以啟動的無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，降低瞬間啟動電流，電機(jī)使用非晶合金帶材作為電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵芯，降低鐵芯損耗以減小電機(jī)損耗發(fā)熱，從而提高效率、延長電機(jī)續(xù)航能力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)最優(yōu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)最優(yōu)實(shí)施例的另一爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、定子支撐架，11、套筒部，12、殼罩，2、定子組件，21、定子鐵芯，3、轉(zhuǎn)子背鐵，4、永磁體，5、殼體，6、轉(zhuǎn)軸，7、槳葉。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1-3所示，是本實(shí)用新型最優(yōu)實(shí)施例，一種高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)，包括定子支撐架1、定子組件2、轉(zhuǎn)子背鐵3、永磁體4、殼體5以及轉(zhuǎn)軸6，定子組件2套裝在定子支撐架1上，定子支撐架1通過軸承套裝在轉(zhuǎn)軸6上，轉(zhuǎn)子背鐵3呈環(huán)形，轉(zhuǎn)子背鐵3套裝在定子組件2的外圈上，永磁體4均布設(shè)置在轉(zhuǎn)子背鐵3的內(nèi)圈，殼體5固定套裝在轉(zhuǎn)軸6上，且殼體5和轉(zhuǎn)子背鐵3固定連接，轉(zhuǎn)子背鐵3為由非晶合金帶材卷繞而成的環(huán)形轉(zhuǎn)子背鐵，環(huán)形轉(zhuǎn)子背鐵的徑向截面呈多層環(huán)形結(jié)構(gòu)。定子組件2包括定子鐵芯21以及鐵芯繞組。非晶合金帶材的厚度范圍為：0.015-0.1mm。殼體5的外部還固定連接有槳葉7。

定子支撐架1具有環(huán)形的套筒部11，套筒部11內(nèi)圈通過軸承套裝在轉(zhuǎn)軸6的前端上，套筒部11前端的外圈具有鏤空的殼罩12，殼罩12罩設(shè)在定子組件2的前端面上。

本實(shí)用新型高效節(jié)能的植保無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)采用非晶定子鐵芯21、定子鐵芯21上繞有非晶鐵芯繞組(圖中未畫出)、非晶定子支撐架1、非晶永磁體4、非晶轉(zhuǎn)子背鐵3和非晶殼體5以及軸擋裝置。

非晶鐵芯繞組按照一定的規(guī)律卷繞在非晶定子鐵芯21的齒部，定子鐵芯21包含至少1對齒，浸絕緣膠固化；定子鐵芯21固定在定子支撐架1上，外殼軸心部有支撐轉(zhuǎn)子軸的軸承；至少1對瓦片狀永磁體4(向內(nèi)一個(gè)N極與一個(gè)S極為一對)，N極與S極間隔表貼在非晶轉(zhuǎn)子背鐵3的內(nèi)環(huán)面上；非晶轉(zhuǎn)子背鐵3外環(huán)面固定在殼體5上；殼體5的軸可裝配于定子外殼軸部的軸承中，在轉(zhuǎn)子軸穿出的頭部，可安裝固定軸擋裝置。

定子鐵芯21和定子支撐架1固定連接，工作時(shí)不轉(zhuǎn)動，定子鐵芯21上的鐵芯繞組通電能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場帶動轉(zhuǎn)子背鐵3轉(zhuǎn)動，殼體5和轉(zhuǎn)子背鐵3是固定連接，殼體5和轉(zhuǎn)軸6固定連接，轉(zhuǎn)子背鐵3能夠帶動轉(zhuǎn)軸6和槳葉7轉(zhuǎn)動。

根據(jù)非晶材料的特性對無人機(jī)用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整(包括電機(jī)尺寸、驅(qū)動器設(shè)計(jì)等)，以達(dá)到同等電機(jī)重量、轉(zhuǎn)速下能夠獲得更大的轉(zhuǎn)矩(升浮力)、更高的效率和更長的續(xù)航能力。

該電機(jī)用于多旋翼植保無人機(jī)，原硅鋼電機(jī)與我們自主研發(fā)的同外形尺寸的非晶電機(jī)對比測試如下：

該專利同樣適合于各種不同用途的無人機(jī)外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)(例如航拍、航模、玩具、線纜架設(shè)等具有相同結(jié)構(gòu)的無人機(jī)電機(jī))。

以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。