[发明专利]一种磁悬浮旋翼结构

说明书

本发明公开了一种磁悬浮旋翼结构，旋转驱动模块采用盘式永磁无刷直流电机，螺旋桨与电机转子固定连接为一整体，电机定子固定在旋翼环上定子上；在旋翼环转子的上端面上设置旋翼环上定子，下端面下设置旋翼环下定子；感应轨安装在旋翼环转子的上端面上，保持架和滚珠安装在旋翼环转子的下端面上，永磁Halbach阵列沿竖直方向在感应轨的上下对应位置处分别嵌入旋翼环上定子和旋翼环下定子的凹槽内；径向EMS支承模块的衔铁环紧邻设置在旋翼环转子的外围并与旋翼环转子固定在一起，三个电磁铁及位移传感器均布在旋翼环转子外侧，并固定在旋翼环下定子上。解决大尺寸旋翼无法使用机械轴承支承的问题，降低无人机的振动噪声并提高其隐身性能。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及到一种磁悬浮旋翼结构。

背景技术

随着现代工业的快速发展，广泛应用于各工业领域的旋转机械正向着高转速、高精度、大负载和智能化的方向发展，对支承的关键部件—轴承提出了严格的要求。而传统的机械轴承难以满足工业应用的需求，磁悬浮轴承便成为旋转机械的理想支承体，无论是在高速运动场合还是低速洁净场合都有广阔的应用前景。同时，磁悬浮技术不仅仅局限于旋转机械的应用，在减振降噪、轨道交通(磁悬浮列车)等方面也有着广泛的应用。

磁悬浮技术是上世纪60年代中期开始研究的一项现代支承技术，是集电磁学、电子技术、控制学、机械学和动力学等多种学科交叉形成的技术,人类对它研究的成功标志着对传统支承技术的革命。在电子技术、电磁学和相关理论不断发展的推动下，磁悬浮技术得到了长远的发展，尤其在支承系统方面得到了广泛应用，其中最重要的一项应用便是磁悬浮轴承。随着磁悬浮技术研究的不断发展，现有的磁悬浮支承种类非常多。

按磁悬浮原理分类，电磁悬浮EMS、电动悬浮EDS、永磁悬浮PMS、高温超导悬浮HTS和混合磁悬浮。EMS式磁悬浮是通过对电磁铁的实时控制，产生可控电磁力使物体悬浮的；EDS式磁悬浮是利用变化的磁场在金属导体中感应出涡流，涡流磁场与激励磁场之间的排斥力实现悬浮的；PMS式磁悬浮是利用永磁体之间的吸引力或排斥力实现悬浮的；HTS式磁悬浮是利用高温超导材料的钉扎特性实现悬浮的；混合磁悬浮是利用上述两种或更多方式共同实现悬浮的。

盘式永磁无刷直流电机轴向尺寸短，可适合用于严格要求薄型安装场合；采用无铁芯电枢结构，不存在普通电机齿槽引起的转矩脉动，转矩输出平稳；不存在迟滞损耗，所以效率较高；转动部分只是电枢绕组，转动惯量小，具有优良的快速反应能力。基于盘式永磁无刷直流电机优良的性能和较短轴向尺寸，非常适合机器人、电动自行车、小型飞行器等场合的应用。

当无人机旋翼采用外缘支承，若要求旋翼尺寸大、转速高，常规机械轴承无法满足要求；如果旋翼采用中心轴支承，这与传统无人机结构类似，在隐身、空气动力学方面优势发挥不出来。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为无人机设计一种磁悬浮旋翼结构，解决大尺寸旋翼无法使用机械轴承支承的问题，降低无人机的振动噪声并提高其隐身性能。

本发明为解决其技术问题采用以下的技术方案：

一种磁悬浮旋翼结构，其由螺旋桨、旋转驱动模块、轴向EDS支承模块和径向EMS支承模块组成；旋转驱动模块采用盘式永磁无刷直流电机，螺旋桨与电机转子固定连接为一整体，电机定子固定在旋翼环上定子上，旋翼环转子紧邻电机定子设置在电机定子的外围；在旋翼环转子的上端面上设置旋翼环上定子，下端面下设置旋翼环下定子；轴向EDS支承模块的感应轨安装在旋翼环转子的上端面上，保持架和滚珠安装在旋翼环转子的下端面上，永磁Halbach阵列沿竖直方向在感应轨的上下对应位置处分别嵌入旋翼环上定子和旋翼环下定子的凹槽内；径向EMS支承模块的衔铁环紧邻设置在旋翼环转子的外围并与旋翼环转子固定在一起，三个电磁铁及位移传感器均布在旋翼环转子外侧，并固定在旋翼环下定子上。

进一步的，电机定子和电机转子上下相对设置，电机定子固定在旋翼环上定子上，电机转子固定在旋翼环转子上。