离心分开离合器的制造方法
【专利摘要】一种机械机构用于当飞行器的转子未被使用时防止该转子旋转。当转子的速度超过速度阈值时该机械机构脱离，并且当转子的速度低于该速度阈值时该机械机构重新接合。
【专利说明】离心分开离合器【技术领域】
[0001]本文的公开描述了机械地防止转子在低于阈值速度以下转动但是允许转子在阈值速度以上自由地转动的机械机构。
【背景技术】
[0002]旋翼飞行器或直升机是一种常见的垂直起降(VTOL)飞行器。VTOL飞行器具有提供垂直和水平推进中的任一或二者的大转子。通常，当转子未被使用时，转子保持静止。
[0003]常规的系统通常使用耦接到转子并且被适配为当转子未被使用时防止转子旋转的电动机。电动机施加扭矩以保持转子静止。因此，常规的系统需要对电动机的能量供应以排斥将导致转子旋转的干扰扭矩。为了保持转子静止所需要的能量供应从用于向电动机提供能量的电池汲取能量并且还导致电动机生成不需要的热量。
【发明内容】
[0004]本文描述的实施方式提供一种离心分开离合器。该离心分开离合器是用于机械地防止飞行器的转子旋转的机械机构。根据一个实施方式，该离心分开离合器包括多个高摩擦垫片、多个弯曲部以及多个止动挡块。
[0005]在一个实施方式中，飞行器的转子组件包括:转子；包括静止部分和旋转部分的电动机；以及离心分开离合器。具体而言，该离心分开离合器耦接到电动机的旋转部分，因而离心分开离合器的弯曲部对着电动机的静止部分预加载该高摩擦垫片。该高摩擦垫片防止转子旋转直到电动机生成足够的扭矩以克服由摩擦垫片生成的摩擦力为止。随着转子的旋转速度增加，安装到每个弯曲部上或者作为每个弯曲部的一部分的惯性质量块在该摩擦垫片上施加用于抵消弯曲部预加载的离心力。在特定速度阈值以上，摩擦垫片从电动机的静止部分完全脱离，因而允许转子自由地转动。
`[0006]
【发明内容】
以及下文的详细描述中所述的特征和优点不用于限制。基于附图、说明书和权利要求，许多附加特征和优点将对于本领域熟练技术人员显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1示出了根据一个实施方式的离心分开离合器。
[0008]图2示出了根据一个实施方式的包括离心分开离合器的旋转组件。
[0009]图3A和3B分别示出了根据一个实施方式的当接合和脱离时的离心分开离合器。
[0010]图4示出了根据一个实施方式的包括离心分开离合器的个人飞行器的图。
[0011]附图和详细说明描述了各种仅用于说明目的的非限制性实施方式。本领域的熟练技术人员将容易从下文的讨论认识到在不脱离本文所述的原理的前提下可以应用本文所示的结构和方法的可替换的实施方式。
【具体实施方式】[0012]图1示出了根据一个实施方式的离心分开离合器100。离心分开离合器100是用于机械地防止飞行器的转子旋转的机械机构。在一个实施方式中，离心分开离合器由金属(例如钢、钛或铝)或复合材料(例如碳纤维或凯夫拉尔(Kevlar))构造。注意到在其他实施方式中其他材料可用于构造离心分开离合器。
[0013]在一个实施方式中，离心分开离合器是包括多个摩擦垫片101、多个弯曲部103和多个止动挡块105的圆环。摩擦垫片101包括用于提供高摩擦系数如I到5的制动垫片材料(石棉、有机物或半金属配方)。注意到可以使用其他摩擦系数。根据一个实施方式，弯曲部103是曲臂，每个曲臂包括第一末端107和第二末端109。在一个实施方式中，弯曲部103是L型的。弯曲部103的第一末端107连接到离心分开离合器100。每个弯曲部103的第二末端109未连接到离心分开离合器并且耦接到摩擦垫片101。摩擦垫片101可以使用粘合剂或者其他机构如紧固件(例如螺母或铆钉)耦接到弯曲部103的第二末端。
[0014]止动挡块105防止弯曲部103移动到预先限定的移动范围之外。止动挡块105因此防止弯曲部103被损坏(即破裂)。如图1中所示的，止动挡块105朝向离心分开离合器100的中心突出。在一个实施方式中，止动挡块105位于离心分开离合器100上靠近弯曲部103的第二末端109的位置处。
