CN209479978U - 一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，包括下旋翼盖、上旋翼盖、以及位于下旋翼盖和上旋翼盖之间的旋翼环；旋翼环相对的两侧设有两个永磁铁；旋翼环的下方设有提供磁悬浮力的竖直基座调节磁感线圈，旋翼环的四周设有设有驱动永磁铁的电枢绕组以及用于改变旋翼环倾角的水平电磁铁；还包括有多个水平传感器和竖直传感器。本实用新型由于旋翼环由磁悬浮力驱动悬空转动，尽可能多地克服了机械阻力，因此可以使旋翼转速获得较大的提升，进而减少相对电能损耗；由于传感器感知灵敏并且旋翼环与旋翼盖的缝隙较小，因而旋翼的运动状态可以受到敏捷稳定的控制。

Description

一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼

技术领域

本实用新型涉及旋翼领域，具体涉及到一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼。

背景技术

当今，电磁领域成为发展的一大方向，在军事上的应用有电磁弹射、电磁轨道炮等，而在生活中，磁悬浮列车更是一个人们出行备受欢迎的交通工具，不仅因为其噪音小，还因为磁悬浮技术避开了车辆与轨道间的摩擦，使车辆的极速有所重大突破。并且电磁力属于一种比较柔和的力，所以其可以增强列车运行的稳定性，提高乘客的舒适度。而对于旋翼领域，电磁技术虽有运用，但始终避免不了中心转轴的存在；或是基于滚动轴承所形成的磁悬浮旋翼，它们的旋转部分均与固定部分有摩擦，因此机械阻力依然比较可观，故电能损耗不能降到最低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，以解决转轴式旋翼机械阻力大或进一步减小其他有面接触的旋翼的机械阻力并解决电能损耗高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，包括圆环形的下旋翼盖和上旋翼盖；下旋翼盖和上旋翼盖之间预留有放置旋翼环的空腔；上旋翼盖和下旋翼盖可拆卸地连接为一个整体；

旋翼环由金属制成，旋翼环的内侧安装有多个螺旋桨叶片，旋翼环的外侧边开槽并在开槽内安装有两块永磁铁，两块永磁铁相对设于旋翼环的两侧；

多个电枢绕组圆周阵列于旋翼环的周围并安装于下旋翼盖内，电枢绕组外接直流电源，电枢绕组的线圈面向圆环中心；

多个磁敏式位置传感器圆周阵列安装在下旋翼盖中靠近内侧的部位；

旋翼环的正下方设有竖直基座调节磁感线圈，竖直基座调节磁感线圈安装于下旋翼盖内；旋翼环的正上方设有竖直基座磁感线圈，竖直基座磁感线圈安装于上旋翼盖内；竖直基座调节磁感线圈和竖直基座磁感线圈用于为旋转的旋翼环提供磁悬浮力；竖直基座调节磁感线圈也用于调整旋转的旋翼环的竖直位置和倾斜角度；

多个水平电磁铁圆周阵列安装在下旋翼盖内，水平电磁铁的线圈面正对圆环中心，并外接电源；水平电磁铁用于调整旋翼环的水平位置；

多个水平传感器圆周阵列放置在下旋翼盖内的同一平面圆周上，水平传感器的信号发射器正对该圆周平面的中心；

多个竖直传感器圆周阵列放置在上旋翼盖底部的平面圆周上，竖直传感器的信号发射器垂直于上旋翼盖的下表面指向下旋翼盖；

还包括有控制器，电枢绕组、磁敏式位置传感器、竖直基座调节磁感线圈、竖直基座磁感线圈、水平电磁铁、水平传感器、竖直传感器均与控制器电连接并由控制器读数、判断、控制。

根据上述方案，所述上旋翼盖的顶部对应电枢绕组的位置开设有进气孔；所述下旋翼盖的底部对应电枢绕组的位置开设有散热孔；下旋翼盖内对应所有电枢绕组和水平电磁铁的位置均设有预留凹槽，电枢绕组和水平电磁铁均放置于预留凹槽内；下旋翼盖内还设有空气通道，空气通道连通所有的预留凹槽；空气通道同时还与进气孔和散热孔连通；所述旋翼环的上表面和下表面均开设有多个通气孔。

