CN114455070A - 具有失效保险电驱动单元的推力产生单元 - Google Patents

Abstract

本实施方式涉及推力产生单元(200)，其具有驱动旋转翼飞行器(100)的旋翼(210)的失效保险电驱动单元(220)。失效保险电驱动单元(220)可以包括：输入轴(240、246)；固定附接至相应的输入轴(240、246)的固定附接皮带轮(250、256)；联接至旋翼(210)的输出轴(230)；空转皮带轮(260、266)，该空转皮带轮(260、266)分别通过飞轮(261、267)安装到输出轴(230)上，使得当输出轴(230)比空转皮带轮(260、266)中的一个旋转得快时，输出轴(230)自由旋转；将固定附接皮带轮(250、256)分别与空转皮带轮(260、266)连接的皮带(270、276)；以及分别与输入轴(240、246)联接的电动马达(280、286)。

Description

具有失效保险电驱动单元的推力产生单元

技术领域

本实施方式涉及推力产生单元，更具体地涉及具有驱动旋转翼飞行器的旋翼的失效保险电驱动单元的推力产生单元。

背景技术

安全性在航空运输中绝对至关重要。实际上，航空运输是与选定的航空运输工具(例如直升机、飞机、混合动力飞行器、火箭等)无关的、通常必须考虑严格的适用权威法规、认证要求和安全性要求的领域。这样的权威法规、认证要求和安全性要求例如由美国联邦航空管理局(FAA)的美国联邦航空法规(FAR)、欧洲航空安全局(EASA)的欧洲认证规范(CS)和/或其他航空当局裁决规定。

固定翼飞行器和旋转翼飞行器以多种不同的方式满足这些安全性规定。固定翼飞行器最常见的方法涉及超功率喷射发动机的使用，使得一个喷射发动机失效时，固定翼飞行器可利用其余可操作的喷射发动机继续运转。

与此相反，大多数旋转翼飞行器依靠的是大多数旋翼提供的自动旋转能力以及连接至同一旋翼的两个或更多个发动机的使用，由此当其中一个发动机失效时，旋翼仍然可运转。

近来，城市空中机动性(urban air mobility，UAM)正在作为一个具有新安全性挑战的新市场出现。特别是，当前大多数用于城市空中机动性(UAM)的方案都涉及具有一个或多个推力产生单元的垂直起降(VTOL)飞行器，这些推力产生单元具有电驱动装置，并且通常配备有没有其他旋转翼飞行器的自动旋转能力的固定桨距推进器。因此，生产用于UAM市场的VTOL飞行器的航空制造商必须想象提供额外的安全层的新方案。

文献WO2018/77773A1涉及一种用于以提高的可靠性来驱动推进装置的特别冗余的电动机器。该机器包括多个独立的局部转子，该多个局部转子分别通过飞轮装置联接至共同的轴，以便在旋转的工作方向上驱动所述轴和与其一起的推进装置。该机器还包括多个独立的定子绕组系统，定子绕组系统和局部转子分别彼此相关联并且设置成使得它们可以彼此进行电磁相互作用。定子绕组系统在轴向方向上相继设置。类似地，局部转子在轴向方向上相继设置。

然而，冗余的电动机器涉及具有两个或更多个马达的齿轮传动方案。齿轮传动方案非常沉重，鉴于每分钟转数(RPM)不够灵活，而且是雷击不安全的。此外，鉴于RPM的适应性，齿轮传动方案并不灵活。而且，由于齿轮传动方案，因此需要油润滑和碎屑检测器，并且一个机械错误可能损坏整个齿轮箱。

文献DE102016220234A1涉及一种用于对电动机器进行故障排除的释放联接装置，其包括用于经由连接件联接具有轴的至少两个旋翼的联接元件以及用于在发生错误时通过分开复合结构使具有轴的两个旋翼中的至少一个旋翼分离的分离元件，其中两个旋翼中的至少一个旋翼与该错误相关联。

然而，释放联接装置涉及具有端面齿(hirth)齿圈的离合器，在一个马达失效时，该离合器将至少两个旋翼分开。因此，释放联接装置需要使用单独的释放元件。

文献US2017/0217600A1描述了一种包括驱动轴和多个电动马达模块的推进系统组件。驱动轴围绕驱动轴线可旋转地安装到壳体上，驱动轴包括第一轴端部和朝向相反的第二轴端部。多个电动马达模块相对于驱动轴线成彼此轴向堆叠的关系，以限定电动马达模块堆，每个电动马达模块被配置为用于当独立于至少一个其他电动马达模块而与驱动轴联接时将扭矩传递到驱动轴。每个电动马达模块包括可控制的离合器装置，其用于相对于驱动轴选择性地联接和分离相应的电动马达模块，以相应地启用和禁用相应的电动马达模块与驱动轴之间的扭矩传递。

