CN101244762A - 飞行器的动力驱动系统 - Google Patents
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Abstract
飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述动力驱动系统包括电源、电动机、轴承座，所述电动机通过轴承垂直设置在一轴承座内，电动机的定子和转子均朝上方向延伸并分别安装螺旋桨，所述定子与转子安装螺旋桨的上端同轴套装设置，转子的下端伸出轴承座后固定一转盘，轴承座外固定设置有磁极部位贴近转盘的电磁铁。电动机通电时，转子和定子同时均带动螺旋桨旋转获得动力，通过轴承座将动力传给机身，带动飞行器上升或前进。同时电磁铁和转盘之间的电磁力矩用来抵消摩擦扭矩，并控制此电磁力矩的大小实现飞行器的转向。该动力驱动系统解决了螺旋桨反扭矩的问题，满足飞行器的小型化、简单化和轻型设计需求，有利于飞行器的推广和制造。
Description
技术领域
本发明属于航空飞行设备的动力驱动系统，尤其涉及一种适用于利用螺旋桨驱动的各种航空飞行器的无扭矩动力驱动系统。
背景技术
现有的直升飞机、固定翼机等均采用螺旋桨驱动，这类航空飞行器均采用间接反作用力发动机驱动，其工作原理是由发动机经过一些列机械传动后带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功，使空气加速向后或向下流动，这时空气对螺旋桨产生反作用力便用来推进飞行器。这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨风扇发动机等。而涡轮风扇发动机则既有直接反作用力，也有间接反作用力，但常将其划归直接反作用力发动机一类，所以也称其为涡轮风扇喷气发动机。
无论采用哪种发动机，现有的发动机均采用一连接螺旋桨的传动轴作为动力输出，由于传动轴的另一端与飞行器的机身连接或间接连接，所以螺旋桨产生反作用力的同时，会对机身带来相应作用力的反向力矩，影响飞行器的正常分型，为消除该反向扭转力矩，现有直升飞机便通过设置长长的尾翼来平衡该力矩。这一方面不仅使飞行器的体积和重量增大，同时也会造成飞行器的设计和控制的复杂程度，使得飞行器难以实现小型化和结构简洁化，飞行器的造价无法降低，这在一定程度上阻碍了飞行器的发展和推广。纵然已经有了共轴双旋翼直升飞机，平衡了反向扭转力矩，但这共轴系统仍然采用机械传动控制环节得以平衡飞机机身的反扭矩，仍使飞机结构复杂、重量巨大。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构设计合理，能使飞行器机身的扭转力矩轻松减小为零，驱动效率提高的飞行器的动力驱动系统，它利用异步电动机的原理，通过电磁铁作用于转盘，抵消摩擦力矩，使机身不发生转动，可省略常规飞机机身的平衡装置，满足了飞行器结构简单、小型化的设计要求，更有利于飞行器的推广和制造。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述动力驱动系统包括电源、电动机、轴承座，所述电动机通过轴承垂直设置在一轴承座内，电动机的定子和转子均朝上方向延伸并分别安装螺旋桨，所述定子与转子安装螺旋桨的上端同轴套装设置，转子的下端伸出轴承座后固定一转盘，轴承座外固定设置有磁极部位贴近转盘的电磁铁。
具体的讲，所述电动机的两端通过轴承设置在一轴承座内，电动机的一端设置转子轴承，电动机的另一端设置定子轴承，转子轴承和定子轴承固定在轴承座的两端，所述轴承座上设置有动力驱动系统固定安装孔。
所述电动机定子朝上方向延伸的一端为套筒结构，所述套筒通过轴承固定在轴承座上，电动机转子穿设在套筒内，并通过一轴承与套筒套接，电动机转子的上端和下端均穿透轴承座，其下端通过轴承固定在轴承座上，上端伸出套筒外设置螺旋桨。
电动机的定子的套筒部分外设置有电刷、集电环或导电轴承，每个电刷、集电环或导电轴承与套筒间设置有绝缘材料，每个集电环或导电轴承的内圈分别连接电动机的电极，电刷或导电轴承的外圈均接入控制电路。
所述安装在转子一端的螺旋桨和安装在定子上的螺旋桨互为正反旋转的螺旋桨。
所述转盘为导电材料制成，所述电磁铁的磁极与转盘之间的电磁力矩用于抵消所述轴承传给轴承座的摩擦力矩，使轴承座的固定飞行器机身不发生转动。
