航模动力用外转子无刷电机三维结构

　　做航模动力选型快八年，经手的外转子无刷电机少说也有几十款，这款3536规格的机型是固定翼、小型多旋翼还有车模改装里非常常用的动力段位，先从实际装机场景说，35系列的电机对应的是1.2-1.8kg起飞重量的固定翼航模，搭配10-12寸螺旋桨能输出足够的静拉力，要是用在450-550级别的多旋翼上，单轴拉力能覆盖800-1200g，留空时间和动力冗余刚好卡在性价比最高的区间，不少入门级航拍无人机、航测练习机也会选这个规格的电机做动力源，甚至有些小型电动滑板、桌面级云台的动力改装也会用到同规格的外转子结构。

　　从结构设计逻辑来看，外转子无刷电机和普通内转子电机的核心差异就是转子外壳直接随磁钢旋转，螺旋桨或者传动轮直接装在转子端盖上，省去了额外的传动减速结构，动力传递效率比带减速组的有刷电机高至少15%。这款3536的命名本身就对应了核心安装尺寸，定子直径35mm，定子叠厚36mm，这个尺寸边界是选型时最先要卡的硬指标——电机安装座的孔位是标准的19mm*25mm十字安装孔，M3螺丝固定，安装位的凸台高度是4mm，装机的时候要注意机身安装板的开孔不能小于32mm，不然转子旋转的时候会蹭到机身板材，转子外壳的最大外径是41mm，相邻两个电机的中心距至少要留45mm以上，避免桨叶转动时和邻位电机或者机架结构产生干涉。

　　再拆结构细节来看，电机的定子部分是0.2mm厚的硅钢片叠压而成，12槽的定子绕组绕法是典型的delta接法，适配3-4S锂电池供电，KV值大概在700-900区间，这个参数搭配1045螺旋桨的时候，3S供电下满油门电流在22A左右，推力能到1100g，4S供电下满油门电流28A，推力能到1600g，选型的时候要注意电调的持续电流要留30%以上的冗余，不然满油门爬升的时候容易烧电调。转子部分是14极的钕铁硼磁钢，粘在钢制的转子外壳内壁，磁钢和定子之间的气隙控制在0.3mm，这个气隙大小是平衡磁阻和装配公差的最优值，气隙太小的话，轴承磨损产生的窜动会让磁钢蹭到定子，直接导致电机卡滞烧毁，气隙太大的话磁通量损失大，电机效率会明显下降。

　　输出轴是直径4mm的淬火钢轴，轴伸长度是18mm，装螺旋桨的时候要注意桨夹的锁紧力度，M4的锁紧螺母扭力不要超过1.2N·m，不然容易把输出轴顶弯，或者把转子端盖的轴承顶出旷量。电机的前后端盖都是6061铝合金车削加工，表面做了阳极氧化处理，既减轻重量又能辅助散热，连续满油门运转3分钟的时候，端盖温度大概在65摄氏度左右，比同规格的塑料端盖电机低15度以上，长时间大油门工作的稳定性更好。出线端是16AWG的耐高温硅胶线，线长100mm，接线的时候要注意三相线的相序，接反的话电机会反向旋转，只要任意调换两根相线就能纠正转向，不需要额外改设置。

　　实际建模的时候要注意几个容易出错的装配边界：首先是前后轴承的选型，前端用的是MR104ZZ轴承，后端用的是MR84ZZ轴承，轴承座的同轴度公差要控制在0.02mm以内，不然电机转动的时候会有明显的震动，不仅会降低飞行稳定性，还会加速轴承磨损。其次是转子的动平衡，外转子电机因为旋转外壳的直径大，动平衡精度要达到G2.5级，不然高转速下的震动会导致机架共振，影响飞控的陀螺仪采样，建模的时候要在转子端盖上预留0.5g的动平衡配重槽，方便量产的时候做动平衡校准。还有安装座的减震设计，不少装机的时候会在电机座和机架之间加2mm厚的橡胶减震垫，这时候建模要把螺丝的长度余量算进去，避免螺丝拧入电机端盖的深度不够，飞行中电机脱落。

　　从应用延伸来看，这个结构的电机除了航模领域，还能用到小型自动化设备的旋转工位上，比如桌面级的旋转展示台、小型传送带的动力辊，只要把输出轴连上传动轮，搭配对应的电调就能实现无级调速，转速范围在几百转到一万多转可调，比普通的交流减速电机体积小、重量轻，调速范围更宽。建模的时候把绕组、磁钢、轴承、轴、端盖这些零件都做了独立的装配体，干涉检查已经全部做完，不管是做航模机架的装配仿真，还是做电机本身的结构改进，都能直接调用，不需要再重新核对安装尺寸。