基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器

1.本实用新型涉及小型无人飞行器共轴双桨驱动技术领域，更具体地说，本实用新型涉及基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器。


背景技术：

2.共轴双桨作为一种先进的螺旋桨推进方式，能够良好的抵消因旋翼旋转而造成的不平衡力矩，并且共轴双桨的方式能够在整体体积结构较小的情况下大幅提升旋翼的整体升力，通常应用于某些运输直升机或涡轮螺旋桨发动机的整体设计之中，其结构相对紧凑，体积重量小，同样适用于通过电机驱动的小型无人航空器上；电动机作为小型无人航空器的原动机，是确保航空器飞行性能的核心装置，目前径向磁通电机是各类小型无人航空器所广泛采用的，而实现共轴双桨结构通常需要两个以及以上的径向磁通电机共同作用，并且需要非常复杂的机械传动装置在之间相互配合，一方面大幅增加了制造成本，使得整体结构难以紧凑，更增加了整体的体积与重量。
3.因此，结合共轴双桨的相关技术要求和已知问题以及轴向磁通电机结构紧凑，轴向传动等特殊结构特点，我们提出了一种采用轴向磁通电机作为原动机的共轴双桨旋翼驱动器的设计思路。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的实施例提供基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，通过从根本上改变原动机的整体结构以及传动结构的设计思路，实现了共轴双桨的附件传动机构的大幅简化，为电动共轴双桨驱动器提供了一种新的设计方案，其体积更小，结构更加紧凑，解决了采用传统径向磁通电机结构驱动的共轴双桨装置体积质量大以及传动机构复杂的问题，更加符合小型无人飞行器的应用需求，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，包括传动轴，所述传动轴的顶部固定连接有顶盖，所述传动轴的外壁套设有固定座，所述固定座的外壁固定连接有一级螺旋桨，所述传动轴的外壁套设有控制斜盘，且控制斜盘设置在固定座的底部，所述控制斜盘的外壁固定连接有第一衔接座，所述第一衔接座的外壁铰接有第一铰接杆，且第一铰接杆的一端铰接在固定座的外壁，所述控制斜盘的外壁固定连接有第二衔接座，所述第二衔接座的外壁铰接有第二铰接杆，所述控制斜盘的底部设有支撑圈，且支撑圈套设在传动轴的外壁，所述支撑圈的外部固定连接有控制器，且第二铰接杆的一端铰接在控制器的外壁，所述支撑圈的底部设有固定盘，且固定盘套设在传动轴的外壁，所述固定盘的内部卡接有轴承。
6.在一个优选地实施方式中，所述一级螺旋桨与二级螺旋桨的数量为两组，且两组一级螺旋桨与二级螺旋桨呈一百八十度对立状态设置。
7.在一个优选地实施方式中，所述固定盘的外壁固定连接有二级螺旋桨，所述固定
盘的内部设有固定销孔，且固定销孔套设在传动轴的外壁，所述固定盘的内部开设有滑油冷却槽，所述固定盘的底部设有传动转子轴向磁体固定盘，所述传动转子轴向磁体固定盘的内部卡接有铷铁鹏永磁体，所述固定盘与传动转子轴向磁体固定盘之间固定连接有固定支柱。
8.在一个优选地实施方式中，所述传动转子轴向磁体固定盘的外壁包裹有空心定子盘，所述空心定子盘的内部卡接有第一电枢绕组，所述空心定子盘的内部开设有第一定子固定螺孔，所述空心定子盘的底部设有与空心定子盘本体相同的框架，所述框架的内部设有轴向定子盘，所述轴向定子盘的内部卡接有第二电枢绕组，且第二电枢绕组与框架内部的空心定子盘相对应，所述轴向定子盘的内部设有第二定子固定螺孔。
9.在一个优选地实施方式中，所述第一电枢绕组与第二电枢绕组采用个定子排列星形连接的方式组成。
10.在一个优选地实施方式中，所述第一定子固定螺孔与第二定子固定螺孔的内部螺纹连接有螺栓，且螺栓穿过传动转子轴向磁体固定盘的内部延至传动转子轴向磁体固定盘的顶部，与传动转子轴向磁体固定盘顶部的空心定子盘进行连接。
