CN106005361A - 航空动力单元及其飞行机架和模块化飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空动力单元及其飞行机架和模块化飞行器，飞行机架外围设置有多个与航空动力单元连接的接口，单个或多个串联的航空动力单元及叠加层级设置的航空动力单元可以按照不同的方式排布在飞行机架的外围，实现模块化的组合方式，以提供多种形式动力驱动方式，使得航空动力单元和飞行机架模块化组合的模块化飞行器，结构简单，组装方便、效率高，组装形式灵活多变，可满足用户不同的组装需求。

Description

航空动力单元及其飞行机架和模块化飞行器

【技术领域】

本发明涉及航空飞行设备，尤其涉及航空动力单元及其飞行机架和模块化飞行器。

【背景技术】

目前，多轴飞行器具有成本低、易操作、风险小和可以超低空飞行等特点，可以利用其所搭载的摄影设备进行画面拍摄，获取影像资料，并将所获取的影像资料传送回地面。多轴飞行器目前已经被广泛运用到航拍、电力巡线、空中侦察、模拟飞行、资助无人机等领域，用以监控取证以及特殊位置的观测等，可以实现实施现场视频画面的传输，供指挥者进行决策和判断，是一种获取信息的重要工具。另外，简易结构的多轴飞行器在玩具领域也收到广泛的喜爱。

目前，飞行器有二轴飞行器、三轴飞行器、四轴飞行器以及更多轴的飞行器。二轴飞行器依靠倾转航空动力单元及调整其旋翼的转速以实现姿态控制；三轴飞行器依靠调整三个航空动力单元的旋翼的转速和其中一个航空动力单元的倾转来实现姿态控制；四轴飞行器依靠调整四个航空动力单元的旋翼的转速来控制飞行姿态；六轴飞行器和八轴飞行器同样依靠靠调整航空动力单元的桨的转速来控制飞行姿态。

目前，市场上的飞行器主要有两种结构：一、机架整体成型，其他部件采用螺栓连接；二、各部件之间采用螺栓连接，通过实践环节发现，上述两种结构分别存在如下的缺陷：对于机架整体成型的飞行器而言，由于受到体积和形状结构的限制，其首先是加工过程比较复杂、适用范围小；同时当局部发送损坏(比如摔、碰等)时，则需要整体进行更换，因此浪费材料资源，同时也增加了成本，特别是采用旋翼类的多轴飞行器，这类飞行器的支撑臂与主机体一般通过防滑螺栓连接成了一个整体，导致翼飞行器的几何尺寸大，不便于运输，而且由于支撑臂和支撑板的连接大部分都是采用防滑螺栓，用户维修时需要携带专用的工具将其各个部件拆卸和更换，整个维修过程繁琐、复杂；对于各部件之间采用螺栓连接的飞行器而言，其存在组装过程繁琐，安装效率低；同时，大量螺栓的使用，也增加了飞行器的重量，导致飞行的灵活性差。

【发明内容】

本发明的第一发明目的是，提供一种具有组装方便、质量小，易拆卸，容易互换维修，便于组合成多种动力驱动方式的插拔式航空动力单元。

本发明的第二发明目的是，提供一种具有高度灵活性组装方便、容易互换维修，便于与航空动力单元快速组装的飞行机架。

本发明提供一种具有高度灵活性组装方便、质量小，易拆卸、强度高，每个模块单元容易互换维修，各模块单元之间便于快速组装的插拔式模块化飞行器。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

航空动力单元，包括支架、至少一个旋翼和用于驱动所述旋翼旋转的电机，所述旋翼安装在所述电机的转轴上；所述电机安装在所述支架上；所述支架上设置有用于与飞行器的飞行机架上的电动旋转安装接口匹配的安装锁定部。

如上所述的航空动力单元，所述支架上安装有电调，所述安装锁定部上设置有动力电接口和控制信号接口。

如上所述的航空动力单元，所述旋翼外围设置有一防止其损伤的保护圈，保护圈的径向上设有至少一个便于安装固定电机的支撑筋；

所述保护圈外缘设置有至少一个便于与比邻动力单元串接或与飞行机架连接的插销串接件，该插销串接件包括电调模块、插接部和销扣连接部，电调模块安装于插接部后侧并与电机电连接配合，所述插接部与销扣连接部之间插销锁扣将两个比邻的动力单元串接固定连接或将动力单元和飞行机架连接固定；

