同轴可反转轴向磁通电机及无人机的制作方法

1.本技术涉及电机及无人机技术领域，且特别涉及一种同轴可反转轴向磁通电机及包括该同轴可反转轴向磁通电机的无人机。


背景技术：

2.作为径向磁通电机(radial flux motor)，无刷直流电机(bldc电机)广泛应用于各领域，并且具有质量上乘、制造工艺成熟等优点。
3.如今，在一些特定的应用领域，轴向磁通电机(axial flux motor)开始显示出它的能力，例如，在轴向空间小或需要轻量化设计的场合。同时，工业领域的技术论文和研究项目表明，高扭矩密度和高效率也是轴向磁通电机的关键优势。
4.以重型无人机为例，电机必须要有高扭矩(扭矩密度)和高效率。同时，从每电机单桨叶(或称单电机单桨叶)、桨叶旋转方向交叉分布向单电机同轴双桨叶反转发展是重型无人机市场的最新应用趋势。旋转的螺旋桨会给无人机机身分配一个扭矩，该扭矩的方向与螺旋桨的旋转方向相反，因此单螺旋桨(即，单桨叶)应交叉分布，以平衡负机身扭矩。双螺旋桨(即，双桨叶)可以增加升力，减小无人机体积，同时自动平衡负扭矩。


技术实现要素：

5.在现有的无人机应用中，通过换向机构，bldc电机可以应用于单电机同轴双桨叶反转应用中。与单电机单桨叶、桨叶旋转方向交叉分布的方案相比，单电机同轴双桨叶反转的方案具有更高的升力，这是重型无人机的高优先级需求；同时，由于双螺旋桨方案可以提供更高的升力，所以可以显著减小无人机的尺寸和体积，但其效率低于单螺旋桨方案。
6.鉴于上述现有技术的状态而提出本技术，本技术的目的在于提供一种可以(但不限于)应用于无人机的同轴可反转轴向磁通电机及包括该同轴可反转轴向磁通电机的无人机。
7.提供一种同轴可反转轴向磁通电机，其包括：
8.第一转子和第一定子，所述第一转子和所述第一定子轴向相对设置，所述第一转子包括朝向所述第一定子设置的多个第一永磁体，所述第一定子包括第一印制电路板，所述第一印制电路板包括第一线圈；
9.第二转子和第二定子，所述第二转子和所述第二定子轴向相对设置，所述第二转子包括朝向所述第二定子设置的多个第二永磁体，所述第二定子包括第二印制电路板，所述第二印制电路板包括第二线圈；以及
10.壳体，在所述同轴可反转轴向磁通电机的轴向上，所述第一定子和所述第二定子位于所述第一转子和所述第二转子之间，并且所述第一定子和所述第二定子固定于所述壳体，所述第一转子经由第一轴可转动地支撑于所述壳体，所述第二转子经由第二轴可转动地支撑于所述壳体，所述第一轴和所述第二轴为分体同轴设置的两个轴构件，使得所述第一转子和所述第二转子能够彼此独立地转动。
11.在至少一个实施方式中，所述的同轴可反转轴向磁通电机还包括第一集成的轴轴承系统和第二集成的轴轴承系统，
12.所述第一集成的轴轴承系统包括：
13.所述第一轴，所述第一轴固定连接于所述第一转子；以及
14.第一轴承，所述第一轴承包括第一滚动体和第一外圈，所述第一滚动体与所述第一轴接触，所述第一外圈固定连接于所述壳体，
15.所述第二集成的轴轴承系统包括：
16.所述第二轴，所述第二轴固定连接于所述第二转子；以及
17.第二轴承，所述第二轴承包括第二滚动体和第二外圈，所述第二滚动体与所述第二轴接触，所述第二外圈固定连接于所述壳体。
18.在至少一个实施方式中，所述第一集成的轴轴承系统还包括位于所述第一滚动体的轴向外侧的第一密封部，
19.所述第二集成的轴轴承系统还包括位于所述第二滚动体的轴向外侧的第二密封部。
20.在至少一个实施方式中，所述第一印制电路板包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第一线圈，所述第二印制电路板包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第二线圈。
21.在至少一个实施方式中，所述第一线圈包括轴向层叠的多层线圈，所述第二线圈包括轴向层叠的多层线圈。
22.在至少一个实施方式中，每层所述线圈的厚度均大于或者等于0.105mm。
23.在至少一个实施方式中，所述第一定子还包括第一定子齿和第一定子背板，所述第一定子齿固定于所述第一定子背板或者与所述第一定子背板一体形成，所述第一印制电路板设置于所述第一定子背板，所述第一线圈围绕所述第一定子齿设置，
24.所述第二定子还包括第二定子齿和第二定子背板，所述第一定子背板和所述第二定子背板轴向间隔开地设置。
25.在至少一个实施方式中，所述的同轴可反转轴向磁通电机还包括第一转子套筒和定子套筒，所述第一转子经由所述第一转子套筒连接于所述第一轴，所述第一定子和所述第二定子同时连接到所述定子套筒。