所述轴承座外固定设置的电磁铁设置在轴承座外壁上，每个电磁铁之间的电导线串联设置。
所述电动机为外定子、内转子结构的有刷或无刷电动机，或者是外转子、内定子结构的有刷或无刷电动机。
所述飞行器为使用共轴双螺旋桨拍打空气获得动力的飞行器，包括直升飞机、固定翼机、旋翼机或模型飞机。
所述轴承座与飞行器的机身垂直或水平固定安装。
该飞行器的动力驱动系统可适用于所有采用共轴双螺旋桨拍打空气获得动力的飞行器，电动机的定子和转子均在旋转方向上固定，电动机只通过两个轴承固定于轴承座内。两个轴承分别位于轴承座的两端，一个轴承固定设置电动机转子，另一个轴承固定设置电动机定子，定子和转子均朝同一方向延伸后固定安装螺旋桨，定子和转子同轴套装设置，二者间设置轴承以保证二者在相向转动时的稳定性。
当电动机通电后，转子逆时针转动时，定子必将顺时针转动，二者的转动是扭矩与反扭矩相互作用的结果，扭矩大小相等，方向相反，带动两螺旋桨转动，两螺旋桨拍打空气，均获得同方向的升力或者牵引力，通过轴承座将动力传给飞行器机身，带动飞行器上升或前进；固定在转子下端的转盘随转子一起转动，旋转中的转盘和电磁铁之间的作用力，相当于异步电动机的原理，控制好电磁铁的电流大小，可使得电磁铁与转盘之间的电磁力矩恰好抵消轴承磙子传给轴承座的摩擦力矩和集电环传给电刷的摩擦力矩，使机身不发生转动，从而可以省略常规飞机机身的平衡装置，例如直升飞机长长尾巴上的尾桨、固定翼机的副翼等装置，使飞行器的体积更小，结构更简单。同时当需要这个扭矩使飞行器转向时，可以通过增大或减小电磁铁的电流，改变电磁力矩的大小，实现飞行器的转向问题。
该动力驱动系统所适用的电源可以为蓄电池电源、发电机电源或超级电容，电动机的供电问题，可以通过电刷、集电环进行供电，或通过导电轴承进行供电。供电方式具体可以如下设置，集电环或者导电轴承的内圈接电动机的电极，电刷或者导电轴承的外圈接入控制电路。电动机有几个电极或者几根导线，就相应设置几个电刷、集电环或者几个导电轴承。电刷、集电环和导电轴承采用导电油或导电脂进行润滑，以减小接触电阻，减弱电火花，提高电刷、集电环和导电轴承的寿命。具体设计中，通过对导电轴承位置的不同设计，可以直接把位于轴承座内的固定电动机的两轴承中的一个或者两个同时兼顾起导电的作用，从而达到节省一个或者两个轴承的目的。当轴承兼顾导电时，要确保各轴承之间不短路。
该动力驱动系统，具体设计时，轴承座采用多孔结构，既减轻重量，又改善电动机的散热效果。
本发明的有益效果在于，该飞行器的动力驱动系统不需要任何齿轮传动环节，大大简化结构，采用全电气控制，将电动机的定子和转子均作为动力输出单元，在电动机的转子和定子上均安装螺旋桨，提高了驱动效率，同时通过电磁力矩抵消摩擦力矩，使螺旋桨传动轴对机身产生的扭矩减少为零，并轻松解决飞行器的转向问题，可以满足飞行器的小型化、简单化和轻型设计需求，具有优良的可控性，有利于飞行器的推广和制造。
附图说明
图1是本发明实施例1的剖面结构示意图。
图2是本发明实施例2的剖面结构示意图。
具体实施方式
实施方式1如图1所示，该飞行器的动力驱动系统中，采用蓄电池作为电源，电动机为特制专用的内转子有刷电机12，电动机通过轴承垂直设置在一轴承座6内，电动机的定子2和转子1均朝上方向延伸并分别安装螺旋桨9和8，定子与转子安装螺旋桨的上端同轴套装设置，转子1的下端伸出轴承座后固定一转盘11，轴承座外固定设置有磁极部位贴近转盘的电磁铁10。电动机的一端设置转子轴承7，电动机的另一端设置定子轴承5，安装在转子一端的螺旋桨和安装在定子上的螺旋桨互为正反旋转的螺旋桨，转子轴承7和定子轴承5固定在轴承座的两端。轴承座上设置有动力驱动系统固定安装孔14。电动机定子2上端为套筒结构，套筒通过轴承5固定在轴座上，电动机转子1穿设在套筒内，并通过一轴承13与套筒套接。电动机的定子外设置有两个导电轴承3和4，两个导电轴承与定子间设置有绝缘材料，每个导电轴承的内圈分别连接电动机的两极，外圈分别连接电源的两极。转盘为导电材料制成，电磁铁10的磁极与转盘11之间的电磁力矩用于抵消所述轴承传给轴承座的摩擦力矩，使轴承座的固定飞行器机身不发生转动。轴承座外固定设置的两个电磁铁对称设置在轴承座外壁上，电磁铁之间的电导线串联设置。该飞行器的动力驱动系统可适合于水平安装，为飞行器提供推力。
