对转双转子无刷直流电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种对转双转子无刷直流电机。

背景技术：

现有的电机，一般是由一个定子和一个转子组成，一个电机对应一个转动方向，在应用于多旋翼飞机并要求在同一位置有上下对转的双旋翼时，只能使用两个电机来驱动两个旋翼，这样就需要两组定子绕组，电机的铜损、铁损都翻倍；而且制造线圈的铜和制造磁芯的铁都有很大的比重，增加的重量部分抵消了对转双旋翼带来的升力优势；同时，使用两个电机也需要配置两套bldc控制器，除了耗电量增加以外，成本的上升也是一笔不小的开支。

共轴双旋翼直升飞机相比普通的直升机有其独特的优点，但用纯机械结构实现的共轴双旋翼直升飞机，其传动结构复杂，重量增加。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种对转双转子无刷直流电机，其能够通过上下两个转子相对反向转动驱动两个旋翼相对反向转动，只使用一个定子，减轻了重量，节省了成本，结构简单，易于控制。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的对转双转子无刷直流电机，包括上下对称设置的两个转子，两个转子之间设有用于驱动两个转子相对反方向转动的定子，两个转子之间还设有同步机构，两个转子通过同步机构连接，所述同步机构用于使两个转子能够同步反方向同速对转。

在本方案中，两个转子上下对称设置，两个转子的轴线位于同一直线。定子位于两个转子之间，用于驱动两个转子做相对反向转动。同步机构用于使上下两个转子同步正反转，且保证两个转子的转速相同。上下两个转子相对反向同速转动能够驱动两个旋翼相对反向同速转动。本方案的电机结构只有一个定子，使得电机减轻了重量，节省了成本，结构简单，易于控制。

作为优选，所述同步机构包括两个联动齿轮和至少一个同步齿轮，一个联动齿轮与上方的转子同轴连接，另一个联动齿轮与下方的转子同轴连接，所述联动齿轮通过轴承套设在纵向设置的纵轴上，所述同步齿轮位于两个联动齿轮之间且与两个联动齿轮啮合，所述同步齿轮通过轴承套设在横向设置的横轴上。转子转动时带动联动齿轮转动，上下两个联动齿轮反向转动输出力到同步齿轮驱动同步齿轮转动，同步齿轮使上下两个转子能够同步反向转动，保证两个转子的转速相同。

作为优选，所述横轴与纵轴相互垂直，横轴的轴线与纵轴的轴线相交。

作为优选，所述横轴一端与纵轴固定连接，所述横轴另一端与定子固定连接。

作为优选，所述联动齿轮和同步齿轮都为圆锥齿轮。

作为优选，所述定子通过连接机构与纵轴固定连接，所述连接机构包括至少一个横向设置的连接轴，所述连接轴一端与纵轴固定连接，所述连接轴另一端与定子固定连接。定子通过连接轴固定在纵轴上。

作为优选，所述定子包括与纵轴同轴的环状支架，所述环状支架外壁沿圆周设有多个定子绕组，所述定子绕组沿纵向设置，所述转子包括与纵轴同轴的圆形转盘，所述圆形转盘外缘沿圆周设有多个永磁体，每个圆形转盘上相邻永磁体朝向定子绕组的一端磁极相反，上方转子上的永磁体位于定子绕组的顶部磁极上方，下方转子上的永磁体位于定子绕组的底部磁极下方。定子绕组顶部磁极与底部磁极相反，定子绕组的顶部磁极、底部磁极不断变换从而推动上下两个转子相对反向转动。

作为优选，所述定义绕组沿环状支架外壁等间距分布，所述永磁体沿圆形转盘外缘等间距分布。圆形转盘上的所有永磁体围成的圆形直径与所有定子绕组围成的圆形直径相同。

作为优选，所述环状支架上设有若干个霍尔传感器。霍尔传感器可以沿环状支架周向120°分布或60°分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器，通过霍尔传感器检测转子转速，安装霍尔传感器是为了更好地控制电机的转动，使其转动更平稳；在一些对稳定性要求不高的场合，可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。

作为优选，所述环状支架外壁沿圆周设有多个用于安装定子绕组的安装槽，所述安装槽顶部和底部开口。定子绕组包括柱状磁芯和绕制在磁芯上的线圈，磁芯顶部朝向安装槽顶部的开口，磁芯底部朝向安装槽底部的开口。

作为优选，两个转子的轴线位于同一直线。

本发明的有益效果是：（1）能够通过上下两个转子相对反向转动驱动两个旋翼相对反向转动，通过一个同步机构使上转子、下转子等速对转，只使用一个定子，减轻了重量，节省了成本，结构简单，易于控制。（2）非常适合应用于多旋翼飞机，可代替普通无刷直流电机，只需一个对转双转子无刷直流电机即可同时驱动两个螺旋桨，可在同等转速下得到更大的推力，或以较低的转速达到同等的推力，从而使多旋翼飞机有更长的续航时间或更大的载重能力。（3）可用于构建基于电驱动的共轴双旋翼直升飞机，相对于现有纯机械结构的共轴双旋翼直升飞机，利用对转双转子无刷直流电机驱动的共轴双旋翼直升飞机结构更简洁，控制也更简单，由此可将直升飞机带入一个电驱动的混合动力时代。