然而，推进系统组件涉及具有在停止向离合器装置的电流时使旋翼组件与驱动轴分离的离合器装置，从而导致系统非常沉重和复杂。

此外，所有这些方案的共同点在于，将推进器直接安装在相应的电动马达的马达轴上。其中将推进器直接安装在相应的电动马达的马达轴上的这种电推进系统有时也被称为直接驱动系统。结果，直接驱动系统必须处理来自推进器的所有静态和动态的负载，这带有完全失去驱动单元的高风险。此外，直接驱动系统通常是雷击不安全的。

文献WO2012/023066A1描述了一种特别是用于旋转翼飞行器的推进和运动传递组件，该组件包括：第一马达-减速器组件；以及第二马达-减速器组件，其中第一马达-减速器组件和第二马达-减速器组件被设置成用于旋转地驱动旋转翼飞行器的至少一个旋翼；并且其中所述第一马达-减速器组件和所述第二马达-减速器组件中的每一个包括：-机械差速器，其包括第一输入轴、第二输入轴和输出轴；以及-分别连接至所述第一输入轴和所述第二输入轴的第一电动马达和第二电动马达，每个马达-减速器组件的输出轴被设置成用于旋转地连接至旋转翼飞行器的旋翼。

然而，所描述的推进和运动-传递组件具有安装在两个马达之间的齿轮传动装置。与文献WO2018/77773A1的齿轮传动方案类似，所描述的推进和运动-传递组件非常沉重，鉴于每分钟转数(RPM)不够灵活，而且是雷击不安全的。此外，由于齿轮传动方案，因此需要油润滑和碎屑检测器，并且一个机械错误可能损坏整个齿轮箱。

概括起来，许多现有的电驱动单元涉及与齿轮传动装置或离合器装置相结合的直接驱动系统或皮带驱动系统。直接驱动系统是雷击不安全的，马达必须处理所有动态和静态的负载。皮带驱动系统通常需要齿轮传动装置，该齿轮传动装置非常沉重，在RPM方面不够灵活，是雷击不安全的，并且需要油润滑和碎屑检测器。

发明内容

因此，目的是提供一种适于克服上述缺点的新的推力产生单元。

新的推力产生单元还应提供高安全等级(例如为推进器提供冗余的马达方案以使一个马达的失去不是灾难性的(即，一个马达的失去不会影响推进器驱动器))、低于现有方案的电压水平以及雷击安全性。

此外，新的推力产生单元应重量轻，使噪音排放和维修要求最少，安装简便灵活，动力适应灵活，RPM适应灵活和马达配置灵活。

上述目的通过包括权利要求1的特征的推力产生单元来解决。更具体地，推力产生单元可以包括旋翼和失效保险电驱动单元。失效保险电驱动单元可包括：第一输入轴和第二输入轴、分别固定附接至第一输入轴和第二输入轴的第一固定附接皮带轮和第二固定附接皮带轮、联接至旋翼的输出轴、第一空转皮带轮和第二空转皮带轮、第一皮带和第二皮带以及第一电动马达和第二电动马达。

第一空转皮带轮通过第一飞轮安装到输出轴上，使得当输出轴比第一空转皮带轮旋转得快时，输出轴自由旋转。第二空转皮带轮通过第二飞轮安装到输出轴上，使得当输出轴比第二空转皮带轮旋转得快时，输出轴自由旋转。

第一皮带将第一固定附接皮带轮与第一空转皮带轮连接，并且第二皮带将第二固定附接皮带轮与第二空转皮带轮连接。第一电动马达和第二电动马达分别与第一输入轴和第二输入轴联接，其中第一电动马达经由第一输入轴、第一固定附接皮带轮、第一皮带和第一空转皮带轮驱动输出轴，并且第二电动马达经由第二输入轴、第二固定附接皮带轮、第二皮带和第二空转皮带轮驱动输出轴。

