RU223659U1 - Винтомоторная группа летательного аппарата - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов, конкретнее к области силовых установок беспилотных летательных аппаратов. Сущность полезной модели: винтомоторная группа летательного аппарата, содержащая воздушный винт с интегрированным электрическим двигателем, лопастями, ступицей, корпусом, механически соединяющим воздушный винт с ротором (индуктором), на котором установлены постоянные магниты, закрепленные на внутренней поверхности корпуса за счет клеевого соединения, специальный обтекатель, который формирует охлаждающий поток за счет эффекта Коандэ, механически прикрепленный к полой оси двигателя, 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, корпусом, постоянными магнитами и специальной втулкой ротора, платформа крепления, механически присоединенная к станине. Технический результат: повышение интенсивности охлаждения электрического двигателя, уменьшение массы и габаритов беспилотных летательных аппаратов. 2 ил.

Description

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

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, В64С 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, воздушный винт в кольце, втулку, удерживающую воздушный винт, вал, на котором размещена указанная свободно вращающаяся втулка, стойки, жестко фиксирующие взаимное расположение кольца и втулки.

Наиболее близким является воздушный винт беспилотного летательного аппарата с интегрированным электрическим двигателем [патент РФ RU 220566, B64U 50/19, B64D 27/24, B64D 35/02, В64С 27/14, опубл. 21.09.2023 Бюл. №27], 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. Обеспечивается повышение надежности, уменьшение массы и габаритов беспилотных летательных аппаратов.

Недостатком аналога является снижение интенсивности охлаждения электрического двигателя из-за расположения лопастей винта на внешней поверхности корпуса машины, в результате воздушный поток от винта не охлаждает обмотки электрического двигателя в отличие от классических тяговых систем, в которых электрический двигатель не интегрирован в винт, с другой стороны, система охлаждения определяет температурный режим машины и оказывает влияние на надежность работы электрического двигателя, высокие масса и габариты, обусловленные, большим количеством рабочих элементов конструкции.

Технический результат достигается тем, что винтомоторная группа летательного аппарата, содержащая воздушный винт с интегрированным электрическим двигателем, лопастями, ступицей, корпусом, механически соединяющим воздушный винт с ротором (индуктором), на котором установлены постоянные магниты, закрепленные на внутренней поверхности корпуса за счет клеевого соединения, специальный обтекатель, который формирует охлаждающий поток за счет эффекта Коандэ, механически прикрепленный к полой оси двигателя, 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, корпусом, постоянными магнитами и специальной втулкой ротора, платформа крепления, механически присоединенная к станине.

Сущность устройства поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлена винтомоторная группа беспилотного летательного аппарата, содержащая воздушный винт с интегрированным электрическим двигателем и специальным обтекателем в разрезе, на фиг. 2 представлен электрический двигатель, интегрированный в воздушный винт беспилотного летательного аппарата, с ротором и статором, в разрезе. Винтомоторная группа летательного аппарата (фиг. 1) состоит из воздушного винта 1, электрического двигателя 2, интегрированного в воздушный винт, имеющий лопасти 3 со ступицей 4, корпус двигателя 5, специальная втулка 6, постоянные магниты 7, обтекатель 8, станина 9, подшипники 10, магнитопровод 11, обмотки 12, соединительные провода 13, ось с центральным осевым отверстием 14, шток 15, платформа крепления 16.

