CN112238719A - 一种飞行汽车的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通工具技术领域，具体涉及一种飞行汽车的驱动装置，所述飞行汽车包括车身和连接在车身上的车轮，所述装置包括升力风扇，所述升力风扇转动连接在车身上；所述升力风扇包括扇叶、驱动件和驱动轴，所述车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器；所述扇叶连接在驱动轴上，所述驱动件驱动驱动轴转动；本发明通过车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器，能够使得控制升力风扇和车轮共用一个驱动件进行驱动，即空中飞行和路面行驶的动力归一化，降低了飞行汽车的系统重量和成本。

Description

一种飞行汽车的驱动装置

技术领域

本发明涉及交通工具技术领域，具体涉及一种飞行汽车的驱动装置。

背景技术

随着动力电池的能量密度不断提高，飞行汽车即将达到具有实际应用价值的续航里程，有望逐渐成为下一代的个人、家庭及商用的主流交通工具，从而给传统的汽车产业带来前所未有的变革。

现有飞行汽车的飞行原理主要包括两大类。一类是基于固定翼提供升力的原理，由电机驱动螺旋桨使飞行汽车向前运动，达到一定速度后，固定翼提供的升力即能克服重力使其升空；另一类是基于升力风扇提供升力的原理，由电机驱动风扇旋转，当达到一定转速后，风扇提供的升力即能克服重力使其升空，这种类型的飞行器也属于电动垂直起降飞机(即eVTOL)。

而基于升力风扇的飞行汽车要有实用价值，必须满足以下多个基本要求：(1)在地面能像普通汽车一样正常行驶，具有加速、爬坡、转向、制动等功能和性能，还要有一定的通过性、操控性；(2)在空中能像飞机一样正常飞行，具有爬升、速降、转弯等功能和性能，还要有一定的操控性；(3)能够容易、方便、快捷地从地面行驶状态切换到起飞状态并垂直起飞或者从空中飞行状态切换到降落状态并垂直降落。另外，为了提高性能，降低成本，飞行汽车还要满足轻量化的要求，尽可能简化结构。

现有技术中的基于升力风扇的飞行汽车仍然存在诸多问题，例如现有技术申请号为：2019102509413的技术方案中，没有解决地面和空中动力归一化的问题，车轮的大齿轮重量太大，这些都增加了整备质量；申请号为2015103218436的技术方案中，有轮毂电机和旋翼引擎两套动力装置，增加了成本；或者申请号为：2019100104732或者2019100104732的技术方案中，地面和空中有两套动力系统，成本高，亦或者需要多个的电机；综上，能够确定，现有的基于升力风扇的地面和空中动力未能归一化，导致飞行汽车的自重极大，导致成本高昂，实用性低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种地面和空中动力归一化的飞行汽车的驱动装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种飞行汽车的驱动装置，所述飞行汽车包括车身和连接在车身上的车轮，其特征在于，所述装置包括升力风扇，所述升力风扇转动连接在车身上；

所述升力风扇包括扇叶、驱动件和驱动轴，所述车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器；所述扇叶连接在驱动轴上，所述驱动件驱动驱动轴转动。

本发明的有益效果在于：通过车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器，能够使得控制升力风扇和车轮共用一个驱动件进行驱动，即空中飞行和路面行驶的动力归一化，降低了飞行汽车的系统重量和成本。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的一种飞行汽车地面行驶时的示意图；

图2为本发明具体实施方式的一种飞行汽车空中飞行时的示意图；

图3为本发明具体实施方式的一种飞行汽车空中飞行时的俯视图；

图4为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的驱动装置的原理图；

图5为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的驱动装置地面行驶时的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的驱动装置空中飞行时的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的前轮推进装置的原理图；

图8为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的前轮推进装置地面行驶时的结构示意图；

图9为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的前轮推进装置空中飞行时的结构示意图；

图10为本发明具体实施方式的一种飞行汽车的前轮推进装置地面行驶时转向的示意图；

标号说明：1、轮毂；2、车胎；3、第一离合器；4、第一支撑辐条；5、驱动件；6、旋转轴；7、第二离合器；8、涵道罩；9、扇叶；10、第二支撑辐条；11、风扇轴；12、第一固定铰接头；13、第二固定铰接头；14、导向套；15、第二杆体；16、导向套；17、电机支座；18、往复件；19、车身；20、制动组件；21、壳体；22、法兰；23、端盖；24、齿圈；25、行星轮组；26、太阳轮；27、行星架；28、芯轴；29、第二轴承；30、第一轴承；31、花键套；32、第三轴承；33、第一卡箍；34、压紧螺母；35、第四轴承；36、第五轴承；37、第一密封；38、第二卡箍；39、第二密封；40、悬架组件；41、车架组件。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图10，一种飞行汽车的驱动装置，所述飞行汽车包括车身和连接在车身上的车轮，其特征在于，所述装置包括升力风扇，所述升力风扇转动连接在车身上；

