CN111891337A - 一种高速无轴涵道式旋翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速无轴涵道式旋翼，旨在解决旋翼结构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。该发明包括机架筒、导流筒、定子、承力环、控制系统，定子紧固连接在机架筒内，机架筒内定子上方和下方分别安装有上电磁铁、下电磁铁，承力环上安装上悬浮环、下悬浮环，上悬浮环悬浮在上电磁铁和定子之间，下悬浮环悬浮在下电磁铁和定子之间；承力环内壁上安装若干叶片；定子上安装线圈绕组，上悬浮环下表面上以及下悬浮环上表面上均安装有永磁铁，上悬浮环上方安装若干测距传感器，测距传感器朝向上悬浮环上表面，上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组、测距传感器均与控制系统电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋翼结构，更具体地说，它涉及一种高速无轴涵道式旋翼。
背景技术
近几年，电动飞机得到了快速的发展，电动旋翼在飞机上的应用越来越广泛。目前常用的旋翼结构使用传统的电机，主要部件中有主轴和轴承，旋翼高速旋转过程中振动和噪音大，轴承需要润滑，极易磨损，使用寿命短，维护费用高。
发明内容
本发明克服了旋翼结构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，提供了一种高速无轴涵道式旋翼，旋翼高速旋转过程中，空气流通阻力小，流速高，电机效率更高，体积小，更节能，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：一种高速无轴涵道式旋翼，包括机架筒、导流筒、定子、承力环、控制系统，机架筒和导流筒连接在一起，定子紧固连接在机架筒内，机架筒内定子上方和下方分别安装有上电磁铁、下电磁铁，承力环上安装上悬浮环、下悬浮环，上悬浮环悬浮在上电磁铁和定子之间，下悬浮环悬浮在下电磁铁和定子之间；承力环内壁上安装若干叶片；定子上安装线圈绕组，上悬浮环下表面上以及下悬浮环上表面上均安装有永磁铁，上悬浮环上方安装若干测距传感器，测距传感器朝向上悬浮环上表面，上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组、测距传感器均与控制系统电连接。
控制系统对上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组通电，使上电磁铁吸引上悬浮环，下电磁铁吸引下悬浮环，从而使上悬浮环和下悬浮环处于悬浮状态，测距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上悬浮环到测距传感器之间的距离信号对上电磁铁、下电磁铁是否通电以及通电电流大小进行控制，上电磁铁、下电磁铁错时通断，通电频率根据需要进行设定，从而使上悬浮环和下悬浮环处于动态平衡状态。定子上的线圈绕组通电，与上悬浮环和下悬浮环上的永磁铁相互作用，从而实现承力环的转动，从而使叶片与承力环同步转动，叶片将气流从机架筒一端吸入，并向另一端排出，形成一股强大的气流。上悬浮环、下悬浮环、承力环连接在一起组成转子，转子在转动过程中处于悬浮状态，不会与其它部件接触，阻力小，振动和噪音低，不需要润滑，无机械磨损。由于各个部件均设置在机架筒内，因此产生的气流聚集在机架筒内，聚流效果好，从机架筒排出的风力大，而且机架筒内的气流直接吹向机架筒内的各个部件，对各个部件的冷却效果好，使各个部件保持在较低的工作温度，有利于延长工作寿命。这种高速无轴涵道式旋翼在高速旋转过程中，空气流通阻力小，流速高，电机效率更高，体积小，更节能，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，上悬浮环上表面设有上凸起环，上凸起环和上电磁铁的铁芯端部对应设置；下悬浮环下表面设有下凸起环，下凸起环和下电磁铁的铁芯端部对应设置。
上凸起环因为上电磁铁磁力的吸引，会保持在一个相对固定的位置转动。同时，定子上的线圈绕组产生的电磁吸力，会保持上悬浮环在一个相对固定的位置转动。下凸起环因为下电磁铁磁力的吸引，会保持在一个相对固定的位置转动。同时，定子上的线圈绕组产生的电磁吸力，会保持下悬浮环在一个相对固定的位置转动。
作为优选，机架筒内上悬浮环上方均布安装若干上保护轴承，上保护轴承靠近上悬浮环上表面设置；机架筒内下悬浮环下方均布安装若干下保护轴承，下保护轴承靠近下悬浮环下表面设置。上保护轴承和下保护轴承的设置避免在失控状态下上悬浮环、下悬浮环撞击到定子上。
作为优选，承力环内壁上和叶片连接位置设有安装块，叶片紧固安装在安装块上。安装块的设置方便了叶片的安装。
作为优选，承力环内设置若干层叶片，每层均布设置若干叶片。设置若干层叶片，有利于增大气流。
