一种电机轴系及平流层飞艇
阅读说明：本技术 一种电机轴系及平流层飞艇 (Motor shaft system and stratosphere airship ) 是由 江京 段洣毅 廉英 陈超群 邓迎春 于 2021-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及平流层飞艇技术领域,公开一种电机轴系及平流层飞艇,包括：外定子组件、内转子、第一轴承、第二轴承、电机轴、动力系统安装架、第二轴承支撑部件；外定子组件包围内转子,外定子组件上设有位置相对的第一通孔和第二通孔；电机轴从第一通孔穿入外定子组件,并从第二通孔穿出外定子组件；第一轴承和第二轴承均设置在电机轴上；第一轴承的外圈与第一通孔的孔壁固定连接,内圈与电机轴固定连接；第二轴承的外圈与第二轴承支撑部件固定连接,内圈与电机轴固定连接；第一轴承和第二轴承之间相距预定距离；第二轴承支撑部件通过动力系统安装架与外定子组件固定连接。本发明采用两个受力轴承,减小第一轴承受的扭力,从而延长轴承的使用寿命。(The invention relates to the technical field of stratospheric airship, and discloses a motor shaft system and a stratospheric airship, which comprise: the motor comprises an outer stator component, an inner rotor, a first bearing, a second bearing, a motor shaft, a power system mounting frame and a second bearing supporting component; the outer stator component surrounds the inner rotor, and is provided with a first through hole and a second through hole which are opposite in position; the motor shaft penetrates into the outer stator assembly from the first through hole and penetrates out of the outer stator assembly from the second through hole; the first bearing and the second bearing are both arranged on the motor shaft; the outer ring of the first bearing is fixedly connected with the hole wall of the first through hole, and the inner ring of the first bearing is fixedly connected with the motor shaft; the outer ring of the second bearing is fixedly connected with the second bearing supporting part, and the inner ring of the second bearing is fixedly connected with the motor shaft; the first bearing and the second bearing are spaced apart by a preset distance; the second bearing support component is fixedly connected with the outer stator component through the power system mounting frame. The invention adopts two stressed bearings, reduces the torsion borne by the first shaft, and thereby prolongs the service life of the bearings.)
技术领域
本发明涉及平流层飞艇技术领域，具体涉及一种电机轴系及平流层飞艇。
背景技术
