阅读说明：本技术 电动对转涵道风扇 (Electric contra-rotating ducted fan ) 是由 虞一扬 于 2019-04-29 设计创作，主要内容包括：电动对转涵道风扇,通过同步机构使前后两级风扇等速对转,实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的,具有轻便、高效的优点；相对于单级电动涵道风扇,电动对转涵道风扇可在同等转速下得到更大的推力,或以较低的转速达到同等的推力；相对于用纯机械方式实现的对转风扇,电动对转涵道风扇结构简洁,易于实现和操控。本发明可作为压气机应用于对进气压力有较高要求的场合,还可与发电装置(如氢燃料电池)结合,实现喷气式飞机上使用的涡扇发动机的全部功能,理论上可取代现有的涡扇发动机,发展出基于混合动力的飞机工业,迎来一个零污染的清洁航空时代。(The electric contra-rotating ducted fan ensures that the front fan and the rear fan are contra-rotated at a constant speed through the synchronous mechanism, realizes the purpose of simultaneously driving the front fan and the rear fan by using one set of stator winding, and has the advantages of light weight and high efficiency; compared with a single-stage electric ducted fan, the electric contra-rotating ducted fan can obtain higher thrust at the same rotating speed or achieve the same thrust at a lower rotating speed; compared with the counter-rotating fan realized in a pure mechanical mode, the electric counter-rotating ducted fan is simple in structure and easy to realize and control. The invention can be used as a gas compressor to be applied to occasions with higher requirements on the air inlet pressure, and can be combined with a power generation device (such as a hydrogen fuel cell) to realize all functions of a turbofan engine used on a jet plane, theoretically, the invention can replace the existing turbofan engine, develop the plane industry based on hybrid power and cater to a clean aviation era with zero pollution.)

电动对转涵道风扇

技术领域

本发明涉及涵道风扇的技术领域，尤其是涉及一种电动涵道风扇的技术领域，与涡扇发动机也有部分交叉相关。

背景技术

现有的电动涵道风扇，一般是一个电机驱动一个风扇做单向运动，有扭矩不平衡的问题；同时，用一个直径很小的电机在轴心处带动直径较大的风扇，要求电机有很大的扭力，亦即电机需要很高的功率；同时，仅有一个风扇做单向运动，其压缩比也比较低，效率不高。

现代喷气式飞机使用的涡扇发动机，也有一个机械驱动的涵道风扇，在欧盟的环保型航空发动机（VITAL-EnvironmenTaLly FriendlyAeroengine）项目中，以法国斯奈克玛公司为首对对转涡扇项目进行了预研，研究表明，如果让两组风扇对转，第二级风扇的压比可以保持在相当高的水平之上，其压比约为1.4~1.6。与常规同向旋转多级风扇相比，在风扇尺寸相同和达到相同压比的条件下可使风扇的转速大为降低，进而降低噪声和降低燃油消耗；但为了使两组风扇对转，涡扇发动机的结构为三转子结构，其机械结构极为复杂，复杂结构导致重量增加，综合效益并没有显著提升。

为解决上述问题，本发明提出了一种电动对转涵道风扇。

本发明的技术方案是：一种电动对转涵道风扇，包括同步机构、驱动机构、扇叶。

所述的同步机构包括立交共轴支架、两个联动齿轮、如在特殊配比下可能适用一个同步齿轮、前后两个转盘；所述的联动齿轮和同步齿轮分别通过轴承固定在立交共轴支架的垂直相交的轴上，联动齿轮和同步齿轮严密咬合构成一个传动结构；所述的前后两个转盘通过紧固件分别与两个联动齿轮连接为一体。

作为优选，所述的同步机构中所使用的齿轮均为圆锥齿轮。

所述的驱动机构包括定子绕组、前后两个驱动环和定子支架，所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体。

所述的驱动机构中的定子绕组分为一个个单体，分别固定在定子支架的各个槽位上。

作为优选，所述的定子绕组排列成一个环状，定子绕组的中心半径，和安装在上下两个驱动环中的永磁体的中心半径相同；定子绕组的两个磁极分别正对前后两个驱动环中的永磁体。

所述的驱动机构中的前后两个驱动环，其上安装的永磁体，其数量和位置完全一样，呈镜像对称。

作为优选，所述的定子支架上安装有三个霍尔传感器，传感器可以120°分布或60°分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器。在一些对稳定性要求不高的场合，也可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。