因此，针对将其扭矩传递到输出轴的第一电动马达和第二电动马达中的每一个在输出轴上设置飞轮或空转皮带轮。由此，在第一或第二马达失效的情况下，输出轴不会被中断或减速。

代替第一电动马达和第二电动马达被直接连接至输出轴，第一电动马达和第二电动马达被连接至输出轴以通过相应的第一皮带和第二皮带将力传递到输出轴的空转皮带轮，从而克服上述问题。

实际上，说明性的推力产生单元不需要润滑马达。另外，不需要齿轮箱，因此不需要油泵。在使用齿轮箱的情况下，必须将油泵送通过齿轮箱以便将油泵送至齿轮，这通常克服由飞行器的飞行操纵引起的重力。省略齿轮箱和油泵可以减轻重量并且最大程度减少维修要求。

通常，空转轴承不是非常适合于高RPM，因为离心力会产生引起弹簧加载的夹紧体的提升运动的力。在这种情况下，夹紧体与轴承的外壳表面之间的摩擦减小，这引起滑动并因此引起热量产生。因此，为自由轴承或空转皮带轮提供低RPM。

碎屑检测可以及早检测传动装置或齿轮箱中的材料崩落情况。通过使用说明性的推力产生单元，既不会发生材料喷出，也不会出现磨损图案。因此，可以省略碎屑检测，从而降低成本。

通常，在高工作电压下的电学现象和局部放电效应变得更有效，因此随着飞行高度的增加而变得更加危险。由于使用了两个或更多个单独的电动马达，因此失效保险电驱动单元的电压水平可以显著降低到非临界范围。

说明性地，推力产生单元没有齿轮箱，没有液体发动机冷却，并且没有通过液体冷却的附加逆变器，从而与具有相当的运转可靠性的传统驱动系统相比，显著减轻了重量。

举例来说，可以通过简单地用具有不同直径的皮带轮代替皮带轮来适应旋翼的转速。在具有齿轮箱的传统的推力产生单元中，可能需要新的齿轮以及可能的新外壳。而且，与具有齿轮箱的传统的推力产生单元相比，皮带传动装置不需要复杂的零件生产。有些零件甚至可以使用3D打印机生产。

说明性地，与传统的推力产生单元相比，皮带抑制传动系统中的噪音和振动。如果需要，可以选择具有高电阻的皮带，以便可以通过皮带释放旋翼的静电荷，同时由于皮带的较高电阻，可以通过皮带的外壳释放雷击。因此，大大降低了由雷击引起的失去马达的风险。

此外，由于设计原因，皮带传动装置的所有零件都可以在短时间内更换。皮带不需要维修，并且它们在达到其最长的工作时间后可轻松更换。另外，滚珠轴承和飞轮还具有固定的使用寿命。

根据一个方面，失效保险电驱动单元还包括：一个或多个附加输入轴；一个或多个附加固定附接皮带轮；一个或多个附加空转皮带轮；一个或多个附加飞轮；一个或多个附加皮带；以及一个或多个附加电动马达，其中一个或多个附加电动马达中的每个附加电动马达与一个或多个附加输入轴中的相关联的输入轴联接，并经由相关联的输入轴、一个或多个附加固定附接皮带轮中的相关联的固定附接皮带轮、一个或多个附加皮带中的相关联的皮带、一个或多个附加空转皮带轮中的相关联的空转皮带轮以及一个或多个附加飞轮中的相关联的飞轮驱动输出轴，其中，相关联的固定附接皮带轮固定附接至相关联的输入轴，其中相关联的空转皮带轮通过相关联的飞轮安装到输出轴上，使得当输出轴比相关联的空转皮带轮旋转得快时，输出轴自由旋转，并且其中相关联的皮带将相关联的固定附接皮带轮与相关联的空转皮带轮连接。

根据一个方面，第一输入轴具有第一端部和与第一端部相对的第二端部，并且失效保险电驱动单元还包括至少第一张紧装置和第二张紧装置，其中第一张紧装置附接至第一输入轴的第一端部，并且第二张紧装置附接至第一输入轴的第二端部，其中第一张紧装置和第二张紧装置适于调节第一皮带的张力。