作为优选，叶片下表面与水平面之间形成的迎风角从最上层向下层依次减小，叶片数量从最上层向下层依次增加。迎角大，流量大，通风量大；迎角小，叶片密，有利于产生较高的气压。这种结构设置既能保证较大的流量，又能保证较高的气压。
作为优选，机架筒下端连接环形的下盖板，导流筒下端设有环形板，下电磁铁安装在下盖板上，上电磁铁和测距传感器安装在环形板上。下盖板和环形板的设置便于机架筒内各个部件的安装布置。
作为优选，承力环上端外壁上均布安装若干冷却风叶，冷却风叶置于环形板上方，冷却风叶随承力环一起转动产生气流吹向环形板；环形板和下盖板上均设有若干冷却通风孔。冷却风叶随承力环一起转动，产生的气流直接通过冷却通风孔吹向环形板和下盖板之间的各个部件上，对各个部件的冷却效果好。
作为优选，上悬浮环外壁上设有环形的上凹槽，上凹槽内安装碳纤维加强环。下悬浮环外壁上设有环形的下凹槽，下凹槽内安装碳纤维加强环。碳纤维加强环的设置提高了上悬浮环和下悬浮环的强度，以抵抗高速旋转产生的离心力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）高速无轴涵道式旋翼在高速旋转过程中，空气流通阻力小，流速高，电机效率更高，体积小，更节能，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；（2）分层设置的叶片结构，逐层增强压力，使输出气体流量大，气压高；（3）工作过程中，产生的气流对各个部件冷却效果好，使各个部件保持在较低的工作温度，有利于延长工作寿命。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的叶片的结构示意图；
图3是本发明的测距传感器的分布图；
图4是本发明的定子的俯视图；
图5是本发明的下悬浮环的结构示意图；
图6是本发明的原理图；
图中：1、机架筒，2、导流筒，3、定子，4、承力环，5、控制系统，6、上电磁铁，7、下电磁铁，8、上悬浮环，9、下悬浮环，10、凸环，11、叶片，12、安装块，13、连接座，14、线圈绕组，15、永磁铁，16、测距传感器，17、上凸起环，18、下凸起环，19、上保护轴承，20、下保护轴承，21、上凹槽，22、碳纤维加强环，23、下凹槽，24、下盖板，25、环形板，26、上轴承座，27、下轴承座，28、冷却风叶。
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：一种高速无轴涵道式旋翼（参见附图1至附图6），包括机架筒1、导流筒2、定子3、承力环4、控制系统5，机架筒和导流筒连接在一起，定子紧固连接在机架筒内，机架筒内定子上方和下方分别安装有上电磁铁6、下电磁铁7，上电磁铁周向均布安装三个，下电磁铁周向均布安装三个，上电磁铁和下电磁铁一一对应设置。承力环上安装上悬浮环8、下悬浮环9，上悬浮环悬浮在上电磁铁和定子之间，下悬浮环悬浮在下电磁铁和定子之间；承力环外壁上设有凸环10，上悬浮环紧固连接在凸环上端面上，下悬浮环紧固连接在凸环下端面上。承力环内壁上安装若干叶片11；承力环内壁上和叶片连接位置设有安装块12，叶片紧固安装在安装块上。叶片上与安装块连接端设有U形的连接座13，连接座插装在安装块上并通过螺钉紧固。承力环内设置若干层叶片，每层均布设置若干叶片。叶片下表面与水平面之间形成的迎风角α从最上层向下层依次减小，叶片数量从最上层向下层依次增加。定子上安装线圈绕组14，线圈绕组均布设置若干个。上悬浮环下表面上以及下悬浮环上表面上均安装有永磁铁15，永磁铁周向均布设置若干个。上悬浮环上的永磁铁、线圈绕组、下悬浮环上的永磁铁三者一一对应设置。上悬浮环上的永磁铁和下悬浮环上的永磁铁相对面的磁极相反。上悬浮环上方安装若干测距传感器16，测距传感器均布设置有三个，相邻两上电磁铁中间位置设置一测距传感器。测距传感器朝向上悬浮环上表面，上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组、测距传感器均与控制系统电连接。
上悬浮环上表面设有上凸起环17，上凸起环和上电磁铁的铁芯端部对应设置；下悬浮环下表面设有下凸起环18，下凸起环和下电磁铁的铁芯端部对应设置。机架筒内上悬浮环上方均布安装若干上保护轴承19，上保护轴承靠近上悬浮环上表面设置；机架筒内下悬浮环下方均布安装若干下保护轴承20，下保护轴承靠近下悬浮环下表面设置。上悬浮环外壁上设有环形的上凹槽21，上凹槽内安装碳纤维加强环22。下悬浮环外壁上设有环形的下凹槽23，下凹槽内安装碳纤维加强环。
机架筒下端连接环形的下盖板24，导流筒下端设有环形板25，下电磁铁安装在下盖板上，上电磁铁和测距传感器安装在环形板上。下盖板上和下保护轴承一一对应安装有若干下轴承座26，下保护轴承转动安装在下轴承座上。环形板上和上保护轴承一一对应安装有若干上轴承座27，上保护轴承转动安装在上轴承座上。环形板与导流筒一体成型，机架筒上端与导流筒下端紧固连接在一起。承力环上端外壁上均布安装若干冷却风叶28，冷却风叶置于环形板上方，冷却风叶随承力环一起转动产生气流吹向环形板；环形板和下盖板上均设有若干冷却通风孔。
