【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轴向磁通电机、具有这种轴向磁通电机的无人机驱动系统，以及无人机。通常一架无人机采用5-8个驱动系统，由无刷直流电机(bldc)、螺旋桨和控制器组成。用于无人机的电机最关键要求是高扭矩密度、高效率和高可靠性，其中旋转螺旋桨将始终在电机轴上产生向上的提升力。
技术介绍
1、当前用于无人机的电机主要集中于外转子无刷直流电机。无刷直流电机利用径向圆周表面在定子和转子之间产生磁场。旋转螺旋桨产生的较大的提升力会完全传递到轴承。通常用于无人机的轴承的使用寿命仅为1000小时。此外，目前还会使用另外一种电机，即具有两个定子和一个转子的轴向磁通永磁电机(afpm)，与无刷直流电机相比，其具有更高的功率密度和扭矩密度。
2、由cn 103138425 a已知一种轴向磁通电机，其包括：转子组件和在轴向上分列转子组件两侧的两个定子组件。转子组件由永磁体和转子支架组成。永磁体安装在转子支架上。此外，由gb 2563425 a公开了一种无人机驱动系统，该无人机驱动系统使用了上述类似的轴向磁通电机。该轴向磁通电机通过转动轴与螺旋桨相连接。
3、由于轴向磁通电机会产生轴向磁力，可能会使得转子变形，因此转子的刚度应足够强，以确保间隙分布均匀。同时，由于转子沿轴线悬挂式的固有布置，合成力矩将使转子轴倾斜。此外，螺旋桨产生的提升力是不平衡的，这也会对与螺旋桨连接的转子轴施加非常高的倾斜力矩。为了承受较高的倾斜力矩的影响，考虑到安装在轴颈上的轴承的有限空间，并且需要提供较高的扭矩密度，轴承的选择在无人机应用中变得非常具有挑战
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改进的轴向磁通电机，其能够解决上述现有技术的缺点，在工作时转子不会发生倾斜且能够具有较好的散热性能。
2、所述技术问题通过一种轴向磁通电机所解决，其包括：
3、转子组件，其具有用于固定和支撑磁体的转子支架；定子组件，其在轴向磁通电机的轴向上分别具有位于转子组件两侧的第一定子和第二定子。根据本专利技术的设计方案，在转子支架的径向外侧设置转子轴承，转子轴承的外圈与第一定子和第二定子固定连接，转子轴承的内圈与转子支架固定连接。
4、在转子支架的径向外侧设置转子轴承，主要作用在于：1)承受定子组件和转子组件之间的磁拉力；2)抵抗转子支架的倾斜和由此产生的力矩。如前面所述，在现有技术中由于转子支架的倾斜会严重影响电机的性能，因此具有良好的倾斜刚度的转子轴承能够解决这个问题；3)除了上述轴承载荷和力矩的作用外，转子轴承还可以提高整个电机的散热能力。它形成转子和外部环境之间的热传递路径。
5、根据优选的设计方案，转子轴承和转子支架形成一体式部件。转子轴承和转子盘连接形成整体部件。实现了更高的转子刚度和更好的散热性能，并且同时简化了加工工艺。
6、根据优选的设计方案，在转子轴承的内圈上设有凹槽，转子支架能够插入到凹槽中。为了进一步优化重量，可以在转子轴承的内圈中设计凹槽，用于将转子支架插入转子轴承内圈的内部以形成固定连接。此外，该凹槽还能够在离心力较大时保护磁体。另外优选的是，在转子轴承外圈的圆周上设置固定孔，以不附加其它部件的方式实现与定子组件的连接。
7、根据优选的设计方案，转子轴承的外圈的轴向宽度大于转子轴承的内圈的轴向宽度。转子轴承外圈的轴向宽度决定了两侧定子之间的距离。因为转子支架3与转子轴承4的内圈固定连接，其轴向位移由内圈的位置决定。因此，定子和转子之间的空隙(电机气隙)转换为轴承内圈和外圈之间的轴向宽度差。由于轴承是高精度部件和大批量生产的机械零件，其几何公差受到精确控制，并能够按此分类。通过不同类别的轴承组，很容易实现对电机气隙的精确控制。转子轴承的外圈轴向宽度大于内圈轴向宽度，由此形成电机气隙。该宽度差的标称尺寸即为气隙的标称值。可以利用转子轴承的内部间隙变化确定定子不同位置的气隙变化量。因此，电机定子和转子之间的距离由轴承内圈和外圈之间的轴向宽度实现。电机气隙的精确控制通过对转子轴承的宽度和间隙的设计实现。
8、根据优选的设计方案，转子轴承的内圈的轴向宽度是非等厚的。在通常的电机设计中，电机受到单向轴向力，如无人机，螺旋桨提供了单向轴向力。为了平衡一定量的轴向力，气隙将偏向一侧以平衡外部负载。因此，电机周向不同位置的设计气隙不同。为了实现这种设计，转子轴承内圈的宽度可以是不对称的，通过调整转子轴承的内圈周向上的不同宽度而实现不同位置的不同气隙，从而使得无人机整体受力更加均衡。
9、根据优选的设计方案，转子轴承能够是深沟球轴承、角接触球轴承、四点接触球轴承和/或滚针轴承。根据电机的轴向力的大小，可将转子轴承设置为不同类型的轴承。根据不同的受力情况选择合适的轴承类型，通过使用不同的滚动轴承类型，如四点球轴承和滚针轴承，可以实现转子支架较高的抵抗倾斜的能力。
10、根据优选的设计方案，转子轴承的外圈设有散热槽。转子轴承可以提高整个电机的散热能力，它形成了转子和外部环境之间的热传递路径，通过在外圈的外圆表面上设计散热槽，可以进一步提高电机的散热能力。
