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CN107508442A - 一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机 - Google Patents

一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机 Download PDF

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CN107508442A
CN107508442A CN201710718980.2A CN201710718980A CN107508442A CN 107508442 A CN107508442 A CN 107508442A CN 201710718980 A CN201710718980 A CN 201710718980A CN 107508442 A CN107508442 A CN 107508442A
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China
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motor
permanent magnet
hollow
stator
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CN201710718980.2A
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Inventor
何大海
孙长东
杨杰
杨一杰
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Chuzhou Ten Thousand Aircraft Industry Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Chuzhou Ten Thousand Aircraft Industry Research Institute Co Ltd
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Publication date
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机，包括定子部分和外转子部分；所述定子部分包括定子铁芯、定子绕组和空心定子轴，所述外转子部分包括：外永磁转子、空心转子轴和电机上盖；所述空心转子轴下端套入空心定子轴内部并与其通过转子轴承适配；外永磁转子套于定子铁芯外部，外永磁转子和空心转子轴上端分别与电机上盖固定；所述电机上盖和电机底盖上分别设有风扇孔和下部通风口；本发明采用外转子直接固定永磁铁的方式，增大了转矩半径，因此可以按照恒扭矩三相电机的设计原则，维持电机在使用中的最大扭矩，基本满足了自重轻、结构简单、易于维护、恒转矩的要求，采用高压小电流节省能源，提高续航里程。