根据上述方案，所述下旋翼盖和上旋翼盖的内侧环形棱边设有倒角。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：由于旋翼环由磁悬浮力驱动悬空转动，尽可能多地克服了机械阻力，因此可以使旋翼转速获得较大的提升，进而减少相对电能损耗；由于传感器感知灵敏并且旋翼环与旋翼盖的缝隙较小，因而旋翼的运动状态可以受到敏捷稳定的控制；在噪音方面，理想情况下只存在螺旋桨叶片与空气摩擦发出的噪音，因此可提高其隐蔽性；并且，本实用新型结构简单，成本低廉，绿色环保，效率颇高，并顺应时代发展潮流，将来还有很大发展空间。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的正视结构示意图；

图3为图2中A-A剖切面的结构示意图；

图4为本实用新型的仰视结构示意图；

图5为本实用新型中上旋翼盖的仰视结构示意图；

图6为本实用新型去掉上旋翼盖后的俯视结构示意图；

图7为本实用新型中旋翼环的正视结构示意图；

图8为图7中B-B剖切面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：旋翼环1，电枢绕组2，通孔3，螺纹孔4，磁敏式位置传感器5，永磁铁6，竖直基座磁感线圈7，竖直基座调节磁感线圈8，水平电磁铁9，水平传感器10，竖直传感器11，下旋翼盖12，上旋翼盖13，进气孔14，散热孔15，空气通道16，螺旋桨叶片17，倒角18。

本实用新型包括如下部件：

旋翼环1，由铝合金制成，为环状。旋翼环1的外侧边开槽。旋翼环1的上表面和下表面均开设有多个通气孔。旋翼环1的内侧安装有多个螺旋桨叶片17，螺旋桨叶片17使用硬塑料制作。旋翼环1的外侧边开槽内安装有两块永磁铁6，相距180°安装于相对的旋翼环1两侧。

六个电枢绕组2均匀分散地圆周阵列于旋翼环1的周围并安装于下旋翼盖12中预留的凹槽内。六个电枢绕组2均外接直流电源，相邻的两个电枢绕组2之间相距60°。电枢绕组2的线圈面向圆环中心。

三个磁敏式位置传感器5均匀分散地圆周阵列安装在下旋翼盖12中靠近内侧的部位。

竖直基座调节磁感线圈8，由三个结构完全相同且互相独立的扇环形线圈组成圆环形的竖直基座调节磁感线圈8，均安装在下旋翼盖12中，并位于旋翼环1的正下方；竖直基座调节磁感线圈8的三个扇环形线圈分布在同一平面上，相邻两个线圈之间的间距足够小，竖直基座调节磁感线圈8由控制器调控。圆环形的竖直基座磁感线圈7安装在上旋翼盖13中并位于旋翼环1的正上方。

水平电磁铁9，分为等间距的六对，共十二个，每对均匀分散地圆周阵列安装在下旋翼盖12中预留的凹槽内；水平电磁铁9的线圈面正对圆环中心，并外接电源；水平电磁铁9每两个为一对，相距30°；每一对之间相距60°。

水平传感器10，共三个，等间距120°圆周阵列放置在下旋翼盖12的同一平面圆周上预留的凹槽内；水平传感器10的信号发射器正对该圆周平面的中心，并外接入到控制器。

竖直传感器11，共三个，等间距120°圆周阵列放置在上旋翼盖13底部平面圆周上预留的凹槽内；竖直传感器11的信号发射器垂直于上旋翼盖13的下表面指向下旋翼盖12，并外接入到控制器；

下旋翼盖12，呈环形，环的内侧棱边设有倒角18；下旋翼盖12内设有空气通道16，空气通道16经过所有的电枢绕组2和水平电磁铁9；

上旋翼盖13，呈环形，环的内侧棱边设有倒角18。

下旋翼盖12的顶部均匀分散地圆周排列有六个螺纹孔4，上旋翼盖13对应下旋翼盖12的螺纹孔的相应位置设有通孔3，螺栓穿过上旋翼盖13的通孔3与下旋翼盖12的螺纹孔4连接，由此将上旋翼盖13和下旋翼盖12连接为一个整体。两旋翼盖上特征均由圆周阵列生成；电枢绕组2、水平电磁铁9和水平传感器10都等圆周间距地设置在下旋翼盖12内，而上旋翼盖13内只等圆周安装三个竖直传感器11；上旋翼盖13和下旋翼盖12其余部分外形完全相同。

