一种用于混纯电动飞行器的电发动机及飞行器的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种用于混纯电动飞行器的电发动机及飞行器。


背景技术：

2.电发动机是目前航天技术领域中重要的研究对象之一，专利号为zl202110472938.3的专利文件提出了用于飞行器的无轴电发动机、控制方法、一种飞行器。该方案中，发动机核心部件大功率磁悬浮风扇技术目前轴向长度长，样机重量大；无轴涡轮电发动机电路结构复杂，体积庞大，导致无轴涡轮电发动机技术适用范围窄，工程化应用难。
3.如何解决无轴涡轮电发动机样机重量大、电路结构复杂的问题，是本领域亟待解决的重要问题之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于混纯电动飞行器的电发动机及飞行器，以解决现有技术中的不足，它能够简化无轴涡轮电发动机电路结构，减小整个发动机的重量。
5.本发明提供了一种用于混纯电动飞行器的电发动机，包括发动机壳体，其中：在所述发动机壳体内设有旋转机构；
6.所述旋转机构包括径向磁悬浮组件和转子组件；
7.所述径向磁悬浮组件用于对所述转子组件产生磁力，以使所述转子组件稳定在预定的径向位置；或者，使所述转子组件稳定在预定的径向位置，并驱动所述转子组件转动；
8.所述转子组件包括旋转轴，所述旋转轴的两端均安装有气动止推轴承。
9.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述转子组件还包括叶片；
10.所述叶片固定安装在所述旋转轴上；
11.所述叶片被设置为能够被所述旋转轴驱动，以产生气流；或者，被气流驱动，带动所述旋转轴转动。
12.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述旋转机构的数量为三个，沿进气方向依次为第一旋转机构、第二旋转机构和第三旋转机构；
13.所述第二旋转机构和所述第三旋转机构之间设有燃料室。
14.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述径向磁悬浮组件包括环形定子、绕组线圈和支撑架；
15.所述环形定子固定安装在所述发动机壳体内，所述支撑架与所述环形定子固定连接，且所述支撑架位于所述环形定子的两端面处；所述旋转轴通过所述气动止推轴承与所述支撑架转动连接；
16.沿所述环形定子的周向均匀设有多个槽口，所述槽口内设有定子铁芯；
17.所述绕组线圈绕设在所述定子铁芯上。
18.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述支撑架为十字形。
19.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述定子铁芯由硅钢材料制成，且所述定子铁芯的外周涂覆有抗腐蚀油漆。
20.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述电发动机的进气风扇、增压器和涡轮发电机均由1-3个的所述旋转机构构成。
21.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述气动止推轴承不凸出于所述径向磁悬浮组件的两端面。
22.如上所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其中，可选的是：所述转子组件的外周固定设有永磁体。
23.本公开提出了一种飞行器，其中，包括如上述任一项所述的电发动机；
24.所述飞行器至少存在以下工作状态：
25.第一工作状态，所述旋转机构在电力驱动下，保持预定的径向位置，并转动，对进入电发动机的空气进行压缩；
26.第二工作状态，所述旋转机构在电力驱动下保持预定的径向位置，在气流作用下旋转，并实现能量回收。
27.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
28.本发明利用径向磁悬浮组件来控制转子组件的径向位置，利用气动轴承来控制转子组件的轴向位置。设置在中部的旋转轴长度可以制作得较短。相比于现有技术中减少了设置在外周两端面外侧的轴向磁悬浮组件，而将轴向位置的控制设置在了旋转中心处，能够使旋转机构的轴向尺寸减小。尤其是对于多级叠加的结构布置，使得轴向尺寸的减小量较为可观。同时，由于旋转机构轴向尺寸的减少，也有利于发动机整体结构更为紧凑，其长度也相应减少，这能够在很大程度上降低发动机的重量。
29.另一方面，由于取消了轴向磁悬浮组件，简化了其结构，使得信号线、电源线的数量也大量减少，而增加的气动轴承，仅需要增加相应的信号线即可。这又能在一定程度上控制电路进行简化。
附图说明
30.图1为本发明实施例1提出的电发动机的结构简图；
31.图2为本发明提出的旋转机构的剖视图；
32.图3为本发明提出的多个旋转机构叠加使用的结构简图；
33.图4为本发明实施例2提出的飞行器起飞降落时的控制逻辑示意图；
34.图5为本发明实施例2提出的飞行器平飞时的控制逻辑示意图。
35.附图标记说明：
36.1-发动机壳体，2-径向磁悬浮组件，3-转子组件，4-第一旋转机构，5-第二旋转机构，6-第三旋转机构，7-燃料室；
