CN210564915U - 一种气悬浮转子推力发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气悬浮转子推力发动机，包括电机、底座、转子盘、旋转轴、密封腔、磁流体密封件、压力调节器，底座与转子盘通过磁流体密封件连接，底座与转子盘之间形成密封腔，转子盘与旋转轴固定连接，旋转轴与底座之间通过磁流体密封件密封连接，旋转轴由电机驱动，压力调节器与底座连接，压力调节器用于调整密封腔内的压力。本实用新型结构简单经济适用，具有显著的节能、环保、高效率优点；采用电池组为动力源，因此称之为冷动力，在常温环境工作没有废热、废气、废液排放。

Description

一种气悬浮转子推力发动机

技术领域

本实用新型涉及一种气悬浮转子推力发动机。

背景技术

现有发动机采用汽油、柴油为原料提供动力，此种方式产生尾气不够环保。而影响发动机效率的因素很多，其中转子在旋转过程中产生摩擦阻力会影响电动机的效率。

中国专利申请号：201310341174.X，公开了一种复合型动力翼飞机，其上的机翼运动发动机采用双圆盘发动机，此种结构只能应用在飞机上，如将其应用在汽车等领域，则需要改变推力方向，缩小圆盘直径，这就需要对其转子进行改造。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种节能环保、效率高的气悬浮转子推力发动机。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种气悬浮转子推力发动机，包括电机、底座、转子盘、旋转轴、密封腔、磁流体密封件、压力调节器，底座与转子盘通过磁流体密封件连接，底座与转子盘之间形成密封腔，转子盘与旋转轴固定连接，旋转轴与底座之间通过磁流体密封件密封连接，旋转轴由电机驱动，压力调节器与底座连接，压力调节器用于调整密封腔内的压力。

所述的底座与转子盘均为圆形凹槽结构，底座与转子盘通过磁流体密封件套接。

所述的底座为圆盘状腔体结构，转子盘设置在底座内并将圆盘状腔体分为左右两个腔体，与左右两个腔体相连通的底座上均连接有压力调节器。

所述的电机为直流调速电机。

还包括机架，电机固定在机架顶部，底座固定在机架侧部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

气悬浮转子推力发动机具有显著的节能、环保、高效率优点，其一台22.5kw的机组产生的动力，相当于一台90kw的燃油发动机，而且无废热废气排放。具体有以下优点：

1、显著的节能特点：转子旋转阻力由原来的固体之间摩擦阻力变成流体之间摩擦阻力，降低了二个数量级，因此显著的降低了能耗。

2、显著的高效率：对于需要直线动力的设备来讲，气悬浮转子推力发动机可省去许多传动环节，比如燃油发动机需要的发动机、减速机、变速机、差速器，轮胎与地面摩擦付等致少五级传动才能使驱动力作用于车体。如果每个环节传动效率为90％，则其有效动力则变成了60％左右，即使是现在的电动汽车也致少有三个以上传动环节，其效率70％左右，而本机产生的直线推力无需中间传动环节，直接可将驱动力作用于车体，其效率近于100％，相比之下，致少效率提高30～40％。另外由于没有这些中间传动环节，其车自重值可比燃油车及电动车(因电池数量减少)轻20％这也大大提高了效率。

3、显著的环保特点：本机采用电池组为动力源，因此称之为冷动力，在常温环境工作没有废热、废气、废液排放。

4、用在道路交通工具上对路面适应性更广：一般汽车依靠轮胎与路面摩擦传递动力，当路面湿滑时摩擦力太少，可能使汽车发生打滑而抛锚，本机推力直接作用在车体上，路面摩擦系数为零，车子照常运行。

5、可采用多机连接组成动力机组，满足不同结构不同动力要求的需要，其应用范围更广泛。

6、本机结构简单经济适用，主要零部件是密封件及直流变速电动机均有专业厂家提供产品及技术服务。本机寿命长维护简单，磁流体密封件寿命致少都在二年以上，电机的寿命则更长，没有易损件，降低了维护成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是底座的结构示意图。

图3是转子盘的结构示意图。

图4是转子盘与底座的连接示意图。

图5是压力调节器的结构示意图。

图6是密封腔内外压力示意图。

图7是外壳安装的主视图。

图8是外壳安装的侧视图。

图9是五台单机组的安装示意图。

图10是三联机组的主视图。

图11是三联机组的侧视图。

图12是二联机组的主视图。

图13是二联机组的侧视图。

图中：1-转子盘 2-底座 3-密封腔 4-磁流体密封件 5-压力调节器 6-电机 7-旋转轴 8-机架 9-高压贮气瓶 10-增压电磁阀 11-泄压电磁阀 12-四通阀 13-腔内压力测量表 14-腔外压力测量表 15-压力信号处理器 16-左腔 17-右腔 18-外壳 19-发动机组。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