根据一个方面，失效保险电驱动单元还包括轴承支撑板，其至少接收第一电动马达和输出轴的一个端部。

根据一个方面，失效保险电驱动单元还包括附加轴承支撑板，其接收输出轴的至少一个其他端部。

根据一个方面，失效保险电驱动单元还包括肋部，该肋部将轴承支撑板与附加轴承支撑板连接，以将至少由第一电动马达产生的扭矩从轴承支撑板传递到附加轴承支撑板。

根据一个方面，附加轴承支撑板包括与输出轴相距不同距离的至少两个螺纹孔。

根据一个方面，至少第一皮带是齿形皮带。

根据一个方面，第一电动马达和第二电动马达以与输出轴相距相同的距离设置。

根据一个方面，第一电动马达以与输出轴相距第一距离设置，第二电动马达以与输出轴相距第二距离设置，第二距离不同于第一距离。

根据一个方面，第二距离是第一距离的至少两倍。

根据一个方面，第一输入轴、第二输入轴和输出轴彼此平行地设置。

根据一个方面，推力产生单元还可以包括联接在旋翼桨叶与输出轴之间的旋翼叶毂。

此外，旋转翼飞行器可包括上述推力产生单元。

根据一个方面，旋转翼飞行器可以包括至少一个附加的上述推力产生单元。

附图说明

在下面参照附图的描述中通过举例的方式概述了实施方式。在这些附图中，相同或功能相同的部件和元件用相同的参考数字和字符标记，并因此在下面的描述中仅描述一次。

-图1是根据一些实施方式的具有示例性的推力产生单元的说明性的旋转翼飞行器的侧视图的示意图，

-图2是根据一些实施方式的说明性的推力产生单元的分解图的示意图，

-图3是根据一些实施方式的说明性的推力产生单元的紧凑图的示意图，

-图4A是根据一些实施方式的说明性的推力产生单元的示意图，该推力产生单元具有以与输出轴相距相等的距离设置的至少两个电动马达，以及

-图4B是根据一些实施方式的具有对齐的三个电动马达的说明性的推力产生单元的示意图。

具体实施方式

图1示出了由旋转翼飞行器100实施的飞行器。应当注意，旋转翼飞行器100可以是任何具有旋翼的飞行器。旋转翼飞行器100的示例性实施方式可包括飞机、垂直起降(VTOL)飞行器、多轴直升机(multicopter)、直升机、无人机等。

旋转翼飞行器100可以具有飞行器机架102。飞行器机架102限定了飞行器100的支撑结构，该支撑结构在下文中也被称为旋转翼飞行器100的机身102。

飞行器机架102可具有限定内部容积体102a的外部壳体113。根据一个方面，内部容积体102a至少适于运输乘客，使得旋转翼飞行器100整体上适于运输乘客。内部容积体102a可适于容纳操作和电气设备，例如旋转翼飞行器100的运转所需的能量存储系统。

应当注意，适合于运输乘客而且还适合于容纳操作和电气设备的内部容积体102a的示例性配置对于本领域技术人员来说是容易获得的，并且通常被实施为符合有关旅客运输的适用的权威法规和认证要求。因此，为了简洁和简明起见，没有详细描述内部容积体102a的这些配置。

根据一个方面，旋转翼飞行器100包括预定数量的推力产生单元103。如果需要，预定数量的推力产生单元103包括至少两个推力产生单元103a、103b。如果需要，推力产生单元103的预定数量可以大于两个。例如，旋翼飞行器可以包括三个、四个或更多个推力产生单元。

应当注意，推力产生单元103a、103b全部示例性地相对于机身102侧向设置。换言之，预定数量的推力产生单元103中的推力产生单元示例性地设置在机身102的在其纵向方向上观察的左侧或右侧。因此，在图1中，仅推力产生单元103a、103b是可见的，而预定数量的推力产生单元103中的其他推力产生单元可能被机身102遮蔽。

然而，根据一个方面，可以相对于推力产生单元103a、103b以轴向对称的方式实现两个附加推力产生单元，其中，在机身102的纵向方向上的纵向中心轴线限定对称轴线。因此，在下文中仅更详细地描述推力产生单元103a、103b及其组成元件，而为了简洁和简明起见，省略了对附加推力产生单元的更详细的描述。

应当注意，该示例性布置仅仅是通过举例的方式描述的，而不是将本发明限制于此。相反，其他布置也是可以的并且同样被考虑。例如，预定数量的推力产生单元103中的一个或多个推力产生单元可以分别设置在机身102的前部和/或后部，等等。