37.21-环形定子，22-支撑架，23-定子铁芯；
38.31-旋转轴，32-气动止推轴承，33-叶片，34-外轮毂，35-永磁体。
具体实施方式
39.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
40.针对背景技术中提出的问题，本发明提出了以下解决方案。旨在解决飞行器所用的电发动机重量大，控制线路复杂的问题。
41.实施例1
42.请参照图1到图3，本实施例提出了一种用于混纯电动飞行器的电发动机，包括发动机壳体1，其中：在所述发动机壳体1内设有旋转机构；具体实施时，所述旋转机构可以是风扇、压气机和/或涡轮发电机。也即，电发动机中的风扇、压气机和涡轮发电机中的任意一种或多种，为本实施例中所指的旋转机构。
43.具体地，所述旋转机构包括径向磁悬浮组件2和转子组件3；所述径向磁悬浮组件2用于控制所述转子组件3的径向位置，使其达到悬浮的目的。但径向磁悬浮组件2对转子组件3的轴向位置不起控制作用。具体地，所述径向磁悬浮组件2用于对所述转子组件3产生磁力，以使所述转子组件3稳定在预定的径向位置；或者，使所述转子组件3稳定在预定的径向位置，并驱动所述转子组件3转动。也即，所述旋转机构具有两种工作状态，一是将电能转化为机械能，驱动空气流动；二是气流驱动旋转机构旋转，将动能转化为电能，实现能量回收。
44.在实际运行时，由于飞行器速度通常较高，转子组件3所受到的轴向力较大，为了减少轴向压力所带来的摩擦阻力，本实施例中，所述转子组件3包括旋转轴31，所述旋转轴31的两端均安装有气动止推轴承32。即，利用气动止推轴承32来实现轴向位置的控制。
45.相比于利用设置在外周侧的轴向磁悬浮组件来控制轴向位置，气动止推轴承32位于旋转轴的两端。能够减小旋转机构的整体轴向尺寸。当多个旋转机构叠加使用时，使得轴向尺寸的减少量相当可观。同时，取消了轴向磁悬浮组件的控制，能够减少相应的信号线及电源线。有利于减少发动机控制线路。
46.此外，旋转机构的轴向尺寸降低后，在相同的发动机尺寸下，有利于采用多级磁悬浮风扇增大推力或者空气流量使得能量使用效率更高。
47.请参照图2，在具体实施时，旋转机构可以是风扇、压气机和/或涡轮发电机；更具体地，所述转子组件3还包括叶片33；所述叶片33固定安装在所述旋转轴31上；所述叶片33被设置为能够被所述旋转轴31驱动，以产生气流；或者，被气流驱动，带动所述旋转轴31转动。在具体实施时，为了保证动力的传输，以及各部件的设置，所述转子组件3还包括外轮毂34，所述外轮毂34直接与所述叶片33的外端固定连接，或通过其他杆件与所述旋转轴固定连接。
48.具体实施时，所述旋转机构的数量为三个，沿进气方向依次为第一旋转机构4、第二旋转机构5和第三旋转机构6。即，第一旋转机构4为进气风扇，第二旋转机构5为压气机，第三旋转机构6为涡轮发电机。在实施时，所述第二旋转机构5和所述第三旋转机构6之间设有燃料室7。
49.具体实施时，所述径向磁悬浮组件2包括环形定子21、绕组线圈和支撑架22。所述环形定子21与所述发动机壳体1固定连接，所述支撑架22与所述环形定子21固定连接，所述
绕组线圈设置在所述环形定子21上。
50.具体地，所述环形定子21固定安装在所述发动机壳体1内，所述环形定子21可以是通过螺栓连接在所述发动机壳体1内，或通过焊接的方式连接。所述支撑架22与所述环形定子21固定连接，且所述支撑架22位于所述环形定子21的两端面处；所述旋转轴31通过所述气动止推轴承32与所述支撑架22转动连接。沿所述环形定子21的周向均匀设有多个槽口，所述槽口内设有定子铁芯23，所述绕组线圈绕设在所述定子铁芯23上。
51.具体实施时，所述支撑架22为十字形。所述支撑架22主要用于导流并与旋转轴31转动连接。
52.更进一步地，所述定子铁芯23由硅钢材料制成，且所述定子铁芯23的外周涂覆有抗腐蚀油漆。在实际实施时，为了达到更好的效果，整个环定子21外层需要涂一层抗氧化、抗腐蚀的油漆，作用是包裹铁心、隔离空气，以便能够尽可能地减少定子铁心与空气接触，导致定子腐蚀降低导磁能力。
53.在具体实施时，所述电发动机的进气风扇、增压器和涡轮发电机均由1-3个的所述旋转机构构成。如，进气风扇为本实施例所指的旋转机构，而增压器和涡轮发电机不使用本实施例中的旋转机构；增压器为本实施例所指的旋转机构，而进气风扇和涡轮发电机不使用本实施例中的旋转机构；涡轮发电机为本实施例所指的旋转机构，而进气风扇和增压器不使用本实施例中的旋转机构；进气风扇和增压器为本实施例所指的旋转机构，而涡轮发电机不使用本实施例中的旋转机构；进气风扇和涡轮发电机为本实施例所指的旋转机构，而增压器不使用本实施例中的旋转机构；增压器和涡轮发电机为本实施例所指的旋转机构，而进气风扇不使用本实施例中的旋转机构。
54.作为一种较佳的实现方式，所述气动止推轴承32不凸出于所述径向磁悬浮组件2的两端面。如此，能够使得旋转轴31的整体轴向尺寸不大于外周处的尺寸，有利于保证整体的轴向尺寸处于较小的水平。需要指出的是，图1和图3中，气动止推轴承32的位置仅作示意，不表示对其位置的限制。
55.所述转子组件3的外周固定设有永磁体35。具体地，永磁体35粘贴或嵌设在所述转子组件3的外周处，具体地，永磁体35位于外轮毂34的外周上。