[0015]现在参考图2，示出了根据一个实施方式的转子组件200。转子组件200包括转子201，在一个实施方式中转子201具有16英寸的半径并且由碳纤维复合材料制造并且在可替换的实施方式中由附接到铝制叶毂的碳纤维复合叶片制造。在其他实施方式中，转子201由附接到铝制叶毂的木制叶片或者附接到碳纤维复合叶毂的木制叶片制造。转子可以是栓锁在电动机组件上的单件。转子201可以包括附接到叶毂的叶片或者可以被制造为具有一体的叶毂的单件。叶毂提供中心结构，其中，转子201的叶片连接到该中心结构，并且在一些实施方式中叶毂的形状被制造为包裹电动机。
[0016]在一个实施方式中，转子组件200还包括电动机。电动机包括旋转部分203(部)和静止部分205。在一个实施方式中，旋转部分203与静止部分205是同心的，被称为径向磁通电动机。在该实施方式中，静止部分205可以形成电动机的内环，被称为外转式电动机。在一些实例中，电动机零件是低姿态的，因而整个电动机适配在转子的叶毂中，当向前飞行时对于气流表现较低的阻力。转子201附接到电动机的旋转部分203。因此，当电动机的旋转部分203旋转时，转子201也旋转。电动机的静止部分205附接到飞行器的推进尾祐在一些实施方式中，电动机是永磁体电动机并且由电子电动机控制器控制。电子电动机控制器按照精确的顺序向电动机发送电流，以允许转子201以希望的速度或者以希望的扭矩转动。
[0017]如图2中所示的，离心分开离合器100被包括在转子组件200中。在一个实施方式中，离心分开离合器100经由紧固件例如螺钉或铆钉耦接到电动机的旋转部分203。离心分开离合器安装到电动机的旋转部分203上，因而弯曲部103对着转子组件200中包括的电动机的静止部分205预加载高摩擦垫片101。当电动机的旋转部分203静止时，高摩擦垫片101压着电动机的旋转部分203，以防止旋转部分203旋转。即由摩擦垫片101提供的摩擦抵抗运动。图3A示出了当接合时的离心分开离合器。具体而言，图3A显示了当电动机的旋转部分203不旋转或者在速度阈值以下旋转时弯曲部103对着电动机的静止部分205预加载摩擦垫片101。[0018]如果电动机提供克服由弯曲部103通过在电动机的静止部分205预加载摩擦垫片101所提供的摩擦扭矩的扭矩，则电动机的旋转部分203旋转从而导致转子201也旋转。当旋转部分203旋转时，安装到每个弯曲部103上或者作为每个弯曲部103的一部分的惯性质量块在安装到每个弯曲部103上的高摩擦垫片101上施加离心力。该离心力抵消由弯曲部103在静止部分205上提供的预加载荷。
[0019]随着电动机的旋转部分203的速度增加，离心力增加，导致摩擦扭矩降低，因为弯曲部103开始远离电动机的静止部分205弯曲从而脱离摩擦垫片101。在阈值速度上，摩擦垫片101完全与电动机的静止部分205脱离，允许旋转部分203和转子201自由地旋转而没有来自摩擦垫片101的任何摩擦扭矩。具体而言,在阈值旋转速度上的离心力导致弯曲部103向外弯曲，因而导致摩擦垫片101不再接触电动机的静止部分205。止动挡块105防止弯曲部103向外弯曲太远并且导致对弯曲部103的损坏。图3B示出了完全从电动机的静止部分205脱离的摩擦垫片101。如图3B中所示的，摩擦垫片101不再与电动机的静止部分205接触并且弯曲部103的第二末端109与止动挡块105接触。随着电动机的旋转部分203的速度降低到阈值速度以下，弯曲部103开始如图3A中所示对着电动机的静止部分205预加载摩擦垫片101。
[0020]惯性质暈块计算
[0021]如前所述，安 装到每个弯曲部103上或者作为每个弯曲部103的一部分的惯性质量块在安装到每个弯曲部103上的高摩擦垫片101上施加离心力。在一个实施方式中，根据以下变量计算惯性质量块:
[0022]a) τ =由离心分开离合器施加的扭矩；
[0023]b) ω=在没有 由离心分开离合器施加的扭矩的情况下的速度；
[0024]c)Fn=在电动机的静止部分205上的摩擦垫片101的力；
[0025]d) Fr = μ Fn=摩擦力；
[0026]e) R=电动机的静止部分205的半径；
[0027]f) mp=惯性质量块的质量；
