【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于旋翼飞行器，具体涉及一种高温超导磁悬浮动力旋翼系统及其飞行器。
技术介绍
1、磁悬浮是依靠物体之间的电磁力而非机械接触力来平衡重力实现物体之间的无接触耦合，从根本上消除了各种机械磨损以及机械摩擦阻力。近年来，磁悬浮技术的不断发展，将磁悬浮技术运用到旋翼机上成为一种新的旋翼机设计思路。
2、现有技术中提供了一种外缘支撑的无轴式电磁旋翼，包括圆环形的下旋翼盖和上旋翼盖；下旋翼盖和上旋翼盖之间预留有放置旋翼环的空腔；上旋翼盖和下旋翼盖可拆卸地连接为一个整体；旋翼环由金属制成，旋翼环的内侧安装有多个螺旋桨叶片，旋翼环的外侧边开槽并在开槽内安装有两块永磁铁，两块永磁铁相对设于旋翼环的两侧；多个电枢绕组圆周阵列于旋翼环的周围并安装于下旋翼盖内，电枢绕组外接直流电源，电枢绕组的线圈面向圆环中心；旋翼环的正下方设有竖直基座调节磁感线圈，竖直基座调节磁感线圈安装于下旋翼盖内；旋翼环的正上方设有竖直基座磁感线圈，竖直基座磁感线圈安装于上旋翼盖内；竖直基座调节磁感线圈和竖直基座磁感线圈用于为旋转的旋翼环提供磁悬浮力。但是该装置为外轨道环嵌套旋翼环的包覆式设计，结构紧密，且该装置由内部电磁铁驱动旋转，内部产生的热量无法及时散出，导致永磁体退磁、降低盘式电机的工作效率。
技术实现思路
1、针对现有技术中旋翼系统结构紧凑，内部热量无法散出的问题，本专利技术提供了一种高温超导磁悬浮动力旋翼系统及其飞行器。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种高温超导磁悬
4、所述定子环与转子环之间设置有间隙，所述间隙形成冷却涵道；
5、所述定子环与转子环之间设置有高温超导磁悬浮模块和驱动模块；所述高温超导磁悬浮模块用于维持定子环与转子环之间的轴向和径向间隙；所述驱动模块用于驱动转子环相对于定子环转动；
6、所述定子环或转子环上设置有与冷却涵道连通的冷却微流道结构，所述冷却微流道结构的另一端与外界连通。
7、采用该技术方案后，本专利技术通过高温超导磁悬浮模块和驱动模块共同维持轴向间隙，同时利用高温超导的强钉扎效应控制径向间隙，省略了径向悬浮机构，使定子环与转子环之间的结构简单，保证了定子环与转子环之间冷却涵道的尺寸足够大，为空气流动提供了足够的空间，有效提升了散热效果；在此基础上还设置了冷却微流道结构，通过冷却微流道进一步增大了冷却涵道与外部空气的交互，提高了散热能力。冷却微流道结构与冷却涵道连通的一侧的高度大于另一侧的高度可有效避免雨水从冷却微流道结构进入到冷却涵道内，避免影响悬疑系统的正常运行。
8、作为优选，所述定子环上设置有环槽，所述转子环设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构设置在定子环上。
9、采用该技术方案后，通过在定子环上设置环槽，将转子环设置在定子环内形成定子包转子的结构。
10、作为优选，所述转子环的一侧设置有环槽，另一侧设置桨叶，所述定子环设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构设置在转子环上。
11、采用该技术方案后，通过在转子环上设置环槽，将定子环设置在转子环内形成转子包定子的结构。
12、作为优选，所述转子环设置有数个，所述环槽的数量与所述转子环的数量相等，每个所述环槽内均设置有高温超导磁悬浮模块、驱动模块以及冷却涵道，所述定子环或转子环上与每个冷却涵道对应处均设置有冷却微流道结构。
13、采用该技术方案后，通过多层桨叶驱动，可有效提升旋翼机上升所需升力的上限，加强旋翼机的承载能力。
14、作为优选，所述环槽设置有三个，相邻两个所述环槽之间的间距相等，相邻两个转子环上所连接的桨叶的迎角相反、转动方向相反，且三个转子环上的桨叶转速满足以下公式：
15、
16、其中，i＝1，2，3，表示第i层桨叶；qi为第i层桨叶所受到的阻力矩，cqi表示第i层桨叶的转矩系数，r为桨叶半径，ρ为空气密度；ωi为第i层桨叶的转速；
17、由于桨叶所受到的阻力矩qi会直接作用在转子环并最终作用在定子环上，因此采用多层桨叶反向转速的设计，以配平多层桨叶转子环作用在定子环上的转矩，得到如下关系式：
18、q1+q3＝q2
19、即：
20、
21、化简得三层桨叶间的转速关系：
22、cq1ω12+cq3ω32＝cq2ω22。
23、采用该技术方案后，当第二层桨叶安装角与其余两层方向相反时，施以反向的转速，桨叶将获得与另外两层桨叶同向的升力，以及与另外两层桨叶反向的阻力矩，可以实现多层桨叶间升力叠加、阻力矩抵消的效果。本专利技术提供了桨叶的设置参数计算公式，当三层桨叶满足上式时，三层桨叶传导至定子外环的阻力矩之和为零，抑制定子外环绕旋翼机轴心的自转运动。
24、作为优选，所述冷却微流道结构包括绕定子环或转子环环向均匀布置的数个冷却微流道组，每个冷却微流道组均有数个冷却微流道组成，相邻两个定子环或相邻两个转子环上的冷却微流道结构的各个冷却微流道组交错布设。
25、采用该技术方案后，相邻两个冷却微流道结构的各个冷却微流道组交错布设可避免各个冷却微流道结构之间的相互影响，可进一步增强散热效果。
26、作为优选，所述桨叶均为中空结构。
27、采用该技术方案后，桨叶旋转时所受升力呈“内凹型”分布，且桨叶支承点为外缘，因此桨叶中间部分虽然提供的升力较少，但由于距离外缘支承位置较远、力臂较大，对外缘支承位置造成的载荷较大。设置桨叶中空式结构能够在牺牲极其有限的升力的情况下，大幅提升旋翼支承强度。同时，由于不需考虑桨叶中心连接件的设计，利于减重的同时，桨叶外缘容许桨叶设计更大几何尺寸，将升力进一步提升。
28、作为优选，所述高温超导磁悬浮模块设置在转子环的下部，所述驱动模块设置在转子环的上部，所述高温超导磁悬浮模块包括设置在定子环上的杜瓦或悬浮永磁体，所述转子环上设置有与所述杜瓦配合的悬浮永磁体或与所述悬浮永磁体配合的杜瓦，所述杜瓦内设置有超导磁体，所述杜瓦还连接有低温液氮容器，所述驱动模块包括设置在定子环上的驱动永磁体或驱动线圈，所述转子环上设置有与所述驱动永磁体配合的驱动线圈或与所述驱动线圈配合的驱动永磁体。