11.本实用新型的技术效果和优点：
12.1、本实用新型采用了双传动转子轴向磁体固定盘、多个空心定子盘与轴向定子盘的磁路气隙设计，固定盘底部的两个控制斜盘分别连接传动轴上下两个不同位置的旋翼结构，位于传动轴上方的传动转子轴向磁体固定盘通过固定中轴固定与传动轴之上，配合空心定子盘结构设计，在传动转子轴向磁体固定盘内部向上延伸出数个固定杆以直接安装二级螺旋桨，位于传动轴结构下方的轴向定子盘则通过固定中轴直接与传动轴结构相连，带动传动轴结构整体进行转动；
13.2、电机通电工作时，两轴向定子盘部分进行反向转动从而实现了该驱动器的共轴一级螺旋桨驱动，位于主轴上的控制器对一级螺旋桨水平角度进行调整以改变叶片攻角实现升力控制，这种采用轴向多面气隙结构电机驱动的方式无需采用复杂的机械机构配合以及控制，仅通过改变轴向电机内部的转子磁路顺序即可实现两空心定子盘反向同速转动，无需复杂的机械传动机构配合双一级螺旋桨转动，避免了机械磨损导致的使用寿命问题，极大的简化了共轴双一级螺旋桨驱动器的整体结构，使得其结构更加紧凑且轻便。
附图说明
14.图1为本实用新型的正视图。
15.图2为本实用新型固定盘的局部结构正剖图。
16.图3为本实用新型固定盘的横剖示意图。
17.图4为本实用新型空心定子盘的组装示意图。
18.图5为本实用新型固定盘的俯视图。
19.图6为本实用新型固定盘的仰视图。
20.图7为本实用新型传动转子轴向磁体固定盘的结构示意图。
21.图8为本实用新型空心定子盘的结构示意图。
22.图9为本实用新型轴向定子盘的结构示意图。
23.附图标记为：(1)传动轴、(2)顶盖、(3)固定座、(4)一级螺旋桨、(5)控制斜盘、(6)
第一衔接座、(7)第一铰接杆、(8)第二衔接座、(9)第二铰接杆、(10)支撑圈、(11)控制器、(12)固定盘、(13)二级螺旋桨、(14)固定销孔、(15)滑油冷却槽、(16)传动转子轴向磁体固定盘、(17)铷铁鹏永磁体、(18)固定支柱、(19)空心定子盘、(20)第一电枢绕组、(21)第一定子固定螺孔、(22)轴向定子盘、(23)第二电枢绕组、(24)固定中轴、(25)第二定子固定螺孔、(26)螺栓、(27)轴承。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.参照说明书附图1-6，本实用新型一实施例的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，包括传动轴1，传动轴1的顶部固定连接有顶盖2，传动轴1的外壁套设有固定座3，固定座3的外壁固定连接有一级螺旋桨4，一级螺旋桨4与二级螺旋桨13的数量为两组，且两组一级螺旋桨4与二级螺旋桨13呈一百八十度对立状态设置，传动轴1的外壁套设有控制斜盘5，且控制斜盘5设置在固定座3的底部，控制斜盘5的外壁固定连接有第一衔接座6，第一衔接座6的外壁铰接有第一铰接杆7，且第一铰接杆7的一端铰接在固定座3的外壁，控制斜盘5的外壁固定连接有第二衔接座8，第二衔接座8的外壁铰接有第二铰接杆9，控制斜盘5的底部设有支撑圈10，且支撑圈10套设在传动轴1的外壁，支撑圈10的外部固定连接有控制器11，且第二铰接杆9的一端铰接在控制器11的外壁，支撑圈10的底部设有固定盘12，且固定盘12套设在传动轴1的外壁，固定盘12的内部卡接有轴承27，固定盘12的外壁固定连接有二级螺旋桨13，固定盘12的内部设有固定销孔14，且固定销孔14套设在传动轴1的外壁，固定盘12的内部开设有滑油冷却槽15，传动转子轴向磁体固定盘16磁路结构与轴向定子盘22相同，由于轴向磁通电机更加适合于直接驱动场合，本设计则直接将传动转子轴向磁体固定盘16与单极二级螺旋桨13相结合，传动转子轴向磁体固定盘16通过固定销孔14固定于传动轴1结构，中心位置沿轴向延伸出部分固定杆以用来固定单极二级螺旋桨13的位置，工作时传动转子轴向磁体固定盘16则可以独立于传动轴1结构转动，在不影响整体结构的情况下带动单级二级螺旋桨13产生升力，此方案大大减小了轴向尺寸，使得整体结构变得更加紧凑，并突出利用了轴向磁通电机直接驱动的工作优势；
