一种磁悬浮螺旋桨及其应用的涡喷发动机的制作方法

1.本发明涉及航空发动机的技术领域，具体而言，涉及一种磁悬浮螺旋桨及其应用的涡喷发动机。


背景技术：

2.当前，无论是螺旋桨还是涡喷发动机中，旋转的摩擦来的损耗都是极大的，特别是在涡喷发动机中风扇均由低压涡轮直接驱动；一般在风扇转子后还装有3～5级增压压气机(有时也称低压压气机)，以增加发动机的总压比及内涵的空气流量。但这种设计存在先天的缺点，即风扇与低压涡轮轴相连，同时内涵还有增压压气机，因此为兼顾内涵的增压比以及转速，风扇转速不会很小，且由于风扇(加上增压压气机)是由低压涡轮直接驱动的，增压压气机、低压涡轮的转速大大低于它们的最佳工作转速；为达到发动机总体设计要求，只得增加增压压气机及低压涡轮的级数。增压压气机、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作，使得发动机级数增多，从而使得转动叶片在转动时摩擦力极大，对动力的损耗极其严重，由此急需一种磁悬浮螺旋桨及其应用的涡喷发动机。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种磁悬浮螺旋桨，其能够在保证转动叶片的转速前提下，减低损耗，从而减小对发动机扇叶转动动力的需求。
4.本发明的实施例是这样实现的：
5.本技术实施例提供一种磁悬浮螺旋桨，包括主轴、转动叶片以及磁悬浮驱动机构，磁悬浮驱动机构包括悬浮机构和传动机构，传动机构包括套设于主轴上内定子以及与内定子适配的外转子，外转子与转动叶片连接；悬浮机构包括两组极性相同，且分别设置于内定子和主轴上的悬浮磁体组，悬浮磁体组之间设有悬浮间隙。
6.在本发明的一些实施例中，内定子内设有绕内定子主体均匀分布的定子磁体组，外转子内设有与定子磁体组适配的转子磁体组，转子磁体组中相邻的磁体极性相反，外转子的外壁与转动叶片连接。
7.在本发明的一些实施例中，定子磁体组包括套设于主轴的定子绕线盘以及缠绕在定子绕线盘上的多个线圈。
8.在本发明的一些实施例中，多个线圈在定子绕线盘上均匀分布。
9.在本发明的一些实施例中，定子绕线盘包括套设于主轴上的环形件以及与环形件连接的绕线柱，线圈缠绕在绕线柱上。
10.在本发明的一些实施例中，绕线柱呈t形。
11.在本发明的一些实施例中，还包括限位磁体组，限位磁体组包括设置于转子上的第一限位磁体以及设置于主轴上的第二限位磁体，第一限位磁体与第二限位磁体极性相同，第一限位磁体与第二限位磁体设有隔离间隙。
12.本技术实施例提供一种磁悬浮涡喷发动机，包括外壳、设置于外壳内的主轴、在主
轴上依次设置的进气风扇、气压机、燃烧室和涡轮，进气风扇、气压机、燃烧室和涡轮均设有转动叶片；转动叶片通过磁悬浮驱动机构与主轴连接。
13.在本发明的一些实施例中，扰流件远离隔离间隙的一侧呈流线型。
14.在本发明的一些实施例中，任一磁体可以采用永磁体或电磁铁。
15.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
16.一种磁悬浮螺旋桨，其包括主轴3、转动叶片7以及磁悬浮驱动机构6，磁悬浮驱动机构6悬浮机构61和传动机构62，传动机构62包括套设于主轴3上内定子621以及与内定子621适配的外转子622，外转子622与转动叶片7连接；悬浮机构61包括两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。