附图说明

图1是本发明的内部结构示意图；

图2是环状支架的俯视图；

图3是环状支架的侧视图；

图4是转子的结构示意图；

图5是本发明的工作原理示意图。

图中：1、纵轴，2、联动齿轮，3、同步齿轮，4、横轴，5、连接轴，6、环状支架，7、定子绕组，8、圆形转盘，9、永磁体，10、安装槽。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的对转双转子无刷直流电机，如图1、图2、图3、图4所示，包括上下对称设置的两个转子，两个转子的轴线位于同一直线，两个转子之间设有用于驱动两个转子相对反方向转动的定子，两个转子之间还设有同步机构，两个转子通过同步机构连接，同步机构用于使两个转子能够同步反方向同速对转。

同步机构包括两个联动齿轮2和两个同步齿轮3，一个联动齿轮2与上方的转子同轴连接，另一个联动齿轮2与下方的转子同轴连接，联动齿轮2通过轴承套设在纵向设置的纵轴1上，同步齿轮3位于两个联动齿轮2之间且与两个联动齿轮2啮合，同步齿轮3通过轴承套设在横向设置的横轴4上。

定子包括与纵轴1同轴的环状支架6，同步机构位于环状支架6内侧，环状支架6外壁沿圆周等间距设有24个定子绕组7，定子绕组7沿纵向设置，转子包括与纵轴1同轴的圆形转盘8，圆形转盘8外缘沿圆周等间距设有28个永磁体9，每个圆形转盘8上相邻永磁体9朝向定子绕组7的一端磁极相反（即28个永磁体朝向定子绕组一端的磁极一共为14个s极和14个n极，s极和n极间隔设置，一个s极、1个n极……如此循环一圈），上方转子上的永磁体9位于定子绕组7的顶部磁极上方，下方转子上的永磁体9位于定子绕组7的底部磁极下方。圆形转盘上的所有永磁体围成的圆形直径与所有定子绕组围成的圆形直径相同。两个联动齿轮对称设置在两个圆形转盘相对的一面，每个联动齿轮与所在圆形转盘固定连接。

横轴4与纵轴1相互垂直，横轴4的轴线与纵轴1的轴线相交，两个横轴4同轴，横轴4一端与纵轴1固定连接，横轴4另一端与环状支架6固定连接，联动齿轮2和同步齿轮3都为圆锥齿轮。

定子通过连接机构与纵轴1固定连接，连接机构包括两个横向设置的连接轴5，连接轴5一端与纵轴1固定连接，连接轴5另一端与环状支架6固定连接，两个连接轴5同轴，连接轴5与横轴4相互垂直。定子通过横轴、连接轴固定在纵轴上，构成一体，以保障对转双转子无刷直流电机的正常运行。

在本方案中，两个转子上下对称设置，两个转子的轴线位于同一直线。定子位于两个转子之间，用于驱动两个转子做相对反向转动。同步机构用于使上下两个转子同步正反转，且保证两个转子的转速相同。上下两个转子相对反向同速转动能够驱动两个旋翼相对反向同速转动。本方案的电机结构只有一个定子，使得电机减轻了重量，节省了成本，结构简单，易于控制

联动齿轮和同步齿轮严密咬合，使其按等比例的速度旋转，由于同步机构的存在，上、下转子只能以相同的速度往相反方向旋转，这一点是非常重要的，是对转双转子无刷直流电机能够正常工作的关键技术之一。24个定子绕组和上、下转子中的28个永磁体共同构成驱动机构，起到把电能转化为机械能的目的，使对转双转子无刷直流电机能够转动并对外输出动力。

同步机构中的所有齿轮均为圆锥齿轮，在本实施例中，使用了螺旋伞齿轮，这种齿轮虽然制造成本高，但使用效果好，噪声低。上、下转子上安装的永磁体数量都是28个，上下转子呈镜像对称，使用时可以互换，不影响使用。

本方案的工作原理如图5所示，定子绕组顶部磁极与底部磁极相反，每个圆形转盘上相邻永磁体朝向定子绕组的一端磁极相反（即圆形转盘上任意两个相邻永磁体朝向定子绕组的一端磁极为n极、s极），定子绕组的顶部磁极、底部磁极不断变换从而推动上下两个转子相对反向转动。对转双转子无刷直流电机需配合相应的bldc控制器使用。

环状支架6上设有三个霍尔传感器。霍尔传感器可以沿环状支架周向120°分布或60°分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器，通过霍尔传感器检测转子转速，安装霍尔传感器是为了更好地控制电机的转动，使其转动更平稳；在一些对稳定性要求不高的场合，可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。

环状支架6外壁沿圆周等间距设有24个用于安装定子绕组7的安装槽10，安装槽10顶部和底部开口。定子绕组包括柱状磁芯和绕制在磁芯上的线圈，磁芯顶部朝向安装槽顶部的开口，磁芯底部朝向安装槽底部的开口。