飞行器及其转动装置的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，尤其涉及一种飞行器及其转动装置。

背景技术：

2.电动飞行器以电能作为推进系统的全部或部分能源，是“第三航空”时代的重要标志。它将开启航空领域新一轮创新与变革热潮，推动绿航空发展，将对世界航空业产生革命性的影响。在电动飞行器中，电机是动力系统的关键部分，决定了飞行器的可靠性。受飞行器上内部空间影响，飞行器上安装驱动电机时需要特别注意电机的尺寸，因此为了设计要求不能采用大尺寸功率的电机，但缩小尺寸设计难免会对电机的性能有较大的影响。

技术实现要素：

3.本技术的第一方面提供一种飞行器及其转动装置，该转动装置在同等输出功率下体积较小重量较轻，能在固定翼飞行和旋翼飞行切换时快速输出最大扭力，以在最短时间内实现从旋翼飞行到到固定翼飞行的切换，减少能耗的同时实现快速起飞和降落；降低飞行器在飞行模式切换时的高频振动时间，提高飞行器的可靠性和安全性。
4.为达此目的，本技术第一方面提供了一种转动装置，包括：
5.定子；
6.至少一对动子，各所述动子与所述定子相对设置且转动连接，各所述动子和所述定子相互磁性作用，以提供各所述动子相对所述定子转动的驱动力。
7.本技术第二方面提供了一种飞行器，包括上述的转动装置。
8.在一些实施例中，所述定子包括至少一对定子磁性件和一个轴承套，各所述定子磁性件环绕设置在所述轴承套上；
9.各所述动子包括与各所述定子磁性件一一对应设置的动子磁性件；
10.各所述定子磁性件和对应的所述动子磁性件相互磁性作用，以提供所述动子相对所述定子转动的驱动力。
11.在一些实施例中，所述动子磁性件包括若干个磁钢、套筒和一对支撑环，所述一对支撑环分别连接在所述套筒的两端并支撑所述若干个磁钢周向间隔设置在所述套筒的内壁。
12.在一些实施例中，所述轴承套包括轴承套上部、轴承套中部和轴承套下部，所述轴承套上部和轴承套下部对称连接在所述轴承套中部的两侧，所述至少一对定子磁性件分别对称设置在所述轴承套上部和轴承套下部。
13.在一些实施例中，所述轴承套包括若干个支架，所述若干个支架周向间隔设置在所述轴承套中部。
14.在一些实施例中，所述动子包括转动中心轴，所述动子通过所述转动中心轴与所述定子转动连接。
15.在一些实施例中，所述定子磁性件包括铁芯和设置在所述铁芯上的若干个线圈，
所述若干个线圈设置在所述铁芯的槽口中，所述槽口数量不小于54。
16.在一些实施例中，各所述动子间隔设置，各所述动子之间设置有与所述定子连通的中部气流通道。
17.在一些实施例中，所述动子还包括至少一对导流部，所述至少一对导流部一一对应设置于所述至少一对动子远离所述定子的端部，各所述导流部跟随对应的所述动子旋转时将所述定子的热量导出。
18.在一些实施例中，所述至少一对导流部包括至少一个气流导入部和至少一个气流导出部，所述至少一个气流导入部跟随对应的所述动子旋转时将外部气流导入所述定子，所述至少一个气流导出部跟随对应的所述动子旋转时将所述定子的内部气流导出。
19.在一些实施例中，所述导流部为风扇，所述风扇具有具有翼型设计。
20.在一些实施例中，所述轴承套包括周向设置的轴承套外壁和轴承套内壁；所述轴承套外壁和轴承套内壁之间设置散热区，所述散热区内设置有若干个散热片。
21.在一些实施例中，所述轴承套外壁和轴承套内壁之间周向设置有若干个隔板，任意相邻的两个所述隔板与部分所述轴承套外壁和部分所述轴承套内壁围绕形成述散热区。
22.在一些实施例中，所述散热片包括散热长片和散热短片，所述散热长片与所述轴承套外壁连接，所述散热短片与所述轴承套内壁连接，所述散热长片和所述散热短片交错间隔设置。
23.本技术的有益效果：
24.本技术的其转动装置在同等输出功率下体积较小重量较轻，能在固定翼和旋翼飞行切换时快速输出最大扭力，以在最短时间内实现从旋翼飞行到固定翼飞行之间的切换，减少了能耗的同时实现快速起飞和降落；降低了飞行器在飞行模式切换时的高频振动时间，提高了飞行器的可靠性和安全性。
附图说明
25.图1是本技术一实施例所提供的转动装置的结构示意图；
26.图2是本技术一实施例所提供的转动装置的爆炸图；
27.图3是本技术一实施例所提供的转动装置的定子的结构示意图；
28.图4是本技术一实施例所提供的转动装置的定子的爆炸图；
