CN111361729A - 一种大扭矩旋翼结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大扭矩旋翼结构，旨在解决飞行器上使用的盘式电机振动和噪音大，需要润滑，极易磨损和疲劳，使用寿命短的不足。该发明包括机架、安装在机架上的安装架、旋翼，安装架包括上支架、定子支架、下支架，旋翼为导磁材质，定子支架上沿圆周均布安装若干线圈绕组，旋翼内壁设有一圈环槽，线圈绕组置于环槽内，环槽上下两侧面上均安装若干永磁块，永磁块均匀布设，上下两侧面上的永磁块一一相对设置且相对面的磁性相反，同一侧面上相邻两永磁块朝向线圈绕组表面的磁性相反，上支架上均布安装若干上电磁铁，下支架上安装若干下电磁铁，旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间；安装架上安装若干朝向旋翼设置的位移传感器。

Description

一种大扭矩旋翼结构
技术领域
本发明涉及一种飞行器，更具体地说，它涉及一种大扭矩旋翼结构。
背景技术
近年来，盘式电机因为体积小，扭矩大，效率高，在飞行器上得到了广泛运用。传统方案下，盘式电机需要安装轴承，以承受轴向和径向的载荷。轴承受到重量、磨损、润滑、转速等多方面的制约，使电机性能难以达到更高的要求。
发明内容
本发明克服了飞行器上使用的盘式电机振动和噪音大，需要润滑，极易磨损和疲劳，使用寿命短的不足，提供了一种大扭矩旋翼结构，它免去了轴承的束缚，可以使电机口径增大，扭矩增大，转速更高，不需要润滑，没有机械磨损和机械噪音，降低振动，使用寿命延长，节省维护成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种大扭矩旋翼结构，包括机架、安装在机架上的安装架、旋翼，安装架包括上支架、定子支架、下支架，旋翼为导磁材质，定子支架上沿圆周均布安装若干线圈绕组，旋翼内壁设有一圈环槽，线圈绕组置于环槽内，环槽上下两侧面上均安装若干永磁块，永磁块均匀布设，上下两侧面上的永磁块一一相对设置且相对面的磁性相反，同一侧面上相邻两永磁块朝向线圈绕组表面的磁性相反，上支架上均布安装若干上电磁铁，下支架上和上电磁铁一一对应安装若干下电磁铁，旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间；安装架上安装若干朝向旋翼设置的位移传感器。
工作时，上电磁铁和下电磁铁通电对旋翼进行吸引，从而使旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间，通过位移传感器检测旋翼的位置，旋翼位置过高或过低时控制上电磁铁和下电磁铁的通电电流，调整上电磁铁和下电磁铁的电磁吸力，使旋翼动态稳定在一个极小的范围内。线圈绕组通电，对其上方和下方的永磁块产生圆周方向的扭力，使旋翼高速转动，通过控制线圈绕组的电流和频率大小调节旋翼的转速。由于线圈绕组是固定在机架上的，它所产生的磁扭力中心位置不会变化，对旋翼、永磁块产生一个很强的磁拉力，这个磁拉力的中心位置也不会变化。只要旋翼及附属物整体动平衡性能可靠，它就会绕着磁拉力的中心点转动，即使有径向外力冲击，它也会弹性克服，快速回复到中心点。这种大扭矩旋翼结构免去了轴承的束缚，可以使电机口径增大，扭矩增大，转速更高，不需要润滑，没有机械磨损和机械噪音，降低振动，使用寿命延长，节省维护成本。
作为优选，定子支架为非导磁材质，定子支架上和线圈绕组一一对应设有若干个安装槽，线圈绕组安装在安装槽中。非导磁材质的定子支架不会对磁场产生影响，保证旋翼的可靠运转。线圈绕组安装在安装槽中平稳可靠。
作为优选，上支架上均布安装若干上保护轴承，下支架上均布安装若干下保护轴承，上保护轴承外壁靠近旋翼上表面设置，下保护轴承外壁靠近旋翼下表面设置。上保护轴承和下保护轴承对旋翼起到了防护作用，当出现故障旋翼上下偏离位置时，上保护轴承和下保护轴承对旋翼起到了很好的支撑保护作用，防止旋翼磨损以及出现进一步的故障。
作为优选，旋翼包括旋翼本体、旋翼环，旋翼本体内边缘设有下转环，旋翼环紧固连接在旋翼本体上，旋翼环和下转环上下相对设置形成环槽。这种结构设置的旋翼便于永磁块的安装布置。
作为优选，环槽上下两侧面上和永磁块对应位置均设有定位槽，永磁块紧固安装在定位槽内。永磁块安装在定位槽中，平稳可靠。
作为优选，若干个位移传感器均布设置在下支架上。位移传感器安装在下支架上，方便可靠。