26.参照说明书附图3-9，固定盘12的底部设有传动转子轴向磁体固定盘16，传动转子轴向磁体固定盘16的内部卡接有铷铁鹏永磁体17，固定盘12与传动转子轴向磁体固定盘16之间固定连接有固定支柱18，传动转子轴向磁体固定盘16的外壁包裹有空心定子盘19，空心定子盘19的内部卡接有第一电枢绕组20，空心定子盘19的内部开设有第一定子固定螺孔21，空心定子盘19的底部设有与空心定子盘19本体相同的框架，为保证空心定子盘19与传动轴1转动方向相反且在不影响其余空心定子盘19安装的情况下能够直接驱动一级螺旋桨4，此时需要针对负责驱动空心定子盘19的定子结构进行镂空设计，通过外围第一定子固定螺孔21进行外端固定，即能够在不影响整体结构的情况下保证传动转子轴向磁体固定盘16能够直接驱动一级螺旋桨4升力；
27.参照说明书附图4-9，框架的内部设有轴向定子盘22，轴向定子盘22的内部卡接有
第二电枢绕组23，且第二电枢绕组23与框架内部的空心定子盘19相对应，第一电枢绕组20与第二电枢绕组23采用12个定子排列星形连接的方式组成，轴向定子盘22的内部设有第二定子固定螺孔25，第一定子固定螺孔21与第二定子固定螺孔25的内部螺纹连接有螺栓26，且螺栓26穿过传动转子轴向磁体固定盘16的内部延至传动转子轴向磁体固定盘16的顶部，与传动转子轴向磁体固定盘16顶部的空心定子盘19进行连接，为实现轴向多面气隙布局，将采用两对轴向定子盘22镜像排布的方式，其中轴向定子盘22上第二电枢绕组23指向空心定子盘19，采用12级定子排列星形连接的方式，每定子盘向外引出三相端线，后统一并联连接到无刷电机控制调速器进行无刷无感驱动，使两轴向定子盘22受力转动。
28.工作原理：多面气隙结构即一种采用了多个轴向定子盘22与多个空心定子盘19轴向穿插的电机结构设计，该设计采用了双传动转子轴向磁体固定盘16、多个空心定子盘19与轴向定子盘22的磁路气隙设计，固定盘12底部的两个控制斜盘5分别连接传动轴1上下两个不同位置的旋翼结构，位于传动轴1上方的传动转子轴向磁体固定盘16通过固定中轴24固定与传动轴1之上，配合空心定子盘19结构设计，在传动转子轴向磁体固定盘16内部向上延伸出数个固定杆以直接安装二级螺旋桨13，位于传动轴1结构下方的轴向定子盘22则通过固定中轴24直接与传动轴1结构相连，带动传动轴1结构整体进行转动；
29.电机通电工作时，两轴向定子盘22部分进行反向转动从而实现了该驱动器的共轴一级螺旋桨4驱动，位于主轴上的控制器11对一级螺旋桨4水平角度进行调整以改变叶片攻角实现升力控制，这种采用轴向多面气隙结构电机驱动的方式无需采用复杂的机械机构配合以及控制，仅通过改变轴向电机内部的转子磁路顺序即可实现两空心定子盘19反向同速转动，无需复杂的机械传动机构配合双一级螺旋桨4转动，避免了机械磨损导致的使用寿命问题，极大的简化了共轴双一级螺旋桨4驱动器的整体结构，使得其结构更加紧凑且轻便，并且轴向磁通布局其磁密度高，其工作效率远大于径向磁通电机，产生转矩相对较大，适用于直接驱动场合，有利于降低能耗，避免了复杂传动机构带来的能量损耗问题，能够适配于更小体积结构的无人航空器进行使用。
30.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
31.其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