见图1，一种气悬浮转子推力发动机，包括电机6、底座2、转子盘1、旋转轴7、密封腔3、磁流体密封件4、压力调节器5，底座2与转子盘1通过磁流体密封件4连接，底座2与转子盘1之间形成密封腔3，密封腔3是与外部大气隔绝的密封空间，在磁流体密封件4的作用下，转子盘1在旋转的状态下也能保证密封腔3密封；转子盘1与旋转轴7固定连接，旋转轴7与底座2之间通过磁流体密封件4密封连接，旋转轴7由电机6驱动，转子盘1可绕底座2自由旋转；压力调节器5与底座2连接，压力调节器5用于调整密封腔3内的压力，使密封腔3内外的压力平衡。电机6为直流调速电机6。

见图1-图3，底座2与转子盘1均为圆形凹槽结构，底座2与转子盘1通过磁流体密封件4套接，这样在底座2与转子盘1之间形成一个密封腔3，转子盘1转动形成水平推力。

气悬浮转子推力发动机还包括机架8，电机6固定在机架8顶部，底座2固定在机架8侧部。

当转子盘1旋转时，转子盘1外表面气压发生了变化(有旋转气流产生)，由于转子盘1与底座2通过磁流体密封件4连接，对外部大气场而言是一个整体。此时二个外表面受到方向相反大小不等的二个压力作用产生了压差，产生沿轴向力，即推力。

由于转子盘1半径及质量较大，因此其有较大的惯性，因此对转子部件的动、静平衡有较高精度要求。磁流体密封件4性能为线速度在0-100m/秒之间，工作环境20℃～-75℃，耐压≥2.5大气压；泄漏率接近零，磨损很小，目前国内有多家生产厂商。

当转子盘1与底座2通过密封联结起来后，相当于一个马德堡球，二者外表面受到很大的大气压力，以直径为0.63m的转子盘1为例，其压力可达到3100kg，这就会产生两个问题，即薄壁结构的转子盘1受此高压，会严重变形而失去功能。其二，受巨大压力转子盘1和底座2相对旋转时，在运动处将产生巨大摩擦力，假设其间采用滑动摩擦体，以现有材料滑动摩擦系数最小为0.01，当转速达到最高运动转速50转/秒时，驱动力可达38kw。消耗如此大能量产生91kg推力，显然得不偿失，况且摩擦所产生的摩擦热足以将摩擦付烧毁，为解决这个问题，采用了气悬浮的办法，即在密封腔3内充入高压气体令P_外S_外＝P_内S_内(P、S为压强及表面积)这相当于在转子盘1和底座2间安装了一个气体弹簧，由压缩气体的弹性力，平衡了外部大气压力，将二者撑开，见图10。此时转子盘1轴向受到两个大小相等方向相反的力，轴向力变为零，这就相当于转子盘1悬浮在两个互不联通的气场中，转子盘1即不会变形，旋转时也不会有机械摩擦所克服阻力，仅仅是密封件材料的粘滞阻力和转子盘1与大气之间摩擦阻力。以所举例子数值计算其驱动功率为900w。因为机械摩擦系数为10^-2级，而空气的粘滞系数为10^-5级，所以气悬浮转子盘1旋转所需的动力与不充气转子盘1(假设其有足够强度不会变形)，相比其消耗的动力相差了2～3个数量级，这就大大节省了能源。

大气压强是随季节及地域不同面变化的，而密封腔3内压强如果是固定不变的，大气压强波动将会对旋转轴7产生较大的轴向力，即转子盘1轴向力不是零，此时转子盘1不是悬浮状态。因此采用压力调节器5调整密封腔3内的压力。

见图5，压力调节器5由四通阀12、泄压电磁阀11、增压电磁阀10、高压贮气瓶9、腔内压力测量表13、腔外压力测量表14、压力信号处理器15组成，高压贮气瓶9通过增压电磁阀10与四通阀12连接，通过四通阀12连接的管路为密封腔3供气，四通阀12另一路通过泄压阀与外部大气连接。以腔内压力测量表13、腔外压力测量表14测量的压力值为依据计算密封腔3内的压力，由高压贮气瓶9提供气体调整密封腔3内的压力。当密封腔3内外压力平衡，压力信号处理器15无信号输出，泄压电磁阀11、增压电磁阀10处于关闭状态。当密封腔3外的压力大于内部压力时，增压电磁阀10开启，贮气瓶与密封腔3联通，腔内压力增高。当密封腔3内外压力相等时，增压电磁阀10关闭，反之泄压电磁阀11工作。由此保证密封腔3内外总压力平衡。压力调节器5可采用其他结构保证密封腔3内外压力相等。

