CN109956028B - 一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，包括：供电单元、无刷双机电端口电机和两副旋翼；所述供电单元与无刷双机电端口电机的两个电端口连接；所述两副旋翼分别与无刷双机电端口电机的两个机械端口一一对应连接；所述供电单元为无刷双机电端口电机提供电能；本发明采用无刷双机电端口电机驱动两副旋翼产生升力并维持其平衡，无机械接触，相比于，传统共轴双旋翼飞行器的驱动系统需采用机械传动机构使两副旋翼转向相反，本发明的结构更加简单。同时，对两副旋翼的控制从机械控制转化为电气控制，使得整个驱动系统的可靠性增强。
Description
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，更具体地，涉及一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统。
背景技术
近年来，高分子材料学、空气动力学、理论力学和控制理论等基础学科的快速发展为共轴双旋翼飞行器的发展及应用提供了有利的条件。以直升机为例，双旋翼直升机有两种，一种是共轴双旋翼，即两个旋翼同一个轴心，另一种是分轴双旋翼，即两个旋翼分开比较远，各有各自的轴。双旋翼直升机根据两根旋翼轴的相对位置又可分为纵列双旋翼直升机和横列双旋翼直升机以及横列交叉双旋翼直升机。
共轴双旋翼直升机的基本特征是具有绕同一理论轴线一正一反旋转的上下两副旋翼，由于转向相反，两副旋翼产生的扭矩在航向不变的飞行状态下相互平衡。相比于分轴双旋翼而言，共轴双旋翼直升机具有结构紧凑，外形尺寸小，整体升力系统效率高，飞行稳定性好等优点。
现有的直升机驱动系统中，由于需要布置上下两副转向相反的旋翼以实现扭矩的平衡，发动机的同一动力输出轴要经过复杂的齿轮换向装置以驱动两副旋翼，结构复杂，可靠性低，齿轮箱也存在润滑与保养的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，旨在解决现有驱动系统为实现两副旋翼的转向相反需采用齿轮换向装置而导致结构复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，包括：供电单元、无刷双机电端口电机和两副旋翼；
所述供电单元与无刷双机电端口电机的两个电端口连接；所述两副旋翼分别与无刷双机电端口电机的两个机械端口一一对应连接；
所述供电单元为无刷双机电端口电机提供电能；所述无刷双机电端口电机用于驱动两副旋翼产生升力，并维持其平衡。
优选地，所述两副旋翼分别通过内轴、外轴与无刷双机电端口电机的两个机械端口连接。
优选地，所述基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统还包括：变流器，位于供电单元与无刷双机电端口电机之间，用于将供电单元传输的电能进行转换，以驱动无刷双机电端口电机运行。
优选地，所述供电单元为储能电池
优选地，所述供电单元包括发动机和发电机组合。
优选地，所述无刷双机电端口电机包括定子、中间转子和内转子，三者同轴套设；所述中间转子为第一机械端口，所述内转子为第二机械端口；
所述定子为齿槽结构，主齿和辅齿上分别饶有第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组分别作为第一电端口和第二端口；
优选地，所述内转子表面设置有周向分布的磁钢；中间转子包括导磁铁心和磁钢，所述导磁铁心和磁钢周向交替分布。
优选地，所述定子槽口放置有海尔贝克磁钢阵列；内转子表面设置有周向分布的磁钢；中间转子为周向分布的导磁铁心。
优选地，所述定子槽口放置有海尔贝克磁钢阵列；内转子表面设置有周向分布的磁钢；中间转子为不均匀分布的导磁铁心。
优选地，所述内转子表面设置有周向分布宽度不等的磁钢；中间转子为均匀分布的导磁铁心。
优选地，所述内转子表面设置有周向分布的磁钢，中间转子为不均匀分布的导磁铁心。
优选地，所述变流器包括两个三相逆变电路，分别与无刷双机电端口电机的第一电端口和第二电端口连接。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明采用无刷双机电端口电机驱动两副旋翼产生升力并维持其平衡，无机械接触，相比于，传统共轴双旋翼飞行器的驱动系统需采用机械传动机构使两副旋翼转向相反，本发明的结构更加简单。
(2)本发明采用电机替换传统的机械传动机构，对两副旋翼的控制从机械控制转化为电气控制，使得整个驱动系统的可靠性增强。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统示意图；
图2是本发明提供的另一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统示意图；
图3是实施例1提供的一种无刷双机电端口电机结构示意图；
图4是实施例2提供的一种无刷双机电端口电机结构示意图；
图5是实施例3提供的一种无刷双机电端口电机结构示意图；
图6是实施例4提供的一种无刷双机电端口电机结构示意图；
图7是实施例5提供的一种无刷双机电端口电机结构示意图；
附图说明：
1、上旋翼；2、下旋翼；3、内轴；4、外轴；5、储能电池；6、母线电容；7、第一逆变电路；8、第二逆变电路；9、发动机；10、发电机；11、定子铁心；12、中间转子；13、内转子；14、第一电端口；15、第二电端口；16、磁钢。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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。
本发明提供了一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，包括：供电单元、无刷双机电端口电机和两副旋翼；
所述供电单元与无刷双机电端口电机的两个电端口连接；所述两副旋翼分别与无刷双机电端口电机的两个机械端口一一对应连接；