所述升力风扇包括扇叶、驱动件和驱动轴，所述车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器；所述扇叶连接在驱动轴上，所述驱动件驱动驱动轴转动。

从上述描述可知，通过车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器，能够使得控制升力风扇和车轮共用一个驱动件进行驱动，即空中飞行和路面行驶的动力归一化，降低了飞行汽车的系统重量和成本。

进一步的，所述驱动轴包括旋转轴和风扇轴，所述旋转轴和风扇轴通过第二离合器连接；

所述扇叶设置在风扇轴上，所述驱动件驱动旋转轴转动。

所述第一离合器和第二离合器可以是犬牙离合器、电磁离合器、干式离合器等不同种类离合器之中的任意一种。

从上述描述可知，通过第一离合器和第二离合器的设置，能够使得驱动件既用于路面行驶时驱动又用于飞行时推进的动力源，克服了传统绝大多数飞行汽车采用两套独立的动力源的技术方案；通过两个离合器的切换，路面行驶时升力风扇不随动，飞行时车轮不随动，提升了驱动件做功的效率，避免无用功的产生；升力风扇及在地面行驶时不运转，安全性、经济性好。

进一步的，所述升力风扇还包括涵道罩、第一支撑辐条、第二支撑辐条、第一轴承和第二轴承，所述涵道罩旋转连接在车身上；所述第一支撑辐条、第二支撑辐条外径处连接涵道罩上；所述第一轴承设置在第一支撑辐条上，所述第二轴承设置在第二支撑辐条上；所述旋转轴的设置在第一轴承上，所述风扇轴设置在第二轴承上。

进一步的，所述车轮包括轮毂及安装在轮毂上的行星齿轮系，所述行星齿轮系与轮毂传动连接，所述行星齿轮系包括芯轴，所述车轮的第一离合器设置在芯轴上，所述芯轴与驱动轴通过第一离合器传动连接。

从上述描述可知，通过采用行星齿轮系对驱动件的动力进行减速增扭有助于减小电机体积、重量，方便系统布置，满足系统小型化、轻量化、高速化的发展要求，并可以降低簧下质量，提高路面行驶的操控性。

进一步的，所述行星齿轮系包括还制动组件、壳体、法兰、端盖、齿圈、行星轮组、太阳轮、行星架、花键套、第三轴承、第一卡箍、压紧螺母、第四轴承、第五轴承、第一密封、第二卡箍以及第二密封；

所述行星齿轮系的行星架通过花键套连接到轮毂上，所述行星齿轮系的齿圈固接到壳体上，所述端盖通过法兰连接到壳体上，所述壳体的另一端通过第三轴承支承在行星架上，并通过第二卡箍轴向定位，所述端盖、壳体与轮毂均为同轴线布置，所述制动组件与轮毂、壳体固接，所述第四轴承和第五轴承支承在芯轴上，并以第一卡箍和压紧螺母压紧第四轴承和第五轴承。

进一步的，所述壳体内部有润滑油或润滑脂。

从上述描述可知，通过壳体内部有润滑油或润滑脂，能够保证运行的顺滑，同时通过第一密封保证芯轴和轮毂之间不发生泄漏，通过第二密封保证壳体与轮毂之间不发生泄漏。

进一步的，所述车轮还包括悬架组件和车架组件，所述悬架组件和车架组件支承在端盖上。

进一步的，所述升力风扇通过第一连接件转动连接在车身上；

所述车身上还设置有控制升力风扇转动的姿态控制组件；

所述姿态控制组件包括往复件和连杆，所述往复件连接在车身上，所述连杆的一端与往复件连接，另一端通过第二连接件与升力风扇转动连接。

从上述描述可知，通过升力风扇转动连接在车身上，形成第一转动连接处(第一固定铰接头)，配合所述姿态控制组件，形成第二转动连接处(第二固定铰接头)，能够通过其往复件的运动，进而带动升力风扇姿态在0度到90度之间改变。