所述插接部和销扣连接部上还设有便于两者上的信号控制线和电源控制线分别连接的接线端。

如上所述的航空动力单元，所述插销串接件的插接部包括至少两个销孔、插接头和多个分别与信号控制线或电源控制线连接的导线插头，所述导线插头安装于插接头前端内侧，所述插接头后端与保护圈固定连接，所述电调模块安装于插接头与保护圈之间形成的空腔中。

如上所述的航空动力单元，所述销扣连接部包括与比邻动力单元的保护圈固定连接或安装于飞行机架上的装配臂、插槽和销扣拉销块，插槽设置于装配臂前端且两者一体成形，所述插槽内设置有与插接部的导线插头插接配合并对应与信号控制线或电源控制线连接的导线插孔座，所述销扣拉销块下侧设置有与插接部上销孔配合的锁扣销和锁紧拉扣固定于装配臂上拉销，装配臂上还设有与拉销配合的拉销孔，所述销扣拉销块通过下侧的锁扣销和拉销将插接部与销扣连接部固定连接。

如上所述的航空动力单元，该航空动力单元还包括两个同轴心设置的保护圈，每个保护圈上分别安装有由电机驱动的旋翼，两个保护圈之间设有便于两个旋翼同时鼓风的涵道圈。

飞行机架，该飞行机架上安装有电源、主控板和通讯模块，所述飞行机架周向均设置有多个用于安装航空动力单元的电动旋转安装接口。

这样便可在飞行机架上根据需要设置动力单元的数量，执行特定的飞行模式。如在机架的电动旋转安装接口上安装两个动力单元时，便可使用二轴飞行模式进行飞行；在机架的电动旋转安装接口上安装三个动力单元时，便可使用三轴飞行模式进行飞行；在机架的电动旋转安装接口上安装六个动力单元时，便可使用六轴飞行模式进行飞行。在4个或以上的电动旋转安装接口上安装动力单元时，既可以执行不倾转动力单元的多轴飞行模式，又可执行倾转动力单元的矢量飞行模式，还可部分执行倾转动力单元的混合飞行模式。飞行模式灵活多变，从而实现多种飞行特性的飞行控制，满足多种飞行环境和飞行任务需求。

如上所述的飞行机架，该飞行机架的壳体的周向均匀设有至少两个可相对于整体机架转动的旋转串接件，每个旋转串接件包括旋翼偏转电机、旋转部、及与动力单元相匹配连接的销扣连接部，所述旋翼偏转电机固定于机壳上，旋翼偏转电机通过旋转部和销扣连接部控制动力单元上旋翼偏转一定角度飞行。

模块化飞行器，包括飞行机架、电源、主控板、通讯模块、电调模块和安装有电机及旋翼的航空动力单元；

所述飞行机架周向均设置有多个电动旋转安装接口；

所述飞行机架上设置有与所述电动旋转安装接口匹配的安装锁定部。

如上所述的模块化飞行器，所述飞行机架包括顶盖、机壳，所述顶盖扣盖于机壳顶端；

所述机壳上侧内安装有动力电源、主控板和通讯模块；

所述机壳的周向均匀设有至少两个可相对于整体机架转动的旋转串接件，每个旋转串接件包括旋翼偏转电机、旋转部和销扣连接部，所述旋翼偏转电机固定于上、下机壳上，旋翼偏转电机通过旋转部和销扣连接部控制动力单元上旋翼偏转一定角度飞行；

所述飞行机架外围连接有至少两个均匀设置的航空动力单元，每个航空动力单元包括至少一个旋翼和用于驱动旋翼旋转的电机；

所述旋翼外围设置有一防止其损伤的保护圈，保护圈的径向上设有至少一个便于安装固定电机的支撑筋；

所述保护圈外缘设置有至少一个便于与比邻航空动力单元串接或与飞行机架连接的插销串接件，该插销串接件包括电调模块、插接部和销扣连 接部，所述航空动力单元上的销扣连接部与飞行机架上旋转串接件的销扣连接部相同且相互匹配连接；所述电调模块安装于插接部后侧并与电机电连接配合，所述插接部与销扣连接部之间插销锁扣将两个比邻的动力单元串接固定连接或将动力单元和飞行机架连接固定；

