CN108482646B - 非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法，锁定装置包括螺旋桨、锁止架、电机机构和永磁体组；永磁体组包括第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；其中，第1永磁体组安装到螺旋桨根部；第2永磁体组和第3永磁体组安装到锁止架的锁止圆盘上；第2永磁体组的极性布置方式和第1永磁体组的极性布置方式相同；第3永磁体组的极性布置方式和第1永磁体组的极性布置方式相反。优点为：本锁定装置结构简单、重量轻；同时采用非接触方式对螺旋桨进行锁定，避免了机械磨损；本锁定装置具有锁定扭矩大、锁定时间短、无附加功率损耗、故障率低以及便于拆卸和维护等优点。

Description

非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法。

背景技术

升力-推力分离型(separate lift thrust)的无人机具有垂直起降能力，并且同时兼顾低速盘旋能力以及高速巡航性能。此型无人机已经得到了广泛的应用，其领域包括航空拍摄、线路巡查、高空环境监测等。为了同时具有悬停和高速巡航能力，此型无人机配备有两套不可改变与机体安装角度的动力装置，如中国外观专利，公开号CN303737778S。其中，安装于机翼上的垂直动力装置用于低速时驱动螺旋桨转动来提供升力和力矩，分别实现控制高度和飞行姿态的控制，此套动力系统在高速飞行过程中会关闭。高速飞行中，无人机完全由安装于机头/尾部的水平动力装置驱动。

然而，由于上述螺旋桨均采用了高效率翼型设计，并且电机转轴的阻力一般较小，高速飞行时在高速来流的驱动下会使其进行无规律的转动，而这种转动会直接导致其滑流区流场分布的变化，即改变了机翼的来流状态，其中最显著的作用为导致紊乱的下洗气流，从而降低机翼的升阻比，进而降低无人机的巡航时间和续航距离。

因此，高速巡航状态下将所有的垂直螺旋桨沿其迎风面积最小方向进行锁止可以最大限度的降低螺旋桨流场对于机翼升阻特性的不良影响。现有的锁止方案分为两种：接触式锁止和非接触式锁止。接触式锁止往往采用偏心弹簧销实现，这种方式的不足之处是会产生机械摩擦，从而导致锁止机构寿命降低。非接触式锁止方案往往使用电磁方式，即通过控制电流来改变电磁力大小，此种方式的不足之处是会导致无人机结构重量的大大提升。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，包括：螺旋桨(1)、锁止架(2)、电机机构(3)和永磁体组(4)；

所述螺旋桨(1)的根部中心位置设置有电机轴装配孔(1.1)；

所述锁止架(2)包括锁止圆盘(2.1)以及一体成形于所述锁止圆盘(2.1)下面的若干个支撑柱(2.2)；所述锁止圆盘(2.1)的中心位置设置有垫片装配孔(2.3)；

所述电机机构(3)包括电机(3.1)、电机转动轴(3.2)、电机座(3.3)和垫片(3.4)；所述电机(3.1)置于所述锁止架(2)的内部，所述电机(3.1)的底部通过所述电机座(3.3)固定安装到所述锁止架(2)的支撑柱(2.2)上，进而使所述电机机构(3)和所述锁止架(2)共享安装孔位；所述电机(3.1)的电机转动轴(3.2)垂直设置，其顶部穿过所述锁止圆盘(2.1)的垫片装配孔(2.3)后，在所述电机转动轴(3.2)外固定安装所述垫片(3.4)，进而使所述垫片(3.4)位于所述锁止圆盘(2.1)和所述螺旋桨(1)的根部之间，实现所述螺旋桨(1)和所述锁止圆盘(2.1)的非接触式设置；最后，所述电机转动轴(3.2)的顶部再穿过所述螺旋桨(1)的电机轴装配孔(1.1)后，采用电机帽(3.5)旋紧，实现所述电机机构(3)和所述螺旋桨(1)的连接固定；

以所述电机转动轴(3.2)的转动轴线(3.6)为对称中心线，在所述螺旋桨(1)的根部对称设置第1左永磁体安装位(1.2)和第1右永磁体安装位(1.3)；所述第1左永磁体安装位(1.2)的数量和所述第1右永磁体安装位(1.3)的数量相同，均为n个；所述第1左永磁体安装位(1.2)和所述第1右永磁体安装位(1.3)的中心连线为一条直线；