高压贮气瓶9安装在底座2上，底座2与车体联接将推力传递给车体。为减轻重量，机架8和底座2可采用铝质型材。

此外，见图4，所述的底座2为圆盘状腔体结构，转子盘1设置在底座2内并将圆盘状腔体分为左右两个腔体，与左右两个腔体相连通的底座2上均连接有压力调节器5，通过两个压力调节器5调整左腔16或右腔17的压力，进而调整水平推力方向。将左腔16通过压力调节器5与大气连通，右腔17密封，当转子盘1旋转时，右腔17外侧空气压力大于左腔16中转子盘1表面的压力，产生向左的推力。反之，将右腔17通过压力调节器5与大气连通，左腔16密封，当转子盘1旋转时，左腔16外侧空气压力大于右腔17中转子盘1表面的压力，产生向右的推力。这样通过控制与左右腔17连接的压力调节器5的开启，可实现推力方向的转换。

见图7、图8，除转子盘1外，其余零件可放置在外壳18内，外壳18用薄钢板制成，用以阻隔外界气流对转子的干扰。

气悬浮转子推力发动机广泛适用于需要提供直线动力的各种设备，尤其适用在汽车上。气悬浮转子推力发动机组合使用，如：选用五台单机组成前后两个发动机组19，见图6、图11，以三台串联机为一组(每台均可独立控制)做为前行动力机；见图12、图13，两台单机采用可变向推动气悬浮转子推力发动机(带左、右腔的)组成另一组动力机，其中二台可变向推动气悬浮转子推力发动机在倒车时，提供倒车用动力。

与一台装90kw燃油或电动机的同类动力汽车比较其动力性能均有明显优势。

以加速性能为例，设其由0变为100km/小时加速时间为12秒，此时加速度为a＝2.5m/秒2，设车自重1500kg其惯性力为F＝ma＝2.5×1500＝375kg，设路面滚动摩擦阻力系数为0.02，则摩擦阻力为(1500×0.02)÷0.35＝85kg，总阻力为460kg。

而采用本机车体总量约为1200kg左右则F_摩＝70kg，F_惯＝250kg总阻力为320kg而本机可提供最大推力为455kg，因此本发动机有更好的加速性能。

以爬坡能力比较，比较对象最大输出扭矩为150×10＝1500N.m，考虑到其能量损耗为在车轮轴的扭矩约为1200N.m。同样情况新能源车可提供455kg推力，其车轮产生扭矩为455×0.35＝159kg·m＝1590N.m，显然爬坡能力略胜一筹。

以经济效益比较，燃油车每台公里油耗以8升计，则每台公里费用为56元，而本发动机即使在最大能耗时其每百公里能耗为22.5度电，以每度1元计其费用为22.5元。明显的效益优势。另外与同类电动汽车相比其同样电池总量，续航里程可能是其几倍之多。

Claims (5)

1.一种气悬浮转子推力发动机，其特征在于，包括电机、底座、转子盘、旋转轴、密封腔、磁流体密封件、压力调节器，底座与转子盘通过磁流体密封件连接，底座与转子盘之间形成密封腔，转子盘与旋转轴固定连接，旋转轴与底座之间通过磁流体密封件密封连接，旋转轴由电机驱动，压力调节器与底座连接，压力调节器用于调整密封腔内的压力。

2.根据权利要求1所述的一种气悬浮转子推力发动机，其特征在于，所述的底座与转子盘均为圆形凹槽结构，底座与转子盘通过磁流体密封件套接。

3.根据权利要求1所述的一种气悬浮转子推力发动机，其特征在于，所述的底座为圆盘状腔体结构，转子盘设置在底座内并将圆盘状腔体分为左右两个腔体，与左右两个腔体相连通的底座上均连接有压力调节器。

4.根据权利要求1所述的一种气悬浮转子推力发动机，其特征在于，所述的电机为直流调速电机。

5.根据权利要求1所述的一种气悬浮转子推力发动机，其特征在于，还包括机架，电机固定在机架顶部，底座固定在机架侧部。

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