29.图5是本技术一实施例所提供的转动装置的铁芯的结构示意图；
30.图6是本技术一实施例所提供的转动装置的轴承套的结构示意图；
31.图7是本技术一实施例所提供的转动装置的动子的结构示意图；
32.图8是本技术一实施例所提供的转动装置的动子的爆炸图；
33.图9是本技术一实施例所提供的转动装置的剖面图；
34.图10是本技术一实施例所提供的轴承套的俯视图；
35.图11是本技术一实施例所提供的轴承套和铁芯的俯视图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施方式进一步说明本技术的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了
便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.实施例一
40.本实施例提供了一种转动装置，该转动装置具体为一种双电机结构，如图1和图2所示，该电机包括定子100和一对动子200，各个动子200与定子100相对设置，且各动子200相对定子100转动连接，定子100和各动子200相互磁性作用，以提供各动子200相对定子100转动的驱动力。
41.具体地，如图3和图4所示，定子100包括一对定子磁性件110和一个轴承套120，各定子磁性件110环绕设置在轴承套120上。定子磁性件110包括铁芯111和设置在铁芯111上的线圈112。如图5所示，铁芯111周向设置若干个槽口1110，槽口1110中放置线圈112。线圈112通入驱动电流后产生定子磁场。如图6所示，轴承套120包括轴承套上部123、轴承套中部124和轴承套下部125，轴承套上部123、轴承套中部124和轴承套下部125依次连接，其中轴承套上部123和轴承套下部125对称连接在轴承套中部124的两侧，一对定子磁性件110分别对称设置在轴承套上部123和轴承套下部125上。
42.如图7和图8所示，动子200包括动子磁性件210和转动中心轴220。动子磁性件210包括若干个磁钢211、磁钢筒212和一对支撑环213。磁钢211为磁钢片，磁钢筒212由纯铁制成，为滚筒形状，且两端开口。一对支撑环213分别连接在磁钢筒212的两端。若干个磁钢211周向间隔设置在磁钢筒212的内壁。如图8所示，支撑环213上周向间隔设置有凸起部，凸起部间隔开磁钢211，并对所述磁钢211起到夹持固定作用。此外，磁钢211还可以通过粘接粘贴的方式固定在磁钢筒212的内壁。
43.如图9所示，动子磁性件210与对应的定子磁性件110相对设置，动子磁性件210和转动中心轴220连接，转动中心轴220再通过轴承500与轴承套120以及与轴承套120固定连接的定子磁性件110转动连接。动子磁性件210产生的动子磁场和定子磁性件110产生的定子磁场相互磁性作用，提供动子200相对定子100转动的驱动力。且每一对定子磁性件110的线圈112中可以通过控制单元输入独立的驱动电流，从而可以对每一对定子磁性件110和动子磁性件210进行独立控制，以此实现一个共轴双电机的独立控制系统。例如在本实施例中，设计的输出功率级为最大扭矩1000nm，最大转速为2500转/分钟，持续转速2300转/分钟。为达到上述设计要求分别采用单电机和双电机设计的部件参数如下表所示：
[0044][0045]
本技术实施例通过这种双电机结构实现了在同等输出功率下电机体积较小重量较轻，可以在固定翼飞行和旋翼飞行切换时快速输出最大扭力，以在最短时间内实现从旋翼飞行切换到固定翼飞行，在减少能耗的同时实现快速起飞和降落；同时通过快速的模式切换还可以降低飞行器在飞行模式切换时的高频振动时间，提高了飞行器的安全性，且上表中也可见，同功率情况下双电机结构相较于单电机结构可更有效降低涡流损耗和铁芯损耗，从而提高电机效率，在提高飞行器里程的同时让飞行器具有更高的安全可靠性。
[0046]
需要说明的是，本技术实施例中定子磁性件110和动子磁性件210仅以一对为例进行说明，实际不局限于附图中的一对，也可以两对或两对以上。
[0047]