推力产生单元103a、103b被实施为用于在运转中在预定方向上产生推力，使得旋转翼飞行器100能够在空中悬停并且能够在任何向前或向后的方向上飞行。

说明性地，推力产生单元103a、103b在结构上连接至预定数量的结构支撑件，该结构支撑件可以包括至少两个结构支撑构件。说明性地，预定数量的结构支撑件和预定数量的推力产生单元103形成推力产生单元装置。

举例来说，推力产生单元103a、103b中的一个或多个推力产生单元可包括相关联的护罩，以改善基本的空气动力学并提高操作安全性。举例来说，示出了具有两个单独的护罩106a、106b的多个护罩单元106。说明性地，护罩106a与推力产生单元103a相关联，护罩106b与推力产生单元103b相关联。

护罩106a、106b可以由简单的金属板制成和/或具有复杂的几何形状。如果需要，护罩106a、106b连接至预定数量的结构支撑件104。更具体地，护罩106a优选连接至结构支撑构件104a，并且护罩106b优选连接至结构支撑构件104b。

根据一个方面，推力产生单元103a、103b中的至少一个并且优选每一个配备有至少一个旋翼组件。举例来说，推力产生单元103a配备有旋翼组件108a，并且推力产生单元103b配备有旋翼组件108b。说明性地，旋翼组件108a、108b限定了多个旋翼组件108，其优选安装到多个护罩106上。

多个旋翼组件108可以由相关联的多个发动机105a、105b提供动力，该多个发动机可以实施为电动发动机。说明性地，旋翼组件108a可以由电动发动机105a提供动力，并且旋翼组件108b可以由电动发动机105b提供动力。然而，应当注意，发动机可以分别由能够在运转中产生扭矩的任何合适的发动机来实现，例如涡轮、柴油发动机、四冲程马达、电动发动机等。根据一个方面，图2的失效保险电驱动单元220实现了电动发动机105a、105b中的至少一个。

如果需要，旋翼组件108中的至少一个容纳在多个护罩106的相应相关联的护罩的内部。说明性地，旋翼组件108a、108b分别容纳在护罩106a、106b的内部。

在多旋翼飞行器100的运转中，借助于推力产生单元103a、103b对用于在预定方向上产生推力的推力产生的控制可以通过可选的桨距变化、通过RPM变化或通过桨距和RPM变化的组合来实现。如果多个旋翼组件108中的旋翼组件108a、108b没有可选的桨距变化，例如，如果将旋翼组件108a、108b的各个旋翼桨叶被实现为固定桨距桨叶，则不能执行通过桨距变化对推力产生的控制。在这种情况下，只能使用RPM变化来控制推力产生。

根据一个方面，提供了一种柔性悬架单元。柔性悬架单元可以被刚性地安装到飞行器机架102上，并且将推力产生单元装置机械地联接至飞行器机架102，使得推力产生单元103a、103b相对于飞行器机架102是可倾斜的。至少应实现大约+/-30°之间的预定范围的倾斜。

柔性悬架可以具有中性接口。中性接口可以使推力产生单元103a、103b经由悬架单元安装到飞行器机架102的不同结构上。如果需要，可以使用合适的适配器。然而，应当注意，推力产生单元保持相对于飞行器机架102倾斜的能力。

应当注意，术语“柔性”是指推力产生单元103a、103b相对于飞行器机架102的倾斜能力以及由于中性接口以及适当的适配器的使用而将相同的推力产生单元103a、103b安装到飞行器100的不同结构上的能力。然而，术语“柔性”不这样指悬架单元。

说明性地，柔性悬架单元连接至结构支撑构件104a、104b，以将推力产生单元装置机械地联接至飞行器机架102。

图2是根据一些实施方式的说明性的推力产生单元(例如，图1的推力产生单元103a或推力产生单元103b)的分解图的示意图。

说明性地，推力产生单元200可以包括旋翼210和失效保险电驱动单元220。旋翼210可以包括旋翼叶毂212、旋翼头213、至少两个旋翼桨叶215a、215b和旋翼支撑件214。如果需要，旋翼支撑件214可以是失效保险电驱动单元220的一部分。

如图所示，旋翼210包括至少两个旋翼桨叶215a、215b。如果需要，旋翼桨叶的数量可以大于两个。例如，旋翼210可包括三个、四个或更多个旋翼桨叶。

说明性地，旋翼210可包括一个旋翼组件，其中每个旋翼组件可包括旋翼叶毂、旋翼头和至少两个旋翼桨叶。然而，如果需要，旋翼210可以包括多于一个旋翼组件。例如，旋翼210可以包括两个旋翼组件，它们限定了一对上旋翼组件和下旋翼组件。再例如，旋翼210可以包括三个或四个旋翼组件。