平流层飞艇具有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
目前研究设计的平流层飞艇动力系统一般为了节省重量采用轴系直接驱动螺旋桨方式。但由于平流层飞艇动力系统螺旋桨半径大，在螺旋桨旋转时产生的推力或拉力以及动不平衡离心力对于动力驱动装置的轴系产生交变径向力、交变轴向力和交变轴向弯矩会使电机轴承承受极大的压力并加速磨损失效。
目前的平流层飞艇动力驱动装置采用径向轴承支撑方式，这种方式对于螺旋桨产生的轴向推力或轴向拉力不能起到止推作用。同时螺旋桨产生的轴向推力或轴向拉力以及动不平衡力产生的轴向弯矩对于跨距较小的支点会产生很大的轴向扭力，从而破坏轴承外径滑道、轴承内径滑道以及轴承滚珠支撑架，致使轴承寿命减少。
为了减小旋转的螺旋桨对轴系的影响，现有技术还采用电机加减速器方式驱动平流层飞艇的螺旋桨。这种方式由于加上了减速器，使飞艇驱动装置的重量加大并使其机械效率降低。机械效率的降低会增大平流层飞艇动力系统对于电池的能量需求，这在平流层飞艇系统总体顶层设计上是需要尽量避免的，况且对于减速器的轴系设计也需要考虑其轴承受力方式。
因此，亟需开发一种电机轴系，能够减小螺旋桨旋转产生的力的影响，延长轴系的寿命。
在所述
背景技术
部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种电机轴系及平流层飞艇，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的第一方面，本发明公开一种电机轴系，包括：
外定子组件、内转子、第一轴承、第二轴承、电机轴、动力系统安装架、第二轴承支撑部件；
所述外定子组件包围内转子，外定子组件上设有位置相对的第一通孔和第二通孔；所述电机轴从第一通孔穿入外定子组件，在外定子组件内与内转子固定连接，并从第二通孔穿出外定子组件；
第一轴承和第二轴承均设置在电机轴上；第一轴承的外圈与第一通孔的孔壁固定连接，内圈与电机轴固定连接；第二轴承的外圈与第二轴承支撑部件固定连接，内圈与电机轴固定连接；第一轴承和第二轴承之间相距预定距离；
所述第二轴承支撑部件通过动力系统安装架与外定子组件固定连接。
根据本发明一示例实施方式，所述电机轴的一端与旋转机构固定连接，另一端通过第二轴承连接第二轴承支撑部件。
根据本发明一示例实施方式，所述旋转机构为螺旋桨。
根据本发明一示例实施方式，所述第一通孔比第二通孔更接近旋转机构。
根据本发明一示例实施方式，所述螺旋桨半径为R，1米≤R≤3.5米, 则所述预定距离为L，0.05×R≤L≤0.5×R。
根据本发明一示例实施方式，所述电机轴系还包括法兰盘，所述电机轴通过法兰盘与旋转机构连接。
根据本发明一示例实施方式，所述第一轴承包括调心轴承或向心推力轴承；所述第二轴承包括调心轴承或向心推力轴承。向心推力轴承包括角轴承、圆锥滚子轴承。
根据本发明一示例实施方式，所述第一轴承能够承受150℃至350℃的温度。所述第二轴承能够承受150℃至350℃的温度。
根据本发明的第二方面，本发明公开一种平流层飞艇，包括一个或多个旋转机构、一个或多个电机组件、一个或多个所述的电机轴系和艇体；
电机组件设置在艇体上，每个电机组件为一个电机轴系提供内转子旋转的动力；
一个旋转机构连接一个电机轴系的电机轴，在电机轴的带动下旋转；电机轴系的动力系统安装架与所述艇体固定连接。
根据本发明一示例实施方式，所述旋转机构为螺旋桨，每个螺旋桨包括多个叶片和一个毂；毂设置在螺旋桨的中心，每个叶片的一端与毂固定连接；所述电机轴系还包括法兰盘，电机轴的一端与法兰盘固定连接，电机轴通过所述法兰盘与该毂固定连接。
本发明的有益效果是：
本发明通过在电机轴上设置第一轴承和第二轴承，延长两个受力轴承的跨距，从而减小第一轴承承受的扭力，从而延长两个轴承的使用寿命。同时将径向轴承改为调心轴承或向心推力轴承改善了轴承承受轴向推力和轴向扭力的能力，进一步延长轴承的使用寿命，从而延长轴系的寿命。
另外第一轴承和第二轴承能够耐受高温，使电机轴系在平流层环境下能够适应轴承在高温下持续工作，从而延长轴系的寿命。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出本发明电机轴系及螺旋桨的结构图。
其中，1—螺旋桨，2—外定子组件，3—第一轴承，4—动力系统安装架，5—第二轴承支撑部件，6—第二轴承，7—电机轴，8—内转子，9—法兰盘，R—螺旋桨半径长度，L—第一轴承和第二轴承相距的预定距离。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