上旋翼盖13顶部开有六个进气孔14，位于电枢绕组2上方，并设有倒角18；下旋翼盖12的底部开有六个散热孔15，位于电枢绕组2下方，并且在下旋翼盖12侧边也等圆周设有三个散热孔15。

上述电枢绕组2和水平电磁铁9的所有线圈都套有铁芯并接入控制器。下旋翼盖12内的电枢绕组2和水平电磁铁9与安装槽之间都不是完全封闭填充的，而是留有一定空隙与空气通道16连通。通气通道16共两个，均为环状。通气通道16同时与进气孔14和散热孔15连通。

旋翼整机除了所述部分采用规定的材料，其他部分均用弹性模量和强度较大、密度较小的材料。

应该说明的是，本实用新型电路走线方式以及控制器控制编写因不是实用新型重点，且现有技术有有多种方式能够实现，因此未作说明。

当电枢绕组2接通后，输入直流电，驱动旋翼环1的永磁铁6进而驱动旋翼环1转动，其驱动原理与无刷电机相似，励磁线圈在电枢绕组2上，电枢绕组2为定子，永磁铁6为转子。

当旋翼环1转速到达一定速度时，铝合金制造的旋翼环1在竖直基座调节磁感线圈8和竖直基座磁感线圈7之间转动并产生涡电流，进而产生磁场，与竖直基座调节磁感线圈8和竖直基座磁感线圈7排斥，产生的排斥磁力足够抵消旋翼环1的重力，使旋翼环1悬浮起来。通过调节竖直基座调节磁感线圈8的磁感应强度大小，来调节旋翼环1的竖直位置以及倾斜的角度。竖直基座磁感线圈7可在旋翼翻转后为旋翼环1提供悬浮力。水平电磁铁9在旋翼环1具有转速后，通过调节水平电磁铁9的磁场强度来控制旋翼环1的水平位置。

当旋翼环1转速需要提高时，控制器可以增加电枢绕组2的输入电流脉冲信号周期变化频率以及适当增加其幅值，确保旋翼环1与旋转磁场同步变快，提高转速；当旋翼环1转速需要下降时，可减小或暂时关闭电枢绕组2的电流脉冲信号周期变化频率或暂时关闭电枢绕组2。

旋翼环1将空气由上而下吸入时，一部分气体会进入上旋翼盖13的进气孔14和旋翼环1顶部的通气孔，并经过空气通道16流经电枢绕组2和水平电磁铁9，将电枢绕组2和水平电磁铁9的大部分热量从下旋翼盖12的散热孔15和旋翼环1底部的通气孔带出。而竖直基座调节磁感线圈8和竖直基座磁感线圈7分别分布在旋翼环1的上下两侧，因此它们可以直接利用旋翼环1叶片造成的空气流动进行散热。

该旋翼环1可以在不同的空间位置及姿态下进行平稳运行，并可有效地调节旋翼转速的快慢。

如图1所示，进气孔14的进气面逐渐向下倾斜，而其底部设有一个向下的斜坡，其目的是使充足的空气进入进气孔14便于进入空气通道16，将电枢绕组2和水平电磁铁9等元件产生的绝大部分热量通过散热孔15带走。并且下旋翼盖12和上旋翼盖13的内侧环形棱边打有倒角18，其目的是减少进气处棱角个数，以使旋翼环1吸入气流稳定，使旋翼环1稳定工作。

如图2、图3和图4所示，旋翼环1与下旋翼盖12和上旋翼盖13均无机械接触，其目的是将机械阻力最小化。下旋翼盖12的环形内侧及外侧均设有散热孔15，其内侧散热孔15由于旋翼环1形成的高速气流，压强骤降，即可将空气通道16中的热量从散热孔25吸出；其外侧散热孔15为辅助散热孔，将少部分热量散出。

如图5和图6所示，竖直传感器11和水平传感器10分别有三个，并分别等圆周间距地安装在上旋翼盖靠近旋翼环1的一侧和下旋翼盖12内。由于三点确定一个平面，故三个竖直传感器11可以确定旋翼环1平面是否相对整个旋翼装配体是否水平，三个水平传感器10可确定旋翼环1平面圆中心是否偏心。六对水平电磁铁9通入直流电，线圈缠绕方式使该六对电磁铁面向旋翼中心的面都为同一极。电枢绕组2包括6块电磁铁，其线圈缠绕方式一致。磁敏式位置传感器5共有三个，等间距分布在水平圆周平面上，其目的是识别转子磁极(永磁铁6)的位置以控制输入的电流脉冲，原理与无刷电机相同。