如图所示，失效保险电驱动单元220可包括输出轴230、输入轴240、243、246、固定附接皮带轮250、253、256、空转皮带轮260、263、266、飞轮261、264、267、皮带270、273、276、张紧装置271、272、274、275、277、278、电动马达280、283、286、轴承支撑板290、295和肋部298。

说明性地，输出轴230可以联接至旋翼210。例如，输出轴230可以经由轴承支撑板295和旋翼支撑件214联接至旋翼210。换言之，输出轴230可以经由轴承支撑板295、旋翼支撑件214、旋翼叶毂212和旋翼头213联接至旋翼桨叶215a、215b。

固定附接皮带轮250、253、256可以分别固定附接至输入轴240、243、246。换言之，固定附接皮带轮250、253、256可以分别与其上附接它们的输入轴240、243、246以每分钟相同的转数(RPM)旋转。

空转皮带轮260、263、266可以通过飞轮261、264、267安装到输出轴230上，使得当输出轴230比空转皮带轮260、263、266中的相应的空转皮带轮旋转得快时，输出轴230自由旋转。

换言之，飞轮261、264、267中的有时也被称为超越离合器的飞轮在输出轴230比该飞轮旋转得快时与输出轴230脱离。

皮带270、273、276可以将相应的固定附接皮带轮250、253、256与相应的空转皮带轮260、263、266连接。

皮带270、273、276可以是适于将动力从各个固定附接皮带轮250、253、256传递到对应的各个空转皮带轮260、263、266的任何皮带。例如，皮带270、273、276可以是扁平皮带、绳索驱动器、圆形皮带、弹簧皮带、V型皮带、多槽皮带、罗纹皮带、薄膜皮带、齿形皮带或任何其他专门皮带。在一些实施方式中，皮带270、273、276中的至少一个皮带是齿形皮带，其有时也被为正时皮带、凹口皮带、嵌齿皮带(cog belt)或同步皮带。

如图所示，输入轴240、243、246和输出轴230彼此平行地设置。然而，输入轴240、243、246和输出轴230可以彼此不平行地设置。输入轴240、243、246和输出轴230彼此平行或不平行地设置可以基于相应的皮带270、273、276和/或相应的固定附接皮带轮250、253、256和/或相应的空转皮带轮260、263、266。

电动马达280、283、286可以分别与输入轴240、243、246联接，并且经由相应的输入轴240、243、246、相应的固定附接皮带轮250、253、256、相应的皮带270、273、276和相应的空转皮带轮260、263、266驱动输出轴230。

电动马达280、283、286可以是适于经由输出轴230驱动旋翼210的任何类型的电动马达。说明性地，电动马达280、283、286可以是有刷或无刷的、单相、两相或三相的、空气冷却或液体冷却的AC型马达或DC型马达，或它们的任意组合。

说明性地，输入轴240、243、246中的每个输入轴可具有彼此相对定位的两个端部。例如，输入轴240可具有端部241和与端部241相对的端部242。再例如，输入轴243可具有端部244和与端部244相对的端部245。又例如，输入轴246可具有端部247和与端部247相对的端部248。

如果需要，至少两个张紧装置271和272、274和275或277和278可以与相应的输入轴240、243、246相关联。例如，张紧装置271、274、277可以附接至相应的输入轴240、243、246的相应的端部241、244、247，并且张紧装置272、275、278可以附接至相应的输入轴240、243、246的相应的端部242、245、248。由此，张紧装置271和272、274和275或277和278可适于调节相应的皮带270、273、276的张力。

说明性地，失效保险电驱动单元220可以包括轴承支撑板290。轴承支撑板290可以接收电动马达280、283、286中的至少一个以及输出轴230的一个端部231。

如果需要，失效保险电驱动单元220可以包括附加轴承支撑板295。附加轴承支撑板295可以接收输出轴230的至少一个其他端部232。

举例来说，肋部298可将轴承支撑板290与附加轴承支撑板295连接。肋部298可适于将由电动马达280、283、286中的至少一个产生的扭矩从轴承支撑板290传递到附加轴承支撑板295。