进一步的，所述连杆包括第一杆体和第二杆体，所述第一杆体与第二杆体转动连接，所述第一杆体通过第二连接件与升力风扇转动连接，所述第二杆体与往复件连接。

从上述描述可知，通过第二杆体的设置，能够形成多连杆锁止的效果，相较于传统的转臂而言，提升姿态控制的稳定性。

进一步的，所述姿态控制组件还包括导向套，所述导向套连接在往复件上，所述第二杆体套设在导向套内。

从上述描述可知，通过导向套的设置，能够方便第二杆体的运动和限位，同时形成对第二杆体的保护。

实施例

一种飞行汽车，包括车身、两组的后轮推进装置和两组的前轮推进装置，所述前轮推进装置和后轮推进装置均包括升力风扇，所述车身上具有容纳车轮的车轮井；所述升力风扇旋转连接在车身上并收纳在车轮井内。

所述后轮推进装置包括轮毂1、车胎2、第一离合器3、第一支撑辐条4、驱动件5、旋转轴6、第二离合器7、涵道罩8、扇叶9、第二支撑辐条10、风扇轴11、第一固定铰接头12、第二固定铰接头13、导向套14、第二杆体15、导向套16、电机支座17、往复件18、车身19、制动组件20、壳体21、法兰22、端盖23、齿圈24、行星轮组25、太阳轮26、行星架27、芯轴28、第二轴承29、第一轴承30、花键套31、第三轴承32、第一卡箍33、压紧螺母34、第四轴承35、第五轴承36、第一密封37、第二卡箍38、第二密封39、悬架组件40、车架组件41。驱动件5通过旋转轴6连接到第二离合器7，再由第二离合器7连接到扇叶9，驱动件5、第二离合器7、扇叶9组件支承在第一支撑辐条4中心的第一轴承30和第二支撑辐条10中心的第二轴承29上，两支撑辐条的外径处连接涵道罩8，沿子午线方向安装。第一固定铰接头12固接在车身19上，同时也固接在涵道罩8上。往复件18通过电机支座17固定在车身19上，导向套16有内螺纹，第二杆体15有外螺纹，第二杆体15通过铰接头与第一杆体连接，允许该铰接头的两端折到至少90度夹角，第一杆体的一端与第二固定铰接头13相连接，第二固定铰接头13固接在涵道罩8上，且其到第一固定铰接头12之间的距离等于其到第二杆体15上的铰接头之间的距离。旋转轴6为两端输出型式，其另一端通过花键套31连接第一离合器3，第一离合器3位于轮毂1和第一支撑辐条4之间，第一离合器3的输出端通过芯轴28连接到行星齿轮系的太阳轮26，芯轴28的另一端支承在端盖23上。行星齿轮系的行星架27通过花键连接到轮毂1，行星齿轮系的齿圈24固接到壳体21，端盖23通过法兰22连接到壳体21上，壳体21的另一端通过第三轴承32支承在行星架27上，并借助第二卡箍38轴向定位，端盖23、壳体21与轮毂1均为同轴线布置，制动组件20与轮毂1、壳体21固接，第四轴承35和第五轴承36支承在芯轴28上，并以第一卡箍33和压紧螺母34压紧第四轴承和第五轴承，壳体21内部有润滑油或润滑脂，由第一密封37保证芯轴和轮毂之间不发生泄漏，由第二密封39保证壳体21与轮毂1之间不发生泄漏。悬架组件40和车架组件41支承在端盖23上。

所述后轮推进装置的工作方式描述如下：

(一)、地面行驶时的轮边驱动模式，参考图5。此时往复件18旋转将第二杆体15拉升到最高位置，驱动件5的轴线处于水平状态，第一离合器3接合并锁定，第二离合器7分离。驱动件5的动力通过第一离合器3传递到芯轴28，并通过花键或过盈配合等方式传递给太阳轮26，由于齿圈24固接在壳体21上，动力经过行星架27输出，实现K+1倍减速增扭(K为行星齿轮特征参数，即齿圈和太阳轮齿数的比值)。然后动力通过花键从行星架27传递到轮毂1上，推动车轮2转动，通过与地面的相互作用产生驱动力。

(二)、当需要从地面行驶状态切换到空中飞行状态时，第一离合器3解除锁定并分离，往复件18旋转将第二杆体15推降到最低位置，在降低第二杆体15的过程中，导向套14的较大直径使第二杆体15的下端在从铅锤方向转变为水平方向过程中第二杆体15中的铰接头与第二固定铰接头13之间距保持不变的要求得到满足，即如图6中所示距离a＝b。驱动件5的轴线处于铅锤状态，驱动件5、涵道罩8、扇叶9组件围绕第一固定铰接头12转动90度，此时扇叶9可以提供起飞所需的最大升力。