如图7和图8所示，旋翼环1相隔180°安置两相同的永磁铁6，作为转子，被电枢绕组2所驱动。旋翼环1上设有多个用于提供升力的螺旋桨叶片17。

水平传感器10或竖直传感器11将位移信号传入运算放大器将信号放大，后将信号传入位移信号转换电路，后将输出信号传入比较器与校准比较信号相比，将结果传入控制器，以控制功率放大器进而控制水平电磁铁9或竖直基座调节磁感线圈8产生的磁场大小。对于电枢绕组2，由用户直接将控制信号输入驱动控制器，经功率放大器，进入电枢绕组2的各线圈，来控制电脉冲频率和幅值，进而有效控制旋翼环1的转速。

Claims (3)

1.一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，其特征在于：包括圆环形的下旋翼盖(12)和上旋翼盖(13)；下旋翼盖(12)和上旋翼盖(13)之间预留有放置旋翼环(1)的空腔；上旋翼盖(13)和下旋翼盖(12)可拆卸地连接为一个整体；

旋翼环(1)由金属制成，旋翼环(1)的内侧安装有多个螺旋桨叶片(17)，旋翼环(1)的外侧边开槽并在开槽内安装有两块永磁铁(6)，两块永磁铁(6)相对设于旋翼环(1)的两侧；

多个电枢绕组(2)圆周阵列于旋翼环(1)的周围并安装于下旋翼盖(12)内，电枢绕组(2)外接直流电源，电枢绕组(2)的线圈面向圆环中心；

多个磁敏式位置传感器(5)圆周阵列安装在下旋翼盖(12)中靠近内侧的部位；

旋翼环(1)的正下方设有竖直基座调节磁感线圈(8)，竖直基座调节磁感线圈(8)安装于下旋翼盖(12)内；旋翼环(1)的正上方设有竖直基座磁感线圈(7)，竖直基座磁感线圈(7)安装于上旋翼盖(13)内；竖直基座调节磁感线圈(8)和竖直基座磁感线圈(7)用于为旋转的旋翼环(1)提供磁悬浮力；竖直基座调节磁感线圈(8)也用于调整旋转的旋翼环(1)的竖直位置和倾斜角度；

多个水平电磁铁(9)圆周阵列安装在下旋翼盖(12)内，水平电磁铁(9)的线圈面正对圆环中心，并外接电源；水平电磁铁(9)用于调整旋翼环(1)的水平位置；

多个水平传感器(10)圆周阵列放置在下旋翼盖(12)内的同一平面圆周上，水平传感器(10)的信号发射器正对该圆周平面的中心；

多个竖直传感器(11)圆周阵列放置在上旋翼盖(13)底部的平面圆周上，竖直传感器(11)的信号发射器垂直于上旋翼盖(13)的下表面指向下旋翼盖(12)；

还包括有控制器，电枢绕组(2)、磁敏式位置传感器(5)、竖直基座调节磁感线圈(8)、竖直基座磁感线圈(7)、水平电磁铁(9)、水平传感器(10)、竖直传感器(11)均与控制器电连接并由控制器读数、判断、控制。

2.根据权利要求1所述的一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，其特征在于：所述上旋翼盖(13)的顶部对应电枢绕组(2)的位置开设有进气孔(14)；所述下旋翼盖(12)的底部对应电枢绕组(2)的位置开设有散热孔(15)；下旋翼盖(12)内对应所有电枢绕组(2)和水平电磁铁(9)的位置均设有预留凹槽，电枢绕组(2)和水平电磁铁(9)均放置于预留凹槽内；下旋翼盖(12)内还设有空气通道(16)，空气通道(16)连通所有的预留凹槽；空气通道(16)同时还与进气孔(14)和散热孔(15)连通；所述旋翼环(1)的上表面和下表面均开设有多个通气孔。

3.根据权利要求1所述的一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，其特征在于：所述下旋翼盖(12)和上旋翼盖(13)的内侧环形棱边设有倒角(18)。