动力系统、飞行器及飞行器动力控制方法与流程

[0001]
本申请涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种动力系统、飞行器及飞行器控制方法。


背景技术：

[0002]
桨叶飞行器在飞行时俯仰及倾斜飞行的姿态变化是通过周期变距的方式改变桨叶在不同角度时的迎角来实现的。传统飞行器的动力系统主要包括伺服电机、桨叶、桨叶主轴杆、倾斜盘、连杆、扭力臂和变速箱，桨叶主轴杆下端插入变速箱内且与变速箱内的齿轮组连接，倾斜盘位于桨叶和变速箱之间；通过至少三个伺服电机驱动倾斜盘运动，倾斜盘上的连杆与各个桨叶上设置的扭力臂连接实现力矩的传输。这种动力系统的结构复杂，制造和维护的成本较高，桨叶和倾斜盘之间都属于接触式的传动方式，长期使用会导致机构机械磨损严重，降低飞行器的飞行寿命。


技术实现要素：

[0003]
本申请主要解决的技术问题是提供一种动力系统、飞行器及飞行器动力控制方法，能够取消接触式的力矩传动方式，简化动力系统结构，降低维护成本，增加飞行器使用的可靠性，延长飞行器的使用寿命。
[0004]
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种动力系统，用于飞行器，包括：螺旋桨组件；动力组件，包括磁性件和中空的磁性产生装置；其中，所述磁性件与所述螺旋桨组件固定连接，至少部分所述磁性件位于所述磁性产生装置内部，且与所述磁性产生装置的内壁之间具有间隙；所述磁性件在所述磁性产生装置的作用下沿竖直方向运动进而带动所述螺旋桨组件运动。
[0005]
其中，所述磁性产生装置包括中空的铁芯以及绕设在所述铁芯外围的线圈，至少部分所述磁性件位于所述铁芯内部。
[0006]
其中，所述螺旋桨组件包括：主连杆，所述主连杆的一端与所述磁性件固定连接；从连杆，所述主连杆的另一端与所述从连杆的一端铰接；桨夹和固定设置于所述桨夹上的多个桨叶，所述从连杆的另一端与所述桨夹固定连接；当所述磁性件沿所述竖直方向运动时，所述主连杆与所述从连杆铰接位置的夹角发生变化，进而使得所述桨叶与垂直于所述竖直方向的平面之间的夹角发生变化。
[0007]
其中，沿所述磁性产生装置的轴线方向，所述桨夹的中部设置有通槽；所述主连杆包括固定连接且互成夹角的第一杆体和第二杆体；所述第一杆体与所述磁性件固定连接，且沿所述轴线方向延伸并穿设所述通槽；所述第二杆体远离所述第一杆体的一端在所述桨夹上的正投影位于所述桨夹外侧；所述从连杆包括相互铰接的第三杆体和第四杆体，所述第四杆体固定设置于所述桨夹的外侧面，所述第三杆体的两端分别与所述第二杆体和所述第四杆体铰接。
[0008]
其中，所述动力组件还包括：旋转控制装置，与所述桨夹固定连接，用于驱动所述
桨夹在垂直于所述竖直方向的平面内旋转；所述旋转控制装置包括：动力源，包括旋转输出端；中空的从动轴，与所述旋转输出端固定连接，至少部分所述输出轴位于所述通槽内，且所述主连杆穿设所述从动轴；固定件，用于将位于所述通槽内的所述从动轴与所述通槽位置处的所述桨夹固定连接；所述旋转控制装置还包括：角度传感器，用于测量所述旋转输出端转动的角度。
[0009]
其中，所述桨夹包括与所述轴线方向垂直的长度延伸方向，在所述长度延伸方向上，所述桨夹相对设置的两端分别设置有凹槽，每个所述凹槽位置处固定设置有一个所述桨叶；所述桨夹还设置有连通所述凹槽和所述通槽的过孔，所述固定件穿设所述过孔，且所述固定件的两端分别与对应位置处的所述桨夹和所述从动轴固定连接。
[0010]
其中，在所述轴线方向上，所述凹槽相对设置的两个内壁分别设置有凹陷，以使得所述桨叶在所述凹槽位置具有多种固定形式。
[0011]
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种飞行器，包括上述任一实施例中所述的动力系统。
[0012]
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种飞行器动力控制方法，利用上述任一实施例中所述的动力系统，包括：响应于所述螺旋桨组件在垂直于竖直方向的平面内旋转至预设角度时，所述动力组件中的磁性产生装置驱动磁性件沿竖直方向运动，进而使得与所述磁性件固定连接的所述螺旋桨组件运动。
[0013]
区别于现有技术的情况，本申请的有益效果是：本申请中的动力系统包括螺旋桨组件和动力组件；其中，动力组件包括磁性件和中空的磁性产生装置，其中，磁性件与螺旋桨组件固定连接，至少部分磁性件位于磁性产生装置的内部，且与磁性产生装置的内壁之间具有一定间隙；磁性件在磁性产生装置的作用下沿竖直方向运动进而带动螺旋桨组件运动。在上述动力系统中，磁性件和磁力产生装置的内壁之间具有间隙，取消了传统的接触式力矩传动方式，减小机构机械磨损，利用磁力的相互作用使磁性件沿竖直方向运动，从而带动螺旋桨组件运动，可以简化系统结构，降低维护成本，增强飞行器使用的可靠性，延长飞行器的使用寿命。