17.对于螺旋桨转动时，其转动摩擦是消耗动力的最大因素，其根本原因在于，螺旋桨的桨毂结构复杂，结构众多，由此带来的直接摩擦和间接摩擦，导致摩擦力增加，同时也会导致零部件损耗。由此大多数摩擦力均来自于此，故而本设计采用磁悬浮的原理，使得结构简化，从而减小桨毂内零件的摩擦力。由此在保证转速的前提下，减低损耗，从而减小对桨毂转动叶片对转动动力的需求。其具体实施方式为，利用两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。利用同性相斥的原理使转子悬浮起来，同时因为重力的原因，所以位于上方的磁力应当设置的较大，位于下方的磁体的磁力应该相对设置的较小。此外针对发动机应用场所的不同，磁体的选用也不同，对于航空发动机，其载重以及自身重量较大，由此磁体采用电磁体，这样的方式可以根据飞机的需要对磁力进行调节。而对于小型飞机或玩具飞行器，则可以直接采用永磁体。其运转是定子与转子上的磁体磁极如图5所示，其原理与磁悬浮列车相同。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本发明中一种磁悬浮螺旋桨的外部结构示意图；
20.图2为本发明中磁悬浮驱动机构的结构示意图；
21.图3为本发明中传动结构和转动叶片的位置示意图；
22.图4为本发明中传动结构的结构示意图；
23.图5为图3中a处局部放大图；
24.图6为本发明中一种磁悬浮涡喷发动机的外部结构示意图；
25.图7为本发明中磁悬浮驱动机构在涡喷发动机中运用的结构示意图；
26.图8为本发明中磁悬浮驱动机构在涡喷发动机中运用的另一视角的结构示意图。
27.图标：1、进气风扇；2、气压机；3、主轴；4、燃烧室；5、涡轮；6、磁悬浮驱动机构；61、悬浮机构；611、悬浮磁体组；612、悬浮间隙；62、传动机构；621、内定子；6211、定子磁体组；6212、定子绕线盘；6213、线圈；6214、环形件；6215、绕线柱；622、外转子；623、转子磁体组；7、转动叶片；8、限位磁体组；9、扰流件。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
33.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
34.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例1
36.请参照图1、图2、图3、图4和图5，为本实施例提供一种磁悬浮螺旋桨，其包括主轴3、转动叶片7以及磁悬浮驱动机构6，磁悬浮驱动机构6悬浮机构61和传动机构62，传动机构62包括套设于主轴3上内定子621以及与内定子621适配的外转子622，外转子622与转动叶片7连接；悬浮机构61包括两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。
37.在本发明的一些实施例中，对于螺旋桨转动时，其转动摩擦是消耗动力的最大因素，其根本原因在于，螺旋桨的桨毂结构复杂，结构众多，由此带来的直接摩擦和间接摩擦，导致摩擦力增加，同时也会导致零部件损耗。由此大多数摩擦力均来自于此，故而本设计采用磁悬浮的原理，使得结构简化，从而减小桨毂内零件的摩擦力。由此在保证转速的前提下，减低损耗，从而减小对桨毂转动叶片7对转动动力的需求。其具体实施方式为，利用两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。利用同性相斥的原理使转子悬浮起来，同时因为重力的原因，所以位于上方
的磁力应当设置的较大，位于下方的磁体的磁力应该相对设置的较小。此外针对发动机应用场所的不同，磁体的选用也不同，对于航空发动机，其载重以及自身重量较大，由此磁体采用电磁体，这样的方式可以根据飞机的需要对磁力进行调节。而对于小型飞机或玩具飞行器，则可以直接采用永磁体。其运转是定子与转子上的磁体磁极如图5所示，其原理与磁悬浮列车相同。
38.实施例2
39.请参照图2、图3和图4，本实施例基于实施例1的技术方案提出，内定子621内设有绕定子主体均匀分布的定子磁体组6211，外转子622内设有与定子磁体组6211适配的转子磁体组623，转子磁体组623中相邻的磁体极性相反，外转子622的外壁与转动叶片7连接。
