CN105383691B - 用于多旋翼无人机动力装置的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多旋翼无人机动力装置的电机，所述电机的转子为空心传动轴，所述空心传动轴内部为旋转隔离空心轴，所述空心传动轴与旋转隔离空心轴套接相连构成一个类轴承部件，所述旋转隔离空心轴内安装有可进行活塞推拉运动的螺距调节杆；所述空心传动轴作为类轴承部件的外环构成电机转子，所述旋转隔离空心轴作为类轴承部件的内环与电机定子固定相连，所述外环与所述内环之间放置两个保持架，所述保持架内放置滚珠。本发明将电机转子设计成空心结构，通过在电机内部安装螺距调节杆以推拉活塞运动带动电机螺旋桨的螺距变化，实现快速改变螺旋桨产生的升力，显著提高多旋翼的机动性、操纵性和安全性。

Description

用于多旋翼无人机动力装置的电机
技术领域
本发明涉及一种电机装置，尤其涉及一种用于多旋翼无人机动力装置的电机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。无人机目前在航拍、农业植保、测绘等领域已经获得广泛应用。
近年来，因多旋翼结构简单和优良的操控性能，已发展成为微小型无人机市场的主流无人机类型，多旋翼无人机的飞行动力和姿态调整由多个旋翼协调完成，各旋翼的升力变化依赖于螺旋桨的速度变化，当桨叶尺寸越大，惯性越大，螺旋桨速度变化越慢，机动性和操纵性越差，这成为制约大尺寸多旋翼发展的重要因素之一。因此，有必要对现有的多旋翼无人机动力装置进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于多旋翼无人机动力装置的电机，使用该电机能够方便地实现可变螺距的多旋翼无人机动力装置，快速改变螺旋桨产生的升力，显著提高了多旋翼的机动性、操纵性和安全性，且结构简单，易于实施。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于多旋翼无人机动力装置的电机，所述电机的转子为空心传动轴，所述空心传动轴内部为旋转隔离空心轴，所述空心传动轴与旋转隔离空心轴套接相连构成一个类轴承部件，所述旋转隔离空心轴内安装有可进行活塞推拉运动的螺距调节杆。
上述的用于多旋翼无人机动力装置的电机，其中，所述空心传动轴作为类轴承部件的外环构成电机转子，所述旋转隔离空心轴作为类轴承部件的内环与电机定子固定相连，所述外环与所述内环之间放置两个保持架，所述两个保持架靠近空心传动轴的两端，所述保持架内放置滚珠，从而在空心传动轴内部构成一个隔离转子转动的通道。
上述的用于多旋翼无人机动力装置的电机，其中，所述螺距调节杆包括同步转臂和推拉杆，所述同步转臂的一端通过第一单自由度转动关节连接第一联动杆，另一端通过第二单自由度转动关节连接第二联动杆，所述同步转臂的中间通过第四单自由度转动关节和推拉杆的上端转动相连，所述推拉杆的下端通过第三单自由度转动关节连接第三联动杆，所述第一联动杆、第二联动杆和第三联动杆的另一端均设有变距关节轴套孔。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的用于多旋翼无人机动力装置的电机将转子设计成空心传动轴，通过在空心传动轴电机内部安装螺距调节杆以推拉活塞运动带动电机螺旋桨的螺距变化，实现快速改变螺旋桨产生的升力，显著提高了多旋翼的机动性、操纵性和安全性，且结构简单，易于实施。
附图说明
图1为由本发明电机组成的可变螺距的多旋翼无人机动力装置结构示意图；
图2为本发明使用的可变螺距螺旋桨结构示意图；
图3a为本发明的空心轴电机轴向剖面结构示意图；
图3b为本发明的空心轴电机另一轴向剖面结构示意图；
图3c为本发明的空心轴电机横向剖面结构示意图；
图4为本发明的螺距调节杆结构示意图；