作为优选，旋翼本体上下两表面上均设有凸起，凸起置于上电磁铁和下电磁铁之间。凸起的设置有助于上、下电磁铁对旋翼产生径向定位的效果，能协助整体机构在径向的定中心效果。
作为优选，上电磁铁和下电磁铁均呈圆弧形设置。旋翼的运转路径是圆形的，弧形的上、下电磁铁与旋翼运转过程中适配性好，有利于旋翼的平稳悬浮运转。
作为优选，机架呈筒形结构，机架外壁上靠近下部位置设有定位凸环，定子支架呈环形结构，定子支架内壁套装在机架上且定子支架下端支撑在定位凸环上端，下支架套装在机架下部且与机架紧固连接，下支架上端贴合在定位凸环下端，上支架套装在机架上部且与机架紧固连接，机架上上支架和定子支架之间套装压紧套。上支架、下支架、定子支架与机架的连接方便可靠，保证了整体结构强度。
作为优选，还包括电磁力控制器、电机控制器，上电磁铁、下电磁铁、位移传感器均与电磁力控制器电连接，线圈绕组均与电机控制器电连接。
电磁力控制器接收到位移传感器的信号，根据该信号对上电磁铁、下电磁铁的电流进行调整，保证旋翼始终悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间。电机控制器调整线圈绕组的电流和频率，从而控制旋翼的转速。控制方便可靠。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：大扭矩旋翼结构免去了轴承的束缚，可以使电机口径增大，扭矩增大，转速更高，不需要润滑，没有机械磨损和机械噪音，降低振动，使用寿命延长，节省维护成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的上、下电磁铁的布置图；
图3是本发明的定子支架的连接结构示意图；
图4是本发明的旋翼与永磁块的连接结构示意图；
图5是本发明的电磁绕组与永磁块对应原理图；
图中：1、机架，2、旋翼，3、上支架，4、定子支架，5、下支架，6、线圈绕组，7、环槽，8、永磁块，9、上电磁铁，10、下电磁铁，11、位移传感器，12、安装槽，13、上保护轴承，14、下保护轴承，15、轴承支架，16、旋翼本体，17、旋翼环，18、下转环，19、定位槽，20、凸起，21、定位凸环，22、压紧套，23、电磁力控制器，24、电机控制器。
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：一种大扭矩旋翼结构（参见附图1至附图5），包括机架1、安装在机架上的安装架、旋翼2、电磁力控制器23、电机控制器24，安装架包括上支架3、定子支架4、下支架5，旋翼为导磁材质，旋翼悬浮安装在上支架和下支架之间。定子支架上沿圆周均布安装若干线圈绕组6，旋翼内壁设有一圈环槽7，线圈绕组置于环槽内，环槽上下两侧面上均安装若干永磁块8，永磁块均匀布设，上下两侧面上的永磁块一一相对设置且相对面的磁性相反，同一侧面上相邻两永磁块朝向线圈绕组表面的磁性相反，上支架上均布安装若干上电磁铁9，下支架上和上电磁铁一一对应安装若干下电磁铁10，旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间；安装架上安装若干朝向旋翼设置的位移传感器11。上电磁铁、下电磁铁、位移传感器均与电磁力控制器电连接，线圈绕组均与电机控制器电连接。
定子支架为非导磁材质，定子支架上和线圈绕组一一对应设有若干个安装槽12，线圈绕组安装在安装槽中。上支架上均布安装若干上保护轴承13，下支架上均布安装若干下保护轴承14，上保护轴承外壁靠近旋翼上表面设置，下保护轴承外壁靠近旋翼下表面设置。上支架和下支架上均紧固安装有轴承支架15，上保护轴承安装在上支架上的轴承支架上，下保护轴承安装在下支架上的轴承支架上。旋翼包括旋翼本体16、旋翼环17，旋翼本体内边缘设有下转环18，旋翼环紧固连接在旋翼本体上，旋翼环和下转环上下相对设置形成环槽。环槽上下两侧面上和永磁块对应位置均设有定位槽19，永磁块紧固安装在定位槽内。若干个位移传感器均布设置在下支架上。旋翼本体上下两表面上均设有凸起20，凸起置于上电磁铁和下电磁铁之间，凸起朝向上、下电磁铁的铁芯端部设置。上保护轴承外壁到旋翼上表面的距离小于旋翼上表面凸起到上电磁铁的距离。下保护轴承外壁到旋翼下表面的距离小于旋翼下表面凸起到下电磁铁的距离。上电磁铁和下电磁铁均呈圆弧形设置。机架呈筒形结构，机架外壁上靠近下部位置设有定位凸环21，定子支架呈环形结构，定子支架内壁套装在机架上且定子支架下端支撑在定位凸环上端，下支架套装在机架下部且与机架紧固连接，下支架上端贴合在定位凸环下端，上支架套装在机架上部且与机架紧固连接，机架上上支架和定子支架之间套装压紧套22。旋翼外边缘均布安装若干叶片。
