轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构和方法与流程

本发明涉及变桨距四旋翼技术领域，具体涉及一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构和方法。

背景技术：

四旋翼飞行器，是一种具有四个旋翼的飞行器。所述四个旋翼的旋转面一般位于同一平面内，转轴位于一个正方形的四个顶点位置并与正方形所在平面垂直，对角的两个旋翼旋向相同，并与另外两个旋翼旋向相反，即四个旋翼依次按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的旋向旋转。四个旋翼的总拉力可控制整体升降，四个旋翼的相对拉力可控制俯仰及横滚，四个旋翼的相对扭矩可控制偏航。

定距四旋翼飞行器通过改变转速改变拉力及扭矩，一般只能使用响应迅速的电机驱动而无法使用时滞性大的发动机，而电池的能量密度低，加之电机的部分潜在动力需要用于姿态控制而无法工作在效率最佳的转速下，因此导致了定距四旋翼航程短、载重小等问题。

与定距四旋翼飞行器不同，变桨距四旋翼飞行器仅需要发动机提供动力，因此可以克服燃料发动机非线性、大时滞性等缺点；此外变桨距四旋翼飞行器可以仅通过改变螺距改变拉力及扭矩，即旋翼转速保持恒定的情况下，依然可以实现对飞行器姿态以及位置的控制，因此可以令电机或发动机工作在效率较高的转速下，进而提高效率。

尽管变桨距四旋翼飞行器具有诸多优点，机械结构的复杂性制约了其发展。变桨距旋翼机构仅需要改变总螺距，可采用直升机尾翼的变桨距机构，技术、工艺成熟。目前已经实现的变桨距四旋翼或多旋翼飞行器，驱动机构复杂，甚至导致变桨距旋翼机构不统一，严重限制了变桨距四旋翼飞行器的适用范围，降低了飞行器的可靠性和实用性。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构，以提升飞行器的可靠性和实用性。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构，包括：四个伞齿，所述四个伞齿两两相对设置且所述四个伞齿相互啮合；驱动装置，用于为所述四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力；支撑结构，用于为所述四个伞齿和所述驱动装置提供支撑。

进一步地，所述支撑结构包括：伞齿轴承外套筒；至少两个伞齿轴承，其中一个伞齿轴承与所述四个伞齿中的其中一个伞齿连接，且另外一个伞齿轴承设置在所述伞齿轴承外套筒的筒口处；上固定板和下固定板，所述上固定板和所述下固定板分别与所述伞齿轴承外套筒固定连接；固定座，用于将将所述驱动装置固定在所述上固定板和所述下固定板之间。

进一步地，所述四个伞齿中至少一个伞齿上设置有十字形凸起或六角形凸起，所述十字形凸起或所述六角形凸起通过传动机构与所述驱动装置连接。

进一步地，所述驱动装置包括直驱电机或直驱发动机。

进一步地，所述直驱电机包括内转子无刷电机、外转子无刷电机和有刷电机。

进一步地，所述直驱发动机包括活塞发动机、涡轮发动机、冲压发动机和脉冲发动机。

进一步地，所述驱动装置通过传动机构为所述四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力，所述传动机构包括皮带齿轮、伞齿或齿轮组合、万向节或变速器。

根据本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构，结构简单可靠，动力输出按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的旋向，可直接适用于结构统一的变桨距旋翼机构，便于变桨距旋翼机构的维护更换。动力输出同步，在旋翼安装相位适当的情况下，即使各个旋翼翼尖形成的圆互有交叠，各个旋翼互不影响(例如四个旋翼的翼尖指向分别为南北-东西-南北-东西，因为旋转同步，对角旋翼轴距只需大于旋翼长度即可，而定距四旋翼飞行器则要求对角旋翼轴距大于旋翼长度的倍)，可以在保证旋翼面积即旋翼效率的情况下，进一步降低整机体积及重量。

为此，本发明的另一个目的在于提出一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法，以提升飞行器的可靠性和实用性。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法，包括上述实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构，该方法包括以下步骤：所述驱动装置接收驱动指令；根据驱动指令驱动为所述四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力，以便所述轴传变桨距四旋翼飞行器执行相应动作。

进一步地，所述驱动装置包括一个、两个、三个或四个驱动单元，每个驱动单元用于为所述四个伞齿中的对应的一个伞齿提供驱动力。

本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法与轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构相对现有技术的优势相同，为了减少冗余，不作赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述本发明。

