专利名称：一种无人飞行器用无刷直流电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电动机和无人飞行器动力装置技术领域，适用于小型多旋翼无人飞行 器、航模等领域，涉及一种无人飞行器用无刷直流电机。
背景技术：
目前，微小型无人飞行器(UAV)的动力装置以电动机驱动螺旋桨作为动力系统， 以高性能锂聚合物电池作为能源系统为主，如美国AeroVironmen公司的Black Widow, 桑德斯公司的Micro Star, MLB公司的Trochoid、德国Microdrone公司的MD系列以及 aircraft 650D等。Davis等最初提出的UAV设想中总飞行器质量占12. 3%，而推进系统 占73.4%，15cm尺寸的第一代BlackWindow结构质量比例只有17%。因此，除了尽可能的 减少结构质量外，UAV需要减少重量、提高效率、增加飞行时间，关键在于提高动力装置的效 率、减轻动力装置的质量。电动机的槽极数组合是影响其整体性能的重要因素和关键设计参数。目前小型 无人飞行器或航模用电动机产品主要是12/14、12/8、9/6、6/8、6/4槽/极数组合无刷直流 电机。德国T0RCMAN公司TM系列、捷克MODEL MOTORS公司的AXI系列，以及台湾亚拓、珠 海Himax、深圳SUNRAY等公司产品，电动机KV值均较高，一般在1000 4000min/v，电机需 经齿轮减速间接驱动螺旋桨，导致动力装置效率低、噪声大；近年来部分公司推出了 12/14 槽/极数组合的低KV值QOO lOOOmin/V)的无刷直流电动机，其原型是T0RCMAN公司的 T0RQUEMAX的14极12槽极/槽组合的无刷电机，但这一系列电机存在质量偏重、功耗较大、 电磁噪声大等问题，从而导致飞行器动力装置升力/功耗比、升力/质量比以及升力/功耗 /质量比大大减小，不利于小型旋翼飞行器提高带载能力和续航时间的性能要求。
发明内容
为了解决现有微小型无人飞行器动力装置升力/功耗比、升力/质量比以及升力 /功耗/质量比较低的问题，本发明提出一种18槽、M极的槽/极数组合的无人飞行器用 外转子无刷直流电机。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下一种无人飞行器用无刷直流电机，包括转子端盖、转子轭、永磁体、绕组、定子铁 芯、定子轭、上轴承、下轴承、转轴和止动圈；所述转子端盖、转子轭、永磁体构成电机的外转 子，转子轭的外径与转子端盖的外径相同，转子轭固定在转子端盖下端，永磁体固定于转子 轭的内壁上；绕组、定子铁芯、定子轭构成电机的定子，定子轭套装在定子铁芯的内壁上，绕 组盘绕在定子铁芯的外侧；上轴承、下轴承分别固定在转轴的两端；所述定子与所述转子 通过转轴相互连接，所述定子嵌套在转子端盖的内部，止动圈套在转轴上。本发明的有益效果如下1)相比现有的无人飞行器用无刷电机产品，该电机槽数多，其定位力矩减小，振动 小、电磁噪声小，电机效率高；电机M极数是14极的1. 7倍，由于电机重量体积与磁极数近似成反比，因此整个电机重量、体积都大大减小，提高了动力装置的升力/质量比。2)永磁体宽度是其极距的0. 65-0. 9倍，经傅里叶变换，这种正弦波的磁通密度波 形使电机运行非常平稳，振动小、效率高；永磁体为块状或瓦形结构，N、S极间隔安装在转 子轭的内表面，工艺简单亦实现。3)该电机KV值低，出力大，因此相同负载下电机工作电流小，有利于驱动电路的 设计制作。4)电机转子端盖和定子轭由轻质合金或复合材料制成，并且具有减重孔或辐条结 构，可有效地减小电机重量，有利于提高动力装置的升力/质量比。5)电机轴向短，径向长为典型的盘式结构，槽满率高，可以缠绕大线径导线，从而 减小电枢电阻和电磁时间常数，电机机械特性较硬，保证了电机宽转速范围内具有较高的 工作效率。6)本发明直接驱动螺旋桨，消除了传动系统的效率损失，降低了噪声，提高了升力 /功耗比和飞行器的升力/质量比。
