CN103661926A - 变螺距装置和应用该装置的旋翼套件及多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改变桨叶螺距的变螺距装置，其包括固定座；连杆，用于贯穿驱动桨叶旋转的转动主轴，连杆与固定座相对活动设置；传动组件，与固定座相连接，传动组件包括用于安装桨叶的桨叶安装座，桨叶安装座与连杆相连，以在连杆相对转动主轴往复运动时，通过连杆驱动桨叶安装座转动以改变桨叶的螺距。本发明所提供的变螺距装置，其连杆穿过所述转动主轴设置，有利于变螺距装置的小型化。此外，本发明还公开了应用上述变螺距装置的旋翼套件和多旋翼飞行器。

Description

变螺距装置和应用该装置的旋翼套件及多旋翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器领域，尤其涉及一种变螺距装置和应用该装置的旋翼套件及多旋翼飞行器。

背景技术

相关技术的多旋翼飞行器，其包括机身、与所述机身相连且相对于所述机身对称分布的若干机臂、分别位于每个所述机臂上的旋翼套件和位于每个所述机臂上用于驱动所述旋翼套件的电机。任意旋翼套件具有旋翼和设于旋翼上的一对螺距固定的桨叶。其中，两两相邻旋翼的旋转方向相反，即，一半电机正时针旋转，另一半电机逆时针旋转，通过协调各个电机的转速来控制所述多旋翼飞行器的所述旋翼产生的升力，从而控制所述多旋翼飞行器的姿态和位移。

然而，相关技术的多旋翼飞行器，其桨叶的螺距固定，不能使所述旋翼产生负升力，存在以下几点不足：

1、只能单纯地通过调节每个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，致使多旋翼飞行器响应不够快且抗风能力不够强；

2、在下降过程中，必须降低转速，以减小旋翼升力，升力减小就意味着对多旋翼飞行器姿态控制的能力减弱，多旋翼飞行器会出现摇摆的情况甚至失控；

3、不能实现特技飞行；

4、当任意旋翼失效时，无法实现返航。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种变螺距装置、应用所述变螺距装置的旋翼套件和应用所述变螺距装置的具有响应快、抗风能力强、可特技飞行且可实现返航的多旋翼飞行器。

本发明是这样实现的：一种用于多旋翼飞行器的变螺距装置，其中，所述变螺距装置包括：

固定座；

连杆，用于贯穿驱动所述桨叶旋转的转动主轴，所述连杆与所述固定座相对活动设置；

传动组件，与所述固定座相连接，所述传动组件包括用于安装所述桨叶的桨叶安装座，所述桨叶安装座与所述连杆相连，以在所述连杆相对所述转动主轴往复运动时，通过所述连杆驱动所述桨叶安装座转动以改变所述桨叶的螺距。

优选地，所述固定座包括盖板且所述盖板上设有贯穿孔，所述转动主轴对应设有贯穿其轴线的通孔，所述连杆分别贯穿所述贯穿孔和所述通孔设置。

优选地，所述桨叶安装座包括至少一第一桨叶安装座和第二桨叶安装座，所述传动组件还包括：

至少一第一摆杆，所述第一摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第一桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第一桨叶安装座的绕第一方向转动；

至少一第二摆杆，所述第二摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第二桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第二桨叶安装座的绕第二方向转动。

优选地，所述传动组件还包括用于实现所述连杆分别与所述第一摆杆和所述第二摆杆相连接的导引件、与所述第一摆杆相连的第一凸起部和与所述第二摆杆相连的第二凸起部，所述导引件包括：

导向本体；

连接孔，设于所述导向本体上，用于连接所述连杆；

至少一第一滑槽，设于所述导向本体上，用于收容所述第一凸起部并相对滑动连接；

至少一第二滑槽，设于所述导向本体上，用于收容所述第二凸起部并相对滑动连接。

优选地，所述第一摆杆与所述第一桨叶安装座固定连接的一端呈钳状以夹持所述第一桨叶安装座，和/或所述第二摆杆与所述第二桨叶安装座固定连接的一端呈钳状以夹持所述第二桨叶安装座。