在所述锁止圆盘(2.1)设置第2左永磁体安装位(2.4)、第2右永磁体安装位(2.5)、第3左永磁体安装位(2.6)和第3右永磁体安装位(2.7)；其中，所述第2左永磁体安装位(2.4)、所述第2右永磁体安装位(2.5)、所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)的设置数量均为n个；所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)相对于所述转动轴线(3.6)左右对称设置，所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)的中心连线为一条通过锁止圆盘(2.1)的圆心的直线L1；第3左永磁体安装位(2.6)和第3右永磁体安装位(2.7)相对于所述转动轴线(3.6)左右对称设置，所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)的中心连线为一条通过锁止圆盘(2.1)的圆心的直线L2；并且，直线L1和直线L2相互垂直；

永磁体组(4)包括第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；其中，第1永磁体组包括第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)；所述第1左永磁体(4.1)和所述第1右永磁体(4.2)分别安装到所述第1左永磁体安装位(1.2)和所述第1右永磁体安装位(1.3)，并且，第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相同，并且，其N极和S极呈上下相对设置方式；

所述第2永磁体组包括第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)；所述第2左永磁体(4.3)和所述第2右永磁体(4.4)分别安装到所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)，并且，所述第2左永磁体(4.3)和所述第2右永磁体(4.4)的极性布置方式均相同，且与所述第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相同；

所述第3永磁体组包括第3左永磁体(4.5)和第3右永磁体(4.6)；所述第3左永磁体(4.5)和所述第3右永磁体(4.6)分别安装到所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)，并且，所述第3左永磁体(4.5)和所述第3右永磁体(4.6)的极性布置方式均相同，且与所述第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相反。

优选的，所述锁止架(2)采用圆柱体侧面镂空设计。

优选的，所述支撑柱(2.2)的设置数量为4个；每个所述支撑柱(2.2)的底部向内弯曲并具有安装孔，进而与所述电机座(3.3)通过螺丝螺母固定。

优选的，第3左永磁体(4.5)和第3右永磁体(4.6)为排斥域永磁体，第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)为吸引域永磁体；排斥域永磁体的面积和磁力均大于吸引域永磁体；排斥域永磁体为方形；吸引域永磁体为圆形。

优选的，永磁体组(4)与对应的永磁体安装位采用胶合固定方式。

优选的，永磁体组(4)中的每个永磁体采用钕铁硼磁体。

优选的，所述锁止架(2)采用铝合金材质。

本发明还提供一种基于非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置的锁定方法，包括以下步骤：

当螺旋桨需要锁止时，电子调速器ESC根据飞行控制系统指令停止向电机机构(3)输出动力，此时螺旋桨在惯性、多个永磁体磁力、空气阻力以及摩擦力的共同作用下动能逐渐衰减；其中，摩擦力是指：电机转动轴(3.2)和电机(3.1)之间具有摩擦力，而又由于电机转动轴(3.2)和螺旋桨(1)固定，因此，该摩擦力会影响螺旋桨(1)的转动；

永磁体磁力作用是指：在螺旋桨(1)转动过程中，当第1左永磁体(4.1)转动到第3左永磁体(4.5)的正上方，第1右永磁体(4.2)转动到第3右永磁体(4.6)的正上方时，即：螺旋桨(1)转动到排斥域的中心位置时，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强；随着螺旋桨(1)的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐减弱，当转过90度后，第1左永磁体(4.1)转动到第2左永磁体(4.3)的正上方，第1右永磁体(4.2)转动到第2右永磁体(4.4)的正上方时，即：螺旋桨(1)转动到吸引域的中心位置时，此时永磁体之间的吸引力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最弱；随着螺旋桨(1)的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐增强，当转过90度后，螺旋桨(1)再次转动到排斥域的中心位置，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强，如此不断交替，最终螺旋桨(1)将因动能不断衰减而锁止于锁止线上，其中，锁止线即为第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)之间的中心连接线；