具有相应的输入轴的相应的电动马达、相应的固定附接皮带轮、相应的空转皮带轮和相应的飞轮可以形成电驱动元件。如图2所示，失效保险电驱动单元220可以包括三个电驱动元件。

如果需要，三个电驱动元件可以全部以相同的预定速度驱动输出轴230。考虑以下情形，其中与三个电驱动元件的电动马达280相关联的电驱动元件失效。例如，电动马达280可能会失效，输入轴240或固定附接皮带轮260可能会断裂，或者皮带270可能会撕裂或变松。

在这种情形下，电动马达280可能无法以与电动马达283或286驱动相应的空转皮带轮263或266相同的预定速度来驱动空转皮带轮260。因此，空转皮带轮260可能与输出轴230脱离，由于与电动马达283和286相关联的两个仍可运转的电驱动元件，因此输出轴230继续以相同的预定速度运转。

如果需要，失效保险电驱动单元220可以仅包括两个电驱动元件。例如，失效保险电驱动单元220可包括：第一输入轴240和第二输入轴246、分别固定附接至第一输入轴240和第二输入轴246的第一固定附接皮带轮250和第二固定附接皮带轮256以及联接至旋翼210的输出轴230、第一空转皮带轮260和第二空转皮带轮266，其中第一空转皮带轮260通过第一飞轮261安装到输出轴230上，使得当输出轴230比第一空转皮带轮260旋转得快时，输出轴230自由旋转，并且其中第二空转皮带轮266通过第二飞轮267安装到输出轴230上，使得当输出轴230比第二空转皮带轮266旋转得快时，输出轴230自由旋转。

如果需要，失效保险电驱动单元220还可包括：第一皮带270和第二皮带276，其中第一皮带270将第一固定附接皮带轮250与第一空转皮带轮260连接，并且其中第二皮带276将第二固定附接皮带轮256与第二空转皮带轮266连接；以及分别与第一输入轴240和第二输入轴246联接的第一电动马达280和第二电动马达286，其中第一电动马达280经由第一输入轴240、第一固定附接皮带轮250、第一皮带270和第一空转皮带轮260驱动输出轴230，并且其中第二电动马达286经由第二输入轴246、第二固定附接皮带轮256、第二皮带276和第二空转皮带轮266驱动输出轴230。

如果需要，失效保险电驱动单元220可以包括多于两个或三个电驱动元件。例如，失效保险电驱动单元220可包括一个或多个附加输入轴、一个或多个附加固定附接皮带轮、一个或多个附加空转皮带轮、一个或多个附加飞轮、一个或多个附加皮带以及一个或多个附加电动马达，其中一个或多个附加电动马达中的每个附加电动马达与一个或多个附加输入轴中的相关联的输入轴联接，并经由相关联的输入轴、一个或多个附加固定附接皮带轮中的相关联的固定附接皮带轮、一个或多个附加皮带中的相关联的皮带、一个或多个附加空转皮带轮中的相关联的空转皮带轮以及一个或多个附加飞轮中的相关联的飞轮驱动输出轴。

说明性地，相关联的固定附接皮带轮固定附接至相关联的输入轴，其中相关联的空转皮带轮通过相关联的飞轮安装到输出轴上，使得当输出轴比相关联的空转皮带轮旋转得快时，输出轴自由旋转，并且其中相关联的皮带将相关联的固定附接皮带轮与相关联的空转皮带轮连接。

图3是说明性的推力产生单元200的紧凑图的示意图。如图所示，电动马达280、283和286设置在马达外壳中以进行扭矩补偿。如果需要，可以将各个电动马达280、283、286的马达外壳固定安装到轴承支撑板290上。电动马达280、283、286的马达驱动轴被分别附接至输入轴240、243、246。

为了确保从固定附接皮带轮250、253、256到相应的空转皮带轮260、263、266的最佳负载传递，可以通过相应的皮带张紧装置271和272、274和275、277和278收紧或松开每个相应的皮带270、273、276。图3示出了说明性的张紧装置271、272和轴承支撑板295的详细视图。

轴承支撑板295可以包括用于接收输出轴的一个端部(例如，图2的输出轴230的端部232)的孔330。如果需要，轴承支撑板295可以具有分别用于接收输入轴240、243、246的一个端部242、245、248的长孔320a、320b、320c。