图5为由本发明电机组成的可变螺距的四旋翼无人结构示意图。
图中：
1 机架臂 2 螺旋桨 3 电机
4 螺距调节杆 5 舵机 5a 舵机力臂
6 电子舱结构 21 桨叶 22 变螺距机构
221 桨叶固定夹 222 变距轴 223 桨毂
221a 变距联动轴 31 空心传动轴 32 旋转隔离空心轴
33 滚珠 41 第一单自由度转动关节 42 第二单自由度转动关节
43 第三单自由度转动关节 44 第四单自由度转动关节
45 第一联动杆 46 第二联动杆 47 第三联动杆
48 变距关节轴套孔 49 同步转臂 410 推拉杆
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为由本发明电机组成的可变螺距的多旋翼无人机动力装置结构示意图。
固定螺距多旋翼无人机是通过调节多个螺旋桨的转动速度来改变其产生的升力以实现空间机动飞行。其实除了转速外，调节螺旋桨的螺距也可改变螺旋桨的升力；那么如何安全可靠实现螺距调节。本发明考虑提供一种可变螺距的多旋翼无人机动力装置，而要实现可变螺距，关键是要提供一种专用的空心轴电机。请参见图1，本发明的多旋翼无人机由4个及以上的偶数个多旋翼无人机动力装置拼接组成，所述多个动力装置为中心对称且轴对称结构，所述动力装置包含机架臂1，机架臂1的末端安装有电机3和舵机5，机架臂1的另一端固定安装于多旋翼几何中心的电子舱结构6上，其中，所述电机3的转子为空心传动轴31，所述空心传动轴31内部为旋转隔离空心轴32，所述旋转隔离空心轴32内安装有可进行活塞推拉运动的螺距调节杆4，所述螺距调节杆4与螺旋桨2转动相连，所述螺旋桨2包括两片桨叶21和变螺距机构22；所述螺距调节杆4的上端和螺旋桨2的变螺距机构22转动连接，所述螺距调节杆4的下端和舵机力臂5a转动连接。
本发明可使用的变螺距机构如图2所示，所述变螺距机构22包括两个桨叶固定夹221、两个变距轴222和桨毂223；所述两片桨叶21安装在桨叶固定夹221上，所述桨叶固定夹221绕变距轴222转动以改变桨叶21的桨叶角；所述两个桨叶固定夹221上各设有变距联动轴221a，所述变距联动轴分别嵌入螺距调节杆4的第一联动杆45和第二联动杆46末端的变距关节轴套孔48,构成单自由度转动关节；桨毂223固定安装在电机3的空心传动轴31上，由空心传动轴31带动螺旋桨转动，舵机5驱动螺距调节杆4进行活塞推拉运动，从而带动桨叶固定夹221绕其变距轴222转动以对桨叶21的桨叶角进行调整，实现螺距调节。
本发明提供的用于多旋翼无人机动力装置的电机3，所述空心传动轴31与旋转隔离空心轴32套接构成一个类轴承部件，所述类轴承部件的外环为电机转子(即空心传动轴31)，内环(即旋转隔离空心轴32)与电机定子固定相连，所述外环与所属内环之间放置两个保持架，所述两个保持架分别位于靠近空心传动轴的两端，所述保持架内放置滚珠，从而在空心传动轴内部构成一个隔离转子转动的通道。具体结构如图3a、图3b和图3c所示。
请继续参见图4，本发明提供的用于多旋翼无人机动力装置的电机，所述螺距调节杆4包括同步转臂49和推拉杆410，所述同步转臂49的一端通过第一单自由度转动关节41连接第一联动杆45，另一端通过第二单自由度转动关节42连接第二联动杆46，所述同步转臂49的中间通过第四单自由度转动关节44和推拉杆410的上端转动相连，所述推拉杆410的下端通过第三单自由度转动关节43连接第三联动杆47，所述第一联动杆45、第二联动杆46和第三联动杆47的另一端均设有变距关节轴套孔48；所述第一联动杆45上的变距关节轴套孔48嵌入螺旋桨2的一个变距联动轴221a中组成第五单自由度转动关节，所述第二联动杆46上的变距关节轴套孔48嵌入螺旋桨2的另一个变距联动轴221a组成第六单自由度转动关节，所述第五单自由度转动关节、第六单自由度转动关节与