螺旋桨完全锁定后，第1左永磁体(4.1)位于第2左永磁体(4.3)的正上方，第1右永磁体(4.2)位于第2右永磁体(4.4)的正上方；或者，第1左永磁体(4.1)位于第2右永磁体(4.4)的正上方，第1右永磁体(4.2)位于第2左永磁体(4.3)的正上方；此种锁定方向使螺旋桨迎风面积最小，产生的流场对全机的升阻特性影响最小。

本发明提供的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置及锁定方法具有以下优点：

本锁定装置结构简单、重量轻；同时采用非接触方式对螺旋桨进行锁定，避免了机械磨损；本锁定装置具有锁定扭矩大、锁定时间短、无附加功率损耗、故障率低以及便于拆卸和维护等优点。

附图说明

图1为本发明提供的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置的组装后立体结构示意图；

图2为本发明提供的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置的分解状态示意图；

图3为图2中锁止架以及对应的永磁体的状态示意图；

图4为本发明提供的一种典型永磁体布置方式示意图；

图5为本发明提供的另一种典型永磁体布置方式示意图；

图6为安装永磁体后的锁止架吸引与排斥域示意图

图7螺旋桨不稳定性随转动角度变化示意图

图8本发明在不同螺旋桨转速下的锁定时间的示意图

图9为有/无本发明电机转动功率对比图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的是针对升力-推力分离型(separate lift thrust)无人机提供一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，主要包括螺旋桨1、锁止架2、电机机构3和永磁体组4；其中，永磁体组4共设置三组，一组永磁体布置于螺旋桨上，其余永磁体安装于锁止架上，多组永磁体按照一定规律进行布置从而达到锁止效果。本锁定装置结构简单、重量轻；同时采用非接触方式对螺旋桨进行锁定，避免了机械磨损；本锁定装置具有锁定扭矩大、锁定时间短、无附加功率损耗、故障率低以及便于拆卸和维护等优点。

本发明主要设计构思为：参考图1，无人机螺旋桨锁定装置主要包括螺旋桨1、锁止架2、电机机构3和永磁体组4；螺旋桨通过电机帽与电机连接，其可以通过摩擦力锁紧并实现快速拆卸。电机安装于电机座上，其可以带动螺旋桨高速转动；锁止架采用圆柱镂空式设计并与电机安装共享安装位。

永磁体组4包括三大组，分别为：第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；第1永磁体组安装于螺旋桨根部位置，第2永磁体组和第3永磁体组安装于锁止架2的锁止圆盘上，锁止圆盘位于螺旋桨根部的下面，并且，二者之间具有间隙，使第2、第3永磁体组和第1永磁体组为一种非接触分离式布置方式；第2永磁体组的中心连线和第3永磁体组的中心连线垂直；并且，第2永磁体组的极性布置方式和第1永磁体组的极性布置方式相同，第3永磁体组的极性布置方式和第1永磁体组的极性布置方式相反，本发明中，每个永磁体的极性均是上下相对设置，例如，上部为N极，下部为S极，或者，上部为S极，下部为N极；因此，当螺旋桨转动时，当第1永磁体组转动到第2永磁体组的正上面时，产生最大排斥力；当第1永磁体组转动到第3永磁体组的正上面时，产生最大吸引力；通过交替的排斥力和吸引力作用，最终使螺旋桨锁定在锁止线上。

此外，对于每一组永磁体组，即对于第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组，其布置方式为：相对于电机转轴对称布置，因此，螺旋桨在转动时所受到的磁场力每一时刻都和转动轴对称，所以不会影响转动机构的动平衡。

下面对本发明进行详细介绍：

参考图1和图2，本发明提供一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，包括：螺旋桨1、锁止架2、电机机构3和永磁体组4。

螺旋桨1的根部中心位置设置有电机轴装配孔1.1；

锁止架2采用圆柱体侧面镂空设计，采用铝合金材质，典型加工方式为CNC加工。锁止架侧面采用镂空，从而使得飞行中大气流动带走无刷电机转动时产生的热量，避免电机过热。

锁止架2包括锁止圆盘2.1以及一体成形于锁止圆盘2.1下面的若干个支撑柱2.2；在附图中，支撑柱2.2的设置数量为4个；每个支撑柱2.2的底部向内弯曲并具有安装孔，用于与电机座3.3通过螺丝螺母固定。锁止圆盘2.1的中心位置设置有垫片装配孔2.3；