26.在至少一个实施方式中，所述第一定子与所述定子套筒的连接位置设置有滚花结构，所述第二定子与所述定子套筒的连接位置设置有滚花结构，并且/或者
27.所述第一定子与所述壳体的连接位置设置有滚花结构，所述第二定子与所述壳体的连接位置设置有滚花结构。
28.在至少一个实施方式中，所述壳体包括第一半壳和第二半壳，所述第一半壳为一端带底部一端开口的筒形，所述第一转子和所述第一定子通过所述第一半壳的开口安装到所述第一半壳内，
29.所述第二半壳为一端带底部一端开口的筒形，所述第二转子和所述第二定子通过所述第二半壳的开口安装到所述第二半壳内，
30.所述第一集成的轴轴承系统安装在所述第一半壳的所述底部，所述第二集成的轴轴承系统安装在所述第二半壳的所述底部，
31.所述第一半壳和所述第二半壳在它们的开口的周缘彼此固定连接在一起。
32.提供一种单电机同轴双桨叶反转无人机，其包括根据本技术的所述的同轴可反转轴向磁通电机。
33.在至少一个实施方式中，所述第一轴的端部形成有或连接有第一桨叶，
34.所述第二轴的端部形成有或连接有第二桨叶。
35.如上所述，本技术提供了一种pcb电机，其中，第一定子和第二定子位于第一转子和第二转子之间，第一转子经由第一轴可转动地支撑于壳体，第二转子经由第二轴可转动地支撑于壳体，第一轴和第二轴为分体同轴设置的两个轴构件，使得第一转子和第二转子能够彼此独立地转动。该电机可以(但不限于)应用于无人机，并且实现单电机同轴双桨叶反转。
附图说明
36.图1示出了根据本技术的一个实施方式的同轴可反转轴向磁通电机的结构示意图。
37.图2示出了根据本技术的一个实施方式的同轴可反转轴向磁通电机的定子的结构示意图。
38.图3是用于说明根据本技术的一个实施方式的同轴可反转轴向磁通电机的转子与一种现有转子的区别的示意图。
具体实施方式
39.下面参照附图描述本技术的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本技术，而不用于穷举本技术的所有可行的方式，也不用于限制本技术的范围。
40.本技术的实施方式提供了一种同轴可反转轴向磁通电机，其尤其可以是轴向磁通pcb电机，该电机可以有利地适用于(但不限于用于)单电机同轴双桨叶反转无人机，尤其是重型无人机(例如，农业无人机)。
41.参照图1至图3，根据本技术的一实施方式的同轴可反转轴向磁通电机可以包括第一转子12、第一定子13、第二转子22、第二定子23和壳体3。
42.第一转子12和第一定子13轴向相对设置，第一转子12包括朝向第一定子13设置的多个第一永磁体122，第一定子13包括第一印制电路板133，第一印制电路板133包括第一线圈135。
43.第二转子22和第二定子23可以具有与第一转子12和第一定子13分别类似的结构，在下面的描述中，有时会省略对第二转子22和第二定子23及相关构件的详细描述，在附图中也会简化对第二转子22和第二定子23及相关构件的标注，以使附图更简洁。
44.第二转子22和第二定子23轴向相对设置，第二转子22包括朝向第二定子23设置的多个第二永磁体，第二定子23包括第二印制电路板，第二印制电路板包括第二线圈。
45.在该同轴可反转轴向磁通电机(下面，有时简称“轴向磁通电机”)的轴向a上，第一定子13和第二定子23位于第一转子12和第二转子22之间。这里，还可以将该轴向磁通电机称为背靠背pcb电机。
46.第一定子13和第二定子23固定于壳体3，第一转子12可以经由第一轴111可转动地
支撑于壳体3，第二转子22可以经由第二轴211可转动地支撑于壳体3。这里，第一轴111和第二轴211为分体同轴(这里，是指轴线相同)设置的两个轴构件，使得第一转子12和第二转子22能够彼此独立地转动。
47.可以理解，这里的“同轴可反转轴向磁通电机”是指第一转子12和第二转子22能够沿相反的方向转动，在应用于例如单电机同轴双桨叶反转无人机时，可以省略换向机构。然而，本技术的“同轴可反转轴向磁通电机”的两个转子也可以沿相同的方向转动，此时，两个转子的转速可以相同或不同。
48.本技术的实施方式提供了背靠背pcb电机(转子位于外部)，该pcb电机尤其可以用于同轴双桨叶反转无人机，无需换向机构，效率更高，可靠性更高，寿命更长，升力更大，无人机尺寸更小。
49.参照图2，以第一转子12为例，第一永磁体122可以以圆周矩阵的方式布置在转子背板120上或中，可以使用胶水固定第一永磁体122，另外，第一永磁体122的至少一部分还可以嵌入到转子背板120的槽中。
50.优选地，该轴向磁通电机还包括第一集成的轴轴承系统11和第二集成的轴轴承系统21。