动子200相对定子100转动时系统会产生热量，其中例如定子磁性件110的线圈112输入驱动电流会使其产生热量，同时轴承500转动时也不可避免地产生热量，此时动子200上设置的导流部230将产生的热量导出。如图9所示，一对导流部230分别为气流导入部230a和气流导出部230b。气流导入部230a和气流导出部230b分别和对应的转动中心轴220固定连接且能绕对应的转动中心轴220转动，各导流部230设置在对应的动子200远离定子100的端部，即气流导入部230a和气流导出部230b分别设置在双电机的轴向两端，气流导入部230a跟随对应的动子200旋转时将外部气流导入定子100，外部气流为外界的冷气流，冷气流通过定子100时进行热量交换。气流导出部230b跟随对应的动子200旋转时将定子100的内部气流导出，此时导出的内部气流为热量交换后的热气流，从而完成电机的散热。
[0048]
如图10所示，定子100的轴承套120包括周向设置的轴承套外壁121和轴承套内壁122，轴承套外壁121和轴承套内壁122之间设置纵向延伸的散热区400，此时，轴承套外壁121作为散热区外壁，轴承套内壁122作为散热区内壁。轴承套外壁121和轴承套内壁122间周向设置有多个隔板126，部分轴承套外壁121、部分轴承套内壁122以及相邻两个隔板126围绕形成多个散热区400。散热区400内设置有若干个散热片300，散热片300包括散热长片301和散热短片302，散热长片301与轴承套外壁121连接，散热短片302与轴承套内壁122连接，散热长片301和散热短片302交错间隔设置，即散热长片301和散热短片302在散热区400内部不相互连接，使得散热区400的内部空腔相互连通，一方面可以更有效地进行散热，另一方面连通的空腔可以实现在加工时刀头连续切割，加工效率更高。各导流部230与散热区400相对设置，定子100的热量传递至散热片300，各导流部230跟随对应的动子200旋转时，气流经过各个散热片300表面进行热交换，进而提高了热交换效率。
[0049]
本实施例中导流部230以风扇为例进行说明，气流通过风扇叶片之间空隙进入或流出电机，从而带出电机运转时产生的热量。气流导入部230a为进风轴流翼型风扇，气流导
出部230b为排风轴流翼型风扇。进风轴流翼型风扇的扇叶数量优选设计为15叶，进风扇扇叶直径范围优选为255mm-265mm，进风扇扇叶扭转角为50
°‑
60
°
，扇叶宽度优选为40mm。排风轴流翼型风扇：扇叶直径255mm-265mm,扇叶数量15叶，扭转角70
°‑
80
°
，扇叶宽度优选为45mm.排风轴流翼型风扇的叶片宽度和扭转角加大，会加速内部热交换后的气体排出。此外，风扇扇叶还可以翼型设计，结合扭转角和扇叶尺寸设计，会对进风道产生加压加速的效果，可以提升空气动力学轮廓，在经过具有翼型设计的扇叶后，此时的翼型设计类比于无人机机翼的翼型设计，风速和风压都会得到提升，从而提升散热效率。
[0050]
需要说明的是，导流部230实际也可以是其他结构形式，气流进出方向既可以是如图1中所示的在轴向上，也可以在径向上，以及同时在轴向和径向上。此外，图8中导流部230与支撑环213可以是一体连接，也可以是拼接。
[0051]
另外，本实施例中导流部230与对应的动子磁性件210连接，为了使磁钢筒212和导流部230之间的连接更加稳固可靠，在磁钢筒212外表面靠近进导流部230的一端设置有沿圆周分布均匀分布的螺纹孔。具体可以先在进导流部230的外表面一圈打胶压，再将打了胶压的导流部230扣紧与磁钢筒212上，之后再用螺丝拧紧锁住，这样导流部230与磁钢筒212便通过螺纹孔而螺接在一起，并且有了额外的胶压作用，使导流部230与磁钢筒212之间得到双重连接保护，提高整体的可靠性连接。
[0052]
进一步地，如图1所示，各个动子200间隔设置，各动子200之间设置有中部气流通道401，中部气流通道401与定子100连通。电机运转时，中部气流通道401可作为额外的进风口和出风口。气流从上方的气流导入部230a进入，从下方的气流导出部230b排出，借助中部气流通道401可将经上方电机形成的部分热气流提前排出上方电机外，并提供给下方电机新鲜冷气流作为下方电机的部分进风，以此可以促进电机的热交换效率。此外，如果其中某一个电机不工作时，也可以缩短进风路径或排风路径，有利于提高电机效率。
[0053]
本技术实施例的电机通过导流部加强了双电机内部的气体流通速度，增强了散热能力，提升了电机的输出功率。
[0054]
实施例二
[0055]