40.在本发明的一些实施例中，由于采用磁悬浮的方式，故而转动叶片7的驱动便不再采用现有的机械转动方式，采用电磁感应的方式对转动叶片7进行驱动，而为了适配环状的转动叶片7，电磁感应相关装置也需要进行环形设置，由此内定子621内设置绕内定子621主体均匀分布的定子磁体组6211，从而使得电磁感应更为均匀，提高了稳定性。
41.实施例3
42.请参照图4，本实施例基于实施例2的技术方案提出，定子磁体组6211包括套设于主轴3的定子绕线盘6212以及缠绕在定子绕线盘6212上的多个线圈6213。
43.在本发明的一些实施例中，本实施例采用的是电磁铁的方式进行驱动，其可以通过控制电流有效的控制线圈6213的磁感应量，从而使得转动叶片7与内部的涡喷发动机没有直接机械联系，以简单易制造的结构，实现其转速实时调整。
44.实施例4
45.请参照图4，本实施例基于实施例3的技术方案提出，多个线圈6213在定子绕线盘6212上均匀分布。
46.在本发明的一些实施例中，与定子上的磁体原因相同，由于采用磁悬浮的方式，故而转动叶片7的驱动便不再采用现有的机械转动方式，采用电磁感应的方式对转动叶片7进行驱动，从而减小与发动机的直接机械联系。而为了适配转子的转动也需要进行环形设置，提高了稳定性。
47.实施例5
48.请参照图4，本实施例基于实施例3的技术方案提出，定子绕线盘6212包括套设于主轴3上的环形件6214以及与环形件6214连接的绕线柱6215，线圈6213缠绕在绕线柱6215上。
49.在本发明的一些实施例中，而为了尽可能地方便线圈6213进行缠绕，采用类似外转子622电机的原理设计定子绕线盘6212，利用环形件6214将定子与主轴3进行固定，在环形件6214外壁设置立线柱用于缠绕线圈6213，从而达到固定定子的目的。
50.实施例6
51.本实施例基于实施例5的技术方案提出，绕线柱6215呈t形。
52.在本发明的一些实施例中，对于绕线柱6215在缠绕线圈6213的时候，为了避免线圈6213脱离绕线柱6215，故而设置为t形。其旨在利用t形的凸出结构对线圈6213进行限位，从而提高了稳定性。
53.实施例7
54.请参照图2，本实施例基于实施例1的技术方案提出，还包括限位磁体组8，限位磁体组8包括设置于转子上的第一限位磁体以及设置于主轴3上的第二限位磁体，第一限位磁体与第二限位磁体极性相同，第一限位磁体与第二限位磁体设有隔离间隙。
55.在本发明的一些实施例中，在上述实施方式中仅解决了在径向方向上的摩擦力，这样虽然能减少摩擦力，但是在飞机飞行时，发动机的转动叶片7会受到来自空气的推力，使得转动叶片7向发动机尾部施加较大的力，由此产生转动叶片7受到轴向上的压力，依然存在较大的摩擦。特别是进气风扇1和高压气压机2内的转动叶片7，其由于压力较大，故而产生的摩擦力也最高，磨损也最为严重。故而本实施例为了解决这一问题，设置限位磁体组8，利用极性相同的原理，将转子和主轴3进行排斥，产生隔离间隙。其中在应对飞行中的压力时，对于大型航空飞行器，采用电磁铁作为磁体，从而控制磁体之间的排斥力，使得转子不与主轴3接触，从而完成减小摩擦，减小能源损耗。
56.实施例8
57.请参照图2，本实施例基于实施例7的技术方案提出，还包括用于遮盖隔离间隙的扰流件9，扰流件9与主轴3连接，扰流件9设置于隔离间隙正上方。
58.在本发明的一些实施例中，而对于采用磁悬浮技术后，悬浮间隙612和隔离间隙的产生，会导致气流顺着这两个间隙进行流动，从而导致发动机内出现涡流的情况。为了避免这一问题，本设计采用在隔离间隙上设置扰流板，从而使得大部分气流不会直接向隔离间隙内流入，由此减小进气涡流的情况产生；由此提高了发动机的稳定性。
59.实施例9
60.请参照图2，本实施例基于实施例8的技术方案提出，扰流件9远离隔离间隙的一侧呈流线型。