优选地，所述第一摆杆与所述第一桨叶安装座固定连接的一端为第一卡扣部且所述第一桨叶安装座对应设有第一卡扣槽以实现夹持，所述第二摆杆与所述第二桨叶安装座固定连接的一端为第二卡扣部且所述第二桨叶安装座对应设有第二卡扣槽以实现夹持。

优选地，所述导向本体临近所述第一桨叶安装座的第一侧面平行于所述导向本体临近所述第二桨叶安装座的第二侧面，所述第一滑槽设于所述第一侧面且所述第二滑槽设于所述第二侧面。

优选地，所述固定座设有筒状的固定架，所述桨叶安装座还包括套设于所述固定架内的第一旋转杆，以及套设于所述第一旋转杆外且收容在所述固定架内的第一连接件。

优选地，所述桨叶安装座设有卡置槽，用于夹持安装所述桨叶。

本发明另提供一种旋翼套件，其包括至少两片桨叶以及动力装置，所述至少两片桨叶组装成旋翼，所述动力装置设有用于驱动所述旋翼的转动主轴，其中，所述旋翼套件还配置有如上所述的变螺距装置。

优选地，所述固定座与所述动力装置相对紧邻设置，所述固定座设有侧壁，所述侧壁自所述固定座的盖板往所述动力装置方向延伸并相连接。

优选地，所述盖板和/或所述侧壁上设有若干散热孔。

优选地，所述旋翼套件还包括用于驱动所述连杆的直线舵机或丝杠。

本发明另提供一种多旋翼飞行器，其包括机身、与所述机身相连的若干机臂以及分别位于每个所述机臂上的旋翼套件，其中，所述旋翼套件配置有如上所述的变螺距装置。

优选地，所述多旋翼飞行器还包括套设于所述连杆上的第二连接件。

本发明所提供的变螺距装置和应用所述变螺距装置的旋翼套件，其连杆穿过所述转动主轴设置，有利于变螺距装置及旋翼套件的小型化。另外，本发明提供的应用上述变螺距装置的多旋翼飞行器，通过调整桨叶的螺距的方式来改变旋翼产生的升力，使其响应速度快、抗风能力强、不易摇摆、能实现特技飞行且当任意旋翼失效时，可实现返航功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的变螺距装置的立体分解图，其中，还显示了用于驱动桨叶的动力装置；

图2是本发明实施例提供的变螺距装置的立体图，其中，还显示了用于驱动桨叶的动力装置；

图3是本发明实施例提供的变螺距装置的剖视图，其中，还显示了用于驱动桨叶的动力装置；

图4是本发明实施例提供的变螺距装置的俯视图，其中，还显示了用于驱动桨叶的动力装置；

图5应用图1所示的变螺距装置的多旋翼飞行器的俯视示意图；

图6应用图1所示的变螺距装置的旋翼套件的立体图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种多旋翼飞行器，其与遥控器配合用于进行航拍、地图测绘、灾情调查和救援、空中监控和输电线路巡检等。工作时，所述多旋翼飞行器搭载云台和摄像机并接收遥控器的遥控信号，从而实现上述功能。另外，所述多旋翼飞行器亦可实现空中特技和旋翼失效后的返航功能。

如图1至图6所示，本发明的多旋翼飞行器100包括机身1、与所述机身1相连且相对于所述机身1对称分布的若干机臂2和分别位于每个所述机臂2上的旋翼套件3。任意所述旋翼套件3包括具有至少两片桨叶31的旋翼32、用于改变所述桨叶31的螺距的变螺距装置10和驱动所述变螺距装置10的舵机11。所述多旋翼飞行器100还包括驱动所述桨叶31转动的动力装置41。需要说明的是，本实施例也可以根据实际需要而将机臂2与旋翼套件3配套生产制造，即机臂2附属于旋翼套件3中，在此不作限定。

所述变螺距装置10包括与所述动力装置41相对紧邻设置的固定座12、贯穿所述固定座12且相对所述固定座12活动设置的连杆13和与所述固定座12相连接的传动组件50。

