基于四轴飞行器的永磁直流微电机的研制项目案例

开发依据与背景

最近几年，四轴飞行器和无人机得到了长足的发展。如果能够把握好区域优势和市场先机，进行基于四轴飞行器的永磁直流微电机的配套开发，形成涵盖多种型号的四轴飞行器用高性能直流铁芯微电机产业，预期能够快速满足客户的各种需求，适应市场需求放量需要，从而有力促进公司业绩的提升；

另一方面，从市场的预期来看，四轴飞行器做为无人机其中的一种，近年来随着其广泛的应用，越来越受到各方的关注。永磁直流微电机做为四轴飞行器的动力来源，对于实现四轴飞行器的定点悬停、垂直起落、飞行平稳可靠、灵活度高和安全性好等特点起到关键的作用。

由于新型材料的不断出现和使用者对四轴飞行器提出的更高要求和价格要求，使得四轴飞行器生产商家对永磁直流微电机相应的提出更高的性能要求和更低的价格要求。目前四轴飞行器上使用的电机有2种：
①、无刷直流电机。功率体积比大，效率高，噪音小，运转可靠性高，寿命长。但电子换向结构复杂，从而对飞行器的控制驱动系统和调速系统要求高；价格高。
②、碳刷直流电机。应用广泛，调速特性好，控制简单，运转平滑，价格低。但功率体积比小，效率低，碳刷和换向可靠性差，噪音大，电磁干扰大，寿命低。

通过对以上永磁直流微电机各方面的比对，我公司致力于研制出一款低价格高性能高可靠性、尽可能提高功率体积比、效率和寿命，控制噪音的碳刷直流电机，从而优化公司营收贡献结构，保障公司产品引领行业产品趋势，实现企业规模再上新台阶，符合公司的长远发展规划。

主要研发内容和结果

研发内容：

1、抑制电磁干扰，使EMC符合要求。由于四轴飞行器是采用无线遥控的方式来进行操作的，这无疑对电磁干扰有严格的要求。通过在微电机转子换向器端增加钛酸锶环形压敏电阻，抑制换向火花和电弧，降低谐波电动势；对碳架进行压筋处理，同时在碳架上增加阻尼条，并在碳架折弯处增加MS395A.2阻尼胶，防止由于碳架的微量跳动而使高频分量过大，造成干扰功率过大。

2、提高使用寿命，满足电机高转速、低噪音要求。基于四轴飞行器定点悬停、垂直起落、飞行平稳可靠、灵活度高等特点，其采用微电机直接驱动四旋翼高速旋转的模式，对微电机的转速要求很高，空载转速可达65000rpm以上。通过采用铁铜基油杯士取代铜基油杯士，增加了表面硬度和压溃强度（＞200Mpa），同时提高含油率（＞20%）；使用加大银碳精取代铜碳精，目的是提高碳刷的硬度和增加碳刷与换向器表面的接触面积，碳刷越硬，接触电阻越大，接触压降也越大，火花就越小，噪音也随着越小（＜60dB）；通过以上措施，可以明显提高电机使用寿命，大幅降低噪音。

3、提高功率体积比和效率。使用外径φ8.5mm转子取代φ8.2mm转子。通过使用MATLAB软件仿真计算微电机不同转子结构在相同磁通密度下的功率，使用PRO/E和AutoCAD软件进行设计，研制出外径φ8.5mm转子，从而在相同外在条件下提高了电机的功率体积比，同时降低负载电流，效率提高。

4、加强了电机的物理性能。由于电机的转速很高，所以对电机的物理性能有较高要求。我司采用加玻纤耐高温材料胶盖(PA66 G30）取代原普通胶盖，以满足电机高转速、大负载情况下对温升较高的要求；电机外壳铆合采取直铆方式，以满足四轴飞行器低空跌落承受的强度；微电机转子线圈使用“600LG”胶固定，以防止因为微电机高速运转时产生的离心力导致转子漆包线脱离线包。

研发结果：

1.形成能够年产100万台电机以上的配套规模，开发了4个系列的基于四轴飞行器的永磁直流微电机，新增就业岗位25个；
2.进一步巩固了公司的行业地位，提高了公司的自主创新能力，实现拉动公司销售规模增长10%以上，提高公司的市场竞争力；
3.形成了具有超力特色的航模高性能电机，完全满足航模中高端客户的定制化需求和部分外地客户的需求；

开发之电机图例