所述插接部和销扣连接部上还设有便于两者上的信号控制线和电源控制线分别连接的接线端。

如上所述的模块化飞行器，所述插销串接件的插接部包括至少两个销孔、插接头和多个分别与信号控制线或电源控制线连接的导线插头，所述导线插头安装于插接头前端内侧，所述插接头后端与保护圈固定连接，所述电调模块安装于插接头与保护圈之间形成的空腔中。

如上所述的模块化飞行器，所述销扣连接部包括与比邻航空动力单元的保护圈固定连接或安装于飞行机架上的装配臂、插槽和销扣拉销块，插槽设置于装配臂前端且两者一体成形，所述插槽内设置有与插接部的导线插头插接配合并对应与信号控制线或电源控制线连接的导线插孔座，所述销扣拉销块下侧设置有与插接部上销孔配合的锁扣销和锁紧拉扣固定于装配臂上拉销，装配臂上还设有与拉销配合的拉销孔，所述销扣拉销块通过下侧的锁扣销和拉销将插接部与销扣连接部固定连接。

如上所述的模块化飞行器，所述机壳上设置有固定每个旋翼偏转电机的电机固定架；所述旋转部包括安装于旋翼偏转电机转轴上的驱动轴和偏转轴，驱动轴同轴心连接于偏转轴一端，偏转轴与机壳转轴配合，所述销扣连接部与偏转轴另一端销扣连接。

本发明的有益效果是：

本发明的航空动力单元和飞行机架采用模块化设计，易拆卸、强度高，各模块单元之间采用统一标准的插拔连接方式，便于快速组装，同时也便于单个模块单元的互换维修，使得航空动力单元适用范围更广；航空动力单元可单独提供动力也可多个串联提供飞行动力；飞行机架外围设置有多个与航空动力单元连接的接口，单个或多个串联的航空动力单元可以按照不同的方式排布在飞行机架的外围提供多种形式动力驱动方式；使得航空动力单元和飞行机架模块化组合的模块化飞行器，结构简单，组装方便、效率高，组装形式灵活多变，可满足用户不同的组装需求。

另外，飞行机架与航空动力单元的连接处设有便于控制航空动力单元倾斜偏转的旋转串接件，便于该飞行器快速控制飞行方向，有效提高飞行器的飞行灵活性，飞行过程中安全可靠。

【附图说明】

图1是本发明实施例一的俯视立体结构示意图；

图2是本发明实施例一的部分爆炸结构放大示意图；

图3是本发明实施例一中航空动力单元及其连接的部分插销串接件的爆炸结构放大示意图；

图4是本发明实施例一中飞行机架的部分截面结构示意图；

图5是本发明实施例一的主视截面结构示意图；

图6是本发明实施例一的仰视立体结构示意图；

图7是本发明实施例二的立体结构示意图；

图8是本发明实施例三的立体放大结构示意图；

图9是本发明实施例四的立体结构示意图；

图10是本发明实施例五中两个串接的航空动力单元的爆炸结构放大示意图；

图11是本发明实施例五的立体结构示意图；

图12是本发明实施例六的立体结构放大示意图。

【具体实施方式】

实例一

模块化飞行器，如图1至图6所示，包括飞行机架1和两个对称的连接于飞行机架外围的航空动力单元2；所述飞行机架1包含顶盖1a和机壳，机壳由上机壳1b下机壳1c组成，上、下机壳(1b、1c)上下设置的扣合连接，顶盖1a扣盖于上机壳1b顶端；在上机壳1b上侧内安装有电源1d、主控板1e和通讯模块1f；在上、下机壳的周向对称的设有两个作为电动旋转安装接口的旋转串接件1h，其可相对于整体飞行机架1转动，每个旋转串接件1h包括旋翼偏转电机1h0、旋转部1h1和销扣连接部1h2，所述旋翼偏转电机1h0固定于上、下机壳(1b、1c)上，旋翼偏转电机1h0通过旋转部1h1和销扣连接部1h2控制与其连接的航空动力单元2偏转一定角度进而控制飞行。另外，在顶盖1a上还安装有与通讯模块1f连接的天线1f0，在下机壳1c底部还连接有两个并列设置的脚架3，在上、下机壳(1b、1c)的外围还设有用于封盖未使用的销扣连接部1h2伸出上、下机壳(1b、1c)的扣盖4。当然，机壳也可由多瓣组件拼接组装而成。

