CN111003163B - 折叠桨机构和无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠桨机构，包括桨夹底座、桨夹上盖、桨叶、连接轴以及用于对桨叶的转动形成阻力的阻尼器件，桨夹上盖与桨夹底座间隔设置，桨叶包括固定端和自由端，固定端夹设于桨夹底座与桨夹上盖之间，连接轴穿设于桨夹底座、桨叶以及桨夹上盖中，连接轴与固定端固定连接，连接轴与桨夹底座和桨夹上盖转动连接，阻尼器包括夹设于桨夹底座和固定端之间并与桨夹底座固定连接的外壳和安装于外壳的阻尼组件，连接轴穿过阻尼组件并与阻尼组件固定连接。本发明提供的折叠桨结构通过阻尼组件调节桨叶所受阻力，从而避免桨叶转动趋势的变化带来的振动传递到机身上，且电机的振动传递到桨夹底座后，不会传递到桨叶上。

Description

折叠桨机构和无人飞行器

技术领域

本发明涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种折叠桨机构和无人飞行器。

背景技术

螺旋桨是多旋翼无人机动力系统的重要组成部分，早期多旋翼无人机的旋翼多是一体成型的固定式双叶桨，后期出于对运输及存放的安全和空间考虑，开始采用目前主流的便携式可折叠桨设计。

一般折叠桨通常以桨夹作为连接件，以旋转副的形式将两片单边桨叶进行连接，再将桨夹固定在外转子电机的转动部分。其基本工作原理如下：起飞时电机的转动通过惯性的作用使桨叶从双叶重叠的状态甩开，足够大的转速使桨叶在离心力的作用下展开后正常工作，为飞机提供动力。

而无论是一体成型的固定式双叶桨，还是可折叠桨，取决于桨叶设计时的振动模态，在桨叶正常工作过程中会有不同程度的振动。不仅如此，电机本身也是旋翼无人机的主要振动源之一。事实上，一方面我们不希望旋翼的振动传递到机身上，影响机体内置的惯性导航系统的测量精度，另一方面，也不希望电机的振动过多地传递到旋翼桨叶上，否则会降低桨叶的气动效率和使用寿命。

一体成型的固定式双叶桨与电机之间几近刚性连接，基本上没有方法对电机与桨叶间的力传递链条进行调整。而对于可折叠桨而言，电机与桨叶间的力传递链条中出现了旋转副及伴随而来的间隙，等效于在传递系统中引入了阻尼环节，而且阻尼器件经常用于在传递过程中实现对振动的过滤及衰减，最终的振动及衰减结果取决于系统的阻尼系数设计是否与系统的振动模态特性相匹配。而要想单纯利用间隙来实现对阻尼的调整，无论是从设计还是制造过程中都难以保证。所以要想对电机与桨叶间的力传递通道进行可控的阻尼设计及参数调整，以实现减振目的，还需要引入其他方式。

本专利以流体黏度及流体阻力变化为基本原理，通过控制流体黏度及阻尼挡板的实际作用面积实现对可折叠桨旋转副阻尼的可控调整，从而提高减振效率，提高设计效率，降低试制过程中的迭代成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种旋转副阻尼的可控调整的折叠桨机构。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

提供一种折叠桨机构，包括桨夹底座、桨夹上盖、桨叶、连接轴以及用于对所述桨叶的转动形成阻力的阻尼器件，所述桨夹上盖与所述桨夹底座间隔设置，所述桨叶包括固定端和自由端，所述固定端夹设于所述桨夹底座与所述桨夹上盖之间，所述连接轴穿设于所述桨夹底座、所述桨叶以及所述桨夹上盖中，所述连接轴与所述固定端固定连接，所述连接轴与所述桨夹底座和所述桨夹上盖转动连接，所述阻尼器包括夹设于所述桨夹底座和所述固定端之间并与所述桨夹底座固定连接的外壳和安装于所述外壳的阻尼组件，所述连接轴穿过所述阻尼组件并与所述阻尼组件固定连接。

进一步地，所述阻尼组件包括与所述外壳转动连接的叶轮和设于所述外壳内的阻尼液，所述外壳的中间设有通孔，所述叶轮包括穿设于所述通孔并与所述外壳可转动连接的轮盘和若干个环绕所述轮盘的外侧壁间隔设置的叶片，所述叶片浸于所述阻尼液中。

进一步地，所述阻尼液的粘度参数可调。

进一步地，所述轮盘包括主体和安装于所述主体内部的驱动机构，所述叶片的一端穿设于所述主体中并与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述叶片绕其延伸方向转动。