61.在本发明的一些实施例中，物体在气体中运动时所受的阻力，是由内摩擦和涡旋两个原因所造成的。在速度很小时，阻力的大小主要决定于内摩擦。在速度较大时主要决定于涡旋，速度越快，涡旋的作用越大。为了有效地减小阻力，需要避免涡旋的形成。由此将扰流件9远离隔离间隙的一侧设置成流线型减小涡旋作用或避免涡旋的形成，因而大大地减低了气体对发动机产生同的阻力。
62.在本发明的一些实施例中，任一磁体可以采用永磁体或电磁铁。
63.在本发明的一些实施例中，针对发动机应用场所的不同，磁体的选用也不同，对于航空发动机，其载重以及自身重量较大，由此磁体采用电磁体，这样的方式可以根据飞机的需要对磁力进行调节。而对于小型飞机或玩具飞行器，则可以直接采用永磁体。
64.实施例10
65.请参照图6、图7和图8，为本发明提供的一种磁悬浮涡喷发动机，包括外壳、设置于外壳内的主轴3、在主轴3上依次设置的进气风扇1、气压机2、燃烧室4和涡轮5，进气风扇1、气压机2、燃烧室4和涡轮5均设有转动叶片7；转动叶片7通过上述的磁悬浮驱动机构6与主轴3连接。
66.在本发明的一些实施例中，而对于发动机级数的增多，其转动摩擦进一步增大，这对飞机动力需求较高。其根本原因在于，进气风扇1、气压机2、燃烧室4和涡轮5中对空气进行处理的部件均为转动的叶片(即转动叶片7)，如图6所示；由此大多数摩擦力均来自于此，故而本设计采用磁悬浮的原理，从而减小进气风扇1、气压机2、燃烧室4和涡轮5与发动机内
零件之间的摩擦，由此在保证转速的前提下，减低损耗，从而减小对发动机扇叶转动动力的需求。其具体实施方式为，利用两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。利用同性相斥的原理使转子悬浮起来，同时因为重力的原因，所以位于上方的磁力应当设置的较大，位于下方的磁体的磁力应该相对设置的较小。此外针对发动机应用场所的不同，磁体的选用也不同，对于航空发动机，其载重以及自身重量较大，由此磁体采用电磁体，这样的方式可以根据飞机的需要对磁力进行调节。而对于小型飞机或玩具飞行器，则可以直接采用永磁体。其运转是定子与转子上的磁体磁极如图7所示，结构如图8所示，其原理与磁悬浮列车相同。
67.综上，本发明的实施例提供一种磁悬浮螺旋桨，其包括主轴3、转动叶片7以及磁悬浮驱动机构6，磁悬浮驱动机构6悬浮机构61和传动机构62，传动机构62包括套设于主轴3上内定子621以及与内定子621适配的外转子622，外转子622与转动叶片7连接；悬浮机构61包括两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。
68.对于螺旋桨转动时，其转动摩擦是消耗动力的最大因素，其根本原因在于，螺旋桨的桨毂结构复杂，结构众多，由此带来的直接摩擦和间接摩擦，导致摩擦力增加，同时也会导致零部件损耗。由此大多数摩擦力均来自于此，故而本设计采用磁悬浮的原理，使得结构简化，从而减小桨毂内零件的摩擦力。由此在保证转速的前提下，减低损耗，从而减小对与桨毂连接的转动叶片7对转动动力的需求。其具体实施方式为，利用两组极性相同，且分别设置于内定子621和主轴3上的悬浮磁体组611，悬浮磁体组611之间设有悬浮间隙612。利用同性相斥的原理使转子悬浮起来，同时因为重力的原因，所以位于上方的磁力应当设置的较大，位于下方的磁体的磁力应该相对设置的较小。此外针对发动机应用场所的不同，磁体的选用也不同，对于航空发动机，其载重以及自身重量较大，由此磁体采用电磁体，这样的方式可以根据飞机的需要对磁力进行调节。而对于小型飞机或玩具飞行器，则可以直接采用永磁体。其运转是定子与转子上的磁体磁极如图5所示，其原理与磁悬浮列车相同。
69.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
70.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。