CN109713869B - 一种大口径环形磁悬浮电机及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径环形磁悬浮电机及控制方法，旨在解决飞机旋翼高速旋转过程中振动和噪音大，需要润滑，极易磨损和疲劳，维护费用高的不足。该发明包括旋翼固定环、旋翼转子、控制系统，旋翼固定环外壁上设有安装槽，旋翼转子上设有悬浮环，悬浮环内壁上安装吸附环，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块，电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器；旋翼转子上安装无刷直流电机转子，旋翼固定环上安装无刷直流电机定子。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机电机，更具体地说，它涉及一种大口径环形磁悬浮电机及控制方法。
背景技术
目前，随着国家把通用航空确定为支柱产业，人们对飞机的关注度越来越高，飞机上旋翼的转动产生气流和空气压差，使飞机获得一个向上或向前的升力，从而能够在空中飞行。旋翼高速旋转过程中振动和噪音大，需要润滑，极易磨损和疲劳，使用寿命短，维护费用高。
发明内容
本发明克服了飞机旋翼高速旋转过程中振动和噪音大，需要润滑，极易磨损和疲劳，使用寿命短，维护费用高的不足，提供了一种大口径环形磁悬浮电机及控制方法，飞机旋翼高速旋转过程中振动和噪音小，不需要润滑，无机械磨损，使用寿命长，维护费用低。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种大口径环形磁悬浮电机，包括旋翼固定环、旋翼转子、控制系统，旋翼转子上均布安装若干螺旋桨叶片，旋翼固定环轴向设置的外壁上设有安装槽，旋翼转子上设有悬浮环，悬浮环轴向设置的内壁上安装吸附环，悬浮环、吸附环与安装槽侧壁之间均设有悬浮间隙，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块，电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器；旋翼转子上安装无刷直流电机转子，旋翼固定环上安装无刷直流电机定子，电磁块、位移传感器、无刷直流电机定子均与控制系统电连接。
控制系统对无刷直流电机定子通电，从而实现无刷直流电机转子的转动，带动螺旋桨叶片高速转动，转速的大小通过控制系统进行控制。活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；吸附环和安装槽侧壁之间始终保持有间隙，确保旋翼转子转动过程中始终处于悬浮状态。控制系统对电磁块线圈通电使电磁块吸引吸附环，位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统根据读取的位移传感器的信号对电磁块的线圈是否通电以及通电电流大小进行控制。电磁块错时通断，同一时段对检测到的位移传感器与吸附环内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环内壁之间的距离。控制系统读取位移传感器信号并对单个电磁块通电的频率根据需要进行设定，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。这种大口径环形磁悬浮电机使飞机旋翼高速旋转过程中振动和噪音小，不需要润滑，无机械磨损，使用寿命长，维护费用低。
作为优选，旋翼转子上表面上设有防护环，旋翼固定环轴向设置的外壁上均布安装若干防撞轴承，防撞轴承轴向设置的外壁与防护环轴向设置的内壁之间设有防撞间隙，防撞间隙径向间距小于吸附环轴向设置的内壁与安装槽侧壁之间的径向间距。
当电磁块出现故障时，旋翼转子转动过程中径向出现细微偏移，防撞轴承对防护环内壁进行支撑，防止旋翼转子转动过程中径向出现较大偏差，能够保证电磁块出现故障时旋翼转子也能正常运转。
作为优选，吸附环轴向设置的内壁上安装铝合金感应环，位移传感器径向朝向铝合金感应环，位移传感器为电涡流位移传感器。铝合金为弱导磁体材料，磁效应弱，涡流效应强，有利于提高电涡流位移传感器的灵敏度。
作为优选，电磁块呈U形结构，电磁块的两端分别朝向吸附环轴向设置的内壁上铝合金感应环的上下两侧。这种结构的电磁块对吸附环的吸引力平稳。
作为优选，吸附环为铁环。铁环与电磁块之间的吸引力大。
作为优选，无刷直流电机转子包括转子环、永磁体磁瓦，转子环上均布设有若干连接槽，连接槽中均安装一永磁体磁瓦，相邻两永磁体磁瓦内表面磁性相反；无刷直流电机定子包括定子环、若干励磁线圈，每一永磁体磁瓦对应一励磁线圈，励磁线圈安装在定子环上，励磁线圈与控制系统电连接。这种结构设置的无刷直流电机运转平稳可靠。
作为优选，定子环上安装若干霍尔传感器，霍尔传感器径向朝向永磁体磁瓦设置，霍尔传感器电连接控制系统。霍尔传感器的设置便于切换电流方向。
作为优选，安装槽径向设置的内壁上与固定永磁环对应位置设有定位槽，固定永磁环紧固安装在定位槽中；悬浮环上与活动永磁环对应位置设有紧固槽，活动永磁环紧固安装在紧固槽中。定位槽的设置便于固定永磁环的安装紧固。紧固槽的设置便于活动永磁环的安装紧固。
一种大口径环形磁悬浮电机的控制方法，控制系统对无刷直流电机定子通电，从而实现无刷直流电机转子的转动，活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统定期读取位移传感器的信号，控制系统同一时段对检测到的位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间的距离，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：飞机旋翼高速旋转过程中振动和噪音小，不需要润滑，无机械磨损，使用寿命长，维护费用低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的局部剖视图；
图3是本发明的无刷直流电机原理图；