进一步地，所述轮盘凸出于所述外壳的背离所述桨夹底座的端面。

进一步地，所述固定端上开设有第一轴孔，所述轮盘上开设有第二轴孔，所述连接轴的外壁面上凸设有沿所述连接轴的轴向方向延伸的限位销，所述第一轴孔的壁面上开设有与所述限位销配合的第一限位槽，所述第二轴孔的壁面上开设有与所述限位销配合的第二限位槽。

进一步地，所述桨夹底座朝向所述桨夹上盖的端面上开设有用于容置和固定所述外壳的容置槽。

进一步地，所述桨夹上盖上还开设有第一连接孔，所述折叠桨机构还包括凸设于所述桨夹底座上的连接杆，所述连接杆的端部的外周面上设有螺纹，所述连接杆穿过所述第一连接孔且所述连接杆的端部凸出于所述桨夹上盖，所述折叠桨机构还包括用于与所述连接杆的端部螺纹连接的螺母。

本发明还提供一种无人飞行器，包括机身、机臂以及螺旋桨机构，所述机臂的一端与所述机身连接、另一端与所述螺旋桨机构连接，所述螺旋桨机构包括电机和如上所述的折叠桨机构，所述折叠桨机构连接于所述电机的输出轴。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的折叠桨机构，通过阻尼组件调节桨叶转动时所受阻力，并隔离桨叶和机身之间的力传递通道，从而避免桨叶的转动趋势的变化带来的振动传递到机身上，影响机身内置的惯性导航系统的测量精度；且电机的振动传递到桨夹底座后，不会传递到桨叶上，进而不会影响桨叶的气动效率和使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供折叠桨机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供折叠桨机构的另一角度的结构示意图；

图3为本发明实施例提供折叠桨机构的又一角度的结构示意图；

图4为本发明实施例提供折叠桨机构中桨叶、储液盒、转盘和连接轴的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的无人飞行器的结构示意图。

图中：

10、折叠桨结构；1、桨叶；11、固定端；12、自由端；111、第一轴孔；112、第一限位槽；21、桨夹底座；211、第三连接孔；212、容置槽；22、桨夹上盖；221、第二连接孔；222、第一连接孔；31、外壳；311、顶板；312、底板；313、侧板；314、通孔；315、环形槽；32、叶轮；321、轮盘；322、环状形凸缘；323、叶片；324、第二轴孔；325、第二限位槽；33、连接轴；331、限位销；41、连接杆；42、螺母；100、无人飞行器；20、机身；30、机臂；40、电机。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

请参照图1-图4，本发明提供一种折叠桨机构10，运用于无人飞行器100，折叠桨机构10包括桨夹上盖22、桨夹底座21和两桨叶1，桨夹上盖22和桨夹底座21间隔设置且通过连接结构连接，每个桨叶1包括固定端11和自由端12，固定端11定位于桨夹上盖22和桨夹底座21之间，桨叶1可绕固定端11转动实现折叠和展开，在桨夹上盖22和桨夹底座21之间还设有固定于桨夹底座21上的外壳31，所述外壳31包括顶板311、底板312和连接所述顶板311的边缘和所述底板312的边缘的侧板313，所述顶板311、底板312和所述侧板313三者围合形成储液腔，储液腔内储存有阻尼液，所述外壳31上形成呈圆柱形的通孔314，通孔314的中轴线与桨叶1展开时所绕的中轴线在一条线上，所述通孔314的周壁面上开设有沿所述通孔314的周向延伸的环形槽315，环形槽315连通储液腔，折叠桨机构10还包括阻尼组件，阻尼组件包括叶轮32，叶轮32与桨叶1联动，叶轮32包括呈圆柱形的轮盘321和凸设于轮盘321的外周面且沿轮盘321的周向延伸的环状凸缘322，轮盘321嵌设于凹槽314，环状凸缘322嵌设于环形槽315，环状凸缘322的外周面连接有多个沿其周向间隔设置的叶片323，且叶片323浸于阻尼液里，叶片323的板面与通孔314的径向方向平行或呈夹角，折叠桨机构10还包括与桨叶1的固定端11和轮盘321固定连接且两端分别与桨夹底座21和桨夹上盖22转动连接的连接轴33，无人飞行器100起飞时，桨叶1从双叶重叠的状态甩开，桨夹底座21足够大的转速使桨叶1在离心力的作用下展开后正常工作(桨叶1相对桨夹上盖22和桨夹底座21不转动)，为无人飞行器100提供动力，由于桨叶1与轮盘321联动，桨叶1的转动趋势传递至叶片323上，叶片323在阻尼液中受到阻力，从而避免桨叶1的转动趋势的变化带来的振动传递到机身20上，从而避免影响惯性导航的测量精度。且同样由于叶片323在阻尼液中受到阻力，电机40的振动传递到桨夹底座21后，不会传递到桨叶1上，从而不会影响桨叶1的气动效率和使用寿命。