电机机构3包括电机3.1、电机转动轴3.2、电机座3.3和垫片3.4；电机3.1置于锁止架2的内部，电机3.1的底部通过电机座3.3固定安装到锁止架2的支撑柱2.2上，进而使电机机构3和锁止架2共享安装孔位；电机3.1的电机转动轴3.2垂直设置，其顶部穿过锁止圆盘2.1的垫片装配孔2.3后，在电机转动轴3.2外固定安装垫片3.4，进而使垫片3.4位于锁止圆盘2.1和螺旋桨1的根部之间，实现螺旋桨1和锁止圆盘2.1的非接触式设置；最后，电机转动轴3.2的顶部再穿过螺旋桨1的电机轴装配孔1.1后，采用电机帽3.5旋紧，实现电机机构3和螺旋桨1的连接固定；

以电机转动轴3.2的转动轴线3.6为对称中心线，在螺旋桨1的根部对称设置第1左永磁体安装位1.2和第1右永磁体安装位1.3；第1左永磁体安装位1.2的数量和第1右永磁体安装位1.3的数量相同，均为n个，例如，第1左永磁体安装位1.2的数量为1个，2个、3个等；第1左永磁体安装位1.2和第1右永磁体安装位1.3的中心连线为一条直线；

参考图2，在锁止圆盘2.1设置第2左永磁体安装位2.4、第2右永磁体安装位2.5、第3左永磁体安装位2.6和第3右永磁体安装位2.7；其中，第2左永磁体安装位2.4、第2右永磁体安装位2.5、第3左永磁体安装位2.6和第3右永磁体安装位2.7的设置数量均为n个，即与第1左永磁体安装位1.2的设置数量相同；

第2左永磁体安装位2.4和第2右永磁体安装位2.5相对于转动轴线3.6左右对称设置，第2左永磁体安装位2.4和第2右永磁体安装位2.5的中心连线为一条通过锁止圆盘2.1的圆心的直线L1；

第3左永磁体安装位2.6和第3右永磁体安装位2.7相对于转动轴线3.6左右对称设置，第3左永磁体安装位2.6和第3右永磁体安装位2.7的中心连线为一条通过锁止圆盘2.1的圆心的直线L2；并且，直线L1和直线L2相互垂直；

永磁体组4包括第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；永磁体与对应的永磁体安装位采用胶合固定方式。永磁体组中的每个永磁体采用钕铁硼磁体。

其中，第1永磁体组包括第1左永磁体4.1和第1右永磁体4.2；第1左永磁体4.1和第1右永磁体4.2分别安装到第1左永磁体安装位1.2和第1右永磁体安装位1.3，并且，第1左永磁体4.1和第1右永磁体4.2的极性布置方式相同，并且，其N极和S极呈上下相对设置方式；例如，第1左永磁体4.1上表面极性为N极，第1右永磁体4.2上表面极性为N极；或者，第1左永磁体4.1上表面极性为S极，第1右永磁体4.2上表面极性为S极；

第2永磁体组包括第2左永磁体4.3和第2右永磁体4.4；第2左永磁体4.3和第2右永磁体4.4分别安装到第2左永磁体安装位2.4和第2右永磁体安装位2.5，并且，第2左永磁体4.3和第2右永磁体4.4的极性布置方式均相同，且与第1左永磁体4.1和第1右永磁体4.2的极性布置方式相同；

第3永磁体组包括第3左永磁体4.5和第3右永磁体4.6；第3左永磁体4.5和第3右永磁体4.6分别安装到第3左永磁体安装位2.6和第3右永磁体安装位2.7，并且，第3左永磁体4.5和第3右永磁体4.6的极性布置方式均相同，且与第1左永磁体4.1和第1右永磁体4.2的极性布置方式相反。

第3左永磁体4.5和第3右永磁体4.6为排斥域永磁体，第2左永磁体4.3和第2右永磁体4.4为吸引域永磁体；排斥域永磁体的面积和磁力均大于吸引域永磁体；排斥域永磁体为方形；吸引域永磁体为圆形。即：排斥域永磁体采用面积较大、磁力较强的方形设计，其目的为增大排斥区域范围和磁场强度。吸引域永磁体采用面积较小的圆形设计，其可以实现较好的对心能力，使得螺旋桨可以精确的锁定于锁止线上。其中，锁止线与飞行器机头方向平行。

