一种无轴磁悬浮旋翼动力系统及其飞行器的制作方法

本发明涉及旋翼动力系统，具体涉及一种无轴磁悬浮旋翼动力系统及其飞行器。

背景技术：

1、旋翼动力系统是旋翼飞行器的核心部件之一，其一般包括驱动部分即电机、旋翼部分还有能保持旋转稳定和减小摩擦的结构，如轴向支撑和径向限位组件。

2、而根据电机结构的不同，可分为盘式电机和非盘电机，非盘式是传统的圆柱形电机，其转子和定子是径向布置的，而盘式电机的转子和定子是轴向布置的。

3、不管是盘式电机还是非盘式电机，将其应用于旋翼动力系统进行驱动时，为了保证结构的稳定和旋转的平稳性，一般会设置中心轴，如在本团队前期的专利中，公开号为cn118238996a，专利名称为： 一种盘式电机中置驱动的磁悬浮动力旋翼系统及其飞行器所示，其虽然也采用盘式电机，但是其设置了中心轴，且上下定子均固定连接在该中心轴上，上下定子之间设置转子环，转子环上连接旋翼，当转子环和定子之间设置的旋转驱动模块驱动转子环转动时，会带动旋翼旋转从而产生升力。

4、由于中心轴的设计，重量会有所增加，且由于整个驱动和磁悬浮系统均集成在中心轴附近，给散热带来一定的难度。

5、基于上述现有专利存在的问题，有必要研究一种更轻量化、可靠性更高的旋翼动力系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有的旋翼动力系统在轻量化和可靠性方面还有待进一步提高的技术问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种无轴磁悬浮旋翼动力系统，包括：

4、旋翼，

5、驱动系统，

6、轴向磁悬浮支撑组件，

7、所述驱动系统包括至少一个转子环和至少一个定子，所述转子环的上方和/或下方设置定子，所述转子环的外侧设置有所述旋翼，所述转子环的中部设置有通孔，所述通孔通过转子环和定子之间形成的间隙与外界连通。

8、至少一个定子和所述转子环之间在轴向上设置有所述轴向磁悬浮支撑组件，用于实现定子和所述转子环之间的悬浮。

9、至少一个定子和转子环之间设置有驱动组件，用于驱动转子环相对定子转动。

10、本发明构思在于：去掉中心轴的设计，由转子环和定子构成盘式电机作为旋翼系统的驱动系统，而在转子环和定子之间通过设置轴向磁悬浮支撑组件来实现定子和所述转子环之间的悬浮，由于去掉了中心轴的设计，使得整个旋翼动力系统更轻量化，且由于转子环和定子之间的磁悬浮，可以保证无摩擦启动以及整个飞行过程中转子环部分的悬浮，保证旋翼旋转在轻量化条件下进行，能耗更低，更平稳，定子和转子环之间的驱动系统产生的热量还能通过通孔经定子和转子环之间的悬浮间隙向外扩散，增强散热效果，延长电机寿命，提高了旋翼动力系统的可靠性。

11、进一步地，所述轴向磁悬浮支撑组件包括设置在转子环上的第一轴向磁组件和配合设置在定子上的第二轴向磁组件。

12、所述第一轴向磁组件和第二轴向磁组件可构成可控磁悬浮系统或者二者均为永磁体构成永磁体系统。

13、进一步地，可控磁悬浮系统如电磁悬浮系统、超导磁悬浮系统。

14、通过设置可控磁悬浮系统，可根据实际飞行阶段和状态控制轴向磁悬浮支撑组件的磁力，从而适应不同的飞行情况，保证整个飞行过程的稳定性和可靠性。

15、进一步地，所述定子和转子环之间还设置有径向限位组件，用于实现定子和转子环在径向上的支撑稳定。

16、进一步地，所述径向限位组件可以是设置在转子环和/或定子上的滚珠或者滚动轴承。

17、进一步地，所述径向限位组件包括第一径向组件和第二径向组件，所述第一径向组件设置在定子上，所述第二径向组件设置在转子环上。

18、进一步地，所述第一径向组件和第二径向组件构成磁悬浮系统，优选的，所述第一径向组件和第二径向组件构成可控磁悬浮系统。

19、所述转子环和所述定子设置有凹槽和凸起轨道的配合结构，

20、当所述转子环上设置有凸起轨道时，所述定子设置有与凸起轨道对应的凹槽，当有两个定子时，所述转子环的上端和/或下端设置凸起轨道。

21、当所述转子环上设置有凹槽时，所述定子设置有与凹槽对应的凸起轨道，

22、所述凹槽的侧壁与凸起轨道配合设置有径向限位组件，所述凹槽的内顶壁与凸起轨道的顶部配合设置有所述轴向磁悬浮支撑组件。

23、本发明通过采用凸起轨道和凹槽配合的结构，能使得二者在径向和轴向上方便安装径向限位组件和轴向磁悬浮支撑组件，且即使在发生极端情况下，凸起轨道和凹槽之间的配合也能有效防止转子环脱离整个旋翼动力系统。