需要说明的是，固定连接是指连接轴33与固定端11不能发生相对转动，而不是指连接轴33和固定端11之间固定在一起，当然，在申请中，连接轴33与固定端11固接也可实现上述方案，优选连接轴33和固定端11沿轴向方向可动，从而便于装配。

在另一实施例中，外壳31可以为其他形式，具体地，顶板311和底板312上分别开设有穿孔(图中未示)，桨叶1和轮盘321均完全浸于外壳31内，连接轴33的一侧穿过顶板311上的穿孔且端部和桨夹上盖22转动连接，连接轴33的另一侧穿过底板312上的穿孔且端部和桨夹底座21转动连接，同样可以实现阻尼液对叶片323的阻挡作用。

外壳31形成为储液盒，优选储液盒的外部轮廓呈圆柱状，且可以理解地，环状凸缘322可不设置。

可以通过改变阻尼液的流体黏度或水阻变化，从而改变叶片323在阻尼液中所受阻力，阻尼液的黏度可受控变化，特别地，其黏度属性可受电控物理量控制，如电压、电流，可通过在阻尼液中施加不同的电压或电流改变其黏度，当然，随着新材料的出现，也可替换为其他可受控变化的材料。

也可通过驱动机构(图中未示)改变叶片323的板面与通孔314的径向方向的夹角来改变叶片323在阻尼液中所受阻力，具体地，轮盘321包括主体，驱动机构安装于所述主体内部，叶片323穿设于主体，且叶片323位于主体内部的一端与驱动机构连接，驱动机构驱动叶片323绕其延伸方向转动，驱动机构可对应每个叶片323设置一电机(图中未示)，也可通过一电机驱动多个叶片323转动。

优选多个叶片323等间距设置，从而更容易实现可控。

固定端11上开设有第一轴孔111，轮盘321的中心位置开设有第二轴孔324，所述连接轴33的外壁面上凸设有沿轴向方向延伸的限位销331，所述第一轴孔111的壁面上开设有与所述限位销331配合的第一限位槽112，所述第二轴孔324的壁面上开设有与所述限位销331配合的第二限位槽325。由于限位销331和第一限位槽112、第二限位槽325的相互限位作用，桨叶1和连接轴33在周向方向上不会相对转动，连接轴33与轮盘321不会在周向方向上相对转动，从而能将桨叶323所受的力经过环状凸缘322、轮盘321和连接轴33传递至桨叶1上，由于外壳31与桨夹底座21固定连接，外壳31固定不动，且由于外壳31对轮盘321的径向方向的限位，轮盘321、连接轴33和桨叶1径向方向可受定位。

所述桨夹上盖22上还开设有第一连接孔222，所述连接结构还包括凸设于所述桨夹底座21上的连接杆41，所述连接杆41的端部的外周面上设有螺纹，所述连接杆41穿过所述第一连接孔222且所述连接杆41的端部凸出于所述桨夹上盖22，所述连接结构还包括用于与所述连接杆41的端部螺纹连接的螺母42。

优选连接杆41设于桨夹底座21的中间位置，在其他实施例中，连接杆41也可设置多个，且可在连接杆41的端面上开螺纹孔，通过螺钉连接连接杆41和桨夹上盖22。

所述桨夹上盖22朝向所述桨夹底座21的端面上开设有第二连接孔221，所述连接轴33依次穿设所述轴孔324和所述通孔111且端部嵌设于所述第二连接孔221内，优选连接轴33的两端分别嵌设于桨夹上盖22的第二连接孔221和桨夹底座21的第三连接孔211内。可仅开设第一连接孔221，也可仅开设第二连接孔211。

桨夹上盖22和桨夹底座21将连接轴33夹于之间，从而在轴向方向上限位桨叶1。

所述桨夹底座21朝向所述桨夹上盖22的端面上开设有用于容置和固定所述储液盒31的容置槽212；所述桨夹底座21与所述容置槽212的槽壁面粘接或紧配合，当然可以通过其他方式，如焊接、超声波连接或螺钉连接。