11、根据优选的设计方案，在轴向磁通电机的轴向上分别具有遮盖第一定子的第一端盖和遮盖第二定子的第二端盖。第一端盖和第二端盖的功能是将整个轴向磁通电机的结构与其他部件连接起来，例如将电机固定到支架上。此外，端盖还能够支撑和保护定子组件的pcb板，以及将定子的热量传递到外部环境中。通过对端盖结构的优化设计，可以提高轴向磁通电机的刚度和散热能力，满足轻量化的要求。进一步优选的是，在第一端盖、第一定子、转子轴承、第二定子、第二端盖上设置对齐的通孔。通过在每个部件上组装通孔来实现对轴向磁通电机的组装。
12、本专利技术要解决的技术问题还可以通过一种无人机驱动系统所解决，该无人机驱动系统包括具有前面所述特征的轴向磁通电机。另外优选的是，无人机驱动系统具有用于驱动螺旋桨的螺旋桨盘，该螺旋桨盘通过转动轴与转子组件抗扭连接。转子组件的中心孔与转动轴连接，可采用花键连接或螺纹连接或整体注塑，或者转动轴和转子组件可以作为一个整体件。进一步优选的是，转动轴设计为空心的，在降低重量的同时还能够将外部空气导向电机的转子组件。
13、根据优选的设计方案，在螺旋桨盘和轴向磁通电机之间设置推力轴承。该推力轴承主要用于抵抗叶片偏转引起的倾斜扭矩。由于轴向距离大，在较小的载荷下，推力轴承可实现更大的倾斜刚度。高倾斜刚度有助于改善螺旋桨的转子稳定性，这有利于整个电机的效率。由于轴承不受轴颈和外壳尺寸限制，因此设计灵活且易于安装。
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1.一种轴向磁通电机，包括：
2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)和所述转子支架(3)形成一体式部件。
3.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，在所述转子轴承(4)的内圈上设有凹槽，所述转子支架(3)插入到所述凹槽中，和/或，在所述转子轴承(4)的外圈上设有用于与所述定子组件固定连接的固定孔。
4.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)的外圈的轴向宽度大于所述转子轴承(4)的内圈的轴向宽度。
5.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)的内圈的轴向宽度是非等厚的。
6.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)能够是深沟球轴承、角接触球轴承、四点接触球轴承和/或滚针轴承。
7.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)的外圈设有散热槽。
8.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，在所述轴向磁通电机的轴向上分别具有遮盖所述第一定子(2
9.根据权利要求8所述的轴向磁通电机，其特征在于，在所述第一端盖(1)、所述第一定子(2)、所述转子轴承4、所述第二定子(5)、所述第二端盖(6)上设置对齐的通孔(12)。
10.一种无人机驱动系统，其特征在于，所述无人机驱动系统具有根据权利要求1至9中任一项所述的轴向磁通电机和用于驱动螺旋桨(11)的螺旋桨盘(8)，所述螺旋桨盘(8)通过转动轴(9)与所述转子组件抗扭连接，在所述螺旋桨盘(8)和所述轴向磁通电机之间设置有推力轴承(7)。
...【技术特征摘要】
1.一种轴向磁通电机，包括：
2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)和所述转子支架(3)形成一体式部件。
3.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，在所述转子轴承(4)的内圈上设有凹槽，所述转子支架(3)插入到所述凹槽中，和/或，在所述转子轴承(4)的外圈上设有用于与所述定子组件固定连接的固定孔。
4.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)的外圈的轴向宽度大于所述转子轴承(4)的内圈的轴向宽度。
5.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)的内圈的轴向宽度是非等厚的。
6.根据权利要求1或2所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述转子轴承(4)能够是深沟球轴承、角接触球轴承、四点接触球轴承和/或滚针...
【专利技术属性】
技术研发人员：高刚，缪冬敏，狄玉涛，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：
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