多旋翼无人机用4114外转子无刷电机结构设计

　　这款外转子无刷电机的三维结构，是针对多旋翼无人机长时间户外作业场景开发的动力单元，在做结构建模的时候，首先要匹配的是大载重多旋翼机型的拉力输出需求，320KV的转速参数适配15-18寸螺旋桨，单电机最大拉力可以达到2.5kg以上，四轴搭配的情况下可以支持总重8kg以内的作业载荷，不管是航拍测绘、植保作业还是物流投送类的无人机，都能覆盖常用的动力输出区间。

　　从实际使用的工况出发，这款电机的结构设计优先考虑了散热与抗振性能，外转子的壳体做了多组镂空开孔，一方面是在电机高速运转的时候可以引导气流直接穿过定子绕组区域，带走持续大电流输出产生的热量，避免绕组温升过高导致磁钢退磁；另一方面这些开孔也做了圆弧过渡处理，没有应力集中的锐角，在无人机做机动动作或者遇到气流颠簸产生振动的时候，壳体不会因为高频振动出现疲劳开裂。定子部分的硅钢片叠压结构在建模的时候严格控制了叠片公差，槽满率控制在78%左右，既保证了绕组的绕制空间，也不会因为槽满率过高导致装配的时候刮破漆包线绝缘层。

　　安装边界的尺寸设计完全适配主流多旋翼无人机的机臂安装标准，电机底座的安装孔位采用4孔均布设计，孔距匹配25mm直径碳管机臂的安装座，中心轴的输出端采用标准M5螺纹接口，可以直接适配市面上绝大多数的自锁桨夹，不需要额外做转接件。转子外壳的外径控制在48mm以内，总高度不含输出轴的部分是31mm，安装的时候不会和机臂上的走线槽、电调安装位产生干涉，输出轴的伸出长度是12mm，搭配桨夹之后可以保证螺旋桨和电机端面有足够的安全间隙，运转的时候不会出现桨叶擦碰电机壳体的问题。

　　内部结构的设计上，轴承采用了双轴承支撑结构，上下两个深沟球轴承分别布置在转子轴的两端，靠近输出端的轴承尺寸略大，可以承受螺旋桨旋转产生的径向载荷，尾端的轴承做了轴向定位，避免电机在急加速急减速的时候出现轴窜动。绕组的出线位置做了专门的走线槽，三相线从底座的侧方引出，出线口做了圆角防护，不会因为飞行中的振动磨破线材外皮，底座的安装端面做了0.1mm的凸台设计，安装的时候可以和机臂安装座完全贴合，不会出现安装面不平导致的电机同轴度偏差。

　　从结构选型的角度看，这款电机的设计没有追求极致的轻量化，而是在重量和耐用性之间做了平衡，转子外壳采用6061铝合金数控加工而成，表面做了硬质阳极氧化处理，在户外潮湿或者多粉尘的环境下使用也不会出现表层腐蚀，磁钢采用N42SH牌号的耐高温钕铁硼，在120度的工作温度下依然可以保持稳定的磁性能，就算是夏天在户外长时间大油门作业，也不会因为磁钢性能下降导致动力输出衰减。做三维建模的时候，所有的配合公差都按照实际加工的精度要求设置，轴承位的公差采用基孔制过渡配合，转子和轴的配合采用过盈配合，装配的时候不需要额外打胶就可以保证连接强度，同时也方便后期维护的时候拆解更换易损件。

　　在实际装机测试的场景中，这款电机的动平衡精度控制在G2.5级别，搭配螺旋桨之后在全转速区间都不会出现明显的共振，不会因为电机振动导致飞控的陀螺仪数据出现噪声，影响飞行稳定性。电机的内部绕组做了浸漆处理，既可以固定绕组线材避免振动磨破绝缘层，也可以提升绕组的导热性能，把绕组产生的热量更快传递到定子铁芯，再通过外壳的镂空结构散出。底座的设计还预留了电调信号线的走线空间，用户装机的时候可以把三相线和信号线整理得更加规整，避免线材被螺旋桨气流吹动产生晃动，影响飞行安全。