CN110844060A - 一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋翼技术领域，具体涉及一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置；该旋转驱动装置由旋翼、旋翼环、转子、定子、支持架和涵道组成，通过转子带动旋翼旋转，而旋翼环悬浮在涵道的凹槽内通过悬浮的方式传递空气动力，支持架还可以通过调整支撑叶片的扭角来实现涵道整体的旋转或不动的控制。采用本发明提出的旋转驱动装置，不在受限于相互间的结构兼容要求，取消了旋转件启动悬浮至悬浮位置的相应结构以及控制设备，简化了装置的复杂度，减轻了装置的重量。

Description

一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置

技术领域

本发明属于旋翼技术领域，具体涉及一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置。

背景技术

传统的直升机旋翼是采用机械驱动方式通过中央的旋翼轴带动旋转，从发动机的输出轴传递动力到旋翼轴的过程中需要多级齿轮传递减速，存在着物理磨损、能量损耗以及机械振动和噪声等问题。

由于传统直升机旋翼的桨叶在半径越大的位置旋转线速度越快，该部位产生升力也大，一般桨叶的升力合力在桨叶的稍部约70％桨叶半径的位置处，即远离旋翼轴的位置，而常规旋翼装置的承载位置在中心处即旋翼轴，故桨叶升力与旋翼轴承载位置的力臂较长，导致桨叶、桨毂和旋翼轴所需承受的弯矩较大，导致振动大，疲劳寿命低。

悬浮承载的旋转驱动装置指通过悬浮的方式进行承载的装置，如磁悬浮、声悬浮、抗磁悬浮等非接触式传递载荷的方式；同时，通过机械力、电磁力等方式驱动旋转的装置。

常见的悬浮承载的旋转驱动装置是通过磁悬浮的模式承载，通过电磁力进行驱动旋转，具有悬浮和旋转驱动的磁场距离近的特点，存在磁场干扰的可能性；同时，旋转件在悬浮承载之前需要一个启动悬浮的过程和相应的装置，过程和结构较为复杂。由于常见的悬浮承载的旋转驱动装置是通过磁悬浮的模式承载，通过电磁力进行驱动旋转，具有悬浮和驱动的磁场距离近的特点，故悬浮和旋转驱动的磁场存在相互干扰的问题，同时还存在着悬浮支承和驱动机构在结构上需要互相兼容，导致无法同时优化的问题。

同时旋转件启动悬浮之前需要机械轴承(或滚转)支承，通过旋转到一定速度才能实现悬浮，带来了启动时间长和物理磨损的问题；也有通过先采用电磁悬浮的模式启动悬浮，再开始旋转驱动的方式，也无法避免启动时间长、逻辑复杂的问题。

发明内容

本发明的目的：一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，以解决目前常见的悬浮承载的旋转驱动装置存在的悬浮和旋转驱动的磁场存在相互干扰的问题，以及启动悬浮过程、装置、逻辑复杂等问题，并能增加气流旋转控制功能以拓展使用范围。

本发明的技术方案：一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，由旋翼、旋翼环、转子、定子、支持架和涵道组成，旋翼、旋翼环和转子固定连接，定子、支持架和涵道固定连接；转子带动旋翼旋转，而旋翼环悬浮在涵道的凹槽内，通过悬浮的方式传递空气动力。

上述装置中，支持架上设置支撑叶片，可以通过调整支撑叶片的扭角来实现涵道整体的旋转或不动的控制。

工作原理：在装置静止时，旋翼环通过转子与定子的相对固定来保持旋翼环始终位于涵道凹槽内的悬浮位置，无需滚珠等机械支持和启动悬浮的装置和控制系统，旋翼和旋翼环的重力由转子和定子的相对固定实现支撑。

在装置启动旋转时，旋翼环由于直接位于悬浮位置，可以直接通过转子驱动旋转。

在装置旋转时，转子驱动旋翼环旋转，进而带动旋翼旋转驱动空气流动产生空气动力，由于空气动力远大于旋翼和旋翼环的重力，并且与重力方向相反，故定子不再承受旋翼旋转产生的空气动力，转由涵道通过悬浮的方式传递空气动力。

支持架可通过调整导流叶片的扭角来调整旋翼旋转工作的气流，可通过诱导反向旋转气流来平衡旋翼旋转带来的反扭矩，使得单个涵道可独立飞行；也可以通过诱导产生正向旋转气流来加强旋翼的扭转现象，以达到加快涵道旋转的速度，起到快速调节无人机方向的作用。