由此可见，本发明中，永磁体组4包括第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；第1永磁体组安装于螺旋桨上，第2永磁体组和第3永磁体组安装于锁止架的锁止圆盘上。三组永磁体的极性配置规则如下：

(1)每组永磁体组均具有相对于电机转轴对称设置的左右两组永磁体组；并且，每组永磁体组安装后相同朝向的表面极性相同，例如，N极均朝上，或者，N极均朝下设置。

(2)安装于锁止架上表面的两组永磁体组采用间隔环形排布方式，即第2永磁体组中心连线与第3永磁体组中心连线呈交叉垂直。

(3)安装于锁止架的第2永磁体组和第3永磁体组的极性相反。其中，第3永磁体组的极性和第1永磁体组的极性相反，二者接近时产生排斥效果；第2永磁体组的极性和第1永磁体组的极性相同，二者接近时产生吸引效果。

永磁体组极性典型布置方式参考表1，在表1中，共列出两种永磁体组极性布置方式，其中，典型布置方式1，参考图4；典型布置方式2，参考图5。

表1永磁体布置典型方案

吸引域和排斥域的原理，如图6所示。

参考图6和图7，锁止原理为：

以机头方向(与锁止线平行)与螺旋桨桨叶1A的夹角顺时针方向为正向。当螺旋桨需要锁止时，电子调速器ESC根据飞行控制系统指令停止向电机机构3输出动力，此时螺旋桨在惯性、多个永磁体磁力、空气阻力以及摩擦力的共同作用下动能逐渐衰减；其中，摩擦力是指：电机转动轴3.2和电机3.1之间具有摩擦力，而又由于电机转动轴3.2和螺旋桨1固定，因此，该摩擦力会影响螺旋桨1的转动；

逐渐减速过程中，由于本方案所述永磁体的排布方式，使得转动的动不稳定性如图7所示间隔上升和下降。具体的，永磁体磁力作用是指：假设螺旋桨为顺时针转动，当永磁体组采用图3和图4的布置方式时，在螺旋桨1转动过程中，当第1左永磁体4.1转动到第3左永磁体4.5的正上方，第1右永磁体4.2转动到第3右永磁体4.6的正上方时，即转动到图7的B1位置时，此时螺旋桨1转动到排斥域的中心位置时，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强；随着螺旋桨1的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐减弱，当转过90度后，第1左永磁体4.1转动到第2左永磁体4.3的正上方，第1右永磁体4.2转动到第2右永磁体4.4的正上方时，即转动到图7的B2位置时，此时螺旋桨1转动到吸引域的中心位置时，此时永磁体之间的吸引力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最弱；随着螺旋桨1的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐增强，当再转过90度时，第1左永磁体4.1转动到第3右永磁体4.6的正上方，第1右永磁体4.2转动到第3左永磁体4.5的正上方时，即转动到图7的B3位置时，螺旋桨1再次转动到排斥域的中心位置，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强；，当再转过90度后，第1左永磁体4.1转动到第2右永磁体4.4的正上方，第1右永磁体4.2转动到第2左永磁体4.3的正上方时，即转动到图7的B4位置时，此时螺旋桨1转动到吸引域的中心位置时，此时永磁体之间的吸引力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最弱；如此不断交替，因此，根据李雅普诺夫(Lyapunov)原理，最终螺旋桨1将因动能不断衰减而锁止于锁止线上，其中，锁止线即为第2左永磁体4.3和第2右永磁体4.4之间的中心连接线；

螺旋桨完全锁定后，第1左永磁体4.1位于第2左永磁体4.3的正上方，第1右永磁体4.2位于第2右永磁体4.4的正上方；或者，第1左永磁体4.1位于第2右永磁体4.4的正上方，第1右永磁体4.2位于第2左永磁体4.3的正上方；此种锁定方向使螺旋桨迎风面积最小，产生的流场对全机的升阻特性影响最小。