32.最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，包括传动轴(1)，所述传动轴(1)的顶部固定连接有顶盖(2)，所述传动轴(1)的外壁套设有固定座(3)，所述固定座(3)的外壁固定连接有一级螺旋桨(4)，所述传动轴(1)的外壁套设有控制斜盘(5)，且控制斜盘(5)设置在固定座(3)的底部，所述控制斜盘(5)的外壁固定连接有第一衔接座(6)，所述第一衔接座(6)的外壁铰接有第一铰接杆(7)，且第一铰接杆(7)的一端铰接在固定座(3)的外壁，所述控制斜盘(5)的外壁固定连接有第二衔接座(8)，所述第二衔接座(8)的外壁铰接有第二铰接杆(9)，其特征在于：所述控制斜盘(5)的底部设有支撑圈(10)，且支撑圈(10)套设在传动轴(1)的外壁，所述支撑圈(10)的外部固定连接有控制器(11)，且第二铰接杆(9)的一端铰接在控制器(11)的外壁，所述支撑圈(10)的底部设有固定盘(12)，且固定盘(12)套设在传动轴(1)的外壁，所述固定盘(12)的内部卡接有轴承(27)。2.根据权利要求1所述的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，其特征在于：所述一级螺旋桨(4)与二级螺旋桨(13)的数量为两组，且两组一级螺旋桨(4)与二级螺旋桨(13)呈一百八十度对立状态设置。3.根据权利要求1所述的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，其特征在于：所述固定盘(12)的外壁固定连接有二级螺旋桨(13)，所述固定盘(12)的内部设有固定销孔(14)，且固定销孔(14)套设在传动轴(1)的外壁，所述固定盘(12)的内部开设有滑油冷却槽(15)，所述固定盘(12)的底部设有传动转子轴向磁体固定盘(16)，所述传动转子轴向磁体固定盘(16)的内部卡接有铷铁鹏永磁体(17)，所述固定盘(12)与传动转子轴向磁体固定盘(16)之间固定连接有固定支柱(18)。4.根据权利要求3所述的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，其特征在于：所述传动转子轴向磁体固定盘(16)的外壁包裹有空心定子盘(19)，所述空心定子盘(19)的内部卡接有第一电枢绕组(20)，所述空心定子盘(19)的内部开设有第一定子固定螺孔(21)，所述空心定子盘(19)的底部设有与空心定子盘(19)本体相同的框架，所述框架的内部设有轴向定子盘(22)，所述轴向定子盘(22)的内部卡接有第二电枢绕组(23)，且第二电枢绕组(23)与框架内部的空心定子盘(19)相对应，所述轴向定子盘(22)的内部设有第二定子固定螺孔(25)。5.根据权利要求4所述的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，其特征在于：所述第一电枢绕组(20)与第二电枢绕组(23)采用12个定子排列星形连接的方式组成。6.根据权利要求4所述的基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，其特征在于：所述第一定子固定螺孔(21)与第二定子固定螺孔(25)的内部螺纹连接有螺栓(26)，且螺栓(26)穿过传动转子轴向磁体固定盘(16)的内部延至传动转子轴向磁体固定盘(16)的顶部，与传动转子轴向磁体固定盘(16)顶部的空心定子盘(19)进行连接。

技术总结
本实用新型公开了基于多面气隙轴向磁通电机结构的共轴双桨无人机驱动器，具体涉及小型无人飞行器共轴双桨驱动技术领域，包括传动轴，传动轴的顶部固定连接有顶盖，传动轴的外壁套设有固定座，固定座的外壁固定连接有一级螺旋桨，传动轴的外壁套设有控制斜盘。本实用新型通过从根本上改变原动机的整体结构以及传动结构的设计思路，实现了共轴双桨的附件传动机构的大幅简化，为电动共轴双桨驱动器提供了一种新的设计方案，其体积更小，结构更加紧凑，解决了采用传统径向磁通电机结构驱动的共轴双桨装置体积质量大以及传动机构复杂的问题，更加符合小型无人飞行器的应用需求。更加符合小型无人飞行器的应用需求。更加符合小型无人飞行器的应用需求。


技术研发人员：陈泉杉 陈文会 邢昊玮 陈颖诗 李泽浩
受保护的技术使用者：北京理工大学珠海学院
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/5/6