Description

一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机
技术领域
本发明属于航空器机电技术领域，特别涉及涉及一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机。
背景技术
飞行器设计与制造技术领域多采用涡轮燃油发动机，近年来无人机产业的发展已经从玩具转化到执法、植保、消防、边防巡逻、侦破等应用，因此采用电动驱动的电机便有了新的技术指标：恒扭矩。扩大力矩半径的可行方法是选择外转子电机结构，但要求轻量化就存在设创新。涉及电动汽车技术领域也有外转子电机专利申请，如CN200610053285.0；CN200710029607.5；CN200810008271.6；CN20081003392.2等，都存在一些无人机所不能直接使用的因素，如：结构、重量、转矩、耗能等。
飞行器上使用的电机必须具备：自重轻、结构简单、易于维护、恒转矩（特别是旋翼无人机启动瞬间的大扭矩）、铝合金材料壳体、高压小电流（节省能源，提高续航里程）等。目前所公开的技术信息或许能够满足其中几条，或许完全不能相提并论。虽然本发明选择了外转子永磁电机的结构，但特殊设计的上述技术性能指标确实弥补了我国电动无人机产业的短板。
发明内容
本发明目的是：提供一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机，简化电机的结构，具体易于维护和恒扭矩牵引的特点。
本发明的技术方案是：
一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机，包括定子部分和外转子部分；其特征在于，
所述定子部分包括：定子铁芯、在定子铁芯上紧密缠绕的定子绕组、固定于定子铁芯内的空心定子轴，以及固定于空心定子轴下端的电机底盖；
所述外转子部分包括：外永磁转子、空心转子轴和电机上盖；所述空心转子轴下端套入空心定子轴内部并与其通过转子轴承适配；外永磁转子套于定子铁芯外部，外永磁转子和空心转子轴上端分别与电机上盖固定；
所述电机上盖和电机底盖上分别设有风扇孔和下部通风口；
无人机的旋叶轴从上端穿过空心转子轴空间，附加推力轴承承担整机的载荷。
优选的，所述空心定子轴下端的电机底盖上设有螺栓孔，通过螺栓将外转子永磁电机固定在无人机上。
优选的，定子绕组采取紧密型缠绕，留出的绕组线头短于设定值，便于风冷，电机的热量控制在80degC以下。
优选的，所述外永磁转子包括外转子圈和均匀粘贴在其内部的永磁体，对永磁体进行充磁。
优选的，所述定子铁芯、外转子圈和轴承为铁磁性材料，除固定螺栓、螺钉外，其余均为铝合金材料。
优选的，所述空心定子轴和空心转子轴均为整体铝合金材料，利用CNC加工中心一次性完成。
优选的，所述电机上盖的风扇孔为机加工产生的偏斜30°的风扇孔。
本发明的优点是：
本发明所提供的外转子永磁电机，采用外转子直接固定永磁铁的方式，增大了转矩半径，因此可以按照恒扭矩三相电机的设计原则，维持电机在使用中的最大扭矩，基本满足了自重轻、结构简单、易于维护、恒转矩的要求，特别是旋翼无人机启动瞬间的大扭矩，采用高压小电流节省能源，提高续航里程。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明所述的永磁电机的整体结构示意图；
图2为电机的纵截面结构示意图；
图3为电机横截面示意图；
图4为转子轴结构示意图；
图5为定子轴结构示意图；
图6为电机组装部件示意图。
图中：1—外永磁转子；11—永磁铁；12—外转子固定螺钉；13—外转子固定螺孔；
2—外转子轴；21—外转子与桨叶轴固定螺孔；22—通风孔；23—转子轴承固定内圈；24—轴承定位圈；25—转子轴承固定内圈螺纹；26—对应永磁转子固定孔13的螺纹定位孔；
3—定子轴；31—定子绕组接线端；32—转子轴承固定螺母；33—转子轴承固定环；34—定子铁芯；35—定子绕组；36—定子轴上定位凸槽；37—定子轴下部通风口；38—定子轴固定螺孔。
4—转子轴承。
具体实施方式
如图1和2所示，本发明所揭示的永磁电机的风冷按照图中箭头方向空气流动。因此不需要其他附加冷却系统，在无人机高开飞行状态，外部的冷空气会以很高的效率进行冷却。
如图3所示，电机的外转子的外壳体上设置了圆周的凸起冷却风叶，作为增加冷却面的措施。永磁铁11的形状也是按照圆弧型制作，在为进行充磁前布置到位，然后一旦充磁便无法移动。在定子铁芯34内孔加工圆弧型槽，作为与定子轴3固定的结构。
如图4所示，转子轴是整体采用7系列铝合金机加工的形状，这样做的目的是为了减轻电机的自身重量，另一方面可以在转子轴的端盖上挖出偏斜30°的风冷叶片，在电机高速运转时强制风冷。同样在转子轴的端部加工转子轴承固定内圈螺纹25，直接使用轴承定位圈24固定轴承。外转子永磁体育转子轴固定选择对应固定孔13和26螺纹孔，利用定位螺钉与固定胶紧固。
同样，如图5所示，在定子轴上加工出与铁芯34对应的凸槽，利用压力安装定子轴3，然后在端部螺纹处利用转子轴承固定螺母32压紧轴承与铁芯矽钢片。在定子轴底部也挖出通风孔37，仅仅是直孔无角度，电机的固定依靠定子轴底部的螺栓孔38，固定在无人机的内部结构件上。
如图6所示，为了减轻电机的自身重量，除铁芯34与外转子外壳1、轴承4、紧固螺栓与螺钉为铁磁性金属外，其余部件均选择7系列铝合金材料。利用槽定位方式固定定子铁芯34在定子轴3上，并保持着充足的风冷空间。然后选择SKF 16010-18，DE、AC、18-68球轴承4压入定子轴内孔上端轴承安装孔内，以转子轴承固定螺母32固定，由此也固定了定子铁芯34。将转子轴2插入转子轴承4内孔，套入轴承定位圈，然后压入SKF 16010-18，DE、AC、18-68球轴承4在定子轴另一端轴承安装孔内，使用转子轴承固定环33固定，并调节好间隙。固定转子轴2的方式采用转子轴承固定内圈23直接在轴上螺纹固定，维持必要的转动间隙。为了弥补铁磁性材料与铝合金材料的连接强度低的缺陷，利用定位螺钉的方式，将转子轴2与外永磁转子1直接采用螺钉与固定胶的方式固定，防止未来运转中的松动现象。
整个外转子电机的外转子在安装之前应经过动态平衡处理，以保证电机的平稳运转。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于无人机的高磁密度外转子永磁电机，包括定子部分和外转子部分；其特征在于，
所述定子部分包括：定子铁芯（34）、在定子铁芯上紧密缠绕的定子绕组（35）、固定于定子铁芯内的空心定子轴（3），以及固定于空心定子轴下端的电机底盖；
所述外转子部分包括：外永磁转子（1）、空心转子轴（2）和电机上盖；所述空心转子轴（2）下端套入空心定子轴（3）内部并与其通过转子轴承（4）适配；外永磁转子（1）套于定子铁芯（34）外部，外永磁转子（1）和空心转子轴（2）上端分别与电机上盖固定；
所述电机上盖和电机底盖上分别设有风扇孔（22）和下部通风口（37）；
无人机的旋叶轴从上端穿过空心转子轴（2）空间，附加推力轴承承担整机的载荷。
2.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于：所述空心定子轴（3）下端的电机底盖上设有螺栓孔（38），通过螺栓将外转子永磁电机固定在无人机上。
3.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于：定子绕组采取紧密型缠绕，留出的绕组线头（31）短于设定值，便于风冷，电机的热量控制在80degC以下。
4.根据权利要求1所述的外转子永磁电机，其特征在于：所述外永磁转子（1）包括外转子圈和均匀粘贴在其内部的永磁体，对永磁体进行充磁。
5.根据权利要求4所述的外转子永磁电机，其特征在于：所述定子铁芯、外转子圈和轴承为铁磁性材料，除固定螺栓、螺钉外，其余均为铝合金材料。
6.根据权利要求5所述外转子永磁电机，其特征在于：所述空心定子轴和空心转子轴均为整体铝合金材料，利用CNC加工中心一次性完成。
7.根据权利要求6所述外转子永磁电机，其特征在于：所述电机上盖的风扇孔（22）为机加工产生的偏斜30°的风扇孔。
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