继续如图1至图6所示，在上机壳1b上还设置有用于固定每个旋翼偏 转电机1h0的电机固定架1h3；所述旋转部1h1包括安装于旋翼偏转电机1h0转轴上的驱动轴1h4和偏转轴1h5，驱动轴1h4同轴心连接于偏转轴1h5一端，偏转轴1h5与上、下机壳(1b、1c)转轴配合；销扣连接部1h2包括装配臂1h6、插槽1h7和销扣拉销块1h8，装配臂1h6与偏转轴1h5另一端连接，尤其是，插槽1h7和销扣拉销块1h8与航空飞行动力单元对应的接头插扣连接；其中，插槽1h7设置于装配臂1h6前端且两者一体成形，插槽1h7内设置有与信号控制线和电源控制线分别连接的导线插孔座1h70，所述销扣拉销块1h8下侧设置有锁扣销1h80和拉销1h81，装配臂1h6上还设有与拉销1h81配合的拉销孔1h60，销扣拉销块1h8通过锁扣销1h80和拉销1h81与航空飞行动力单元的插头固定连接，在装配臂1h6前端的插槽1h7两侧还设有与锁扣销1h80及插接部上每个销孔同轴配合的装配孔1h61，销扣拉销块1h8的拉销1h81底端还装配有便于整个销扣拉销块1h8固定于装配臂1h6上的卡簧1h82。

继续如图1至图6所示，每个航空动力单元2包括一个旋翼20和用于驱动旋翼20旋转的电机21，在旋翼20外围设置有一防止其损伤的保护圈22，保护圈22的径向上设有与其一体成型呈“十”字分布便于安装固定电机的支撑筋23，在保护圈22外缘一侧设置有与飞行机架1连接的插销串接件24。该插销串接件24包括电调模块240、插接部241和销扣连接部242，其中，航空动力单元2上的销扣连接部242与飞行机架1上的旋转串接件1h的销扣连接部1h2相同且相互替换，在此不做过多赘述；所述电调模块240安装于插接部241后侧并与电机21电连接配合，插接部241与销扣连接部242之间插销锁扣将航空动力单元2和飞行机架1连接固定组成一体；

继续如图1至图6所示，在插接部241和销扣连接部242上还设有便于两者上的信号控制线和电源控制线分别连接的接线端，其中，插销串接件24的插接部241包括两个销孔2410、插接头2411和分别与三个信号控制线和两个电源控制线连接的导线插头2412，导线插头2412安装于插接头2411前端内侧，插接头2411后端与保护圈22固定连接，电调模块240安装于插接头2411与保护圈22之间形成的空腔中；通过销扣连接部242(与飞行机架1上的销扣连接部1h2相等同)与飞行机架1的插接连接。

该实施例通过在飞行机架1外围连接两个对称设置的航空动力单元2，并通过飞行机架1上的旋转串接件1h控制航空动力单元2的偏转方向来控制其飞行方向，简便可靠，使得航空动力单元和飞行机架实现有效地模块化组合，组装起来方便可靠。

实施例二

如图7所示，该实施例与实施例一的唯一不同之处在于，飞行机架1外周围连接有三个均匀分布的航空动力单元2，这样，可以提供更大的动力，飞行起来的稳定性控制更加可靠。

实施例三

如图8所示，该实施例与实施例一的唯一不同之处在于，飞行机架1外周围连接有四个均匀分布的航空动力单元2，这样，控制两个对称设置的航空动力单元2偏转，就可以控制整个飞行器的飞行方向，另外两个航空动力单元2在飞行器变向的同时还可以有效地提供升力，保证该模块化飞行器有效变向的同时，还可以继续提升，飞行起来的稳定性控制更加可靠。当其中一个航空动力单元失效时，可以关闭与之180度对置的另一个航空 动力单元，依靠其余的航空动力单元继续飞行，安全性和可靠性大大提高。