51.第一集成的轴轴承系统11可以包括：第一轴111，该第一轴111固定连接于第一转子12；以及第一轴承112，该第一轴承112可以包括第一滚动体1121和第一外圈1122，第一滚动体1121可以直接与第一轴111接触，第一外圈1122可以固定连接于壳体3。这里，第一轴111可以作为第一轴承112的内圈，这样，可以减小零件数目，有利于小型化和轻量化。
52.第二集成的轴轴承系统21可以具有与第一集成的轴轴承系统11类似的结构。具体地，第二集成的轴轴承系统21可以包括：第二轴211，该第二轴211固定连接于第二转子22；以及第二轴承212，该第二轴承212可以包括第二滚动体和第二外圈，第二滚动体可以直接与第二轴211接触，第二外圈可以固定连接于壳体3。这里，第二轴211可以作为第二轴承212的内圈，这样，可以减小零件数目，有利于小型化和轻量化。
53.这里，集成的轴轴承系统可以提高第一轴111和第二轴211，或者说提高轴系统的刚度。
54.优选地，第一集成的轴轴承系统11可以还包括位于第一滚动体1121的轴向外侧(图1中的上侧)的第一密封部1123，第二集成的轴轴承系统21可以还包括位于第二滚动体的轴向外侧(图1中的下侧)的第二密封部。这样，可以提高整个轴向磁通电机的密封性。
55.可选地，壳体3可以包括第一半壳31和第二半壳32。第一半壳31可以为一端带底部31b一端开口的筒形，第一转子12和第一定子13可以通过第一半壳31的开口安装到第一半壳31内。
56.第二半壳32可以为一端带底部32b一端开口的筒形，第二转子22和第二定子23可以通过第二半壳32的开口安装到第二半壳32内。
57.第一集成的轴轴承系统11可以安装在第一半壳31的底部31b，第二集成的轴轴承系统21可以安装在第二半壳32的底部32b。
58.第一半壳31和第二半壳32可以在它们的开口的周缘彼此固定连接在一起，例如，通过开口周缘处的法兰和螺栓连接在一起。
59.这样，整个壳体3的结构简单，整个轴向磁通电机可以对称组装，组装简单，可靠性
更高、更稳定。整个轴向磁通电机可以形成全密封设计，防水防污性好，封闭式的外壳设计可以实现更高的ip等级，避免了不同工作环境下的污染。
60.该轴向磁通电机可以还包括第一转子套筒51和定子套筒53，第一转子12可以经由第一转子套筒51连接于第一轴111，第一定子13和第二定子23可以同时连接到定子套筒53。
61.第一转子套筒51位于第一转子12的径向内侧，因此，可以将第一转子套筒51称为内转子套筒。同样地，定子套筒53位于第一定子13和第二定子23的径向内侧，可以将定子套筒53称为内定子套筒。
62.当然，该轴向磁通电机可以还包括第二转子套筒52，第二转子22可以经由第二转子套筒52连接于第二轴211。第二转子套筒52也可以被称为内转子套筒。
63.这里，第一定子13与定子套筒53的连接位置可以设置有滚花结构，第二定子23与定子套筒53的连接位置可以设置有滚花结构。
64.第一定子13和壳体3的连接位置可以设置有滚花结构，第二定子23和壳体3的连接位置可以设置有滚花结构。
65.这里，通过滚花工艺、内转子套筒、内定子套筒的应用，使得转子和定子的定位和组装变得容易。内转子套筒、内定子套筒的应用可以提高转子和定子及整个轴向磁通电机的结构刚度。
66.可以理解，虽然附图中示意性地示出了同一定子套筒53与第一定子13和第二定子23固定连接。然而，本技术不限于此，也可以设置两个分体的定子套筒，两个定子套筒分别与第一定子13和第二定子23固定连接。
67.本技术不特别限制转子和转子套筒，定子和定子套筒及定子和壳体的连接方式，该连接方式可以为粘胶、过盈压入、导槽压入等等。
68.该轴向磁通电机可以作为更高ip等级的环保设备。例如，对于农业无人机，防污要求是农业无人机的重要痛点，本技术的轴向磁通电机可以有利地应用于农业无人机。
69.参照图3，第一印制电路板133可以包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第一线圈135。同样地，第二印制电路板可以包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第二线圈。
70.这里，第一线圈可以包括轴向层叠的多层线圈，第二线圈也可以包括轴向层叠的多层线圈。优选地，每层线圈的厚度可以均大于或者等于0.105mm。
71.参照图3的右侧，其示意性地示出了一种现有技术的定子，其中，在定子的定子齿800的周围形成线圈900。
72.在电子器件的生产中，常使用刻蚀技术，但是，电子器件的铜层通常小于0.5盎司。(pcb板的铜厚的单位一般是盎司(oz)，1oz＝0.035mm)