所述固定座12包括盖板14、自所述盖板14向所述动力装置41方向延伸并与动力装置41连接的若干侧壁15、位于所述盖板14中部的贯穿孔16、设于所述盖板14上的一对相隔一定距离的固定架61以及设置在所述盖板14和/或侧壁15上的若干散热孔17。组装时，所述连杆13位于所述一对所述固定架61的间隔处。任意所述固定架61呈空心的筒状，其包括贯穿其上的固定孔611。

所述传动组件50包括固定在所述连杆13上的导引件51和分别与所述导引件51的两端转动相连的第一曲柄521和第二曲柄522和分别收容在所述固定架61的固定孔611上的桨叶安装座60。

所述桨叶安装座60包括分别固定每个桨叶30的第一桨叶安装座601和第二桨叶安装座602。所述导引件51呈长条形，其包括导向本体53、设于所述导向本体53上用于连接所述连杆13的连接孔54以及分别设于所述导向本体53上的第一滑槽551和第二滑槽552。所述导向本体53与所述连杆13的轴线垂直，以将所述连杆13的驱动力快速传递给所述第一、第二曲柄521、522，其包括临近所述第一桨叶安装座601的第一侧面531和临近所述第二桨叶安装座602的第二侧面532。所述第一滑槽551设于所述第一侧面531且所述第二滑槽552设于所述第二侧面532；所述第一侧面531与第二侧面532平行。优选地，所述第一、第二滑槽551、552的延伸方向分别垂直于所述连杆13的轴线。所述第一曲柄521包括第一摆杆571和与所述第一摆杆571相连并收容在所述第一滑槽551内的第一凸起部561。所述第二曲柄522包括第二摆杆572和与所述第二摆杆572上并收容在所述第二滑槽552内的第二凸起部562。所述第一、第二摆杆571、572可以呈平板状或杆状等，其与所述导向本体53平行设置，这样所述传动组件50的结构紧凑，以减小所述旋翼飞行器100的体积。本发明利用所述第一、第二滑槽551、552和所述第一、第二凸起部561、562的滑动配合，实现传动功能且有利于所述多旋翼飞行器100小型化。其实，所述第一、第二滑槽551、552和所述第一、第二凸起部561、562的滑动配合结构也可以用本领域熟知的球头连接结构替换。

所述桨叶安装座60的第一、第二桨叶安装座601、602分别收容在所述固定架61内。所述第一桨叶安装座601包括柱状的第一旋转杆630和自所述第一旋转杆630的一端彼此平行延伸的第一桨叶夹持片641。所述桨叶安装座60还设有夹持安装对应所述桨叶30的卡置槽66。所述第二桨叶安装座602的结构与第一桨叶安装座601的结构相同，故不再赘述。所述第一摆杆571与所述第一桨叶安装座601固定连接的一端呈钳状以夹持所述第一桨叶安装座601，和/或所述第二摆杆572与所述第二桨叶安装座602固定连接的一端呈钳状以夹持所述第二桨叶安装座602。本实施方式中，所述第一摆杆571还设有第一卡扣部581；所述第二摆杆572还设有第二卡扣部582。所述第一桨叶安装座601还包括分别位于所述第一旋转杆630上且可分别卡扣在所述第一摆杆571的第一卡扣部581内的第一卡扣槽651；所述第二桨叶安装座602包括卡扣在所述第二摆杆572的第二卡扣部582内的第二卡扣槽652。优选地，所述第一桨叶安装座601还包括套设在所述第一旋转杆630外且收容在所述固定孔611内的第一连接件631。所述第一连接件631可协助第一旋转杆630相于所述固定架61稳定且流畅地旋转。本实施方式中，所述第一连接件631为滚动轴承。当然，所述第一连接件也可以用本领域技术人员熟知的实现上述连接和稳定旋转的部件替换。