(三)、当与前轮推进装置一共四个涵道的扇叶9全部提供升力时，飞行汽车即可起飞。根据需要，可以通过往复件18的旋转控制第二杆体15的位置在上述的最高和最低之间的任意位置使扇叶9倾转，满足飞行汽车转弯或姿态控制要求，此时扇叶9既产生升力，又产生侧向的倾转力。

(四)、当飞行汽车需要降落时，扇叶9降低升力，飞行汽车即可缓慢降落。落地后，往复件18旋转将第二杆体15拉升到最高位置，重复上述(一)中的过程即可进入地面行驶状态。

所述前轮推进装置括轮毂1、车胎2、第一支撑辐条4、驱动件5、旋转轴6、涵道罩8、扇叶9、第二支撑辐条10、第一固定铰接头12、第二固定铰接头13、导向套14、第二杆体15、导向套16、电机支座17、往复件18、车身19、第二轴承29、第一轴承30。驱动件5通过旋转轴6连接到扇叶9，驱动件5和扇叶9组件支承在第一支撑辐条4中心的第一轴承30和第二支撑辐条10中心的第二轴承29上，两支撑辐条的外径处连接涵道罩8，沿子午线方向安装。第一固定铰接头12固接在车身19上，同时也固接在涵道罩8上。往复件18通过电机支座17固定在车身19上，导向套16有内螺纹，第二杆体15有外螺纹，第二杆体15通过铰接头与第一杆体连接，允许该铰接头的两端折到至少90度夹角，第一杆体的一端与第二固定铰接头13相连接，第二固定铰接头13固接在涵道罩8上，且其到第一固定铰接头12之间的距离等于其到第二杆体15上的铰接头之间的距离。

前轮在地面行驶时不参与驱动，但具有普通电动汽车相同的转向和制动功能，相关系统在此从略。所述前轮推进装置的工作方式描述如下：

(一)、地面行驶时装置的位置如图8所示。此时往复件18旋转将第二杆体15拉升到最高位置，驱动件5的轴线处于水平状态，驱动件5、涵道罩8、扇叶9组件处于静止状态并处于车轮口中。

(二)、当需要从地面行驶状态切换到空中飞行状态时，第一离合器3解除锁定并分离，往复件18旋转将第二杆体15推降到最低位置，在降低第二杆体15的过程中，导向套14的较大直径使第二杆体15的下端在从铅锤方向转变为水平方向过程中第二杆体15中的铰接头与第二固定铰接头13之间距保持不变的要求得到满足，即如图9中所示距离a＝b。驱动件5的轴线处于铅锤状态，驱动件5、涵道罩8、扇叶9组件围绕第一固定铰接头12转动90度，此时扇叶9可以提供起飞所需的最大升力。

(三)、当与前轮推进装置一共四个涵道的扇叶9全部提供升力时，飞行汽车即可起飞。根据需要，可以通过往复件18的旋转控制第二杆体15的位置在上述的最高和最低之间的任意位置使扇叶9倾转，满足飞行汽车转弯或姿态控制要求，此时扇叶9既产生升力，又产生侧向的倾转力。

(四)、当飞行汽车需要降落时，扇叶9降低升力，飞行汽车即可缓慢降落。落地后，往复件18旋转将第二杆体15拉升到最高位置，即可进入地面行驶状态。

综上所述，本发明提供的飞行汽车，具有以下的效果：

第一，采用两组后轮推进装置可以驱动飞行汽车在地面行驶，并且与前轮的转向功能合理分工，有利于延长前后轮的工作寿命，同时还具有后驱汽车的其它优点，例如爬坡、急加速性能好。其传动路径短，系统简单，传动效率高；

第二，四个带涵道的扇叶工作时位于左前、右前、左后、右后四角，即正常车辆的四个车轮所在位置，可使汽车随时随地垂直起降，对周围其它汽车的影响减到最低，满足其实用性、方便性、灵活性要求，并可以使各风扇提供的相对于纵向、横向中心线的翻转力矩最大化，有利于飞行汽车在飞行时的姿态控制，并且在将三个扇叶提供的最大升力设计为可以平衡整车重量的情况下，可以提供一台风扇升力冗余，在四套扇叶之一出现故障时依然可以保持飞行时的升力要求，提高其飞行安全性；

第三，采用行星齿轮系对驱动件的动力进行减速增扭有助于减小电机体积、重量，方便系统布置，满足系统小型化、轻量化、高速化的发展要求，并可以降低簧下质量，提高路面行驶的操控性；