如图8和图9展示了本发明快速锁定以及无附加功率损耗的特性，其针对某型13寸螺旋桨测试了特定转速情况下的锁定时间和功率，并与未安装本发明的结果进行对比。可以看出，本发明对于螺旋桨转动没有额外的功率消耗，并且6000转/分钟的情况下锁定时间约为2.5秒，锁定快速。

实际应用中，三组永磁体可以根据无人机飞行速度、干扰气流强度等条件更换，通过改变磁力大小来改变锁定力矩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用的是非接触式锁定方式，利用吸引与互斥的永磁体按一定规律排布的方式从而使得螺旋桨快速锁定至指定位置。相对于传统机械式锁定装置，本装置避免了机械摩擦带来的磨损，因此锁定性能不会随着使用频次的上升而降低。相对于传统的电磁锁止装置，本装置不需要配置结构复杂的电吸式结构，从而大大降低锁止机构的安装体积以及其重量。相对于其他电机内布置的非接触式锁定装置，本发明采用低成本易于加工的锁止架设计，便于拆卸和更换且维护性好，因此不需要对电机进行重新定制化设计，从而降低了制造成本。

(2)本发明选用的磁体布置为分离式布局，其中一组圆形磁体安装于螺旋桨根部，其余两组按环形间隔布局的方式安装于锁止架上，这种分离式布局方式可以产生较大的锁止力矩，使得锁止时间较短，并且锁止后所受的空气动力无法使螺旋桨脱离锁止区。并且，根据螺旋桨的尺寸和工作环境不同，各组永磁体可以方便的更换来获得相适配的锁定力矩。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，其特征在于，包括：螺旋桨(1)、锁止架(2)、电机机构(3)和永磁体组(4)；

所述螺旋桨(1)的根部中心位置设置有电机轴装配孔(1.1)；

所述锁止架(2)包括锁止圆盘(2.1)以及一体成形于所述锁止圆盘(2.1)下面的若干个支撑柱(2.2)；所述锁止圆盘(2.1)的中心位置设置有垫片装配孔(2.3)；

所述电机机构(3)包括电机(3.1)、电机转动轴(3.2)、电机座(3.3)和垫片(3.4)；所述电机(3.1)置于所述锁止架(2)的内部，所述电机(3.1)的底部通过所述电机座(3.3)固定安装到所述锁止架(2)的支撑柱(2.2)上，进而使所述电机机构(3)和所述锁止架(2)共享安装孔位；所述电机(3.1)的电机转动轴(3.2)垂直设置，其顶部穿过所述锁止圆盘(2.1)的垫片装配孔(2.3)后，在所述电机转动轴(3.2)外固定安装所述垫片(3.4)，进而使所述垫片(3.4)位于所述锁止圆盘(2.1)和所述螺旋桨(1)的根部之间，实现所述螺旋桨(1)和所述锁止圆盘(2.1)的非接触式设置；最后，所述电机转动轴(3.2)的顶部再穿过所述螺旋桨(1)的电机轴装配孔(1.1)后，采用电机帽(3.5)旋紧，实现所述电机机构(3)和所述螺旋桨(1)的连接固定；

以所述电机转动轴(3.2)的转动轴线(3.6)为对称中心线，在所述螺旋桨(1)的根部对称设置第1左永磁体安装位(1.2)和第1右永磁体安装位(1.3)；所述第1左永磁体安装位(1.2)的数量和所述第1右永磁体安装位(1.3)的数量相同，均为n个；所述第1左永磁体安装位(1.2)和所述第1右永磁体安装位(1.3)的中心连线为一条直线；

在所述锁止圆盘(2.1)设置第2左永磁体安装位(2.4)、第2右永磁体安装位(2.5)、第3左永磁体安装位(2.6)和第3右永磁体安装位(2.7)；其中，所述第2左永磁体安装位(2.4)、所述第2右永磁体安装位(2.5)、所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)的设置数量均为n个；所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)相对于所述转动轴线(3.6)左右对称设置，所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)的中心连线为一条通过锁止圆盘(2.1)的圆心的直线L1；第3左永磁体安装位(2.6)和第3右永磁体安装位(2.7)相对于所述转动轴线(3.6)左右对称设置，所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)的中心连线为一条通过锁止圆盘(2.1)的圆心的直线L2；并且，直线L1和直线L2相互垂直；