[0028]g) μ =摩擦垫片101的摩擦系数。
[0029]假设弯曲部103提供预加载扭矩，因而τ (Orpm) =τ0 = μ F0Ro在Orpm上的预加载荷表示由分开离合器100提供的希望的制动扭矩。在一个实施方式中，将离心力表示为如下所示的以上变量的函数:
【权利要求】
1.一种转子组件，包括: 转子； 包括静止部分和旋转部分的电动机，所述旋转部分耦接到所述转子；以及 耦接到所述电动机的所述旋转部分的离心分开离合器，所述离心分开离合器包括多个摩擦垫片和多个弯曲部； 其中所述多个弯曲部被配置为抵靠所述电动机的所述静止部分预加载所述多个摩擦垫片，以抵抗所述转子在所述转子的速度阈值以下的旋转；并且 其中所述多个弯曲部被配置为将所述多个摩擦垫片从所述电动机的所述静止部分脱离，以允许所述转子在所述速度阈值以上自由地旋转。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述转子包括多个叶片和叶毂，所述多个叶片耦接到所述叶毂。
3.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述转子由碳纤维复合材料制造。
4.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述转子由凯夫拉尔制造。
5.根据权利要求2所述的转子组件，其中所述叶毂由铝制造。
6.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述离心分开离合器进一步包括朝向所述离心分开离合器的中心突出的多个止动挡块，每个止动挡块被配置为防止所述多个弯曲部中的一个弯曲部弯曲超过所述止动挡块的位置。
7.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述离心分开离合器由从包括铝、钢和钛的金属组中选择的金属制造。
8.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述离心分开离合器由复合材料制造。
9.根据权利要求8所述的转子组件，其中所述复合材料包括碳纤维或凯夫拉尔。
10.根据权利要求1所述的转子组件，其中每个弯曲部包括第一末端和第二末端，所述第一末端耦接到所述离心分开离合器并且所述第二末端未耦接到所述离心分开离合器。
11.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述多个摩擦垫片中的每个摩擦垫片附接到所述多个弯曲部中的一个弯曲部的第二末端。
12.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述多个摩擦垫片由制动垫片材料制造。
13.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述转子组件耦接到飞行器。
14.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述多个弯曲部被配置为当所述转子的速度减小到低于所述速度阈值时将所述多个摩擦垫片重新接合到所述电动机的所述静止部分。
15.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述多个弯曲部被配置为由于由所述多个弯曲部中的每个弯曲部的质量所施加的离心力而将所述多个摩擦垫片从所述电动机的所述静止部分脱离。
16.根据权利要求1所述的转子组件，其中所述离心分开离合器进一步包括多个惯性质量块，每个惯性质量块耦接到弯曲部。
17.根据权利要求16所述的转子组件，其中所述多个弯曲部被配置为由于由所述多个惯性质量块所施加的离心力而将所述多个摩擦垫片从所述电动机的所述静止部分脱离。
【文档编号】F16D43/04GK103717493SQ201280036467
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2011年11月16日
【发明者】G·A·朗 申请人:吉.埃罗公司