本发明的主要思路在于，在传统的可折叠设计中引入阻尼可调整结构，利用流体黏度的可控变化及流体阻力变化实现阻尼系数调整。由外壳31及呈圆周阵列分布的叶片323组成，外壳31中存储着黏度可受控变化的流体，要求存储的流体具备以下特性：其黏度属性与其他可电控物理量相关，如电压、电流等，即要求可使用电学物理量对该特殊流体的黏度进行调整，其次，与划船原理相似，叶片323在流体中的运动(或运动趋势)会受到来自流体的流阻，而且挡板与流体的在相对运动方向上的接触面积越大，则阻力越大。为此，为叶片323设计留下沿轴向活动的可控自由度，也可控制挡板在于流体的相对运动的方向上的接触面积，进而控制转动中挡板受到的流体阻力大小。

综上，本发明提供的折叠桨机构10，叶片323在阻尼液中受到的阻力可控，且通过轮盘32将阻尼挡板323所受阻力传递于桨叶1，从而避免桨叶1的转动趋势的变化带来的振动传递到机身20上，影响惯性导航的测量精度；且同样由于叶片323在阻尼液中受到阻力，电机40的振动传递到桨夹底座21后，不会传递到桨叶1上，从而不会影响桨叶1的气动效率和使用寿命，尽可能将电机40振动向桨叶1的传递和桨叶1振动向机身20的传递衰减，以流体黏度及水阻变化为基本原理，通过控制流体黏度及叶片323的实际作用面积实现对可折叠桨旋转副阻尼的可控调整，从而实现减振效率，提高设计效率，降低试制过程中的迭代成本。

请参照图5，本发明还保护一种无人飞行器100，包括机身20、机臂30以及螺旋桨机构，所述机臂30的一端与所述机身20连接、另一端与所述螺旋桨机构连接，其特征在于，所述螺旋桨机构包括电机40和如上所述的折叠桨机构10，所述折叠桨机构10连接于所述电机40的输出轴。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种折叠桨机构，其特征在于，包括桨夹底座、桨夹上盖、桨叶、连接轴以及用于对所述桨叶的转动形成阻力的阻尼器件，所述桨夹上盖与所述桨夹底座间隔设置，所述桨叶包括固定端和自由端，所述固定端夹设于所述桨夹底座与所述桨夹上盖之间，所述连接轴穿设于所述桨夹底座、所述桨叶以及所述桨夹上盖中，所述连接轴与所述固定端固定连接，所述连接轴与所述桨夹底座和所述桨夹上盖转动连接，所述阻尼器包括夹设于所述桨夹底座和所述固定端之间并与所述桨夹底座固定连接的外壳和安装于所述外壳的阻尼组件，所述连接轴穿过所述阻尼组件并与所述阻尼组件固定连接；

所述阻尼组件包括与所述外壳转动连接的叶轮和设于所述外壳内的阻尼液，所述外壳的中间设有通孔，所述叶轮包括穿设于所述通孔并与所述外壳可转动连接的轮盘和若干个环绕所述轮盘的外侧壁间隔设置的叶片，所述叶片浸于所述阻尼液中；

所述轮盘包括主体和安装于所述主体内部的驱动机构，所述叶片的一端穿设于所述主体中并与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述叶片绕其延伸方向转动。

2.如权利要求1所述的折叠桨机构，其特征在于，所述阻尼液的粘度参数可调。

3.如权利要求1所述的折叠桨机构，其特征在于，所述轮盘凸出于所述外壳的背离所述桨夹底座的端面。

4.如权利要求3所述的折叠桨机构，其特征在于，所述固定端上开设有第一轴孔，所述轮盘上开设有第二轴孔，所述连接轴的外壁面上凸设有沿所述连接轴的轴向方向延伸的限位销，所述第一轴孔的壁面上开设有与所述限位销配合的第一限位槽，所述第二轴孔的壁面上开设有与所述限位销配合的第二限位槽。

5.如权利要求1所述的折叠桨机构，其特征在于，所述桨夹底座朝向所述桨夹上盖的端面上开设有用于容置和固定所述外壳的容置槽。

6.如权利要求1所述的折叠桨机构，其特征在于，所述桨夹上盖上还开设有第一连接孔，所述折叠桨机构还包括凸设于所述桨夹底座上的连接杆，所述连接杆的端部的外周面上设有螺纹，所述连接杆穿过所述第一连接孔且所述连接杆的端部凸出于所述桨夹上盖，所述折叠桨机构还包括用于与所述连接杆的端部螺纹连接的螺母。

7.一种无人飞行器，包括机身、机臂以及螺旋桨机构，所述机臂的一端与所述机身连接、另一端与所述螺旋桨机构连接，其特征在于，所述螺旋桨机构包括电机和如权利要求1-6任一项所述的折叠桨机构，所述折叠桨机构连接于所述电机的输出轴。

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