RU220566U1 - Воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов, конкретнее к области силовых установок беспилотных летательных аппаратов. Сущность полезной модели: воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем, содержащий лопасти, ступицу, втулку, механически соединяющую воздушный винт с валом, постоянные магниты, закрепленные на внутренних поверхностях ступицы и втулки за счет клеевого соединения, обтекатель, механически прикрепленный к валу, станину, подшипники, установленные в станине, магнитопровод с обмоткой, установленный на станине, причем станина, подшипники и магнитопровод с обмоткой вместе образуют статор, в который устанавливается ротор, образованный воздушным винтом, валом, постоянными магнитами и обтекателем, и крепление, механически присоединенное к станине. Технический результат: повышение надежности, уменьшение массы и габаритов беспилотных летательных аппаратов.

Description

Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов, конкретнее к области силовых установок беспилотных летательных аппаратов.

Известен электромагнитный движитель в жидких средах, который содержит шихтованный ферромагнитный цилиндрический сердечник статора с трехфазной капсулированной обмоткой, жестко закрепленный в аппарате, вращающуюся часть в виде полого шихтованного ферромагнитного сердечника с короткозамкнутой медной обмоткой и лопасти винта, размещенные внутри сердечника вращающейся части. Каждая из лопастей винта представляет собой трехслойную структуру, две наружные части которой выполнены из латуни, бронзы или пластика, а внутренняя представляет собой постоянный магнит из спекаемого порошкового материала высокой коэрцитивной силы, а число лопастей четное, равное числу полюсов обмотки статора. Такое выполнение движителя обеспечивает эффективное преобразование потребляемой электроэнергии за счет исключения потребления реактивной мощности из сети источника питания [патент №2265550, B63H 1/16, опубл. 10.12.2005].

Недостатками аналога являются ограничение по количеству лопастей, вызванное использованием лопастей как постоянных магнитов, и низкая надежность, обусловленная изготовлением лопастей винта трехслойными с внутренним слоем, являющимся постоянным магнитом из спекаемого порошкового материала.

Известен вертолет, в силовой установке которого применены кольцевидные электрические моторы. К роторам моторов прикреплены лопасти вертолета. Ротор электромотора целиком или частично имеет форму шайбы с мультиплицированными на плоской поверхности по окружности выемками или вырезами, в которых размещаются постоянные магниты. Статор представляет собой кольцо из распределенных по окружности обмоток с сердечниками в виде магнитопроводов с воздушными зазорами под толщину ротора, расположенными таким образом, чтобы зазоры магнитопроводов образовывали единую круговую сквозную воздушную прорезь, внутри которой располагается и вращается ротор. Обеспечивается увеличение момента силы и КПД мотора, уменьшение уровня шумов, увеличение внутреннего пространства, упрощение конструкции вертолета [патент РФ №2752431, B64C 27/04, H02K 31/00, опубл. 28.07.2021].

Недостатками аналога являются сниженная надежность, в связи с использованием разъемного соединения лопастей с ротором, высокие массы и габариты, обусловленные использованием нескольких магнитопроводов.

Известен электрический привод воздушного винта, содержащий профилированное кольцо, воздушный винт в кольце, втулку, удерживающую воздушный винт, вал, на котором размещена указанная свободно вращающаяся втулка, стойки, жестко фиксирующие взаимное расположение кольца и втулки. Привод выполнен в виде вентильного электрического двигателя, имеющего статор, секции обмотки которого размещены внутри указанного кольца, полюса распределенного ротора, расположенные на законцовках лопастей указанного воздушного винта, датчики положения указанных полюсов, систему управления. Обеспечивается повышение энергетического качества электрической винтомоторной группы [патент РФ №2786265, B64D 27/24, B64D 35/02, B64C 27/14, опубл. 19.12.2022].

Недостатками аналога являются низкая надежность, обусловленная расположением магнитов на законцовках лопастей и большим количеством рабочих элементов всей конструкции, также существенные прочностные и аэродинамические потери, обусловленные конструкцией аналога, в которой статор окружает воздушный винт и постоянные магниты расположены далеко от оси вращения, ограничение по количеству лопастей, вызванное расположением постоянных магнитов на лопастях.

Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение надежности, уменьшение массы и габаритов беспилотных летательных аппаратов.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем содержит лопасти, ступицу, втулку, механически соединяющую воздушный винт с валом, постоянные магниты, закрепленные на внутренних поверхностях ступицы и втулки за счет клеевого соединения, обтекатель, механически прикрепленный к валу, станину, подшипники, установленные в станине, магнитопровод с обмоткой, установленный на станине, причем станина, подшипники и магнитопровод с обмоткой вместе образуют статор, в который устанавливается ротор, образованный воздушным винтом, валом, постоянными магнитами и обтекателем, и крепление, механически присоединенное к станине.

Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем в разрезе, на фиг. 2 представлен ротор электрического двигателя, интегрированного в воздушный винт беспилотного летательного аппарата, на фиг. 3 представлен статор электрического двигателя, интегрированного в воздушный винт беспилотного летательного аппарата.

Воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем (фиг.1) состоит из лопастей 1, ступицы 2, втулки 3, вала 4, постоянных магнитов 5, обтекателя 6, станины 7, подшипников 8, магнитопровода 9, обмотки 10, крепления 11.

На вал 4 (фиг.2) механически прикреплена втулка 3. Вал 4 может быть выполнен из металла. Втулка 3 может быть выполнена из металла, пластмассы или композитного материала. Крепление втулки 3 на валу 4 осуществляется за счет посадки с натягом или клеевого соединения. Втулка 3 механически прикреплена к ступице 2 за счет клеевого соединения или посадки с натягом. Ступица 2 может быть выполнена из пластмассы или композитного материала. К ступице 2 механически прикреплены лопасти 1 образуя со ступицей 2 неразъёмное соединение. Лопасти 1 могут быть выполнены из пластмассы или композитного материала. Постоянные магниты 5 закреплены на внутренних поверхностях ступицы 2 и втулки 3 за счет клеевого соединения. К валу 4 механически прикреплен обтекатель 6 за счет посадки с натягом или резьбового соединения (фиг.1). Обтекатель 6 может быть выполнен из металла, пластмассы или композитного материала. На станине 7 с натягом установлен магнитопровод 9. Станина 7 может быть выполнена из металла, пластмассы или композитного материала. Выполненная трехфазной обмотка 10, установлена на магнитопроводе 9. Магнитопровод 9 выполняется шихтованным из листовой электротехнической стали. Обмотка 10 может быть выполнена из медного или алюминиевого обмоточного провода. Обмотка 10 намотана на зубья магнитопровода 9, в которых образуются катушки обмотки 10 (фиг.3). Магнитопровод 9 изолирован от обмотки 10 за счет электроизоляционного материала, нанесенного на пазы и зубцы магнитопровода 9 или уложенного в пазы магнитопровода 9 в осевом направлении. В станину 7 за счет посадки с натягом с торцов установлены подшипники 8. Вал 4 установлен в подшипниках 8. Во втулке 3 и в станине 7 выполнены вентиляционные отверстия для охлаждения постоянных магнитов 5, магнитопровода 9 и обмотки 10. Между постоянными магнитами 5 и магнитопроводом 9 присутствует воздушный зазор. К станине 7 механически прикреплено крепление 11 с помощью резьбового или клеевого соединения (фиг.1). Крепление 11 предназначено для присоединения воздушного винта с интегрированным электрическим двигателем к беспилотному летательному аппарату. Крепление 11 может быть выполнено из металла, пластмассы или композитного материала.

Воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем функционирует следующим образом. На обмотку 10 подается переменное трехфазное напряжение. После этого в обмотке 10 возникает вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, образованное обмоткой 10 и усиленное в магнитопроводе 9, взаимодействует с постоянным магнитным полем, образованным постоянными магнитами 5. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля, образованного обмоткой 10 и усиленного магнитопроводом 9, и постоянного магнитного поля, образованного постоянными магнитами 5, ротор, образованный лопастями 1, ступицей 2, втулкой 3, валом 4, постоянными магнитами 5 и обтекателем 6 приводится во вращение. Благодаря этому вращающиеся лопасти 1 создают завихрённые направленные потоки воздуха, что приводит к возникновению подъемной силы.

Заявляемая полезная модель позволяет снизить массогабаритные показатели и повысить надежность беспилотных летательных аппаратов.

Claims (1)

1. Воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем, содержащий лопасти, ступицу, втулку, механически соединяющую воздушный винт с валом, постоянные магниты, закрепленные на внутренних поверхностях ступицы и втулки за счет клеевого соединения, обтекатель, механически прикрепленный к валу, станину, подшипники, установленные в станине, магнитопровод с обмоткой, установленный на станине, причем станина, подшипники и магнитопровод с обмоткой вместе образуют статор, в который устанавливается ротор, образованный воздушным винтом, валом, постоянными магнитами и обтекателем, и крепление, механически присоединенное к станине.