控制系统对上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组通电，使上电磁铁吸引上悬浮环，下电磁铁吸引下悬浮环，从而使上悬浮环和下悬浮环处于悬浮状态，测距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上悬浮环到测距传感器之间的距离信号对上电磁铁、下电磁铁是否通电以及通电电流大小进行控制，上电磁铁、下电磁铁错时通断，通电频率根据需要进行设定，从而使上悬浮环和下悬浮环处于动态平衡状态。定子上的线圈绕组通电，与上悬浮环和下悬浮环上的永磁铁相互作用，从而实现承力环的转动，叶片与承力环同步转动，叶片将气流从机架筒一端吸入，并向另一端排出，形成一股强大的气流，导流筒对进入的气流起到了很好的导流作用，导流筒的孔径大于机架筒的孔径。上悬浮环、下悬浮环、承力环连接在一起组成转子，转子在转动过程中处于悬浮状态，不会与其它部件接触，阻力小，振动和噪音低，不需要润滑，无机械磨损。由于各个部件均设置在机架筒内，因此产生的气流聚集在机架筒内，聚流效果好，从机架筒排出的风力大。而且机架筒内的气流直接吹向机架筒内的各个部件，对各个部件的冷却效果好，使各个部件保持在较低的工作温度，有利于延长工作寿命。这种高速无轴涵道式旋翼在高速旋转过程中，空气流通阻力小，流速高，电机效率更高，体积小，更节能，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。分层设置的叶片结构，逐层增强压力，使输出气体流量大，气压高。
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)
1.一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，包括机架筒、导流筒、定子、承力环、控制系统，机架筒和导流筒连接在一起，定子紧固连接在机架筒内，机架筒内定子上方和下方分别安装有上电磁铁、下电磁铁，承力环上安装上悬浮环、下悬浮环，上悬浮环悬浮在上电磁铁和定子之间，下悬浮环悬浮在下电磁铁和定子之间；承力环内壁上安装若干叶片；定子上安装线圈绕组，上悬浮环下表面上以及下悬浮环上表面上均安装有永磁铁，上悬浮环上方安装若干测距传感器，测距传感器朝向上悬浮环上表面，上电磁铁、下电磁铁、线圈绕组、测距传感器均与控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，上悬浮环上表面设有上凸起环，上凸起环和上电磁铁的铁芯端部对应设置；下悬浮环下表面设有下凸起环，下凸起环和下电磁铁的铁芯端部对应设置。
3.根据权利要求1所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，机架筒内上悬浮环上方均布安装若干上保护轴承，上保护轴承靠近上悬浮环上表面设置；机架筒内下悬浮环下方均布安装若干下保护轴承，下保护轴承靠近下悬浮环下表面设置。
4.根据权利要求1所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，承力环内壁上和叶片连接位置设有安装块，叶片紧固安装在安装块上。
5.根据权利要求1所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，承力环内设置若干层叶片，每层均布设置若干叶片。
6.根据权利要求5所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，叶片下表面与水平面之间形成的迎风角从最上层向下层依次减小，叶片数量从最上层向下层依次增加。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，机架筒下端连接环形的下盖板，导流筒下端设有环形板，下电磁铁安装在下盖板上，上电磁铁和测距传感器安装在环形板上。
8.根据权利要求7所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，承力环上端外壁上均布安装若干冷却风叶，冷却风叶置于环形板上方，冷却风叶随承力环一起转动产生气流吹向环形板；环形板和下盖板上均设有若干冷却通风孔。
9.根据权利要求1至6任意一项所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，上悬浮环外壁上设有环形的上凹槽，上凹槽内安装碳纤维加强环。
10.根据权利要求1至6任意一项所述的一种高速无轴涵道式旋翼，其特征是，下悬浮环外壁上设有环形的下凹槽，下凹槽内安装碳纤维加强环。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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