实施方式2如图2所示，该飞行器的动力驱动系统中，采用蓄电池作为电源，电动机为特制专用的外转子无刷电动机12，电动机的外转子为“山”字型结构。电动机通过轴承垂直设置在一轴承座6内，电动机的定子2和转子1均朝上方向延伸并分别安装螺旋桨9和8，定子与转子安装螺旋桨的上端同轴套装设置，转子1的下端伸出轴承座后固定一转盘11，轴承座外固定设置有磁极部位贴近转盘的电磁铁10。电动机的一端设置转子轴承7，电动机的另一端设置定子轴承5，螺旋桨9和8互为正反旋转的螺旋桨，转子轴承7和定子轴承5固定在轴承座的两端。轴承座上设置有动力驱动系统固定安装孔14。电动机定子2上端为套筒结构，套筒通过轴承5固定在轴承座6上，电动机转子1穿设在套筒内，并通过一轴承13与套筒套接。电动机的定子外设置有三个导电轴承3、4和15，三个导电轴承与定子间设置有绝缘材料，每个导电轴承的内圈分别连接电动机的两极，外圈分别接入控制电路。转盘11为导电材料制成，电磁铁10的磁极与转盘11之间的电磁力矩用于抵消所述轴承传给轴承座的摩擦力矩，使轴承座的固定飞行器机身不发生转动。轴承座外固定设置的两个电磁铁对称设置在轴承座外壁上，电磁铁之间的电导线串联设置。该飞行器的动力驱动系统适合于水平或竖直安装，为飞行器提供拉力。
Claims (10)
1.一种飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述动力驱动系统包括电源、电动机、轴承座，所述电动机通过轴承垂直设置在一轴承座内，电动机的定子和转子均朝上方向延伸并分别安装螺旋桨，所述定子与转子安装螺旋桨的上端同轴套装设置，转子的下端伸出轴承座后固定一转盘，轴承座外固定设置有磁极部位贴近转盘的电磁铁。
2.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述电动机的两端通过轴承设置在一轴承座内，电动机的一端设置转子轴承，电动机的另一端设置定子轴承，转子轴承和定子轴承固定在轴承座的两端，所述轴承座上设置有动力驱动系统固定安装孔。
3.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述电动机定子朝上方向延伸的一端为套筒结构，所述套筒通过轴承固定在轴承座上，电动机转子穿设在套筒内，并通过一轴承与套筒套接，电动机转子的上端和下端均穿透轴承座，其下端通过轴承固定在轴承座上，上端伸出套筒外设置螺旋桨。
4.根据权利要求3所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于电动机的定子的套筒部分外设置有电刷、集电环或导电轴承，每个电刷、集电环或导电轴承与套筒间设置有绝缘材料，每个集电环或导电轴承的内圈分别连接电动机的电极，电刷或导电轴承的外圈均接入控制电路。
5.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述安装在转子一端的螺旋桨和安装在定子上的螺旋桨互为正反旋转的螺旋桨。
6.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述转盘为导电材料制成，所述电磁铁的磁极与转盘之间的电磁力矩用于抵消所述轴承传给轴承座的摩擦力矩，使轴承座的固定飞行器机身不发生转动。
7.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述轴承座外同定设置的电磁铁设置在轴承座外壁上，每个电磁铁之间的电导线串联设置。
8.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述电动机为外定子、内转子结构的有刷或无刷电动机，或者是外转子、内定子结构的有刷或无刷电动机。
9.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述飞行器为使用共轴双螺旋桨拍打空气获得动力的飞行器，包括直升飞机、固定翼机、旋翼机或模型飞机。
10.根据权利要求1所述的飞行器的动力驱动系统，其特征在于所述轴承座与飞行器的机身垂直或水平固定安装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080820 |