56.在具体实施时，为了达到更好的效果，转子组件3可以是一体铸造成的结构，选材要求密度小、强度高、不易变形；可选用铝合金。
57.实施例2，
58.本实施例是实施例1的一种具体应用，关于电发动机的部分，与实施例1相同，在此不再赘述。
59.本公开提出了一种飞行器，其中，包括如实施例1所述的电发动机。在具体实施时，该飞行器还具有储能系统，以便于将回收的能量存储到储能系统。
60.请参照图4和图5，所述飞行器至少存在以下工作状态：
61.第一工作状态，所述旋转机构在电力驱动下，保持预定的径向位置，并转动，对进入电发动机的空气进行压缩。如，在起飞及降落的状态下时，储能系统放电，驱动进气风扇、压气机和涡轮发电机工作。
62.第二工作状态，所述旋转机构在电力驱动下保持预定的径向位置，在气流作用下旋转，并实现能量回收。如，在平飞状态下，涡轮发电机发电，通过涡轮发动机进行供电，驱
动风扇和压气机工作，并向储能系统充电。
63.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所做的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于混纯电动飞行器的电发动机，包括发动机壳体(1)，其特征在于：在所述发动机壳体(1)内设有旋转机构；所述旋转机构包括径向磁悬浮组件(2)和转子组件(3)；所述径向磁悬浮组件(2)用于对所述转子组件(3)产生磁力，以使所述转子组件(3)稳定在预定的径向位置；或者，使所述转子组件(3)稳定在预定的径向位置，并驱动所述转子组件(3)转动；所述转子组件(3)包括旋转轴(31)，所述旋转轴(31)的两端均安装有气动止推轴承(32)。2.根据权利要求1所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述转子组件(3)还包括叶片(33)；所述叶片(33)固定安装在所述旋转轴(31)上；所述叶片(33)被设置为能够被所述旋转轴(31)驱动，以产生气流；或者，被气流驱动，带动所述旋转轴(31)转动。3.根据权利要求1所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述旋转机构的数量为三个，沿进气方向依次为第一旋转机构(4)、第二旋转机构(5)和第三旋转机构(6)；所述第二旋转机构(5)和所述第三旋转机构(6)之间设有燃料室(7)。4.根据权利要求1-3任一项所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述径向磁悬浮组件(2)包括环形定子(21)、绕组线圈和支撑架(22)；所述环形定子(21)固定安装在所述发动机壳体(1)内，所述支撑架(22)与所述环形定子(21)固定连接，且所述支撑架(22)位于所述环形定子(21)的两端面处；所述旋转轴(31)通过所述气动止推轴承(32)与所述支撑架(22)转动连接；沿所述环形定子(21)的周向均匀设有多个槽口，所述槽口内设有定子铁芯(23)；所述绕组线圈绕设在所述定子铁芯(23)上。5.根据权利要求4所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述支撑架(22)为十字形。6.根据权利要求4所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述定子铁芯(23)由硅钢材料制成，且所述定子铁芯(23)的外周涂覆有抗腐蚀油漆。7.根据权利要求3所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述电发动机的进气风扇、增压器和涡轮发电机均由1-3个的所述旋转机构构成。8.根据权利要求1或2或3或7所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述气动止推轴承(32)不凸出于所述径向磁悬浮组件(2)的两端面。9.根据权利要求1或2或3或7所述的用于混纯电动飞行器的电发动机，其特征在于：所述转子组件(3)的外周固定设有永磁体(35)。10.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电发动机；所述飞行器至少存在以下工作状态：第一工作状态，所述旋转机构在电力驱动下，保持预定的径向位置，并转动，对进入电发动机的空气进行压缩；第二工作状态，所述旋转机构在电力驱动下保持预定的径向位置，在气流作用下旋转，
并实现能量回收。

技术总结
本发明公开了一种用于混纯电动飞行器的电发动机及飞行器，该电发动机包括发动机壳体，在所述发动机壳体内设有旋转机构；所述旋转机构包括径向磁悬浮组件和转子组件；所述径向磁悬浮组件用于对所述转子组件产生磁力，以使所述转子组件稳定在预定的径向位置；或者，使所述转子组件稳定在预定的径向位置，并驱动所述转子组件转动；所述转子组件包括旋转轴，所述旋转轴的两端均安装有气动止推轴承。本发明能够简化无轴涡轮电发动机电路结构，减小整个发动机的重量。个发动机的重量。个发动机的重量。


技术研发人员：姚轩宇 蒋承志 满运堃 孟子默 王爱峰
受保护的技术使用者：中国航空发动机研究院
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/3/31