所述的扇叶安装在转盘和驱动环之间，前扇叶和后扇叶的转动方向相反，扇叶的数量根据实际需求确定。

作为优选，所述的扇叶用紧固件与转盘和驱动环紧密连接为一体；

所述的立交共轴支架和定子支架通过紧固件紧密连接为一体。

本发明所提出的电动对转涵道风扇，需配合相应的BLDC控制器使用。

本方案所述的前后转盘、前后驱动环和前后扇叶中所提到的前后，是根据电动对转涵道风扇运转时的气体流动方向定义。

本发明的有益效果

电动对转涵道风扇，通过同步机构使前后两级风扇等速相向对转，实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的，具有轻便、高效的优点。相对于单级电动风扇，电动对转涵道风扇可在同等转速下得到更大的推力，或以较低的转速达到同等的推力，从而有更高的效率；相对于用纯机械方式实现的对转风扇，电动对转涵道风扇结构简洁，易于实现和操控，本发明可作为压气机应用于对进气压力有较高要求的场合；电动对转涵道风扇还可以与发电装置（如氢燃料电池）结合，实现喷气式飞机上使用的涡扇发动机的全部功能，理论上可取代现有的涡扇发动机，发展出基于混合动力的零污染的清洁航空业。

附图说明

图1为本发明电动对转涵道风扇的整体结构示意图；

图2为本发明电动对转涵道风扇电驱动机制工作原理结构示意图；

图3为本发明电动对转涵道风扇定子支架结构俯视结构示意图；

图4为本发明电动对转涵道风扇定子支架结构侧视结构示意图；

图5为本发明电动对转涵道风扇驱动环结构示意图；

图中101.立交共轴支架、102.联动齿轮、103.同步齿轮、104.轴承、105.转盘、201.定子绕组、202.永磁体、203.定子支架、204.驱动环、301.前扇叶、302.后扇叶。

实施方式

一种电动对转涵道风扇，包括同步机构、驱动机构、扇叶。

附图展示了一种槽数为36、极数为42的电动对转涵道风扇。

所述的同步机构包括立交共轴支架、两个联动齿轮、如在特殊配比下可能适用一个同步齿轮、前后两个转盘；所述的联动齿轮和同步齿轮分别通过轴承固定在立交共轴支架的垂直相交的轴上；联动齿轮和同步齿轮严密咬合构成一个传动结构；所述的前后两个转盘通过紧固件分别与两个联动齿轮连接为一体。

所述的同步机构中所使用的齿轮均为圆锥齿轮。

同步机构的作用，是对前后两个转盘的转动速度进行限制，使其只能以相同的速度对转，从而实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的。

所述的驱动机构包括定子绕组、前后两个驱动环和定子支架，所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体。

附图中展示的驱动机构中有一个36槽的定子绕组，每个槽都有一个独立的磁芯和绕制在磁芯上的线圈，分别固定在定子支架的36个槽位上；所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体，在本实施方式中，永磁体的数量为42个；这个36槽的电子绕组和上、下驱动环中的42个磁极共同构成驱动机构，起到把电能转化为机械能的目的，是涵道风扇的动力来源。

所述的定子绕组排列成一个环状，定子绕组的中心半径，和安装在上下两个驱动环中的永磁体的的中心半径相同；

所述的定子绕组的两个磁极分别正对前后两个驱动环中的永磁体。

所述的驱动机构中的前后两个驱动环，其上安装的永磁体，其数量和位置完全一样，呈镜像对称。

所述的定子支架上安装有三个霍尔传感器，传感器可以120°分布或60°分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器。在一些对稳定性要求不高的场合，也可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。

所述的扇叶安装在转盘和驱动环之间，前扇叶和后扇叶的转动方向相反；

所述的扇叶用紧固件与转盘和驱动环紧密连接为一体。

所述的立交共轴支架和定子支架通过紧固件紧密连接为一体。

本发明所提出的电动对转涵道风扇，需配合相应的BLDC控制器使用。

综以上所述，仅是本发明的一种实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。