本实施方式中，所述连杆13与所述舵机11相连，可沿其轴线相对于所述固定座12上、下往复运动。所述变螺距装置10的所述连杆13与所述舵机11相连、所述传动组件50与所述连杆13配合，用以将所述连杆13的上、下往复运动力转换为所述桨叶安装座60绕其第一旋转杆630的轴旋转的运动，从而控制所述桨叶31快速、精准变化，改变所述桨叶31的螺距。所述舵机11优选直线舵机，用以提高所述桨叶31的螺距的调整精度和响应速度；当然，在其他实施例中也可以采用丝杠来驱动连杆13，在此不作限定。

所述动力装置41包括驱动所述桨叶31旋转的转动主轴43、与所述转动主轴43转动相连的转子45和与所述转动主轴43相连的定子44。所述固定座12的所述侧壁15与所述转子45相连。当所述转子45转动时，其带动所述固定座12整体转动，从而带动所述桨叶安装座60转动，最后实现所述桨叶31的转动。所述转动主轴43呈空心，其设有贯穿其轴线的通孔431。所述转动主轴43的内壁和所述连杆13的外壁相对平行设置。组装时，所述连杆13的一端分别穿过所述转动主轴43的所述通孔431和所述固定座12的所述贯穿孔16与所述传动组件50相连，这样可实现所述多旋翼飞行器100的小型化。当然，所述连杆13可以仅穿过所述转动主轴43也可以实现所述多旋翼飞行器100的小型化。所述传动组件50在所述连杆13相对于所述转动主轴43往复运动时，驱动所述桨叶安装座60转动以改变所述桨叶31的螺距。其中，本实施例动力装置41可以采用电机的方式，具体可以采用小型无刷电机，在此不作限定。

优选地，所述多旋翼飞行器100还包括位于所述转动主轴43的所述通孔431内且套设在所述连杆13上的第二连接件46。所述第二连接件46在所述连杆13上、下往复运动时起润滑的作用。所述动力装置41依靠所述固定座12上的所述若干散热孔17散热。所述第二连接件46为直线轴承，也可以用轴套等本领域熟悉的起润滑作用的部件替换。

除上述结构外，本实施例的变螺距装置10还可以设有上盖（图未示），所述上盖用于收容保护导向件51，进一步地，所述上盖配合固定架61和盖板14形成相对封闭的空间，以将导向件51、连杆13等结构包覆住，通过这种方式既能保护细小的结构被碰撞破坏，还能改善变螺距装置10整体的美观性。

在其他可选择的实施方式中，为降低所述多旋翼飞行器的总重量，所述驱动所述旋翼32旋转的所述动力装置41除了采用电机的方式，也可以利用皮带传动装置等机械传动装置替换。即，所述皮带传动装置带动所述固定座转动。本实施方式中，所述转动主轴43和所述转子45分别与所述固定座12直接相连，利用所述转子45和所述转动主轴43共同作用，驱动所述固定座12整体转动。其实，所述固定座也可以借助其他部件与转子和/或所述固定座间接相连；或者仅依靠所述转动主轴与所述固定座分别直接相连，驱动所述固定座整体转动；再或者仅依靠所述转子与所述固定座分别直接相连，固定座整体转动。当仅利用所述转子驱动所述固定座时，所述转动主轴跟随所述固定座一起转动；或者所述转动主轴不旋转，只有所述固定座单独旋转。综上所述，本发明所称“相连”包括直接相连和间接相连两种连接方式。另外，所述转动主轴可以不借助所述转子实现转动，其可利用皮带传动装置等机械装置的带动下实现转动。

所述桨叶31的变螺距过程为：所述舵机11转动，带动与其相连的所述连杆13向上运动，所述导引件51在所述连杆13的带动下同时推动所述第一曲柄521绕第一方向转动和所述第二曲柄522绕第二方向转动，从而带动所述桨叶安装座60分别绕对应的方向转动（第一桨叶安装座601绕第一方向转动、第二桨叶安装座绕第二方向转动），进而使得两片桨叶31与其转动平面之间的夹角同时增大（即螺距增大），增加总力矩；反之若需要减小力矩，则使所述连杆13向下运动，此时第一桨叶安装座601绕第二方向转动、第二桨叶安装座绕第一方向转动，使得两片桨叶31与水平面之间的夹角同时减小（即螺距减小），或者呈负角度增大而形成负升力（使旋翼旋转后产生加速下降的反向动力），本实施例通过上述过程实现所述多旋翼飞行器变螺距过程。其中，在只有两片桨叶时，所述第一、第二方向互逆。

