一种外转子直流无刷电机及动力系统的制作方法

本实用新型涉及电机领域，特别是一种直流无刷电机。

背景技术：

直流无刷电机是电机中的一种常见形式，广泛应用于如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等领域。在直流无刷电机中，电枢绕组被设置在定子上，永磁体磁极被设置在转子上。定子各相电枢绕组相对于转子永磁体磁场的位置，由转子上的位置传感器通过电子方式或电磁方式所感知；并利用其输出信号，通过电子换向电路，按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕相连接的相应的功率开关晶体管，控制电流开关或者换向到相应的电枢绕组。随着转子的转动，转子位置传感器不断发送出信号，致使电枢绕组不断地的依次通电，不断地改变通电状态，从而使得在某一磁极下的线圈导体中流过的电流方向始终不变，这就是无刷直流永磁电机的无接触电子换向的本质。

总的来说，无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：

持续负载应用：主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域，比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用，这类应用成本较低且多为开环控制。

可变负载应用：主要是转速需要在某个范围内变化的应用，对电机转速特性和动态响应时间特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干机和压缩机就是很好的例子，汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等，这类应用的系统成本相对更高些。

定位应用：大多数工业控制和自动控制方面的应用属于这个类别，这类应用中往往会完成能量的输送，所以对转速的动态响应和转矩有特别的要求，对控制器的要求也较高。测速时可能会用上光电和一些同步设备。过程控制、机械控制和运输控制等很多都属于这类应用。

直流无刷电机中，根据转子设计在内还是外分为外转子直流无刷和内转子无刷电机。其中的外转子直流无刷电机的常见形式如附图1所示，被广泛的应用于多旋翼无人机上。该结构包括中轴1、转子2、定子组件3、电机座4、锁紧盖5、螺旋桨安装转接件6、上轴承7-1和下轴承7-2。其中电机座4为凸字形，中间的空腔用于容纳中轴1，电机座4的空腔中设置有相互分离的上轴承室和下轴承室，上轴承室和下轴承室内分别设置有抵接面，其中上轴承室的抵接面朝向螺旋桨安装转接件6一侧，下轴承室的抵接面朝向电机座4一侧，两个抵接面分别用于提供上轴承7-1和下轴承7-2的定位，电机座4空腔的外侧用于安装定子组件3以及转子2，同时转子2与中轴1通过螺栓固定以传递转动，螺旋桨安装转接件6也固定在中轴1上以向外传递轴向力，在无人机上体现在为无人机提供向上的升力。所述锁紧盖5设置于电机座4空腔的底部且与中轴1固定用于承托下轴承7-2。

上述结构存在的技术问题和缺点主要是：

由于电机用于多旋翼无人机上，电机的负载是螺旋桨，螺旋桨旋转产生向上的拉力，因此上轴承7-1和下轴承7-2主要承受轴向力，但该电机结构承受轴向力能力较差。原因如下：

一是因为电机内部两个轴承室分立的结构设计，使得所受轴向力不能均匀地分配到上下两个轴承上，主要由下端轴承承受。

二是传统的电机结构中的轴承选用的深沟球轴承承受轴向力能力较差，主要体现在轴与轴承内圈在电机旋转时易产生相对滑动(通常称跑圈)，严重时产生高温烧坏轴和轴承，使电机提前失效。上述情况产生的原因一是因为轴与轴承内圈为方便装配采用了配合不是很紧的过渡配合；二是在这种配合情况下也没有采取其它有效方法防止跑圈。

除上述两个问题以外，该种结构的电机还存在两轴承室同轴度保证难度大的技术问题。由于上下轴承室在电机座两端，通常难于同时加工，加工好一端的轴承室要掉转电机座重新装夹加工另一端轴承室，故同轴度很难保证。由于同轴度不好就会影响轴和轴承的装配精度，增加轴承运行磨损。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种外转子直流无刷电机，用于解决传统的直流无刷电机轴承受力能力差、磨损老化快的技术问题。