29、采用该技术方案后，通过超导磁体与永磁轨道之间的钉扎效应，实现旋翼轴向悬浮与径向限位的自主控制，具有较高的自稳定性。通过将高温超导磁悬浮模块设置在转子环的下部，将驱动永磁体设置在转子环的上部使磁悬浮旋翼机可以实现无摩擦启动，这意味着旋翼机在起飞和降落时不需要旋翼和机体之间的物理接触，减少了磨损和能量损耗。磁悬浮旋翼采用自主控制的高温超导磁悬浮技术，高温超导磁悬浮系统可以迅速调整悬浮力以应对外部扰动，无需主动控制，同时在旋翼机上升和下降阶段，通过动态调整旋翼悬浮间隙实现飞行状态变化的快速响应。在旋翼飞行器侧偏时仍能保证各悬浮间隙在规定范围内。
30、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：包括定子环(2)和转子环(5)，所述转子环(5)上设置有数个桨叶(1)；
2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述定子环(2)上设置有环槽，所述转子环(5)设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构(6)设置在定子环(2)上。
3.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述转子环(5)的一侧设置有环槽，另一侧设置桨叶(1)，所述定子环(2)设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构(6)设置在转子环(5)上。
4.根据权利要求2-3任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述转子环(2)设置有数个，所述环槽的数量与所述转子环(5)的数量相等，每个所述环槽内均设置有高温超导磁悬浮模块、驱动模块以及冷却涵道(7)，所述定子环(2)或转子环(5)上与每个冷却涵道(7)对应处均设置有冷却微流道结构(6)。
5.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述环槽设置有三个，相邻两个所述环槽之间的间距相等，相邻两个转子环(5)上所
6.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述冷却微流道结构(6)包括绕定子环(2)或转子环(5)环向均匀布置的数个冷却微流道组，每个冷却微流道组均有数个冷却微流道组成，相邻两个定子环(2)或相邻两个转子环(5)上的冷却微流道结构(6)的各个冷却微流道组交错布设。
7.根据权利要求2-3任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述高温超导磁悬浮模块设置在转子环(5)的下部，所述驱动模块设置在转子环(5)的上部，所述高温超导磁悬浮模块包括设置在定子环(2)上的杜瓦(9)或悬浮永磁体(10)，所述转子环(5)上设置有与所述杜瓦(9)配合的悬浮永磁体(10)或与所述悬浮永磁体(10)配合的杜瓦(9)，所述杜瓦(9)内设置有超导磁体，所述杜瓦(9)还连接有低温液氮容器，所述驱动模块包括设置在定子环(2)上的驱动永磁体(4)或驱动线圈(3)，所述转子环(5)上设置有与所述驱动永磁体(4)配合的驱动线圈(3)或与所述驱动线圈(3)配合的驱动永磁体(4)。
8.根据权利要求2-3任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述环槽的上顶壁和下底壁上均环向均匀布设有数个防撞滚珠(8)。
9.根据权利要求1-3任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述转子环(5)与所述定子环(2)之间设置有距离传感器，所述距离传感器电连接有控制系统，所述控制系统与高温超导磁悬浮模块和驱动模块电连接。
10.一种含有权利要求1-9任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统的飞行器。
...【技术特征摘要】
1.一种高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：包括定子环(2)和转子环(5)，所述转子环(5)上设置有数个桨叶(1)；
2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述定子环(2)上设置有环槽，所述转子环(5)设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构(6)设置在定子环(2)上。
3.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述转子环(5)的一侧设置有环槽，另一侧设置桨叶(1)，所述定子环(2)设置在所述环槽内，所述冷却微流道结构(6)设置在转子环(5)上。
4.根据权利要求2-3任一项所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述转子环(2)设置有数个，所述环槽的数量与所述转子环(5)的数量相等，每个所述环槽内均设置有高温超导磁悬浮模块、驱动模块以及冷却涵道(7)，所述定子环(2)或转子环(5)上与每个冷却涵道(7)对应处均设置有冷却微流道结构(6)。
5.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述环槽设置有三个，相邻两个所述环槽之间的间距相等，相邻两个转子环(5)上所连接的桨叶(1)的迎角相反、转动方向相反，且三个转子环(5)上的桨叶(1)转速满足以下公式：
6.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮动力旋翼系统，其特征在于：所述冷却微流道结构(6)包括绕定子环(2)或转子环(5)环向均匀布置的...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚圣法，杨明亮，朱洪林，黄海波，刘平，
申请(专利权)人：四川天舜动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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