附图说明
[0014]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0015]
图1是本申请动力系统一实施方式的结构示意图；
[0016]
图2是图1中螺旋桨组件一实施方式的结构示意图；
[0017]
图3是图1中桨夹一实施方式的结构示意图；
[0018]
图4是图1中旋转控制装置一实施方式的结构示意图；
[0019]
图5是本申请动力系统另一实施方式的结构示意图；
[0020]
图6是图5中动力系统另一实施方式的爆炸结构示意图。
具体实施方式
[0021]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0022]
请参阅图1，图1是本申请动力系统一实施方式的结构示意图。本申请所提供的动力系统100包括螺旋桨组件10和动力组件20。其中，螺旋桨组件10包括主连杆101、从连杆102、桨夹103和桨叶104；动力组件20包括磁性件201、中空的磁性产生装置202和旋转控制装置203。其中，磁性产生装置202包括中空的铁芯2021以及绕设在所述铁芯外围的线圈2022。
[0023]
本申请中的磁性件201与螺旋桨组件10固定连接，至少部分磁性件201位于所述磁性产生装置202的内部，且与磁性产生装置202的内壁之间具有间隙30，间隙30的大小在此不作限制。磁性件201在磁性产生装置202的作用下沿竖直方向运动，由于磁性件201与螺旋桨组件10固定连接，进而带动螺旋桨组件10运动。在本实施例中，上述竖直方向是指磁性件201的轴线方向。该动力系统100中磁性件201与磁性产生装置202之间相互不接触，取消了接触式的力矩传动方式，简化了动力系统的结构，降低了维护成本，增强了飞行器的使用可靠性，延长了飞行器的使用寿命。
[0024]
本实施例中，磁性件201可以是圆柱形磁铁，也可以是方块形磁铁或其他任意形状的磁铁，只要具有磁性且能与螺旋桨组件10实现刚性固定连接即可；磁性产生装置202包括中空的铁芯2021以及绕设在铁芯2021外围的线圈2022，至少部分磁性件201位于铁芯2021内部。线圈2022通过电路使铁芯2021和磁性件201之间产生相斥的磁力，从而驱动磁性件201沿竖直方向上下移动。该设计方式取消了接触式的力矩传输方式，减少了机构机械磨损，延长了飞行器的飞行寿命。
[0025]
本实施例中，磁性产生装置202可以是音圈电机，可以是电磁继电器，只要是能够产生电磁动作力的装置即可，具体实施方式在此不作限制。
[0026]
请一并参阅图1和图2，图2是图1中螺旋桨组件一实施方式的结构示意图。螺旋桨组件10中主连杆101的一端与磁性件201固定连接，例如，磁性件201可以通过螺丝、卡接等方式与主连杆101固定。主连杆101的另一端与从连杆102的一端铰接，例如，在从连杆102的延伸方向上，主连杆101的另一端设置有贯通的凹槽(图中未示出)，该凹槽内设置有枢接轴(图中未示出)，从连杆102对应该枢接轴的位置设置有过孔，从连杆102可以绕该枢接轴进行旋转。而多个桨叶104固定设置于桨夹103上，从连杆102的另一端与桨夹103固定连接。当磁性件201沿竖直方向运动时，主连杆101与从连杆102铰接位置的夹角发生变化，进而使得桨叶104与垂直于竖直方向的平面之间的夹角发生变化。上述螺旋桨组件10的结构较为简单，能够将磁性件201的上下移动转换为桨夹103的转动，实现了力矩的传递，简化了系统的结构，降低了制造和维护的成本。
[0027]
进一步地，主连杆101包括固定连接且互成夹角的第一杆体1011和第二杆体1012，较佳地，第一杆体1011和第二杆体1012的夹角为90
°
，第一杆体1011的其中一个端部与第二杆体1012的其中一个端部固定连接。从连杆102包括相互铰接的第三杆体1021和第四杆体1022。第一杆体1011与磁性件201固定连接，第二杆体1012远离所述第一杆体1011的一端在
桨夹103上的正投影位于桨夹103的外侧，第四杆体1022固定设置于桨夹103的外侧面，第三杆体1021的两端分别与第二杆体1012和所述第四杆体1022铰接。当磁性件201沿竖直方向运动时，第二杆体1012与第三杆体1021铰接位置处的夹角发生变化，进而使得第三杆体1021与第四杆体1022之间的夹角发生变化，第四杆体1022与桨夹103固定连接，从而带动桨夹103运动。四根杆体组成一个完整的四连杆机构，该设计方式可以实现运动的传递和转换，本申请中的动力系统中有且仅有一个连杆机构，连杆机构的数量的减少一方面简化了动力系统的结构，同时也降低了机构后期的维护成本。