На оси 14 механически закреплена станина 9, которая выполнена из материала с высокой теплопроводностью (например, алюминия). Ось 14 выполнена за одно с платформой крепления 16 может быть изготовлена из металла, пластмассы или композитного материала. Платформа крепления 16 предназначена для присоединения винтомоторной группы к беспилотному летательному аппарату. К оси 14 со стороны, противоположной платформе крепления 16 крепится шток 15 обтекателя 8 при помощи резьбового соединения. Крепление станины 9 на оси 14 осуществляется за счет посадки с натягом или клеевого соединения. На станине 9 с натягом установлен магнитопровод 11. Станина 9 выполнена из материала с высокой теплопроводностью (например, алюминия). Выполненная трехфазной обмотка 12, установлена на магнитопроводе 11. Магнитопровод 11 выполняется шихтованным из листовой электротехнической стали. Обмотка 12 может быть изготовлена из медного или алюминиевого обмоточного провода. Обмотка 12 выполнена путем намотки на зубья магнитопровода 11. Магнитопровод 11 изолирован от обмотки 12 за счет электроизоляционного материала, нанесенного на пазы и зубцы магнитопровода 11 или уложенного в пазы магнитопровода 11 в осевом направлении. Между катушками обмотки 12 оставлены зазоры, которые образуют вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха. Между магнитопроводом 11 и постоянными магнитами 7 находится воздушный зазор. Постоянные магниты 7 закреплены на внутренней поверхности корпуса 5, к которому также крепится специальная втулка 6 за счет клеевого соединения. Внешняя часть специальной втулки 6 обеспечивает равномерное расположение постоянных магнитов на внутренней поверхности корпуса и прилегает к боковым поверхностям постоянных магнитов 7. На внутренней части специальной втулки 6 установлены подшипники 10. Посредством подшипников 10 втулка 6 устанавливается внутри станины 9.

Винтомоторная группа летательного аппарата с воздушным винтом и с интегрированным электрическим двигателем работает следующим образом. Интегрированный электрический двигатель, по сути, является бесщеточной машиной постоянного тока с бездатчиковым управлением. Электрический двигатель получает питание от электронного регулятора скорости, который включает катушки обмотки 12 в точном соответствии с положением в пространстве постоянных магнитов 7. Магнитное поле, образованное обмоткой 12, усиливается магнитопроводом 11 и взаимодействует с магнитным полем, образованным постоянными магнитами 7. В результате этого взаимодействия возникает момент вращения и ротор, образованный лопастями 3, ступицей 4, специальной втулкой 6 и постоянными магнитами 7 приводится во вращение. Постоянные магниты 7 изменяют свое положение в пространстве, и электронный регулятор скорости переключает катушки обмотки 12 в соответствии с новым положением постоянных магнитов. Таким образом, создается непрерывное вращение ротора. Благодаря этому вращающиеся лопасти 3 создают направленный поток воздуха, что приводит к возникновению подъемной силы. Одновременно с созданием подъемной силы воздушный поток взаимодействует с обтекателем 8, имеющим диаметр d, равный диаметру двигателя (d_дв (фиг. 1). Обтекатель 8 вынесен вперед по направлению движения на расстояние, равное 2d. В результате обтекатель 8 вызывает эффект Коандэ, проявляющийся в усилении воздушного потока в зоне расположения катушек обмотки 12, что существенно увеличивает коэффициент теплоотдачи поверхности катушек или интенсивность охлаждения. С учетом эффекта Коандэ электромагнитные нагрузки двигателя можно увеличить, что способствует уменьшению габаритов двигателя. При этом стабилизируется температурный режим машины и повышается надежность работы двигателя в составе винтомоторной группы.

Заявляемая полезная модель позволяет снизить массогабаритные показатели и увеличить интенсивность охлаждения обмотки электрического двигателя, что определяет температурный режим машины, и повысить надежность работы электрического двигателя беспилотных летательных аппаратов.

Claims (1)

1. Винтомоторная группа летательного аппарата, содержащая воздушный винт с интегрированным электрическим двигателем, лопастями, ступицей, 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 крепление, механически присоединенное к станине, отличающаяся тем, что воздушный винт с ротором механически соединен с корпусом, на внутренней части которого установлены постоянные магниты, а корпус дополнительно снабжен обтекателем диаметром d, равным диаметру двигателя d_дв, а сам обтекатель механически прикреплен к полой оси двигателя и вынесен вперед по направлению движения на расстояние, равное 2d.