为达成上述目的，本实用新型提出如下技术方案：

一种外转子直流无刷电机，包括转子、定子组件、电机座、中轴和螺旋桨安装转接件，所述电机座用于安装转子和定子组件，所述中轴设置于电机座内腔中，所述转子、螺旋桨安装转接件均与中轴固定。

所述电机座的内腔中设置有轴承室，所述轴承室内同轴相邻叠加布置若干个轴承，所述轴承室在靠近螺旋桨一侧设置有轴向的抵接面用于抵接靠近螺旋桨一侧的轴承的端面；

所述轴承室下方设置有内圈锁紧盖和外圈锁紧盖，所述内圈锁紧盖固定在中轴底部，并且承托所述轴承靠近螺旋桨相对一侧的端面的内圈；所述外圈锁紧盖固定在电机座上且外圈锁紧盖用于承托所述轴承靠近螺旋桨相对一侧的端面的外圈。

进一步的，在本实用新型中，所述轴承与中轴之间设置有橡胶件。

进一步的，在本实用新型中，所述外圈锁紧盖包括安装底座和支撑圈，所述安装底座为环形，所述支撑圈设置在环形的内圈上且与靠近外圈锁紧盖一侧轴承端面的外沿位置对应。

除上述电机外，本实用新型还公开一种基于上述电机制成的动力系统，该动力系统包括两个上述的电机以及用于连接两个电机的安装转接座和支撑臂，所述两个电机以垂直于电机中轴的面为对称，分别利用各自的电机座固定在安装转接座上，所述安装转接座设置于支撑臂上。由此组成的共轴双电机双桨动力系统，可以为多旋翼无人机提供更强大的升力。

由以上技术方案可知，本实用新型提供了一种外转子直流无刷电机，上述电机改变了轴承室的形式，从原先分立的2个轴承室变为1个独立的轴承室，并且设置轴承室上的抵接面位于靠近螺旋桨安装转接件一侧以提供对轴承的定位，轴承室内的轴承相邻顺序同轴布置，并通过下方的内圈锁紧盖和外圈锁紧盖进行承托，同时对轴承在靠近电机底座一侧提供锁定及限位。通过上述内圈锁紧盖和外圈锁紧盖能可靠传递轴向力，且保持整个结构不串动不松动。

通过上述轴承室的设置，使得轴承室内的轴承受力均匀且轴承室可一次性加工成型，加工方便，降低了分立的轴承室加工同轴度低的技术问题，提高了中轴与轴承的配合精度，减小了磨损。

进一步的，采用角接触轴承，并且同轴顺序安装，轴承能够承受更大的轴向力。

最后，在轴承与中轴之间设置橡胶件，能够增加中轴与轴承之间的摩擦力，并提高了轴承内外圈的轴向夹紧力，防止轴承跑圈现象。

将本实用新型的电机进行72小时连续运行试验，电机完好无损，轴和轴承未出现跑圈烧坏等现象，性能明显优于传统电机，可以满足多旋翼无人机长时间运行的要求。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1为现有技术中一种外转子直流无刷电机；

图2为本实用新型的具体实施例中的一种外转子直流无刷电机；

图3为本实用新型的具体实施例中的一种动力系统。

各附图标记的含义如下：

中轴1、转子2、定子组件3、电机座4、内圈锁紧盖5、螺旋桨安装转接件 6、抵接面7、轴承8、外圈锁紧盖9、橡胶件10、安装转接座11、支撑臂12。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图2所示，为本实用新型的具体实施例的一种外转子2直流无刷电机，包括转子2、定子组件3、电机座4、中轴1和螺旋桨安装转接件6，所述电机座4用于安装转子2和定子组件3，所述中轴1设置于电机座4内腔中，所述转子2、螺旋桨安装转接件6均与中轴1固定。

所述电机座4的内腔中设置有轴承8室，所述轴承8室内同轴相邻叠加布置若干个轴承8，所述轴承8室在靠近螺旋桨一侧设置有轴向的抵接面7用于抵接靠近螺旋桨一侧的轴承8的端面。