实施例四

如图9所示，该实施例与实施例一的唯一不同之处在于，飞行机架1外周围连接有八个均匀分布的航空动力单元2，这样，可以提供更大的动力，飞行起来的控制方式灵活多变。当其中一个航空动力单元失效时，可以关闭与之180度对置的另一个航空动力单元，依靠其余的航空动力单元继续飞行，安全性和可靠性大大提高。

实施例五

如图10和图11所示，该实施例与实施例三的唯一不同之处在于，两两航空动力单元2分别串联连接后均匀设置于飞行机架1外周围四个连接点处，航空动力单元2上的销扣连接部242与飞行机架1上的旋转串接件1h的销扣连接部1h2相同且相互替换；其中，两个串联的航空动力单元2的保护圈22相邻处分别设有便于两者相互插扣连接的插接部241与销扣连接部242，对应的插接部241后侧还分别设有与航空动力单元2的电机21电连接的电调模块240。这样，相比实施例三，可以提供更大的飞行动力，航空动力单元的横跨幅度更大，飞行起来更加稳定可靠。

实施例六

如图12所示，该实施例与实施例三的唯一不同之处在于，该实施例的每个航空动力单元2采用两个同轴心设置的保护圈22，每个保护圈22上分别安装有由电机21驱动的旋翼20，两个保护圈22之间设有便于两个旋翼20同时鼓风的涵道圈25；这样，相比实施例三，每个航空动力单元2采用共轴的双动力控制，既节省空间又可提供更大的飞行动力，飞行起来更加 灵活和稳定可靠。

通过以上实施例不难看出，飞行机架1外围设置有多个与航空动力单元2连接的接口，单个或多个串联的航空动力单元2及叠加层级设置的航空动力单元可以按照不同的方式排布在飞行机架1的外围，以提供多种形式动力驱动方式，使得航空动力单元和飞行机架模块化组合的模块化飞行器，结构简单，组装方便、效率高，组装形式灵活多变，可满足用户不同的组装需求。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.航空动力单元，包括支架、至少一个旋翼和用于驱动所述旋翼旋转的电机，其特征在于：

所述旋翼安装在所述电机的转轴上；

所述电机安装在所述支架上；

所述支架上设置有用于与飞行器的飞行机架上的电动旋转安装接口匹配的安装锁定部。

2.根据权利要求1所述的航空动力单元，其特征在于：所述支架上安装有电调，所述安装锁定部上设置有动力电接口和控制信号接口。

3.根据权利要求1所述的航空动力单元，其特征在于：所述旋翼外围设置有一防止其损伤的保护圈，保护圈的径向上设有至少一个便于安装固定电机的支撑筋；

所述保护圈外缘设置有至少一个便于与比邻动力单元串接或与飞行机架连接的插销串接件，该插销串接件包括电调模块、插接部和销扣连接部，电调模块安装于插接部后侧并与电机电连接配合，所述插接部与销扣连接部之间插销锁扣将两个比邻的动力单元串接固定连接或将动力单元和飞行机架连接固定；

所述插接部和销扣连接部上还设有便于两者上的信号控制线和电源控制线分别连接的接线端。

4.根据权利要求3所述的航空动力单元，其特征在于，所述插销串接件的插接部包括至少两个销孔、插接头和多个分别与信号控制线或电源控制线连接的导线插头，所述导线插头安装于插接头前端内侧，所述插接头后端与保护圈固定连接，所述电调模块安装于插接头与保护圈之间形成的空腔中。

5.根据权利要求3所述的航空动力单元，其特征在于，所述销扣连接部包括与比邻动力单元的保护圈固定连接或安装于飞行机架上的装配臂、插槽和销扣拉销块，插槽设置于装配臂前端且两者一体成形，所述插槽内设置有与插接部的导线插头插接配合并对应与信号控制线或电源控制线连接的导线插孔座，所述销扣拉销块下侧设置有与插接部上销孔配合的锁扣销和锁紧拉扣固定于装配臂上拉销，装配臂上还设有与拉销配合的拉销孔，所述销扣拉销块通过下侧的锁扣销和拉销将插接部与销扣连接部固定连接。