24、在另一种定子和转子环的配合结构中，所述定子的侧壁设置有沿轴向延伸的外延部，所述外延部的内侧壁与转子环的外侧壁配合设置有径向限位组件，所述定子的内顶壁与转子环的顶部配合设置有所述轴向磁悬浮支撑组件。

25、所述定子的外延部围合所述转子环的上部，且对应设置径向限位组件和轴向磁悬浮支撑组件，轴向支撑和径向限位效果好，结构紧凑。

26、进一步地，当所述驱动系统包括一个转子环和两个定子时，两个定子分别为上定子和下定子，所述转子环的上方设置有上定子，所述转子环的下方设置有下定子，一个转子环和至少一个定子配合设置有驱动组件。

27、进一步地，所述驱动组件包括设置在上定子下端和/或下定子上端的铁芯和绕设在铁芯上的驱动线圈以及设置在转子环上端和/或下端的磁体。

28、驱动线圈通电能与磁体配合产生旋转驱动力，从而使得转子环能相对定子转动，转子环中间的通孔与转子环和定子之间的间隙以及外界连通能实现良好的散热，延长电机寿命，提高旋翼动力系统的可靠性。

29、作为一种优选的驱动系统、径向限位组件和轴向磁悬浮支撑组件的布置，所述下定子的上端面和转子环的下端面配合设置有所述轴向磁悬浮支撑组件，所述上定子的下端面和转子环的上端面配合设置有所述驱动组件。

30、为了进一步提高系统的散热系统，在所述通孔内壁设置有散热结构。

31、进一步地，所述定子内部设置有与通孔和外界均连通的散热微流道。

32、进一步地，所述上定子和/或下定子靠近转子环通孔的一侧设置内凹部，内凹部扩大了通孔处的空间，散热微流道的设置增大了气流在通孔与外界的流通，方便气流流通，进一步提高散热效果。

33、优选的，所述上定子和下定子之间通过连接件固定连接，所述连接件穿过通孔。

34、在本发明中，关于旋翼动力系统的固定，如果上定子和下定子之间不连接，则需要将上定子和下定子均与飞行器的机架部分连接，如果上定子和下定子之间连接，则可以是上定子或下定子单独或者上定子和下定子均与机架部分连接。

35、所述连接件可以是螺栓，还可以是连接杆等。

36、优选的，所述驱动系统包括n个转子环和n+1个定子，n个转子环和n+1个定子构成n个驱动模块，其中一个或两个定子与一个转子环构成一个驱动模块，其中n大于等于2。

37、本发明可设置为多层转子环和多层旋翼，从而根据需要调节升力。

38、一种飞行器，包括上述无轴磁悬浮旋翼动力系统。

39、本发明具有如下的优点和有益效果：

40、本发明通过去掉中心轴设计，使得整个旋翼动力系统更轻量化，且由于转子环和定子之间的磁悬浮，可以保证个飞行过程中转子环部分的悬浮，使得旋翼旋转在轻量化条件下进行，能耗更低，更平稳，定子和转子环之间的驱动组件产生的热量还能通过通孔经定子和转子环之间的悬浮间隙向外扩散，增强散热效果，延长电机寿命，提高了旋翼动力系统的可靠性。

41、2、本发明通过在通孔处设置散热结构，在转子环转动作用下带动散热结构转动，从而形成气体导流作用，进一步提升散热性能。

42、3、本发明通过设置在转子环上下均设置定子，其中下定子的上端面和转子环的下端面配合设置有所述轴向磁悬浮支撑组件，所述上定子的下端面和转子环的上端面配合设置有驱动组件，而在定子的外延部侧壁与转子环之间设置径向限位组件，通过各部件的合理配置，在保证轻量化和降低能耗的同时，简化结构。

43、4、本发明通过设置多层旋翼，配合双定子电机结构，可根据升力需要进行旋翼层数的设置。