图1是本发明无人飞行器用无刷直流电机的结构示意图。图2是本发明的块状永磁体安装结构图。图3是本发明的定子铁芯结构图。图4是本发明的转子端盖结构图。图中1、转子端盖，2、转子轭，3、永磁体，4、绕组，5、定子铁芯，6、定子轭，7、上轴 承，8、下轴承，9、转轴，10、止动圈。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。如图1所示，无人飞行器用无刷直流电机包括转子端盖1、转子轭2、永磁体3、绕 组4、定子铁芯5、定子轭6、上轴承7、下轴承8、转轴9和止动圈10，该电机为外转子电机， 转子由转子端盖1、转子轭2和永磁体3组成，转子端盖1和转子轭2固定连接在一起。绕 组4、定子铁芯5、定子轭6构成电机的定子，定子轭6套装在定子铁芯5的内壁上，绕组4盘 绕在定子铁芯5的外侧；上轴承7、下轴承8分别固定在转轴9的两端；所述定子与所述转 子通过转轴9相互连接，所述定子嵌套在转子端盖1的内部，止动圈10套在转轴9上。止 动圈10用于轴承的预紧，避免轴承轴向串动。如图2所示，永磁体3的材料为钕铁硼稀土永磁，但不局限于此永磁材料，磁极数 是M极，永磁体3的结构为块状或瓦形，N、S极间隔设置粘接在转子轭2的内侧，永磁体3 的宽度是其极距的0. 65-0. 9倍。如图3所示，电机定子铁芯的槽数为18槽。定子铁芯5由软磁材料叠压制成，例 如可以是硅钢片或铁镍合金材料，定子轭6由轻质的非导磁材料制成，例如可以是铝合金 或者复合材料，定子轭6开有螺纹孔，用于电机的连接固定，另外还具有通风孔和减重孔。如图4所示，转子端盖1由轻质的非导磁材料制成，例如可以是铝合金或者复合材 料，其形状是辐条结构，但不局限于上述结构和形状，在保证一定刚度的条件下减小电机重量。电机轴向短、径向长，呈盘式结构。 本发明电机的绕组系数是0. 866，基波齿槽转矩系数是72，可以保证电机具有较 小的齿槽转矩和转矩波动，振动小、电磁噪声小，电机效率高。
权利要求
1.一种无人飞行器用无刷直流电机，包括转子端盖(1)、转子轭O)、永磁体(3)、绕组(4)、定子铁芯(5)、定子轭(6)、上轴承(7)、下轴承(8)、转轴(9)和止动圈(10)；其特征在 于所述转子端盖(1)、转子轭O)、永磁体⑶构成电机的外转子，转子轭⑵的外径与转 子端盖(1)的外径相同，转子轭O)固定在转子端盖(1)的下端，永磁体(3)固定于转子轭 (2)的内壁上；绕组G)、定子铁芯(5)、定子轭(6)构成电机的定子，定子轭(6)套装在定 子铁芯(5)的内壁上，绕组(4)盘绕在定子铁芯(5)的外侧；上轴承(7)、下轴承(8)分别 固定在转轴(9)的两端；所述定子与所述转子通过转轴(9)相互连接，所述定子嵌套在转子 端盖⑴的内部，止动圈(10)套在转轴(9)上。
2.如权利要求1所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于所述定子铁心(5)的槽数是18槽，所述永磁体(3)的磁极数是M极。
3.如权利要求1或2所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于所述永磁 体(3)的结构为块状或瓦形，N、S极间隔安装在转子轭O)内侧，永磁体(3)的宽度是其极 距的0. 65-0. 9倍。
4.如权利要求3所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于所述永磁体(3) 的材料为高性能稀土永磁材料。
5.如权利要求1所述的一种无人飞行器用无刷直流电机，其特征在于所述电机整体 为轴向短、径向长的外转子扁平结构。
全文摘要
一种无人飞行器用无刷直流电机属于无人飞行器动力装置技术领域，该电机包括由转子端盖、转子轭和永磁体构成的外转子，由绕组、定子铁芯和定子轭构成的定子，上轴承，下轴承，转轴和止动圈；转子轭的外径与转子端盖的外径相同，转子轭固定在转子端盖下端，永磁体固定于转子轭的内壁上，永磁体的磁极数是24极；定子铁芯的槽数是18槽，定子轭套装在定子铁芯的内壁上，绕组盘绕在定子铁芯的外侧；上轴承、下轴承分别固定在转轴的两端；所述定子与所述转子通过转轴相互连接，所述定子嵌套在转子端盖的内部，止动圈套在转轴上。本发明直接驱动螺旋桨，消除了传动系统的效率损失，提高了升力/功耗比和飞行器的升力/质量比。
文档编号H02K29/03GK102130565SQ201110062779
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者刘殿双, 孙强, 白越, 续志军, 高庆嘉 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所