永磁体组(4)包括第1永磁体组、第2永磁体组和第3永磁体组；其中，第1永磁体组包括第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)；所述第1左永磁体(4.1)和所述第1右永磁体(4.2)分别安装到所述第1左永磁体安装位(1.2)和所述第1右永磁体安装位(1.3)，并且，第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相同，并且，其N极和S极呈上下相对设置方式；

所述第2永磁体组包括第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)；所述第2左永磁体(4.3)和所述第2右永磁体(4.4)分别安装到所述第2左永磁体安装位(2.4)和所述第2右永磁体安装位(2.5)，并且，所述第2左永磁体(4.3)和所述第2右永磁体(4.4)的极性布置方式均相同，且与所述第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相同；

所述第3永磁体组包括第3左永磁体(4.5)和第3右永磁体(4.6)；所述第3左永磁体(4.5)和所述第3右永磁体(4.6)分别安装到所述第3左永磁体安装位(2.6)和所述第3右永磁体安装位(2.7)，并且，所述第3左永磁体(4.5)和所述第3右永磁体(4.6)的极性布置方式均相同，且与所述第1左永磁体(4.1)和第1右永磁体(4.2)的极性布置方式相反；

其中，所述锁止架(2)采用圆柱体侧面镂空设计；

其中，所述支撑柱(2.2)的设置数量为4个；每个所述支撑柱(2.2)的底部向内弯曲并具有安装孔，进而与所述电机座(3.3)通过螺丝螺母固定。

2.根据权利要求1所述的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，其特征在于，第3左永磁体(4.5)和第3右永磁体(4.6)为排斥域永磁体，第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)为吸引域永磁体；排斥域永磁体的面积和磁力均大于吸引域永磁体；排斥域永磁体为方形；吸引域永磁体为圆形。

3.根据权利要求1所述的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，其特征在于，永磁体组(4)与对应的永磁体安装位采用胶合固定方式。

4.根据权利要求1所述的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，其特征在于，永磁体组(4)中的每个永磁体采用钕铁硼磁体。

5.根据权利要求1所述的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置，其特征在于，所述锁止架(2)采用铝合金材质。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的非接触分离式布置的无人机螺旋桨锁定装置的锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：

当螺旋桨需要锁止时，电子调速器ESC根据飞行控制系统指令停止向电机机构(3)输出动力，此时螺旋桨在惯性、多个永磁体磁力、空气阻力以及摩擦力的共同作用下动能逐渐衰减；其中，摩擦力是指：电机转动轴(3.2)和电机(3.1)之间具有摩擦力，而又由于电机转动轴(3.2)和螺旋桨(1)固定，因此，该摩擦力会影响螺旋桨(1)的转动；

永磁体磁力作用是指：在螺旋桨(1)转动过程中，当第1左永磁体(4.1)转动到第3左永磁体(4.5)的正上方，第1右永磁体(4.2)转动到第3右永磁体(4.6)的正上方时，即：螺旋桨(1)转动到排斥域的中心位置时，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强；随着螺旋桨(1)的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐减弱，当转过90度后，第1左永磁体(4.1)转动到第2左永磁体(4.3)的正上方，第1右永磁体(4.2)转动到第2右永磁体(4.4)的正上方时，即：螺旋桨(1)转动到吸引域的中心位置时，此时永磁体之间的吸引力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最弱；随着螺旋桨(1)的继续转动，螺旋桨转动的不稳定性程度逐渐增强，当转过90度后，螺旋桨(1)再次转动到排斥域的中心位置，此时永磁体之间的排斥力最大，螺旋桨转动的不稳定性程度最强，如此不断交替，最终螺旋桨(1)将因动能不断衰减而锁止于锁止线上，其中，锁止线即为第2左永磁体(4.3)和第2右永磁体(4.4)之间的中心连接线；

螺旋桨完全锁定后，第1左永磁体(4.1)位于第2左永磁体(4.3)的正上方，第1右永磁体(4.2)位于第2右永磁体(4.4)的正上方；或者，第1左永磁体(4.1)位于第2右永磁体(4.4)的正上方，第1右永磁体(4.2)位于第2左永磁体(4.3)的正上方；此种锁定方向使螺旋桨迎风面积最小，产生的流场对全机的升阻特性影响最小。

Images