【技术】多旋翼无人机电机减振加固结构设计-无刷电动机

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多旋翼无人机电机减振加固结构设计

无刷电动机因具有高稳定性、高调速等优点，在多旋翼飞行器中占据了重要位置。无人机行业的兴起，导致了对远程飞行模型的需求个性化，种类繁多的辅助产品不断涌现。

航空模型驱动常用的外转子无刷电机，其结构简单，体积小，且具有更大的磁通，更好地承载更多的载荷，更适合于飞行器的高速飞行。

但是，当输出功率越来越大时，电动机的振动问题也越来越突出。造成电动机振动的原因有两种，一种是由于转子支承不均衡而引起的机械振动，另一种是由于径向电磁力波所引起的电磁振动。

由于其良好的动态平衡性，外转子无刷电动机通常使用高精度的支承，因此其机械振荡幅度很低。所以，降低低级径向激振力波，提高电动机运转时的振动性能，就成了工程技术人员关注的焦点。

笔者采用线性建模方法对 PMSM的工作环境进行了模拟，并对其进行了定量的研究，得到了 PMSM的机械振动及噪音振动，提出了一种降低电动机震动及降低噪音的改进方法。为了提高无刷电动机的工作特性，有研究人员提出了一种新型的磁铁双环结构。

通过内部和外部两个环的构造，使其构成一个新的磁道，增大了空气间隙的磁密度，进而提高了转矩的输出特性；论文中，笔者采用切割电机基体材料和调整重心分布等措施，对电机的电磁场进行了改进，使其达到了降低电机振动的目的。

在此基础上，提出一种新型的多旋翼无人车驱动无刷电动机静止机构，实现无人车驱动无刷电动机静止机构，实现对无人车驱动无刷电动机静止机构的整体优化，从而显著降低无人车运行过程中机体的抖动，提升无人车的隐身能力。

1机械振动导致固定弱化

常规多转子静止基座在运转过程中会引起大量的噪音，而不同的螺钉拧紧状态又会引起不同的偏心率，从而加重了电动机与静止基座的摩擦损耗。需要对底座进行大幅降低振动，虽然可以用飞控系统来调整，但依然不能适应高强度的工作。

无刷电动机在运行过程中，定子在运行过程中会发生机械振荡，并通过振荡传递到电动机基座，从而释放出了巨大的机械能。

已有的电动机安装基座设计大多采用四个螺钉围绕基座圆周对称分布的紧固方式，其安装过程复杂，而且反复拆卸会削弱其紧固作用。由于电动机的静止基座承受着电动机在运转过程中所带来的大量的外力，所以它的构造会对多旋翼的飞行性能造成很大的影响。

如果电动机静止基座的设置不合理，会造成过大的过载，会引起定子销的松动，从而导致定子与转子之间的轴心偏差，从而导致电动机底板与机翼之间的摩擦，同时，在重复的交变载荷下，钢材的应力会远远小于其承受的极限强度，从而导致金属的疲劳。

在当前被广泛使用的电机固定底座方案中，它的四枚螺栓的固定承受了大量的力矩，松开螺栓接头所需要的力矩 M，这是一种与螺母、螺杆、螺纹扭矩均有紧密关系的组合量，当螺纹扭矩 MTP大于保持力矩 MK+ MG时，力矩 M为负值，螺栓就会发生旋转自松。在实际应用中，锚杆也可能被震动所作用，从而引起应力偏移及预荷载的自然衰减。

2 多旋翼新型固定底座设计

针对上述问题，本项目提出了一种新颖的基于集成加工的电机安装方式，采用螺钉穿入定子轴中，并在其与基座间填充弹性材料，可降低振动加速度，降低噪声辐射，提升飞控下的工作效率，可满足各种类型的电机快速安装、拆卸和调试的需要，同时也可解决因安装误差引起的振动等问题。

2.1 定子及线圈绕组设计

该系统与外转子电动机相匹配，由一个由绝缘槽和一个轴承构成的组合件，该组合件由一个定子铁芯和一个轴承构成，该绝缘槽由定子磁轭部分向外延伸，围绕着磁轭部分的一个轮齿，将定子磁轭部分的轮齿平均地固定在磁轭部分的外圈上，并缠绕在该绝缘槽上，制造完成后，将该外转子组装到定子的外面。

2.2 加强机座与固定结构

在此基础上，结合外转子无刷电动机的特点，提出了一种利用同轴构件整体切削成形的方法，并将其与自紧固螺帽相匹配的方法。

所述机器底座由本体和定位销两个部件组成，所述机器底座本体穿过所述碳素纤维或其它材质的地板的两边，所述地板底部装有定位销，所述三个定位销以120度的角度刺穿所述地板；本发明的目的是为了使马达基座和多旋翼体之间的连接更加紧密，以增强结构的强度。

结论

在实际应用中，即使在大气流工况相对平稳的情况下，也常常要同时考虑到电动机的电磁、机械等振动对电动机的影响。仿真试验结果显示：调整无刷马达之定子构型及最佳之齿轮-轭部参量比对，能有效地抑制因气隙场所引起之磁振现象，且能有效地降低无刷马达之运行功率消耗。

参考文献：

1.吴林晋，王建国，汤瑾.一种模块化多旋翼无人机的设计.科 技风

2.杜晓彬，黄开胜，蔡黎明.基于定子齿冠偏心的外转子永磁电 机转矩波动抑制.微特电机