CN112722242A - 一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,包括:外壳、定子、第一线圈、转子风扇和永磁体,针对油电混合动力飞行器所采用的高转速低噪音的电推进方式,采用磁悬浮技术,通过无轴化将传统轴系动力***解耦,取消传统轴系结构限制;通过混合磁悬浮轴承实现转子风扇悬浮转动,满足低噪音环境友好要求。本发明具有更高的效率,在同样的功率消耗下,能产生更大的推力,实现油电混合动力飞行器的电推进装置高速化、无轴化、环境友好化。
Description
技术领域
本公开涉及飞行器电推进装置技术领域,尤其涉及一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇。
背景技术
目前,现有的飞行器推进装置主要是轴系结构传动,传统轴系结构动力装置主要有以下缺陷:传统电推进装置通过轴系传动,转速受到结构影响;且传统轴系结构动力装置的推进结构与轴系连接,转动时会产生巨大的噪音,对环境造成声音污染。传统轴系结构动力装置的噪音大、效率低、产生的推力小等问题已经无法满足社会日益对于环保、高效的需求,存在这些问题和缺点的原因主要是现有技术对于传统轴系结构动力装置的研究到了顶点,需要突破就只能从全新的结构着手。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个,本公开提供了一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,通过磁悬浮技术,具有更高的效率,在同样的功率消耗下,能产生更大的推力。
为实现上述目的,本公开采用了如下技术方案:
一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,包括:
外壳,其内部具有一容置空间,且其两端面镂空;
定子,其安装在所述容置空间内,所述定子包括环形定子铁心,以及分别设于环形定子铁心两端的环形凸边;所述环形凸边内侧开设有第一环形凹槽;环形定子铁心内侧均匀分布有齿槽;
绕组线圈,其包括缠绕在所述第一环形凹槽内的第一线圈,以及缠绕在所述齿槽内的第二线圈;
转子风扇,其悬空地置于所述定子内部,所述转子风扇包括圆管和多个叶片;叶片安装在圆管的内部;圆管的外侧面开设有凹槽,圆管的两个端面均设置有第二环形凹糟,第二环形凹糟与所述第一环形凹槽的位置相对;
永磁体,其包括均匀分布在所述凹槽内的多个长方体永磁体,以及分别设置在两个第二环形凹糟内的两个环状永磁体。
根据本公开的至少一个实施方式,所述外壳由前盖和后盖相接而成。
根据本公开的至少一个实施方式,所述外壳的两端面朝内侧设置有多个用于固定定子的定位销。
根据本公开的至少一个实施方式,所述环形凸边在位于每个定位销的位置处均对应开设有通孔;所述环形定子铁心的两端面在位于每个定位销的位置处均对应开设有盲孔,且盲孔与通孔的尺寸一致并一一对齐;定位销穿过通孔伸入到盲孔中。
根据本公开的至少一个实施方式,所述定子的表面涂有抗氧化涂层。
根据本公开的至少一个实施方式,所述外壳与定子之间保持有适当缝隙。
根据本公开的至少一个实施方式,所述定子由硅钢材料制成。
根据本公开的至少一个实施方式,所述绕组线圈由铜线制成。
根据本公开的至少一个实施方式,所述转子风扇由铝合金材料一体铸造而成。
根据本公开的至少一个实施方式,所述转子风扇还包括中心轴,该中心轴通过所述叶片固定在圆管的中部。
相比于现有技术,本公开的优势在于:
本公开揭示的一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,针对油电混合动力飞行器所采用的高转速低噪音的电推进方式,采用磁悬浮技术,突破传统轴系推进装置受到的结构限制及缺陷,本磁悬浮涵道风扇具有更高的效率,在同样的功率消耗下,能产生更大的推力,实现油电混合动力飞行器的电推进装置高速化、无轴化、环境友好化。
本申请的磁悬浮涵道风扇在高速运转时可应用在混/纯电动飞行器动力推进器方面,在低速运转时可应用于日常电器电风扇。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本公开的原理,其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本发明一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇的整体结构图。