作为本发明的第一种实施方式，本发明的目的在于公开一种电机轴系，如图1所示，包括：外定子组件2、内转子8、第一轴承3、第二轴承6、第三轴承、电机轴7、动力系统安装架4、第二轴承支撑部件5和法兰盘9。
电机轴7的一端通过法兰盘9与螺旋桨1的中心固定连接，另一端通过第二轴承6与第二轴承支撑部件5连接。电机轴7贯穿外定子组件2，具体地，外定子组件2设置在螺旋桨1和第二轴承支撑部件5之间，外定子组件2包围内转子8，外定子组件2上设有位置相对的两个通孔，分别是第一通孔和第二通孔。第一通孔比第二通孔更接近螺旋桨1，图1中，第一通孔在左侧，第二通孔在右侧。电机轴7从第一通孔穿入外定子组件2，在外定子组件2内与内转子8的中心部分固定连接，并从第二通孔穿出外定子组件2。内转子8在电机的驱动下旋转，并带动电机轴7旋转，电机轴7带动螺旋桨1旋转。本方案的旋转机构采用了螺旋桨1，实际应用中可以根据需要替换其他类似的旋转机构。
第一轴承3和第二轴承6均设置在电机轴7上。第一轴承3的外圈与第一通孔的孔壁固定连接，内圈与电机轴7固定连接。第二轴承6的外圈与第二轴承支撑部件5固定连接，内圈与电机轴7固定连接。第一轴承3 和第二轴承6相距预定距离。螺旋桨1半径为R，1米≤R≤3.5米,则预定距离为L，0.05×R≤L≤0.5×R。通过确定螺旋桨半径R与两个轴承的跨距 L的比值关系，R与L的比值越大，轴承承受轴向弯矩能力越差。如果预定距离太短，由于弯矩较大，在第一轴承3上的轴向扭力增大，加大了轴承负载使轴承寿命缩短；如果预定距离太长，会增大电机重量对与平流层飞艇的整体减重不利。在电机轴7上设置两个轴承，将两个轴承的预定距离增大到螺旋桨1半径的0.05到0.5倍之间，扩大受力轴承的安装跨距，可以对应螺旋桨1旋转对动力系统产生的径向力、轴向力和轴向扭力。轴承支撑点跨距的增大从而减小轴承的轴向扭力。能够在尽量减轻动力驱动装置的重量同时增大动力驱动装置的效率、保证轴系的安全性。第一轴承3 包括调心轴承或向心推力轴承。由于第一轴承3的受力较大，第一轴承3 可以根据载荷调整为双排或双列轴承，也可以根据载荷将轴承内的滚动体调整为柱形滚动体。第二轴承6包括调心轴承或向心推力轴承。向心推力轴承包括角轴承、圆锥滚子轴承。采用调心轴承和向心推力轴承可以改善轴承承受轴向推/拉力和轴向扭力的能力，进一步减轻轴承压力，延长轴承乃至整个轴系的寿命。另外，由于本发明的电机轴系主要安装在飞艇上，飞艇工作的区域一般为平流层，平流层大气密度约为海平面大气密度的 1/14，空气流动散热差，所以电机轴承高速旋转产生的热量不易散发而形成轴承高温，一般轴承温度超过100℃以后易磨损，严重影响寿命，因此，第一轴承3和第二轴承6均为耐高温轴承，能够承受150℃至350℃的温度，从而改善轴承在平流层环境下的耐高温性能，延长轴承乃至整个轴系的寿命。耐高温轴承根据型号不同，可以选择不同的耐热温度，通常经持续高温淬火处理制成。
第二轴承支撑部件5与动力系统安装架4固定连接，动力系统安装架4 与外定子组件2固定连接，使得第二轴承支撑部件5与外定子组件2固定连接。
在使螺旋桨1旋转时，外转子组件2和第二轴承支承部件5均通过动力系统安装支架4与艇体固定连接，螺旋桨1在内转子8的旋转下，随着电机轴7旋转，螺旋桨1的径向力、轴向力和轴向弯矩因为第一轴承、第二轴承的存在，减小了对整个轴系的作用，进而使得整个轴系的寿命延长，安全系数提升。
作为本发明的第二种实施方式，本发明的目的在于公开一种平流层飞艇，包括：多个第一种实施方式的电机轴系、多个螺旋桨1、多个电机组件和艇体。
电机组件设置在艇体上，每个电机组件为一个电机轴系提供内转子旋转的动力。
一个螺旋桨1连接一个电机轴系的电机轴7，在电机轴7的带动下旋转；电机轴系的动力系统安装架4与艇体固定连接。
每个螺旋桨1包括多个叶片和一个毂；毂设置在螺旋桨1的中心，每个叶片的一端与毂固定连接；电机轴系的电机轴7的一端与该法兰盘9固定连接；电机轴7通过法兰盘9与该毂固定连接。
采用本方案的电机轴系，可以减小轴系的受力并提高轴承受热能力从而延长寿命，同时减轻飞艇的重量。
作为本发明的第三种实施方式，本发明的目的在于公开一种平流层飞艇，三种实施方式的飞艇结构与第二种实施方式的飞艇结构基本相同，不同的地方在于，第三种实施方式的飞艇的螺旋桨1不包括毂，法兰盘9直接与每个叶片的一端固定连接。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
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