[發明專利]一種無人飛行器用無刷直流電機

無效

• 申請號: 201110062779.6
• 申請日: 2011-03-16
• 公開（公告）號: CN102130565A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 高慶嘉;白越;孫強;劉殿雙;續志軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H02K29/03
• 分類號: H02K29/03;H02K1/27;H02K1/16
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于電動機和無人飛行器動力裝置技術領域，適用于小型多旋翼無人飛行器、航模等領域，涉及一種無人飛行器用無刷直流電機。

背景技術

目前，微小型無人飛行器(UAV)的動力裝置以電動機驅動螺旋槳作為動力系統，以高性能鋰聚合物電池作為能源系統為主，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設想中總飛行器質量占12.3％，而推進系統占73.4％，15cm尺寸的第一代BlackWindow結構質量比例只有17％。因此，除了盡可能的減少結構質量外，UAV需要減少重量、提高效率、增加飛行時間，關鍵在于提高動力裝置的效率、減輕動力裝置的質量。

電動機的槽極數組合是影響其整體性能的重要因素和關鍵設計參數。目前小型無人飛行器或航模用電動機產品主要是12/14、12/8、9/6、6/8、6/4槽/極數組合無刷直流電機。德國TORCMAN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等公司產品，電動機KV值均較高，一般在1000～4000min/v，電機需經齒輪減速間接驅動螺旋槳，導致動力裝置效率低、噪聲大；近年來部分公司推出了12/14槽/極數組合的低KV值(200～1000min/V)的無刷直流電動機，其原型是TORCMAN公司的TORQUEMAX的14極12槽極/槽組合的無刷電機，但這一系列電機存在質量偏重、功耗較大、電磁噪聲大等問題，從而導致飛行器動力裝置升力/功耗比、升力/質量比以及升力/功耗/質量比大大減小，不利于小型旋翼飛行器提高帶載能力和續航時間的性能要求。

發明內容

為了解決現有微小型無人飛行器動力裝置升力/功耗比、升力/質量比以及升力/功耗/質量比較低的問題，本發明提出一種18槽、24極的槽/極數組合的無人飛行器用外轉子無刷直流電機。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種無人飛行器用無刷直流電機，包括轉子端蓋、轉子軛、永磁體、繞組、定子鐵芯、定子軛、上軸承、下軸承、轉軸和止動圈；所述轉子端蓋、轉子軛、永磁體構成電機的外轉子，轉子軛的外徑與轉子端蓋的外徑相同，轉子軛固定在轉子端蓋下端，永磁體固定于轉子軛的內壁上；繞組、定子鐵芯、定子軛構成電機的定子，定子軛套裝在定子鐵芯的內壁上，繞組盤繞在定子鐵芯的外側；上軸承、下軸承分別固定在轉軸的兩端；所述定子與所述轉子通過轉軸相互連接，所述定子嵌套在轉子端蓋的內部，止動圈套在轉軸上。

本發明的有益效果如下：

1)相比現有的無人飛行器用無刷電機產品，該電機槽數多，其定位力矩減小，振動小、電磁噪聲小，電機效率高；電機24極數是14極的1.7倍，由于電機重量體積與磁極數近似成反比，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/質量比。

2)永磁體寬度是其極距的0.65-0.9倍，經傅里葉變換，這種正弦波的磁通密度波形使電機運行非常平穩，振動小、效率高；永磁體為塊狀或瓦形結構，N、S極間隔安裝在轉子軛的內表面，工藝簡單亦實現。

3)該電機KV值低，出力大，因此相同負載下電機工作電流小，有利于驅動電路的設計制作。

4)電機轉子端蓋和定子軛由輕質合金或復合材料制成，并且具有減重孔或輻條結構，可有效地減小電機重量，有利于提高動力裝置的升力/質量比。

5)電機軸向短，徑向長為典型的盤式結構，槽滿率高，可以纏繞大線徑導線，從而減小電樞電阻和電磁時間常數，電機機械特性較硬，保證了電機寬轉速范圍內具有較高的工作效率。

6)本發明直接驅動螺旋槳，消除了傳動系統的效率損失，降低了噪聲，提高了升力/功耗比和飛行器的升力/質量比。

附圖說明

圖1是本發明無人飛行器用無刷直流電機的結構示意圖。

圖2是本發明的塊狀永磁體安裝結構圖。

圖3是本發明的定子鐵芯結構圖。

圖4是本發明的轉子端蓋結構圖。

圖中：1、轉子端蓋，2、轉子軛，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、轉軸，10、止動圈。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。