图2是本发明一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇的侧面剖视图。
图3是本发明中外壳的示意图。
图4是本发明中定子的示意图。
图5是本发明中定子及绕组线圈的侧面剖视图。
图6是本发明中转子风扇及永磁体的示意图。
图7是本发明中转子风扇及永磁体的侧面剖视图。
图8是本发明中短轴转子风扇的示意图。
附图标记:外壳100,前盖110,后盖120,定位销130,定子200,环形定子铁心210,齿槽211,盲孔212,环形凸边220,第一环形凹槽221,通孔222,绕组线圈300,第一线圈310,第二线圈320,转子风扇400,中心轴410,圆管420,凹槽421,第二环形凹糟422,叶片430,永磁体500,长方体永磁体510,环状永磁体520。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容,而非对本公开的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
如图1至7所示,一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,包括:
外壳100,其内部具有一容置空间,且其两端面镂空;外壳的选材要求密度小、强度高,可采用复合材料作为外壳的材料,外壳主要是用于保护定子、转子风扇等内部结构;
定子200,其安装在容置空间内,定子包括环形定子铁心210,以及分别设于环形定子铁心两端的环形凸边220,环形定子铁心的结构与现有的电机定子铁心的结构相似;环形凸边220内侧开设有第一环形凹槽221;环形定子铁心210内侧均匀分布有齿槽211;
绕组线圈300,其包括缠绕在第一环形凹槽221内的第一线圈310,以及缠绕在齿槽211内的第二线圈320;绕组线圈与定子耦合后,通过分布式绕组线圈进行嵌装布线,将绕组线圈通入电流,形成磁场产生磁力使转子风扇维稳悬浮状态并进入工作高速旋转状态。
转子风扇400,其悬空地置于定子200内部,转子风扇400包括中心轴410、圆管420和多个叶片430;中心轴410通过叶片430固定在圆管420的中部,本申请叶片的结构可采用现有风扇的其他叶片的结构,且叶片的轴向厚度根据需求设置,叶片用于产生推力;圆管420的外侧面开设有凹槽421,圆管420的两个端面均设置有第二环形凹糟422,第二环形凹糟422与第一环形凹槽221的位置相对;中心轴的长度可根据需求设置,短轴转子风扇如图8所示,中心轴用于支撑叶片,可直接采用现有的普通叶片结构,能够使转子风扇结构简单;此外,本申请的转子风扇也可以不设置中心轴。
永磁体500,其包括均匀分布在凹槽421内的多个长方体永磁体510,以及分别设置在两个第二环形凹糟422内的两个环状永磁体520;永磁体通过粘贴等方式镶嵌在转子风扇上,与转子风扇形成一体;长方体永磁体以中心轴为中心,以一定数量(如24个)按环形阵列均匀分布于转子风扇侧面的凹槽中;永磁体用于与线圈绕组通电产生的磁场相互作用,使转子风扇产生悬浮的效果,并带动整个转子风扇转动。
其中,
外壳100由前盖110和后盖120相接而成,前盖110与后盖120大小尺寸相同;通过设于前盖上的销与设于后盖上的孔相互配合安装组成整个外壳;
外壳100的两端面朝内侧设置有多个用于固定定子的定位销130,在前盖110和后盖120各设置4个定位销130;环形凸边220在位于每个定位销130的位置处均对应开设有通孔222;环形定子铁心210的两端面在位于每个定位销130的位置处均对应开设有盲孔212,且盲孔212与通孔222的尺寸一致并一一对齐;定位销130穿过通孔222伸入到盲孔212中,用于将定子固定在外壳内;定位销的形状、尺寸与通孔和盲孔相匹配,定位销的长度大于通孔的深度,且小于盲孔与通孔深度之和。此外,定子也可以采用螺钉连接的方式固定在外壳内部。
定子200的表面涂有抗氧化涂层,如油漆,用于包裹定子,隔离空气,抗氧化、抗腐蚀,以便能够尽可能地减少定子与空气接触,使得定子腐蚀降低导磁能力。
外壳100与定子200之间保持有适当缝隙,能够有助于定子的散热和控制***的走线。
定子200由具有良好导磁性能的硅钢材料制成。
绕组线圈300由铜线制成。
转子风扇400选材要求密度小、强度高、不易变形,可由铝合金材料一体铸造而成;此外,本申请的叶片也可采用焊接的连接方式与中心轴、圆管连接。
永磁体500由铷铁硼材料制成。
此外,本发明除了可采用本实施例的多绕组混合单一定子铁心结构,也可以采用单一绕组多定子铁心结构,以及多定子铁心多绕组结构,达到转子风扇悬浮推进的效果。