图中：1、旋翼固定环，2、旋翼转子，3、螺旋桨叶片，4、安装槽，5、悬浮环，6、吸附环，7、活动永磁环，8、固定永磁环，9、电磁块，10、位移传感器，11、无刷直流电机转子，12、无刷直流电机定子，13、防护环，14、防撞轴承，15、铝合金感应环，16、转子环，17、永磁体磁瓦，18、连接槽，19、定子环，20、励磁线圈，21、霍尔传感器，22、定位槽，23、紧固槽，24、控制系统，25、延伸环。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：一种大口径环形磁悬浮电机（参见附图1至附图3），包括旋翼固定环1、旋翼转子2、控制系统24，旋翼转子上均布安装若干螺旋桨叶片3，旋翼固定环轴向设置的外壁上设有安装槽4，旋翼转子上设有悬浮环5，悬浮环轴向设置的内壁上安装吸附环6，吸附环为铁环，悬浮环、吸附环与安装槽侧壁之间均设有悬浮间隙，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环7，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环8，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块9，本实施例中电磁块均布设置四个。电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器10；旋翼转子上安装无刷直流电机转子11，旋翼固定环上安装无刷直流电机定子12，电磁块、位移传感器、无刷直流电机定子均与控制系统电连接。旋翼转子上表面上设有防护环13，旋翼固定环轴向设置的外壁上均布安装若干防撞轴承14，本实施例中防撞轴承设置八个，防撞轴承轴向设置的外壁与防护环轴向设置的内壁之间设有防撞间隙，防撞间隙径向间距小于吸附环轴向设置的内壁与安装槽侧壁之间的径向间距。旋翼固定环上和防撞轴承对应设有安装柱，防撞轴承内圈紧密安装在安装柱上。吸附环轴向设置的内壁上安装铝合金感应环15，位移传感器径向朝向铝合金感应环，位移传感器为电涡流位移传感器。电磁块呈U形结构，电磁块的两端分别朝向吸附环轴向设置的内壁上铝合金感应环的上下两侧。无刷直流电机转子包括转子环16、永磁体磁瓦17，转子环上均布设有若干连接槽18，连接槽中均安装一永磁体磁瓦，相邻两永磁体磁瓦内表面磁性相反；无刷直流电机定子包括定子环19、若干励磁线圈20，每一永磁体磁瓦对应一励磁线圈，励磁线圈安装在定子环上，励磁线圈与控制系统电连接。旋翼转子上设有向下延伸的延伸环25，转子环连接在延伸环内壁上。定子环上安装三个霍尔传感器21，霍尔传感器径向朝向永磁体磁瓦设置，霍尔传感器电连接控制系统。安装槽径向设置的内壁上与固定永磁环对应位置设有定位槽22，固定永磁环紧固安装在定位槽中；悬浮环上与活动永磁环对应位置设有紧固槽23，活动永磁环紧固安装在紧固槽中。
一种大口径环形磁悬浮电机的控制方法，控制系统对无刷直流电机定子通电，从而实现无刷直流电机转子的转动，活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统定期读取位移传感器的信号，控制系统同一时段对检测到的位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间的距离，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。
以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，包括旋翼固定环、旋翼转子、控制系统，旋翼转子上均布安装若干螺旋桨叶片，旋翼固定环轴向设置的外壁上设有安装槽，旋翼转子上设有悬浮环，悬浮环轴向设置的内壁上安装吸附环，悬浮环、吸附环与安装槽侧壁之间均设有悬浮间隙，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块，电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器，位移传感器检测其与吸附环轴向设置的内壁之间的距离；旋翼转子上安装无刷直流电机转子，旋翼固定环上安装无刷直流电机定子，电磁块、位移传感器、无刷直流电机定子均与控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，旋翼转子上表面上设有防护环，旋翼固定环轴向设置的外壁上均布安装若干防撞轴承，防撞轴承轴向设置的外壁与防护环轴向设置的内壁之间设有防撞间隙，防撞间隙径向间距小于吸附环轴向设置的内壁与安装槽侧壁之间的径向间距。
3.根据权利要求1所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，吸附环轴向设置的内壁上安装铝合金感应环，位移传感器径向朝向铝合金感应环，位移传感器为电涡流位移传感器。
4.根据权利要求3所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，电磁块呈U形结构，电磁块的两端分别朝向吸附环轴向设置的内壁上铝合金感应环的上下两侧。
5.根据权利要求1所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，吸附环为铁环。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，无刷直流电机转子包括转子环、永磁体磁瓦，转子环上均布设有若干连接槽，连接槽中均安装一永磁体磁瓦，相邻两永磁体磁瓦内表面磁性相反；无刷直流电机定子包括定子环、若干励磁线圈，每一永磁体磁瓦对应一励磁线圈，励磁线圈安装在定子环上，励磁线圈与控制系统电连接。
7.根据权利要求6所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，定子环上安装若干霍尔传感器，霍尔传感器径向朝向永磁体磁瓦设置，霍尔传感器电连接控制系统。
8.根据权利要求1至5任意一项所述的一种大口径环形磁悬浮电机，其特征是，安装槽径向设置的内壁上与固定永磁环对应位置设有定位槽，固定永磁环紧固安装在定位槽中；悬浮环上与活动永磁环对应位置设有紧固槽，活动永磁环紧固安装在紧固槽中。
9.一种权利要求1所述的大口径环形磁悬浮电机的控制方法，其特征是，控制系统对无刷直流电机定子通电，从而实现无刷直流电机转子的转动，活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统定期读取位移传感器的信号，控制系统同一时段对检测到的位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环轴向设置的内壁之间的距离，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。
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