值得注意的是，本发明也可以根据实际情况而调整所述连杆13与桨叶31之间的驱动方式，而将所述连杆13向上运动设置为减小螺距、所述连杆13向下运动设置为增大螺距，其对应改变传动组件50的结构和配合方式即可，在本技术领域人员容易结合理解的范围内，不作赘述和限定。

在其它可选择的实施方式中，所述传动组件可以直接仅采用桨叶安装座的方式，所述连杆和所述桨叶安装座之间可以采用彼此啮合的齿轮结构，所述连杆直接运动即可驱动桨叶安装座旋转。

此外，所述传动组件的所述导引件、所述第一、第二滑槽和所述第一、第二凸起部都可以省略，而直接利用所述第一、第二摆杆分别与所述连杆和对应的所述桨叶安装座相连。具体为：所述传动组件包括与所述连杆相连用于安装所述至少两片桨叶的第一桨叶安装座和第二桨叶安装座、至少一第一摆杆和至少一第二摆杆。所述第一摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第一桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第一桨叶安装座的绕第一方向转动；所述第二摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第二桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第二桨叶安装座的绕第二方向转动；其中，所述第一方向和所述第二方向互逆。

另外，在另一种可选择的实施方式中，所述第一、第二摆杆采用软性材料，所述连杆可以通过扭动旋转，拉扯桨叶安装座迫使其转动。

值得注意的是，本发明的其他实施例中还可以采用现有技术的直升机尾桨的变螺距装置来实现变螺距的功能，在此不作赘述。

本发明的所述多旋翼飞行器，其设有所述变螺距装置，带来如下优点：

(一)本发明中的所述多旋翼飞行器，其设有所述变螺距装置。所述变螺距装置的所述连杆穿过所述转动主轴的轴线设置，有利于所述多旋翼飞行器的小型化。

(二)本发明中的所述多旋翼飞行器具有所述变螺距装置，在转速变化的同时，所述桨叶的螺距可以随之变化，有效的提高了所述动力装置在每一个转速下的最高效率，提高了有效负荷，是高效的多旋翼飞行器。同时，所述旋翼转速不会大范围变化，对所述多旋翼飞行器姿态的控制能力更强且抗风性能更好，是一种稳定的多旋翼飞行器。

(三)有效负荷的提升可以减少所述旋翼的直径。根据空气动力学，所述旋翼直径越大，操纵性能差、抗风能力低、容易摇摆和失控；因此，本发明的多旋翼飞行器的操作性能大大提高。

(四)当任意所述旋翼失效时，可以通过控制其他有效所述旋翼的所述桨叶的螺距的变化，实现所述多旋翼飞行器的返航功能。

(五)本发明中的所述多旋翼飞行器的所述变螺距装置，可实现多旋翼飞行器的特技飞行。

需要说明的是，本实施例中的前端、上、下等位置术语，是以多旋翼飞行器的常规运行姿态为参照的，而不应当认为是限制性的。本发明实施例附图提供的为一种十字形布局四旋翼飞行器，所述机身和机臂采用了省略画法，本发明亦可以应用于大于四个的偶数旋翼飞行器上。当然，本发明亦可用于五个以上的奇数旋翼的飞行器上。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于改变桨叶螺距的变螺距装置，其特征在于，所述变螺距装置包括：

固定座；

连杆，用于贯穿驱动所述桨叶旋转的转动主轴，所述连杆与所述固定座相对活动设置；

传动组件，与所述固定座相连接，所述传动组件包括用于安装所述桨叶的桨叶安装座，所述桨叶安装座与所述连杆相连，以在所述连杆相对所述转动主轴往复运动时，通过所述连杆驱动所述桨叶安装座转动以改变所述桨叶的螺距。