本实施例一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇的工作原理:
当飞行器需要大功率推进时,涡轮发电***/电池产生的电能通过电网传递给磁悬浮涵道风扇,绕组线圈通过磁悬浮提供轴向和径向力使风扇转子进入磁悬浮状态,并且使风扇转子在高速旋转的状态抵消外界干扰、保持稳定;通过径向推进绕组线圈产生切向推力,使风扇转子进入高速旋转的状态。当飞行器在飞行稳态工况时,可通过控制***停止部分磁悬浮风扇的电力,那部分磁悬浮风扇通过惯性运动进入发电状态为***进行充电。
本发明一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇具有如下优点:
采用磁悬浮技术实现油电混合动力飞行器的电推进装置高速化、无轴化、低噪声。
通过无轴化将传统轴系动力***解耦,取消传统轴系结构限制,能够为未来飞行器结构和推进器结构一体化的设计方案提供新路线。
通过混合磁悬浮轴承实现转子悬浮转动,满足低噪音环境友好要求。
通过混合磁悬浮轴承控制方案,实现充放电可控功能,通过充放电可控,为电池***提供了部分能源,使得能量使用效率更高。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解,上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开,而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言,在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型,并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (10)
1.一种用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于,包括:
外壳,其内部具有一容置空间,且其两端面镂空;
定子,其安装在所述容置空间内,所述定子包括环形定子铁心,以及分别设于环形定子铁心两端的环形凸边;所述环形凸边内侧开设有第一环形凹槽;环形定子铁心内侧均匀分布有齿槽;
绕组线圈,其包括缠绕在所述第一环形凹槽内的第一线圈,以及缠绕在所述齿槽内的第二线圈;
转子风扇,其悬空地置于所述定子内部,所述转子风扇包括圆管和多个叶片;叶片安装在圆管的内部;圆管的外侧面开设有凹槽,圆管的两个端面均设置有第二环形凹糟,第二环形凹糟与所述第一环形凹槽的位置相对;
永磁体,其包括均匀分布在所述凹槽内的多个长方体永磁体,以及分别设置在两个第二环形凹糟内的两个环状永磁体。
2.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述外壳由前盖和后盖相接而成。
3.如权利要求2所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述外壳的两端面朝内侧设置有多个用于固定定子的定位销。
4.如权利要求3所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述环形凸边在位于每个定位销的位置处均对应开设有通孔;所述环形定子铁心的两端面在位于每个定位销的位置处均对应开设有盲孔,且盲孔与通孔的尺寸一致并一一对齐;定位销穿过通孔伸入到盲孔中。
5.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述定子的表面涂有抗氧化涂层。
6.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述外壳与定子之间保持有适当缝隙。
7.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述定子由硅钢材料制成。
8.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述绕组线圈由铜线制成。
9.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述转子风扇由铝合金材料一体铸造而成。
10.如权利要求1所述的用于电动飞行器的磁悬浮涵道风扇,其特征在于:所述转子风扇还包括中心轴,该中心轴通过所述叶片固定在圆管的中部。
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