所述供电单元为无刷双机电端口电机提供电能；所述无刷双机电端口电机用于驱动两副旋翼产生升力，并维持其平衡。
具体地，如图1所示，本发明提供了一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，包括：储能电池5、变流器、无刷双机电端口电机和两副旋翼；储能电池5与母线电容6的一端连接；变流器包括第一逆变电路7和第二逆变电路8；母线电容6的另一端与第一逆变电路7和第二逆变电路8的一端连接；第一逆变电路7和第二逆变电路8的另一端分别与无刷双机电端口电机的第一电端口和第二电端口连接；所述两副旋翼为上旋翼1和下旋翼2，所述上旋翼1通过内轴3与无刷双机电端口电机的第一机械端口连接；所述下旋翼2通过外轴4与无刷双机电端口电机的第二机械端口连接；所述所述第一逆变电路7和第二逆变电路8将直流电压你变为交流电压。
如图2所示，本发明提供的供电单元也可以为发动机9与发电机10的组合。
本发明提供的基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，核心为将双旋翼的双转子运动需求与无刷双机电端口电机的双转子运动相匹配实现对系统的驱动。
实施例1
以图3所示的无刷双机电端口电机为例，所述无刷双机电端口电机包括定子11、中间转子12和内转子13，三者同轴套设；所述中间转子12为第一机械端口，所述内转子13为第二机械端口；
所述定子11为齿槽结构，主齿和辅齿上分别饶有第一绕组14和第二绕组15；所述第一绕组14和第二绕组15分别作为第一电端口和第二端口；所述内转子13表面设置有周向分布的磁钢；中间转子12包括导磁铁心和磁钢，所述导磁铁心和磁钢周向交替分布。
所述第一绕组14由第一逆变电路7控制，所述第二绕组15由第二逆变电路8控制；所述内转子13、中间转子的导磁铁心、第一绕组14构成第一电机；所述中间转子的磁钢、第二绕组15构成第二电机；中间转子12的转速由第二电机单独控制，内转子13的转矩由第一电机单独控制；中间转子12与内转子13分别通过外轴4、内轴3与下旋翼、上旋翼连接，可实现双旋翼的转向相反、扭矩平衡。
基于相同的工作原理，以下介绍几种适合用于共轴双旋翼飞行器驱动系统的无刷双机电端口电机。
实施例2
如图4所示，所述无刷双机电端口电机包括定子11、中间转子12和内转子13，三者同轴套设；所述中间转子12为第一机械端口，所述内转子13为第二机械端口；其中，定子11包括定子导磁铁心、磁钢和定子绕组；所述定子绕组包括第一绕组14和第二绕组15，分别作为第一电端口和第二电端口；所述定子导磁铁心为齿槽结构，槽口放置海尔贝克磁钢6阵列，主齿与辅齿上分别设置有第一绕组14和第二绕组15；内转子13表面设置有周向分布的磁钢；中间转子12导磁铁心周向分布；
实施例3
如图5所示，所述无刷双机电端口电机包括定子11、中间转子12和内转子13，三者同轴套设；所述中间转子12为第一机械端口，所述内转子13为第二机械端口；
其中，定子包括定子导磁铁心和定子绕组；所述定子导磁铁心为齿槽结构，主齿与辅齿上分别设置有第一绕组14和第二绕组15，分别作为第一电端口和第二电端口；内转子13表面布置有周向分布宽度不等的磁钢；中间转子12为均匀分布的导磁铁心。
实施例4
如图6所示，所述无刷双机电端口电机包括定子11、中间转子12和内转子13，三者同轴套设；所述中间转子12为第一机械端口，所述内转子13为第二机械端口；
其中，定子11包括定子导磁铁心、磁钢和定子绕组；所述定子导磁铁心为齿槽结构，槽口放置海尔贝克磁钢阵列，主齿和辅齿上分别设置有第一绕组14作为第一电端口和第二绕组15作为第二电端口；内转子13表面设置有周向分布的磁钢；中间转子12为不均匀分布的导磁铁心。
实施例5
如图7所示，所述无刷双机电端口电机包括定子11、中间转子12和内转子13，三者同轴套设；所述中间转子12为第一机械端口，所述内转子13为第二机械端口；
其中，定子11包括定子导磁铁心和定子绕组；所述定子导磁铁心为齿槽结构，主齿和辅齿上分别设置有第一绕组14作为第一电端口和第二绕组5作为第二电端口；内转子13表面设置有周向分布的磁钢；中间转子12为不均匀分布的导磁铁心。
本领域的技术人员容易理解，以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于共轴双旋翼飞行器的驱动系统，其特征在于，包括供电单元、无刷双机电端口电机和两副旋翼；
所述供电单元与无刷双机电端口电机的两个电端口连接；所述两副旋翼分别与无刷双机电端口电机的两个机械端口一一对应连接；
所述供电单元为无刷双机电端口电机提供电能；所述无刷双机电端口电机用于驱动两副旋翼产生升力，并维持其平衡；
所述无刷双机电端口电机包括定子、中间转子和内转子；所述中间转子为第一机械端口，所述内转子为第二机械端口；
所述定子为齿槽结构，主齿和辅齿上分别饶有第一绕组和第二绕组；所述第一绕组和第二绕组分别作为第一电端口和第二电端口；
所述定子槽口放置有海尔贝克磁钢阵列；内转子表面设置有周向分布的磁钢；中间转子为周向分布的导磁铁心；
或所述定子槽口放置有海尔贝克磁钢阵列；内转子表面设置有周向分布的磁钢；中间转子为不均匀分布的导磁铁心；
或所述内转子表面设置有周向分布宽度不等的磁钢；中间转子为均匀分布的导磁铁心。
2.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，还包括变流器，位于供电单元与无刷双机电端口电机之间，用于将供电单元传输的电能转换，驱动无刷双机电端口电机运行。
3.如权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，所述供电单元为储能电池。
4.如权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，所述供电单元为发动机和发电机的组合。
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