所述轴承8室下方设置有内圈锁紧盖5和外圈锁紧盖9，所述内圈锁紧盖5 固定在中轴1底部，并且承托所述轴承8靠近螺旋桨相对一侧的端面的内圈。所述外圈锁紧盖9固定在电机座4上且外圈锁紧盖9用于承托所述轴承8靠近螺旋桨相对一侧的端面的外圈。内圈锁紧盖5和外圈锁紧盖9的作用是通过对轴承8内外圈的锁定及限位，一是能可靠传递轴向力，二是能保持整个结构不串动不松动。

利用上述形式的轴承8室，轴承8在轴向受力均匀，且轴承8室一次性加工成型，同轴度高。

更为优选的，在某些具体的实施例中，所述轴承8与中轴1之间设置有橡胶件10，上述橡胶件10用于提高中轴1与轴承8之间的摩擦力，同时控制轴承 8内外圈的径向跳动空间，使得轴承8内外圈的轴向夹紧力进一步提高，从而减小了轴承8跑圈的可能性。上述橡胶件10具体在本实施例中以橡胶圈的形式出现，在中轴1上设置有适配的橡胶圈凹槽用于安装橡胶圈，且橡胶圈凹槽与轴承8位置对应，使得每个轴承8至少分配一个橡胶圈，为了使橡胶圈均匀地作用到轴承8上，所述橡胶圈的位置对应于轴承8中间位置。

更为细节的，如图2所示，所述外圈锁紧盖9包括安装底座和支撑圈，所述安装底座为环形，所示电机座4端面在电机座4内腔外周设置有环形凹槽，所示环形凹槽与安装底座适配，所示安装底座设置在上述环形凹槽中，并且通过螺栓等固定件固定。所述支撑圈设置在环形的内圈上且与靠近外圈锁紧盖9 一侧轴承8端面的外沿位置对应，用于对轴承8外圈提供承托作用。相应的，内圈锁紧盖5通过螺栓等固定件固定于中轴1底部，且内圈锁紧盖5的盖面覆盖到轴承8的内圈部分，用于对轴承8内圈提供承托作用。

更为细节的，为了增强轴承8在轴向的受力，选用所述轴承8为角接触轴承8，如图2所示，本实施例中优选2个双列角接触轴承8。

通过上述轴承室的设置，使得轴承室内的轴承受力均匀且轴承室可一次性加工成型，加工方便，降低了分立的轴承室加工同轴度低的技术问题，提高了中轴与轴承的配合精度，减小了磨损。

最后，在轴承与中轴之间设置橡胶件，能够增加中轴与轴承之间的摩擦力，并提高了轴承内外圈的轴向夹紧力，防止轴承跑圈现象。

将上述电机进行72小时连续运行试验，电机完好无损，轴和轴承未出现跑圈烧坏等现象，性能明显优于传统电机，可以满足多旋翼无人机长时间运行的要求。

基于上述电机，参照图3提供一种动力系统，该动力系统包括两个上述电机以及用于连接两个电机的安装转接座11和支撑臂12，所述两个电机以垂直于电机中轴1的面为对称，分别利用各自的电机座4固定在安装转接座11上，所述安装转接座11设置于支撑臂12上。所示支撑臂12固定在无人机上，用于带动无人机的机身。

这里的两个电机一个正向安装，一个反向安装，并且转向也是相反的，用于平衡旋转产生的扭矩并共同对无人机提供向上的升力。具体受力如下：

对于图3中上方的电机，其为正向安装的电机，该电机带动螺旋桨旋转产生的升力通过中轴1→内圈锁紧盖5→轴承8内圈→轴承8外圈→电机座4→安装转接件→支撑臂12→无人机身。

对于图3中下方的电机，其为反向安装的电机，电机带动螺旋桨旋转产生的升力通过中轴1和转子2→轴承8内圈→轴承8外圈→外圈锁紧盖9→电机座4 →安装转接件→支撑臂12→无人机身。

由此，上下电机产生的升力通过支撑臂12共同带动无人机飞行。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求限定的范围。