第一单自由度转动关节41、第二单自由度转动关节42均在一个平面内转动，所述第三联动杆47上的变距关节轴套孔48和舵机力臂5a上的变距关节轴套孔通过外加一根关节轴组成第七单自由度转动关节，所述第七单自由度转动关节与第三单自由度转动关节43在同一个平面内转动；所述螺距调节杆4的同步转臂49可绕所述螺距调节杆4的推拉杆410转动，所述同步转臂49与螺旋桨在一个平面内共轴同步转动，所述舵机5驱动螺距调节杆4使推拉杆410在旋转隔离空心轴32内做活塞推拉运动，从而通过带动桨叶固定夹221绕变距轴222转动以改变桨叶角实现螺距调整。
本发明提供的可变螺距的多旋翼无人机动力装置，通过在电机3内部安装螺距调节杆4，电机3带动螺旋桨2和螺距调节杆4的同步转臂49分别绕空心传动轴和绕推拉杆410进行共轴转动，舵机5驱动螺距调节杆4的推拉杆410在旋转隔离空心轴32内做活塞推拉运动使同步转臂49相对螺旋桨2的距离发生变化，从而引起位置对称的第一联动杆45和第二联动杆46同时带动两个桨叶固定夹221绕变距轴222转动以改变桨叶21的桨叶角，使螺旋桨2的螺距迅速变化来改变螺旋桨产生的升力并实现快速机动飞行。请继续参见图5，以四旋翼无人机为例，四旋翼由4个所述机架臂1以中心对称且轴对称结构组成，机架臂1不安装电机的一端固定于四旋翼几何中心的电子舱结构6上，因此具有四个对称机架臂和动力源，四个螺旋桨2的桨毂223分别固定安装于机架臂1上的电机3的空心传动轴31上，相邻的螺旋桨2旋转方向相反，对称轴线上的螺旋桨2旋转方向相同，固定螺距四旋翼通过控制算法调节4个电机速度来改变螺旋桨产生的升力，从而实现空间6自由度机动飞行，螺旋桨转动惯量越大，速度改变越慢，机动性和操纵性也越差，对稳定飞行极为不利。而本发明的可变螺距四旋翼的电机速度不变，通过调节螺旋桨2的变螺距机构22实现螺距调整，从而改变螺旋桨产生的升力，由于不受到螺旋桨转动惯量的影响，螺旋桨升力将迅速达到期望值，显著提高无人机的机动性和操纵性；另外，将桨叶角调整为负值还可以改变桨叶的吹风方向，使无人机不仅可以向下吹风，也可以向上吹风，当向上吹风时，四旋翼以上下颠倒的姿态进行飞行，比如，当无人机由于任务需求或姿态机动过大而导致翻转而颠倒过来时，仍然可以正常进行控制，从而使四旋翼能够在任何姿态下都可控，大大提高了四旋翼的飞行安全性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (1)

1.一种用于多旋翼无人机动力装置的电机，其特征在于，所述电机的转子为空心传动轴(31)，所述空心传动轴(31)内部为旋转隔离空心轴(32)，所述空心传动轴(31)与旋转隔离空心轴(32)套接相连构成一个类轴承部件，所述旋转隔离空心轴(32)内安装有可进行活塞推拉运动的螺距调节杆(4)；所述空心传动轴(31)作为类轴承部件的外环构成电机转子，所述旋转隔离空心轴(32)作为类轴承部件的内环与电机定子固定相连，所述外环与所述内环之间放置两个保持架，所述两个保持架靠近空心传动轴(31)的两端，所述保持架内放置滚珠(33)，从而在空心传动轴(31)内部构成一个隔离转子转动的通道；所述螺距调节杆(4)包括同步转臂(49)和推拉杆(410)，所述同步转臂(49)的一端通过第一单自由度转动关节(41)连接第一联动杆(45)，另一端通过第二单自由度转动关节(42)连接第二联动杆(46)，所述同步转臂(49)的中间通过第四单自由度转动关节(44)和推拉杆(410)的上端转动相连，所述推拉杆(410)的下端通过第三单自由度转动关节(43)连接第三联动杆(47)，所述第一联动杆(45)、第二联动杆(46)和第三联动杆(47)的另一端均设有变距关节轴套孔(48)。
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