[0028]
本实施例中，请一并参阅图2和图3，图3是图1中桨夹一实施方式的结构示意图。沿磁性产生装置202的轴线方向x，桨夹103的中部设置有通槽1031；桨夹103包括与磁性产生装置202轴线方向垂直的长度延伸方向y。在长度延伸方向y上，桨夹103相对设置的两端分别设置有凹槽1032，桨夹103还设置有连通凹槽1032和通槽1031的过孔1033。第一杆体1011沿磁性产生装置202的轴线方向x延伸并穿设桨夹的通槽1031，且每个凹槽1032位置处通过螺栓固定设置有一个桨叶104，在过孔1033的轴线方向上，凹槽1032相对设置的两个内壁分别设置有凹陷1034，可以使得桨叶104在凹槽1032位置具有多种固定形式。例如，图1中桨叶104的表面1041可以以近似平行于桨夹103长度延伸方向y的方式安装固定于桨夹103上；又例如，桨叶104的表面1041可以以近似垂直于桨夹长度延伸方向的方式安装固定于桨夹上，此时桨叶104可以卡接于凹陷1034内。而同一个桨夹上的桨叶固定方式可以相同或者不同，具体可根据需求进行设定。
[0029]
本实施例中，请参阅图4，图4是图1中旋转控制装置一实施方式的结构示意图。旋转控制装置203包括动力源2031、从动轴2032、固定件2033、角度传感器2034和固定底座2036。其中，动力源2031包括旋转输出端2035，用于驱动桨夹103在垂直于竖直方向的平面内旋转。从动轴2032与旋转输出端2035和动力源2031固定连接，至少部分从动轴2032位于桨夹103的通槽1031内；固定底座2036与动力源2031固定连接，例如，动力源2031可以通过螺纹、插接等方式与固定底座2036固定；角度传感器2034夹设于固定底座2036和动力源2031之间，用于测量动力源2031转动的角度。固定件2033用于将位于通槽1031内的旋转输出端2035与所述通槽1031位置处的桨夹103固定连接，从而带动桨夹103实现垂直于竖直方向平面内的旋转。
[0030]
进一步地，角度传感器2034不限于磁编码器，光栅编码器和碳膜电位器等。
[0031]
在本实施例中，请参阅图1，动力源2031位于桨夹103与磁性产生装置202之间，至少部分旋转输出端2035位于桨夹103的通槽1031内，主连杆101穿设动力源2031和从动轴2032后与磁性件201固定连接。
[0032]
在另一实施例中，请参阅图5和图6，图6是图5中动力系统另一实施方式的爆炸结构示意图。动力源2031a位于磁性产生装置202a背离桨夹103a一侧，从动轴2032a和旋转输出端2035a穿设于磁性产生装置202a，磁性件201a位于从动轴2032a内，主连杆101a插置于从动轴2032a内以与磁性件201a固定连接。
[0033]
此外，上述实施例中所提及的动力系统除了可以单独售卖外，也可集成到飞行器中进行售卖，该飞行器还可包括其他必要结构，例如机身、起落架、尾翼等。
[0034]
进一步，本申请包括上述实施例中所提及的动力系统的飞行器的控制方法包括：响应于螺旋桨组件10在垂直于竖直方向的平面内旋转至预设角度时，所述动力组件20中的
磁性产生装置202驱动磁性件201沿竖直方向运动，进而使得与磁性件201固定连接的螺旋桨组件10运动。
[0035]
具体而言，飞行器在接收到姿态控制指令后，通过电路向控制器发送控制信号；通过角度传感器2034检测动力源2031的旋转角度，发送检测数据至控制器；当检测到动力源2031达到预设的角度时，控制器控制磁性产生装置202工作，磁性产生装置202驱动磁性件201向上移动；当磁性件201向上移动后，驱动主连杆101向上移动；主连杆101带动从连杆102向上移动，第三杆体1021与第四连杆1022之间的夹角发生变化，以驱动桨夹103绕固定件2033转动；桨夹103带动桨叶104转动，以实现飞行器的周期变距。
[0036]
总而言之，区别于现有技术的情况，本申请中提供一种动力系统，其中磁性件和磁力产生装置的内壁之间具有间隙，取消了传统的接触式力矩传动方式，减小机构机械磨损，利用磁力的相互作用使磁性件沿竖直方向运动，从而带动螺旋桨组件运动，可以简化系统结构，降低维护成本，增强飞行器使用的可靠性，延长飞行器的使用寿命。
[0037]
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。