第四，采用带涵道的扇叶有助于提高系统的推进效率，提高在各种气象条件下的飞行能量经济性，其与水平面之间的夹角可以提供往复件在0度到90度之间任意调节，确保飞行汽车的姿态控制要求，无需增加另外的姿态控制装置，系统简单、重量轻；

第五，电机、扇叶及涵道组件与轮毂共同布置于汽车的轮口中，且其外侧面与车身及轮口外轮廓平齐，在地面行驶时空气阻力小，降低了行驶时的能耗，同时还减小了与其它车辆或行人发生碰撞、碰擦的可能性，提高了地面行驶的安全性；

第六，采用固定和第二固定铰接头配合第二杆体的安装方式使涵道风扇组件在从地面行驶状态进入飞行状态过程中的位移最小化，并且使涵道风扇组件与车身之间的距离最小化，从而使飞行汽车在起飞时纵向和横向尺寸最小化，减小了起飞时对周围车辆、行人或路面物体的影响，提高了使用的安全性、方便性、地形适应性；

第七，起飞或降落时车轮起到起落架的作用，提高了过程的安全性、方便性；

第八，扇叶及涵道组件在地面行驶时不运转，安全性、经济性好，并且扇叶外侧有支撑辐条的保护，减小了外界物体使其损坏的可能性；

第九，空中飞行和路面行驶共用驱动件使驱动件数量最小化，降低了系统重量和成本。

第十，所述升力风扇外侧有支撑辐条的保护，减小了外界物体使其损坏的可能性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种飞行汽车的驱动装置，所述飞行汽车包括车身和连接在车身上的车轮，其特征在于，所述装置包括升力风扇，所述升力风扇转动连接在车身上；

所述升力风扇包括扇叶、驱动件和驱动轴，所述车轮与驱动轴上分别设置有相互配合的第一离合器；所述扇叶连接在驱动轴上，所述驱动件驱动驱动轴转动。

2.根据权利要求1所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述驱动轴包括旋转轴和风扇轴，所述旋转轴和风扇轴通过第二离合器连接；

所述扇叶设置在风扇轴上，所述驱动件驱动旋转轴转动。

3.根据权利要求2所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述升力风扇还包括涵道罩、第一支撑辐条、第二支撑辐条、第一轴承和第二轴承，所述涵道罩旋转连接在车身上；所述第一支撑辐条、第二支撑辐条外径处连接涵道罩上；所述第一轴承设置在第一支撑辐条上，所述第二轴承设置在第二支撑辐条上；所述旋转轴设置在第一轴承上，所述风扇轴设置在第二轴承上。

4.根据权利要求1所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述车轮包括轮毂及安装在轮毂上的行星齿轮系，所述行星齿轮系与轮毂传动连接，所述行星齿轮系包括芯轴，所述车轮的第一离合器设置在芯轴上，所述芯轴与驱动轴通过第一离合器传动连接。

5.根据权利要求4所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述行星齿轮系包括还制动组件、壳体、法兰、端盖、齿圈、行星轮组、太阳轮、行星架、花键套、第三轴承、第一卡箍、压紧螺母、第四轴承、第五轴承、第一密封、第二卡箍以及第二密封；

所述行星齿轮系的行星架通过花键套连接到轮毂上，所述行星齿轮系的齿圈固接到壳体上，所述端盖通过法兰连接到壳体上，所述壳体的另一端通过第三轴承支承在行星架上，并通过第二卡箍轴向定位，所述端盖、壳体与轮毂均为同轴线布置，所述制动组件与轮毂、壳体固接，所述第四轴承和第五轴承支承在芯轴上，并以第一卡箍和压紧螺母压紧第四轴承和第五轴承。

6.根据权利要求5所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述壳体内部有润滑油或润滑脂。

7.根据权利要求5所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述车轮还包括悬架组件和车架组件，所述悬架组件和车架组件支承在端盖上。

8.根据权利要求1所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述升力风扇通过第一连接件转动连接在车身上；

所述车身上还设置有控制升力风扇转动的姿态控制组件；

所述姿态控制组件包括往复件和连杆，所述往复件连接在车身上，所述连杆的一端与往复件连接，另一端通过第二连接件与升力风扇转动连接。

9.根据权利要求8所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述连杆包括第一杆体和第二杆体，所述第一杆体与第二杆体转动连接，所述第一杆体通过第二连接件与升力风扇转动连接，所述第二杆体与往复件连接。

10.根据权利要求9所述的飞行汽车的驱动装置，其特征在于，所述姿态控制组件还包括导向套，所述导向套连接在往复件上，所述第二杆体套设在导向套内。

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