73.本技术的定子的印制电路板采用覆铜工艺，然后通过刻蚀工艺去掉不需要的部分(留下线圈/绕组)，铜层较厚。这里，优选地，每层线圈的厚度大于或等于3盎司(即，0.105mm)，这样，可以提高线圈的载流能力。
74.在图3的左侧，示意性地示出了根据本技术的定子上的覆铜层130、通过刻蚀形成的线圈135，其中，在刻蚀掉铜层之后，会露出非导电材料136。
75.本技术中，定子采用pcb覆铜板设计，而且采用多层电路板设计，即有多个线圈层，这样，线圈的导电性更好，载流能力更好，定子的轴向长度较小。
76.另外，与传统的具有铜线线圈/绕组的电机相比，在本技术中，通过pcb工艺的应
用，可以提高量产产品的一致性。
77.参照图1，第一定子13可以还包括第一定子齿131和第一定子背板132，第一定子齿131可以固定于第一定子背板132或者与第一定子背板132一体形成。第一印制电路板133可以设置于第一定子背板132，第一线圈135可以围绕第一定子齿131设置。
78.同样地，第二定子23可以还包括第二定子齿和第二定子背板。第一定子背板132和第二定子背板可以轴向间隔开地设置。
79.本技术的实施方式还提供一种单电机同轴双桨叶反转无人机，其包括根据本技术的同轴可反转轴向磁通电机。
80.参照图1，第一轴111的端部(外侧端部，图1中的上侧端部)可以形成有或连接有第一桨叶，第二轴211的端部(外侧端部，图1中的下侧端部)可以形成有或连接有第二桨叶。
81.可以理解，在本技术的描述中，不区分桨叶和螺旋桨，一个桨叶或螺旋桨可以具有多个叶片(例如，两个叶片，两个叶片可以呈一字形，并且可以连接到第一轴111或第二轴211)。
82.本技术的双桨叶或双螺旋桨通常是指同轴(即，同轴线)布置的在轴向上分开的两个桨叶或螺旋桨，这两个桨叶或螺旋桨可以反转，即转动方向可以彼此相反。
83.可以理解，包括根据本技术的同轴可反转轴向磁通电机的无人机可以具有无需换向机构，效率更高，可靠性更高，寿命更长，升力更大，尺寸更小等优点。
84.应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本技术。本领域技术人员可以在本技术的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本技术的范围。

技术特征：
1.一种同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，包括：第一转子(12)和第一定子(13)，所述第一转子(12)和所述第一定子(13)轴向相对设置，所述第一转子(12)包括朝向所述第一定子(13)设置的多个第一永磁体(122)，所述第一定子(13)包括第一印制电路板(133)，所述第一印制电路板(133)包括第一线圈(135)；第二转子(22)和第二定子(23)，所述第二转子(22)和所述第二定子(23)轴向相对设置，所述第二转子(22)包括朝向所述第二定子(23)设置的多个第二永磁体，所述第二定子(23)包括第二印制电路板，所述第二印制电路板包括第二线圈；以及壳体(3)，在所述同轴可反转轴向磁通电机的轴向(a)上，所述第一定子(13)和所述第二定子(23)位于所述第一转子(12)和所述第二转子(22)之间，并且所述第一定子(13)和所述第二定子(23)固定于所述壳体(3)，所述第一转子(12)经由第一轴(111)可转动地支撑于所述壳体(3)，所述第二转子(22)经由第二轴(211)可转动地支撑于所述壳体(3)，所述第一轴(111)和所述第二轴(211)为分体同轴设置的两个轴构件，使得所述第一转子(12)和所述第二转子(22)能够彼此独立地转动。2.根据权利要求1所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，还包括第一集成的轴轴承系统(11)和第二集成的轴轴承系统(21)，所述第一集成的轴轴承系统(11)包括：所述第一轴(111)，所述第一轴(111)固定连接于所述第一转子(12)；以及第一轴承(112)，所述第一轴承(112)包括第一滚动体(1121)和第一外圈(1122)，所述第一滚动体(1121)与所述第一轴(111)接触，所述第一外圈(1122)固定连接于所述壳体(3)，所述第二集成的轴轴承系统(21)包括：所述第二轴(211)，所述第二轴(211)固定连接于所述第二转子(22)；以及第二轴承(212)，所述第二轴承(212)包括第二滚动体和第二外圈，所述第二滚动体与所述第二轴(211)接触，所述第二外圈固定连接于所述壳体(3)。3.根据权利要求2所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述第一集成的轴轴承系统(11)还包括位于所述第一滚动体(1121)的轴向外侧的第一密封部(1123)，所述第二集成的轴轴承系统(21)还包括位于所述第二滚动体的轴向外侧的第二密封部。