图1是本发明一个实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构，包括四个伞齿1、驱动装置2和支撑结构。其中，四个伞齿1两两相对设置且四个伞齿相互啮合。驱动装置2用于为四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力，被驱动的伞齿1传动给其它伞齿，从而使得四个伞齿共同运动，动力输出按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的旋向，直接适用于结构统一的变桨距旋翼机构，便于变桨距旋翼机构的维护更换。同时可以保证动力输出同步，在旋翼安装相位适当的情况下，即使各个旋翼翼尖形成的圆互有交叠，各个旋翼互不影响(例如四个旋翼的翼尖指向分别为南北-东西-南北-东西，因为旋转同步，对角旋翼轴距只需大于旋翼长度即可，而定距四旋翼飞行器则要求对角旋翼轴距大于旋翼长度的倍)，可以在保证旋翼面积即旋翼效率的情况下，进一步降低整机体积及重量。

在本发明的一个实施例中，支撑结构包括伞齿轴承外套筒5、至少两个伞齿轴承4、上固定板和下固定板3，以及固定座6。上固定板和下固定板3通过螺丝与伞齿轴承外套筒5固定，伞齿1通过两个伞齿轴承4固定于伞齿轴承外套筒5中，可沿轴线转动。固定座6将电机固定于上下固定板之间。

在本发明的一个实施例中，四个伞齿中至少一个伞齿上设置有十字形凸起或六角形凸起，十字形凸起或六角形凸起通过传动机构与驱动装置连接。

如图1所示，在本发明的一个示例中，伞齿1与传动轴的连接结构7为一个十字槽，与传动轴(图中未画出)的十字形凸起适配，由传动轴将伞齿获得的动力传递给变桨距旋翼机构。驱动装置2前端与其中的一个伞齿1紧固连接，后端采用伞齿1与传动轴连接结构相同7的结构。从四个伞齿1各自与传动轴连接结构7向传动机构中心看去，驱动装置2按顺时针转动，与其直接连接的伞齿以及传动轴连接结构随之按顺时针转动，带动相邻的两个伞齿按逆时针转动，两个伞齿进而带动第四个伞齿按顺时针转动，实现四个伞齿按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的方向同步转动，进而实现四个传动轴按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的方向同步转动。变桨距旋翼机构采用统一的结构，即可实现旋翼按照顺时针-逆时针-顺时针-逆时针的方向同步转动。变桨距旋翼机构可在恒定转速的条件下，通过改变螺距改变拉力和扭矩，因此驱动装置2可适当选择更为高效的转速，以增加航时和载重。

由于动力输出同步，在旋翼安装相位适当的情况下，即使各个旋翼翼尖形成的圆互有交叠，各个旋翼互不影响(例如四个旋翼的翼尖指向分别为南北-东西-南北-东西，因为旋转同步，对角旋翼轴距只需大于旋翼长度即可，而定距四旋翼飞行器则要求对角旋翼轴距大于旋翼长度的倍)，可以在保证旋翼面积即旋翼效率的情况下，进一步降低整机体积及重量。

由的轴传变桨距四旋翼飞行器驱动机构所驱动的变桨距旋翼机构可采用统一的结构，便于维护更换，且技术、工艺成熟，因此可大大降低飞行器整机的设计生产成本。

在本发明的一个实施例中，驱动装置包括直驱电机或直驱发动机。直驱电机具有静音、节能、平稳、动力强劲的优点。

在本发明的一个实施例中，直驱电机包括内转子无刷电机、外转子无刷电机和有刷电机。

在本发明的一个实施例中，直驱发动机包括活塞发动机、涡轮发动机、冲压发动机和脉冲发动机。

在本发明的一个实施例中，驱动装置2通过传动机构为四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力，传动机构包括皮带齿轮、伞齿或齿轮组合、万向节或变速器。

图2是本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法的流程图。本发明的实施例还公开了一种轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1：驱动装置接收驱动指令；

S2：根据驱动指令驱动为四个伞齿中的一个或多个伞齿提供驱动力，以便轴传变桨距四旋翼飞行器执行相应动作。

在本发明的一个实施例中，驱动装置包括一个、两个、三个或四个驱动单元，每个驱动单元用于为四个伞齿中的对应的一个伞齿提供驱动力。当该机构安装多个驱动装置时，各驱动装置可互相作为备份，当任一驱动装置正常工作时即可输出动力。

需要说明的是，本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动方法的具体实施方式与本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的驱动机构的具体实施方式类似，具体参见机构部分的描述，为了减少冗余，不作赘述。

另外，本发明实施例的轴传变桨距四旋翼飞行器的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。