[發明專利]驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機及在四旋翼飛行器上的應用

有效

• 申請號: 202011539556.X
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112615566B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王坤;閆袁琳;鄭世強;周銀鋒;劉剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00;B64D27/24;B64C27/14;B64C27/08;B64D27/26
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機，其包括有結構相同的上磁懸浮電機(1、3、5、7)和下磁懸浮電機(2、4、6、8)。上磁懸浮電機與下磁懸浮電機相對放置，且兩個電機的輸出軸上安裝有旋翼。驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機通過旋翼支架均勻分布在四旋翼飛行器的圓周上。上磁懸浮電機(1)安裝在旋翼支架(12)的LA支臂的通孔中，下磁懸浮電機(2)安裝在旋翼支架(12)的LB支臂的通孔中。該磁懸浮電機采用冗余驅動和磁軸承對稱分布的設計方式，實現旋翼在高速旋轉條件下的基軸穩定。本發明設計的是一種應用于四旋翼飛行器的驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機，能夠解決傳統四旋翼飛行器中應用傳統電機驅動帶來的轉速受限于機械軸承問題和懸臂式旋翼帶來的扭矩擾動問題。

技術領域

本發明涉及應用于四旋翼飛行器的驅動機構，更特別地說，是指一種驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機。

背景技術

近年來，隨著磁懸浮技術的進步，高速磁懸浮電機迅速發展，其具有轉速高（通常在10000 rpm～60000 rpm之間）、功率密度高、小體積、響應快和可直接驅動負載等優點。磁懸浮技術具體是指磁懸浮軸承（或稱磁軸承）技術，是利用電磁力將轉子懸浮起來，以代替傳統的機械軸承支撐。磁軸承可以克服機械軸承擦損耗大的缺點，運行過程中轉子無任何機械接觸，無摩擦、無潤滑，提高了機械壽命。

四旋翼飛行器以其靈活的飛行姿態、優越的懸停和低速性能受到廣泛關注，一直是微型無人飛行器研究的熱點。能夠垂直起降、空中懸停，非常適合在有限的空間內進行作業，可以攜帶攝像機、測繪儀器、空中通信節點、微型殺傷性武器等裝置，在人工操控或者自動控制下，以特定的航線和姿態飛行，完成相應的任務。在地震、泥石流等重大自然災難的災害評估及查險救援、電力系統巡線、航空成像及測繪等領域發揮了重大作用。

傳統電機作為四旋翼飛行器的驅動力提供設備，由于電機自身的振動帶來的扭矩擾動，以及傳統電機轉速受限于機械軸承的問題，降低了四旋翼飛行器的工作性能。

發明內容

為了解決傳統四旋翼飛行器中應用傳統電機驅動帶來的轉速受限于機械軸承問題和懸臂式旋翼帶來的扭矩擾動問題，本發明設計了一種驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機。該磁懸浮電機采用冗余驅動和磁軸承對稱分布的設計方式，實現旋翼在高速旋轉條件下的基軸穩定。

本發明設計了一種驅動負載中間放置的上下對稱磁懸浮電機，上下對稱磁懸浮電機是由結構相同的上磁懸浮電機和下磁懸浮電機構成。

上磁懸浮電機1包括有A機殼1A、A轉軸1B、A轉子永磁體1P、A徑向磁軸承轉子1Q、A電機定子1C、A線圈1J、A徑向磁軸承定子1D、A徑向磁軸承線圈1M、A軸向導磁環1G、A導磁環線圈1K、A推力盤1H、A探頭群1N、A探頭支架1L、A護套1S、A擋環1T。

A探頭群1N包括有2個軸向探頭和4個徑向探頭，所述2個軸向探頭是指AA軸向探頭1N1、AB軸向探頭1N2，所述4個徑向探頭是指AA徑向探頭1N3、AB徑向探頭1N4、AC徑向探頭1N5、AD徑向探頭1N6；A探頭群1N中的探頭分別安裝在A探頭支架1L上；A探頭支架1L的軸向對稱設有2個通孔，一個通孔內安裝有AA軸向探頭1N1，另一個通孔內安裝有AB軸向探頭1N2；在A探頭支架1L的徑向均勻設有4個通孔，第一個通孔用于安裝AA徑向探頭1N3，第二個通孔用于安裝AB徑向探頭1N4，第三個通孔用于安裝AC徑向探頭1N5，第四個通孔用于安裝AD徑向探頭1N6；A探頭群1N用于探測A轉軸1B運動后的位置；

A軸向導磁環1G的軸向設有一凹槽，凹槽內安裝有A導磁環線圈1K；

A電機定子1C的內部圓周上均勻分布有AA線圈骨架1C1，相鄰AA線圈骨架1C1之間是AA線圈溝槽1C2，AA線圈溝槽1C2內放置有A線圈1J；

A徑向磁軸承定子1D的內部圓周上均勻分布有AB線圈骨架1D1，相鄰AB線圈骨架1D1之間是AB線圈溝槽1D2，AB線圈溝槽1D2內放置有A徑向磁軸承線圈1M；