本实施例与第二实施例大致相同，本实施例提供的电机对铁芯111和轴承套120进行了细化，具体在于：
[0056]
铁芯111由砂刚片制成，砂刚片厚度仅为0.2mm，铁芯111包括铁芯内径和铁芯外径，铁芯内径的取值范围可以是198mm-200mm。与此相对应地，铁芯外径的取值范围可以是258mm-260mm，铁芯外径和铁芯内径的数值根据实际生产需要而定。在铁芯内径和铁芯外径合理的比值范围内，定子组件配合电机产生的磁场可以达到最优，进而提高电机效率。如图11所示，铁芯111具有若干个槽口1110，槽口1110中用以安置线圈112，本实施例中示例性的铁芯111具有54槽，槽数越多也利于散热。当然槽数也可以大于54，此处并不进行具体限制。铁芯111的齿宽的范围具体为11mm-13mm，齿高的范围具体为22mm-24mm，铁芯111的槽口宽度的范围具体为2.5mm-2.7mm。当齿宽的数值小于12mm时，其电机效率随铁芯本体齿宽的增加而逐渐增大，并在齿宽达到12.5mm时，其电机效率达到最大值。当齿宽的数值大于12.5mm时，其电机效率逐渐降低。其原理为，在齿宽较小时，提升齿宽可以使得电机铁芯的磁密降低，进而降低电机的铁损，从而提升电机效率。而当齿宽较大时，整个电机铁芯的负荷较大，进而降低了电机效率。因此，将铁芯111的齿宽的取值范围限定在本技术中的范围值，可以
提升电机的效率。另外，值得注意的是，本技术提供的定子组件，其铁芯111的槽极比优选为9/10。
[0057]
此外，如图11所示，轴承套120的外壁间隔设置有多个纵向延伸的定位槽127，定位槽127内安装定位件。组装电机时，轴承套120外套设有铁芯111，铁芯111的内壁上也设置有类似的定位槽，将轴承套120的定位槽127和铁芯111的定位槽对应安装，并在拼接形成的空腔中加装定位件(例如图3中所示的圆柱针600)，以此防止轴承套120和铁芯111间的相对运动。轴承套120的外壁间隔设置有多个周向延伸的凹槽。凹槽用于作为胶位进行打胶水，通过凹槽可以对外设的铁芯进一步限位。
[0058]
本技术实施例的电机通过导流部加强了双电机内部的气体流通速度，增强了散热能力，提升了电机的输出功率。通过将轴承套的内部打通，可以加速气流导入部和气流导出部之间的气体流通，且通过轴承套内的散热片进行散热，可以大大提高电机的散热效率。本技术实施例的铁芯具有合理的槽数和齿宽，有利于散热
[0059]
实施例三
[0060]
本技术的第三实施例提供一种飞行器，包括上述的转动装置。本实施例飞行器的转动装置实现了在同等输出功率下电机体积较小重量较轻，通过双电机结构可以在固定翼飞行和旋翼飞行切换时快速输出最大扭力，以在最短时间内实现从旋翼飞行到到固定翼飞行间的切换，在减少能耗的同时实现快速起飞和降落；同时降低了飞行器在飞行模式切换时的高频振动时间，提高了飞行器的安全性，且同功率情况下双电机结构相较于单电机结构可更有效降低涡流损耗和铁芯损耗，从而提高电机效率，在提高飞行器里程的同时让飞行器具有更高的安全可靠性。
[0061]
显然，本技术的上述实施例仅仅是为了清楚说明本技术所作的举例，而并非是对本技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种转动装置，其特征在于，包括：定子(100)；至少一对动子(200)，各所述动子(200)与所述定子(100)相对设置且转动连接，各所述动子(200)和所述定子(100)相互磁性作用，以提供各所述动子(200)相对所述定子(100)转动的驱动力。2.根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述定子(100)包括至少一对定子磁性件(110)和一个轴承套(120)，各所述定子磁性件(110)环绕设置在所述轴承套(120)上；各所述动子(200)包括与各所述定子磁性件(110)一一对应设置的动子磁性件(210)；各所述定子磁性件(110)和对应的所述动子磁性件(210)相互磁性作用，以提供所述动子(200)相对所述定子(100)转动的驱动力。3.根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述动子磁性件(210)包括若干个磁钢(211)、套筒(212)和一对支撑环(213)，所述一对支撑环(213)分别连接在所述套筒(212)的两端并支撑所述若干个磁钢(211)周向间隔设置在所述套筒(212)的内壁。