工作时，上电磁铁和下电磁铁通电对旋翼进行吸引，从而使旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间，通过位移传感器检测旋翼的位置，旋翼位置过高或过低时控制上电磁铁和下电磁铁的通电电流，调整上电磁铁和下电磁铁的电磁吸力，使旋翼动态稳定在一个极小的范围内。线圈绕组通电，对其上方和下方的永磁块产生圆周方向的扭力，使旋翼高速转动，通过控制线圈绕组的电流和频率大小调节旋翼的转速。由于线圈绕组是固定在机架上的，它所产生的磁扭力中心位置不会变化，对旋翼、永磁块产生一个很强的磁拉力，这个磁拉力的中心位置也不会变化。只要旋翼及附属物整体动平衡性能可靠，它就会绕着磁拉力的中心点转动，即使有径向外力冲击，它也会弹性克服，快速回复到中心点。这种大扭矩旋翼结构免去了轴承的束缚，可以使电机口径增大，扭矩增大，转速更高，不需要润滑，没有机械磨损和机械噪音，降低振动，使用寿命延长，节省维护成本。
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 (10)

1.一种大扭矩旋翼结构，其特征是，包括机架、安装在机架上的安装架、旋翼，安装架包括上支架、定子支架、下支架，旋翼为导磁材质，定子支架上沿圆周均布安装若干线圈绕组，旋翼内壁设有一圈环槽，线圈绕组置于环槽内，环槽上下两侧面上均安装若干永磁块，永磁块均匀布设，上下两侧面上的永磁块一一相对设置且相对面的磁性相反，同一侧面上相邻两永磁块朝向线圈绕组表面的磁性相反，上支架上均布安装若干上电磁铁，下支架上和上电磁铁一一对应安装若干下电磁铁，旋翼悬浮在上电磁铁和下电磁铁之间；安装架上安装若干朝向旋翼设置的位移传感器。
2.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，定子支架为非导磁材质，定子支架上和线圈绕组一一对应设有若干个安装槽，线圈绕组安装在安装槽中。
3.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，上支架上均布安装若干上保护轴承，下支架上均布安装若干下保护轴承，上保护轴承外壁靠近旋翼上表面设置，下保护轴承外壁靠近旋翼下表面设置。
4.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，旋翼包括旋翼本体、旋翼环，旋翼本体内边缘设有下转环，旋翼环紧固连接在旋翼本体上，旋翼环和下转环上下相对设置形成环槽。
5.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，环槽上下两侧面上和永磁块对应位置均设有定位槽，永磁块紧固安装在定位槽内。
6.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，若干个位移传感器均布设置在下支架上。
7.根据权利要求1所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，旋翼本体上下两表面上均设有凸起，凸起置于上电磁铁和下电磁铁之间。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，上电磁铁和下电磁铁均呈圆弧形设置。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，机架呈筒形结构，机架外壁上靠近下部位置设有定位凸环，定子支架呈环形结构，定子支架内壁套装在机架上且定子支架下端支撑在定位凸环上端，下支架套装在机架下部且与机架紧固连接，下支架上端贴合在定位凸环下端，上支架套装在机架上部且与机架紧固连接，机架上上支架和定子支架之间套装压紧套。
10.根据权利要求1至7任意一项所述的一种大扭矩旋翼结构，其特征是，还包括电磁力控制器、电机控制器，上电磁铁、下电磁铁、位移传感器均与电磁力控制器电连接，线圈绕组均与电机控制器电连接。
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