4.根据权利要求1所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述第一印制电路板(133)包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第一线圈(135)，所述第二印制电路板包括通过覆铜和刻蚀铜层而形成的第二线圈。5.根据权利要求1所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述第一线圈包括轴向层叠的多层线圈，所述第二线圈包括轴向层叠的多层线圈。6.根据权利要求5所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，每层所述线圈的厚度均大于或者等于0.105mm。7.根据权利要求1所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述第一定子(13)还包括第一定子齿(131)和第一定子背板(132)，所述第一定子齿(131)固定于所述第一定子背板(132)或者与所述第一定子背板(132)一体形成，所述第一印制电路板(133)设置于所述第一定子背板(132)，所述第一线圈(135)围绕所述第一定子齿(131)设置，
所述第二定子(23)还包括第二定子齿和第二定子背板，所述第一定子背板(132)和所述第二定子背板轴向间隔开地设置。8.根据权利要求2所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，还包括第一转子套筒(51)和定子套筒(53)，所述第一转子(12)经由所述第一转子套筒(51)连接于所述第一轴(111)，所述第一定子(13)和所述第二定子(23)同时连接到所述定子套筒(53)。9.根据权利要求8所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述第一定子(13)与所述定子套筒(53)的连接位置设置有滚花结构，所述第二定子(23)与所述定子套筒(53)的连接位置设置有滚花结构，并且/或者所述第一定子(13)与所述壳体(3)的连接位置设置有滚花结构，所述第二定子(23)与所述壳体(3)的连接位置设置有滚花结构。10.根据权利要求2所述的同轴可反转轴向磁通电机，其特征在于，所述壳体(3)包括第一半壳(31)和第二半壳(32)，所述第一半壳(31)为一端带底部(31b)一端开口的筒形，所述第一转子(12)和所述第一定子(13)通过所述第一半壳(31)的开口安装到所述第一半壳(31)内，所述第二半壳(32)为一端带底部(32b)一端开口的筒形，所述第二转子(22)和所述第二定子(23)通过所述第二半壳(32)的开口安装到所述第二半壳(32)内，所述第一集成的轴轴承系统(11)安装在所述第一半壳(31)的所述底部(31b)，所述第二集成的轴轴承系统(21)安装在所述第二半壳(32)的所述底部(32b)，所述第一半壳(31)和所述第二半壳(32)在它们的开口的周缘彼此固定连接在一起。11.一种单电机同轴双桨叶反转无人机，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的同轴可反转轴向磁通电机。12.根据权利要求11所述的单电机同轴双桨叶反转无人机，其特征在于，所述第一轴(111)的端部形成有或连接有第一桨叶，所述第二轴(211)的端部形成有或连接有第二桨叶。

技术总结
提供了同轴可反转轴向磁通电机及无人机。该同轴可反转轴向磁通电机包括：第一转子(12)和第一定子(13)，所述第一定子(13)包括第一印制电路板(133)，所述第一印制电路板(133)包括第一线圈(135)；第二转子(22)和第二定子(23)；以及壳体(3)，在轴向(A)上，所述第一定子(13)和所述第二定子(23)位于所述第一转子(12)和所述第二转子(22)之间，所述第一转子(12)经由第一轴(111)可转动地支撑于所述壳体(3)，所述第二转子(22)经由第二轴(211)可转动地支撑于所述壳体(3)，所述第一转子(12)和所述第二转子(22)能够彼此独立地转动。子(22)能够彼此独立地转动。子(22)能够彼此独立地转动。


技术研发人员：赵旭 缪冬敏 狄玉涛 石磊
受保护的技术使用者：舍弗勒技术股份两合公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2023/9/22