4.根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述轴承套(120)包括轴承套上部(123)、轴承套中部(124)和轴承套下部(125)，所述轴承套上部(123)和轴承套下部(125)对称连接在所述轴承套中部(124)的两侧，所述至少一对定子磁性件(110)分别对称设置在所述轴承套上部(123)和轴承套下部(125)。5.根据权利要求4所述的转动装置，其特征在于，所述轴承套(120)包括若干个支架(500)，所述若干个支架(500)周向间隔设置在所述轴承套中部(124)。6.根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述动子(200)包括转动中心轴(220)，所述动子(200)通过所述转动中心轴(220)与所述定子(100)转动连接。7.根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述定子磁性件(110)包括铁芯(111)和设置在所述铁芯(111)上的若干个线圈(112)，所述若干个线圈(112)设置在所述铁芯的槽口中，所述槽口数量不小于54。8.根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，各所述动子(200)间隔设置，各所述动子(200)之间设置有与所述定子(100)连通的中部气流通道(401)。9.根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，还包括至少一对导流部(230)，所述至少一对导流部(230)一一对应设置于所述至少一对动子(200)远离所述定子(100)的端部，各所述导流部(230)跟随对应的所述动子(200)旋转时将所述定子(100)的热量导出。10.根据权利要求9所述的转动装置，其特征在于，所述至少一对导流部(230)包括至少一个气流导入部(230a)和至少一个气流导出部(230b)，所述至少一个气流导入部(230a)跟随对应的所述动子(200)旋转时将外部气流导入所述定子(100)，所述至少一个气流导出部(230b)跟随对应的所述动子(200)旋转时将所述定子(100)的内部气流导出。11.根据权利要求9所述的转动装置，其特征在于，所述导流部(230)为风扇，所述风扇具有翼型设计。12.根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于，所述轴承套(120)包括周向设置的轴承套外壁(121)和轴承套内壁(122)；所述轴承套外壁(121) 和轴承套内壁(122)之间设置散热区(400)，所述散热区(400)内设置有若干个散热片(300)。13.根据权利要求12所述的转动装置，其特征在于，所述轴承套外壁(121)和轴承套内
壁(122)之间周向设置有若干个隔板(126)，任意相邻的两个所述隔板(126)与部分所述轴承套外壁(121)和部分所述轴承套内壁(122)围绕形成述散热区(400)。14.根据权利要求13所述的转动装置，其特征在于，所述散热片(300)包括散热长片(301)和散热短片(302)，所述散热长片(301)与所述轴承套外壁(121)连接，所述散热短片(302)与所述轴承套内壁(122)连接，所述散热长片(301)和所述散热短片(302)交错间隔设置。15.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-14中任一项所述的转动装置。

技术总结

本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种飞行器及其转动装置，包括：定子；至少一对动子，各动子与定子相对设置且转动连接，各动子和定子相互磁性作用，以提供各动子相对定子转动的驱动力。本申请的转动装置在同等输出功率下体积较小重量较轻，可以在固定翼和旋翼飞行切换时快速输出最大扭力，以在最短时间内实现从旋翼飞行到固定翼飞行的切换，在减少能耗的同时实现快速起飞和降落；同时降低了飞行器在飞行模式切换时的高频振动时间，提高了飞行器的可靠性和安全性。靠性和安全性。靠性和安全性。