[发明专利]一种航空无轴轮缘电推进的磁悬浮环转子结构

说明书

本发明属于航空电推进技术领域，是一种航空无轴轮缘电推进的磁悬浮环转子结构，包括环转子(1)、轴向磁轴承(2)、径向磁轴承(3)、转子磁轭(4)、锁紧环结构(5)、风扇组件(6)；径向磁轴承(3)和转子磁轭(4)之间形成磁悬浮支承，满足航空无轴轮缘电推进的高速转子旋转减损减噪需求；环转子(1)轴向长度短、推力盘小，可以提高转子在磁悬浮轴承作用下的临界转速；环转子(1)主体采用石墨烯复合增强铝基材料，有效减轻环转子(1)结构重量，降低径向磁轴承(3)的设计难度；转子磁轭(4)采用高强度非晶合金材料，避免了转子保护套的使用，达到进一步减重的目标；一体化设计环转子(1)和风扇组件(6)，采用锁紧环结构(5)实现风扇组件(6)拆卸与安装；此结构改善了无轴轮缘电推进高速转子的质量与速度特性，提高了航空无轴轮缘电推进系统的可靠性。

所属技术领域

本发明属于航空电推进技术领域，更具体地，涉及一种航空无轴轮缘电推进的磁悬浮环转子结构。

背景技术

面向飞行器大功率和高功率密度的发展目标，动力推进器系统对于推进装置的尺寸、强度和质量需求也随之增加。航空无轴轮缘推进器取消了传统推进器中复杂的传动轴系和密闭系统，提高了推进器布局的灵活性，推进装置的集成化、一体化可有效减轻结构质量。

对于轮缘推进器而言，常规的滚动轴承支承在较高的转速范围内会受到很大的磨损和产生噪声，限制轮缘推进器的速度性能。非接触式的磁悬浮轴承具有非磨损、免维护的特点，采用径向磁轴承作为径向支承机构，适合于大口径的轮缘推进支承需求，有助于增加转子的转速，从而提高无轴轮缘推进器的综合性能。

轮缘推进器的转子环结构不利于与磁悬浮轴承配合，且在高转速时需要采用转子保护套来保证转子能够实现高转速工作，但转子保护套会增加转子磁浮气隙，从而加重径向磁轴承设计难度；转子环与扇叶连接工艺复杂，不便于更换与维护。若能实现环转子的磁、力、热优化设计，则有助于实现环转子和磁悬浮支承系统的耦合，实现在高转速下稳定工作。

因此本发明专利针对以上高转速航空轮缘电推进装置面临的问题，设计一种航空无轴轮缘电推进的磁悬浮环转子结构，考虑环转子磁、力、热优化设计，采用磁悬浮轴承代替机械轴承，材料选用复合材料和非晶合金材料，有效减轻环转子结构质量，提高无轴轮缘推进系统性能。

发明内容

为解决高转速航空轮缘电推进装置转子转速低、转子超重及转子磁轭材料抗拉强度低等问题，本发明提出一种航空无轴轮缘电推进的磁悬浮环转子结构，环转子一侧设计推力盘和两个径向磁轭，使环转子与磁悬浮支承系统高效耦合；利用支承控制绕组产生控制磁通，同时用非晶合金材料作为转子磁轭，实现环转子与径向磁轴承磁路耦合，实现磁悬浮支承方式，使得转子在高转速时摩擦小，噪声小，降低环转子的轴向尺寸与质量，使环转子在高转速工况下能够稳定工作。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

所述轴向磁轴承(2)以背对背形式分布在推力盘两侧，径向磁轴承(3)采用8对极(16极)结构，通过轴承电磁绕组产生控制磁通，径向磁轴承(3)与转子磁轭(4)之间形成磁悬浮气隙，满足环转子(1)的径向控制，与径向磁轴承(3)配合，径向磁轴承(3)用于大口径轮缘推进装置，提高径向承载能力。

所述环转子(1)轴向长度短、推力盘小，提高了环转子(1)在磁悬浮轴承作用下的临界转速，且在一侧设计推力盘和两个径向磁轭，使得环转子(1)和磁悬浮支承系统耦合，提高转子高速旋转的可靠性，简化转子结构，环转子(1)主体使用石墨烯增强铝基复合材料，具有高硬度、高抗拉强度、质量轻的特点。

所述环转子(1)和转子磁轭(4)在高转速情况下受到较大的拉应力作用，转子磁轭(4)采用非晶合金(1K101)材料抗拉强度大，避免了转子保护套的使用，非晶合金(1K101)具有矫顽力小、剩磁低的特点，其磁滞回线的面积明显小于硅钢材料，所以非晶合金材料的磁滞损耗要远小于硅钢片的磁滞损耗。电阻率高、抗拉强度高的特点，使得环转子在高速旋转时，产生的涡流损耗更小，使转子部分在工作时温升较小，且更不易发生变形。