本发明的有益效果：本发明提出的一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置通过转子与悬浮支承的错位布置，将转子布置在旋转中心处而悬浮支承布置在旋翼外环的涵道凹槽内，在位置上将悬浮和旋转驱动的磁场距离加大，减小了两个磁场相互干扰的问题，减轻了装置所需的磁场屏蔽装置的重量。

本发明提出的一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置通过转子与悬浮支承的错位布置，使得转子和悬浮支承装置不再受限于相互间的结构兼容要求，可独立优化，进一步提高结构效率，减轻装置重量。

本发明提出的一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置通过旋转件的固定支持，使得旋转件一直位于悬浮的位置，取消了旋转件启动悬浮至悬浮位置的相应结构以及控制设备，简化了装置的复杂度、减轻了装置的重量。

本发明提出的一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置通过旋转件的固定支持，使得旋转件一直位于悬浮的位置，取消了旋转件启动悬浮至悬浮位置的控制过程和相应的控制方法，简化了装置的操控复杂度。

本发明提出的一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置相对传统旋翼装置，由于旋翼产生的升力远大于旋翼自重，故较小的旋翼自重由转子和定子支撑，而较大的升力载荷传递是通过旋翼外端的旋翼环传递到飞行器，支持端离桨叶升力合力近，传递力臂短，桨叶承受弯矩小，振动低，疲劳寿命长。

附图说明

图1是本发明的轴视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的剖视图。

编号说明：1-旋翼、2-旋翼环、3-转子、4-定子、5-支持架、6-涵道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提出了一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，由旋翼1、旋翼环2、转子3、定子4、支持架5、涵道6组成，其中旋翼1、旋翼环2和转子3固定连接，通过转子3带动旋翼1和旋翼环2旋转；定子4、支持架5和涵道6固定连接。旋翼环2悬浮在涵道6的凹槽里，具体悬浮可通过磁悬浮、声悬浮、抗磁悬浮等方式悬浮在涵道6的凹槽里，通过悬浮的方式驱动旋翼1旋转产生空气动力。

在装置静止时，旋翼环2通过转子3与定子4的相对固定来保持旋翼环2始终位于涵道6凹槽内的悬浮位置，无需滚珠等机械支持和启动悬浮的装置和控制系统，此时旋翼环2的重力通过转子3和定子4的相互支撑来保证一直保持在旋翼悬浮启动的位置。

在装置启动旋转时，旋翼环2由于直接位于悬浮位置，故无需安装传统磁悬浮设备的启动悬浮装置和相应的控制系统，旋翼环2可以直接通过转子3驱动旋转。

在装置旋转时，转子3驱动旋翼环2旋转，进而带动旋翼1的桨叶旋转驱动空气流动产生空气动力，由于空气动力远大于旋翼1和旋翼环2的重力，并且与重力方向相反，故定子4不再承受旋翼1旋转产生的空气动力，转由涵道6通过悬浮的方式传递空气动力，使得旋翼1旋转工作时的空气动力的传递没有机械磨损，并降低了噪声和振动，相对传统的机械传动旋翼提高了传递效率、疲劳寿命和稳定性；相对没有载荷过渡的磁悬浮驱动旋翼装置精简了启动悬浮设备和启动程序，并降低了悬浮磁场和驱动旋转磁场相互干扰的可能性。

支持架5由2根以上可调整扭角的导流叶片组成，通过调整导流叶片的扭角来调整旋翼1旋转工作的气流，通过诱导反向旋转气流来平衡旋翼1旋转带来的反扭矩，使得单个涵道可独立飞行，精简了无人机的系统组成和整体构型，使得单个涵道即可组成无人机；也可以通过诱导产生正向旋转气流来加强旋翼1的扭转现象，以达到加快涵道旋转的速度，起到快速调节无人机方向的作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：该旋转驱动装置由旋翼、旋翼环、转子、定子、支持架和涵道组成，旋翼、旋翼环和转子固定连接，定子、支持架和涵道固定连接；转子带动旋翼旋转，而旋翼环悬浮在涵道的凹槽内，通过悬浮的方式传递空气动力。

2.根据权利要求1所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：所述支持架上设置有调整支撑叶片，通过调节支撑叶片的扭角来实现涵道整体的旋转或不动的控制。

3.根据权利要求1所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：定子与支持架交错布局。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：所述支持架由多根可调整扭角的导流叶片组成。

5.根据权利要求4所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：多根可调整扭角的导流叶片沿周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：悬浮采用磁悬浮、声悬浮、抗磁悬浮等悬浮方式。

7.根据权利要求1所述的载荷过渡式悬浮承载的旋转驱动装置，其特征在于：所述固定连接采用铆接。

Images