小型无刷轮毂驱动电机结构设计

　　做小型格斗机器人动力选型的时候，最先要卡的就是重量边界，150克级别的仙女量级格斗机器人，留给动力单元的重量冗余非常有限，这款基于1806无刷电机改制的轮毂结构，刚好能卡在重量分配的阈值里，不用额外做轮体和电机的转接支架，把驱动、轮体、安装接口整合到一个单元里，能省出不少重量给装甲或者武器机构。从结构上看，这款轮毂电机把定子、转子、输出轴做了同轴集成，外转子的圆柱面直接作为轮体的安装基准面，不需要额外设计联轴器或者轮座，输出轴是单出轴结构，轴径和轴伸长度刚好匹配小型机器人的车架安装孔位，安装的时候只需要在车架侧板开对应直径的通孔，把轴穿入后用顶丝或者轴用挡圈固定即可，不需要额外设计复杂的张紧或者对中结构，对小型格斗机器人这种空间极度紧凑的设备来说，能大幅简化车架的结构设计，减少不必要的加工工序。

　　实际应用场景里，除了150克级的格斗机器人，这类小型集成轮毂电机也能用在微型桌面移动平台、小型巡检机器人的行走单元上，尤其是对安装空间要求苛刻、重量限制严格的小型移动设备，这种集成式结构比分体式的电机加轮组组合要省至少30%的轴向安装空间，重量也能降低20%左右。设计思路上，这款结构没有预留额外的公差余量，这点在做实物加工的时候要特别注意，如果是用3D打印制作端盖或者轮体外壳，需要根据自己使用的打印材料收缩率预留0.1-0.2mm的配合间隙，要是用CNC铣削加工金属端盖，配合公差可以按H7/g6的间隙配合来做，不然装配的时候会出现转子卡滞、转动不顺滑的问题。

　　从安装边界来看，电机主体的圆柱外径是标准1806电机的尺寸规格，轴向总长度控制在20mm以内，输出轴的轴伸长度在8mm左右，安装的时候要注意车架侧板和电机端面之间预留0.5mm的间隙，避免转动的时候端面和车架摩擦增加运行阻力。功能特性上，外转子结构的无刷电机本身扭矩输出比同尺寸内转子电机要大，直接作为轮毂驱动的时候，不需要额外加减速齿轮组，就能满足小型格斗机器人的移动速度和扭矩需求，少了齿轮组的传动间隙，行走的控制精度也会更高，在格斗对抗的时候，启停和转向的响应速度会更快，不会因为齿轮背隙出现动作滞后的问题。

　　做三维建模的时候，要特别注意转子和定子之间的气隙均匀度，整个转子外壳的同轴度公差要控制在0.02mm以内，不然转动的时候会出现扫膛的问题，直接影响电机的使用寿命和运行效率。端盖上的安装缺口是为了方便走线和固定端盖用的，设计车架的时候可以对应缺口位置做定位凸台，防止电机在受到冲击的时候出现转动移位，毕竟格斗机器人在对抗的时候会受到比较大的冲击载荷，光靠轴上的顶丝固定很容易出现电机跟转的问题，加个定位凸台就能把周向的冲击力分散到车架上，避免轴承受损。另外这款结构没有做密封设计，只适合在干燥无粉尘的室内场景使用，如果要用在户外的小型移动设备上，需要额外在端盖和轴的配合位置加密封圈，防止粉尘或者水汽进入电机内部造成短路或者轴承卡滞。实际选型的时候，要匹配对应的无刷电调参数，1806规格的无刷电机通常用10A-15A的电调就能驱动，供电电压根据需要的转速来选，一般2S锂电池供电就能满足小型格斗机器人的动力需求，要是需要更高的移动速度，可以换用更高KV值的定子绕组，不用改动外部的机械安装尺寸，互换性很强。