6.根据权利要求3所述的航空动力单元，其特征在于，该航空动力单元还包括两个同轴心设置的保护圈，每个保护圈上分别安装有由电机驱动的旋翼，两个保护圈之间设有便于两个旋翼同时鼓风的涵道圈。

7.飞行机架，该飞行机架上安装有电源、主控板和通讯模块，其特征在于：

所述飞行机架周向均设置有多个用于安装航空动力单元的电动旋转安装接口。

8.根据权利要求7所述的飞行机架，其特征在于：该飞行机架的壳体的周向均匀设有至少两个可相对于整体机架转动的旋转串接件，每个旋转串接件包括旋翼偏转电机、旋转部、及与动力单元相匹配连接的销扣连接部，所述旋翼偏转电机固定于机壳上，旋翼偏转电机通过旋转部和销扣连接部控制动力单元上旋翼偏转一定角度飞行。

9.模块化飞行器，包括飞行机架、电源、主控板、通讯模块、电调模块和安装有电机及旋翼的航空动力单元；

其特征在于：

所述飞行机架周向均设置有多个电动旋转安装接口；

所述飞行机架上设置有与所述电动旋转安装接口匹配的安装锁定部。

10.根据权利要求9所述的模块化飞行器，其特征在于：所述飞行机架包括顶盖、机壳，所述顶盖扣盖于机壳顶端；

所述机壳上侧内安装有动力电源、主控板和通讯模块；

所述机壳的周向均匀设有至少两个可相对于整体机架转动的旋转串接件，每个旋转串接件包括旋翼偏转电机、旋转部和销扣连接部，所述旋翼偏转电机固定于上、下机壳上，旋翼偏转电机通过旋转部和销扣连接部控制动力单元上旋翼偏转一定角度飞行；

所述飞行机架外围连接有至少两个均匀设置的航空动力单元，每个航空动力单元包括至少一个旋翼和用于驱动旋翼旋转的电机；

所述旋翼外围设置有一防止其损伤的保护圈，保护圈的径向上设有至少一个便于安装固定电机的支撑筋；

所述保护圈外缘设置有至少一个便于与比邻航空动力单元串接或与飞行机架连接的插销串接件，该插销串接件包括电调模块、插接部和销扣连接部，所述航空动力单元上的销扣连接部与飞行机架上旋转串接件的销扣连接部相同且相互匹配连接；所述电调模块安装于插接部后侧并与电机电连接配合，所述插接部与销扣连接部之间插销锁扣将两个比邻的动力单元串接固定连接或将动力单元和飞行机架连接固定；

所述插接部和销扣连接部上还设有便于两者上的信号控制线和电源控制线分别连接的接线端。

11.根据权利要求10所述的模块化飞行器，其特征在于，所述插销串接件的插接部包括至少两个销孔、插接头和多个分别与信号控制线或电源控制线连接的导线插头，所述导线插头安装于插接头前端内侧，所述插接头后端与保护圈固定连接，所述电调模块安装于插接头与保护圈之间形成的空腔中。

12.根据权利要求10和11所述的模块化飞行器，其特征在于，所述销扣连接部包括与比邻航空动力单元的保护圈固定连接或安装于飞行机架上的装配臂、插槽和销扣拉销块，插槽设置于装配臂前端且两者一体成形，所述插槽内设置有与插接部的导线插头插接配合并对应与信号控制线或电源控制线连接的导线插孔座，所述销扣拉销块下侧设置有与插接部上销孔配合的锁扣销和锁紧拉扣固定于装配臂上拉销，装配臂上还设有与拉销配合的拉销孔，所述销扣拉销块通过下侧的锁扣销和拉销将插接部与销扣连接部固定连接。

13.根据权利要求10所述的模块化飞行器，其特征在于：所述机壳上设置有固定每个旋翼偏转电机的电机固定架；所述旋转部包括安装于旋翼偏转电机转轴上的驱动轴和偏转轴，驱动轴同轴心连接于偏转轴一端，偏转轴与机壳转轴配合，所述销扣连接部与偏转轴另一端销扣连接。