2.根据权利要求1所述的变螺距装置，其特征在于，所述固定座包括盖板且所述盖板上设有贯穿孔，所述转动主轴对应设有贯穿其轴线的通孔，所述连杆分别贯穿所述贯穿孔和所述通孔设置。

3.根据权利要求1或2所述的变螺距装置，其特征在于，所述桨叶安装座包括至少一第一桨叶安装座和第二桨叶安装座，所述传动组件还包括：

至少一第一摆杆，所述第一摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第一桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第一桨叶安装座的绕第一方向转动；

至少一第二摆杆，所述第二摆杆的一端与所述连杆相连接，另一端与第二桨叶安装座连接，用于将所述连杆的往复运动转换为所述第二桨叶安装座的绕第二方向转动。

4.根据权利要求3所述的变螺距装置，其特征在于，所述传动组件还包括用于实现所述连杆分别与所述第一摆杆和所述第二摆杆相连接的导引件、与所述第一摆杆相连的第一凸起部和与所述第二摆杆相连的第二凸起部，所述导引件包括：

导向本体；

连接孔，设于所述导向本体上，用于连接所述连杆；

至少一第一滑槽，设于所述导向本体上，用于收容所述第一凸起部并相对滑动连接；

至少一第二滑槽，设于所述导向本体上，用于收容所述第二凸起部并相对滑动连接。

5.根据权利要求4所述的变螺距装置，其特征在于，所述第一摆杆与所述第一桨叶安装座固定连接的一端呈钳状以夹持所述第一桨叶安装座，和/或所述第二摆杆与所述第二桨叶安装座固定连接的一端呈钳状以夹持所述第二桨叶安装座。

6.根据权利要求5所述的变螺距装置，其特征在于，所述第一摆杆与所述第一桨叶安装座固定连接的一端为第一卡扣部且所述第一桨叶安装座对应设有第一卡扣槽以实现夹持，所述第二摆杆与所述第二桨叶安装座固定连接的一端为第二卡扣部且所述第二桨叶安装座对应设有第二卡扣槽以实现夹持。

7.根据权利要求4所述的变螺距装置，其特征在于，所述导向本体临近所述第一桨叶安装座的第一侧面平行于所述导向本体临近所述第二桨叶安装座的第二侧面，所述第一滑槽设于所述第一侧面且所述第二滑槽设于所述第二侧面。

8.根据权利要求1所述的变螺距装置，其特征在于，所述固定座设有筒状的固定架，所述桨叶安装座还包括套设于所述固定架内的第一旋转杆，以及套设于所述第一旋转杆外且收容在所述固定架内的第一连接件。

9.根据权利要求1或2所述的变螺距装置，其特征在于，所述桨叶安装座设有卡置槽，用于夹持安装所述桨叶。

10.一种用于多旋翼飞行器的旋翼套件，所述旋翼套件包括至少两片桨叶以及动力装置，所述至少两片桨叶组装成旋翼，所述动力装置设有用于驱动所述旋翼的转动主轴，其特征在于，所述旋翼套件还配置有根据权利要求1～9任一项所述的变螺距装置。

11.根据权利要求10所述的旋翼套件，其特征在于，所述固定座与所述动力装置相对紧邻设置，所述固定座设有侧壁，所述侧壁自所述固定座的盖板往所述动力装置方向延伸并相连接。

12.根据权利要求11所述的旋翼套件，其特征在于，所述盖板和/或所述侧壁上设有若干散热孔。

13.根据权利要求10～12任一项所述的旋翼套件，其特征在于，所述旋翼套件还包括用于驱动所述连杆的直线舵机或丝杠。

14.一种多旋翼飞行器，其包括机身、与所述机身相连的若干机臂以及分别位于每个所述机臂上的旋翼套件，其特征在于，所述旋翼套件配置有根据权利要求1～9任一项所述的变螺距装置。

15.根据权利要求14所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器还包括套设于所述连杆上的第二连接件。

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