说明性地，至少两个螺纹孔310可以与每个长孔320a、320b、320c相关联。如果需要，至少两个螺纹孔310可以与输出轴230相距不同的距离。

如图3所示，两对螺纹孔310与距孔330的预定距离相关联并且被设置在长孔320a、320b、320c的侧面上。然而，轴承支撑板295可具有与距孔330的预定距离相关联的多于两对的螺纹孔310。如果需要，轴承支撑板295可具有与孔330对齐的螺纹孔310以及相应的长孔320a、320b、320c。例如，轴承支撑板295可在孔330与各个长孔320a、320b、320c之间具有螺纹孔310。再例如，轴承支撑板295可以如先前的例子那样在各个长孔320a、320b、320c的相对两侧具有螺纹孔310。

张紧装置272、275、278可以在对应的螺纹孔310处附接至轴承支撑板295。由此，可以通过将相应的输入轴240、243、246移动穿过相应的长孔320a、320b、320c而将张紧装置272、275、278移动到相应的优选位置，之后使用每个张紧装置272、275、278的至少两个螺纹孔310中的一个将相应的张紧装置272、275、278在该位置拧紧或固定。

如果需要，张紧装置272、275、278或张紧装置271、274、277可以附接至其上附接有推力产生单元200的飞行器的结构部分。

如果需要，轴承支撑板290和/或轴承支撑板295可以被附接至其上附接有推力产生单元200的飞行器的结构部分。图4A是具有附接至飞行器结构440的至少一个轴承支撑板290或295的说明性的推力产生单元的示意图。

考虑其中仅轴承支撑板290、295中的一个附接至飞行器结构440的情形。在这种情形下，推力产生单元可包括肋部，其将由电动马达280、283、286产生的扭矩传递到轴承支撑板290、295中的另一个轴承支撑板。在两个轴承支撑板290和295都附接至飞行器结构440的情况下，可以省略肋部。

如果需要，推力产生单元可以具有以与输出轴相距相等的距离设置的至少两个电动马达280、283。例如，图2的推力产生单元200可以具有以与输出轴230相距相等的距离设置的三个电动马达280、283、286。

然而，电动马达280、283、286可以以与输出轴230相距不同的距离设置。图4B是具有对齐的三个电动马达280、283、286的说明性的推力产生单元的示意图。使电动马达280、283、286特别是在向前飞行方向上对齐可以减少由各个电动马达280、283、286引起的空气阻力。如果需要，电动马达280、283、286可以与输出轴230对齐。

说明性地，电动马达280以与输出轴230相距第一距离410设置，电动马达283、286分别以与输出轴230相距第二距离420、430设置。第二距离可以被选择为不同于第一距离。例如，第二距离420、430可以是第一距离410的至少两倍。

应当注意，对上述实施方式的修改在本领域技术人员的常识之内，因此，也被认为是本发明的一部分。

例如，图3的电动马达280、283、286分别驱动上部空转皮带轮260、下部空转皮带轮263和中间空转皮带轮266。然而，替代地，可以选择驱动特定的空转皮带轮260、263、266的电动马达280、283、286的任何其他适当组合。例如，电动马达280、283、286可以分别驱动下部空转皮带轮263、中间空转皮带轮266和上部空转皮带轮260。

此外，图3的失效保险电驱动单元220可以在不改变其功能的情况下被修改和/或包括所示的不同部件。例如，通过改变轴承支撑板290、295的形状，可以将电动马达280、283、286分别放置得更靠近固定附接皮带轮250、253、256，从而减小了各个输入轴240、243、246的长度。

附图标记列表

100 飞行器

102 飞行器机架，机身

102a 飞行器机架内部容积体

103 推力产生单元

103a，103b 推力产生单元

104 推力产生单元支撑结构

104a，104b 推力产生单元支撑结构构件

105a，105b 失效保险电驱动单元

106 护罩单元

106a，106b 护罩

108 旋翼组件

108a，108b 旋翼组件

113 外部壳体

200 推力产生单元

210 旋翼

212 旋翼叶毂

213 旋翼头

214 旋翼支撑件

215a，215b 旋翼桨叶

220 失效保险电驱动单元

230 输出轴

231、232 输出轴的端部

240、243、246 输入轴

241、242、244、245、247、248 输入轴的端部

250、253、256 固定附接皮带轮

260、263、266 空转皮带轮

261、264、267 飞轮

270、273、276 皮带

271、272、274、275、277、278 张紧装置

280、283、286 电动马达

290、295 轴承支撑板

298 肋部

310 螺纹孔

320a，320b，320c 长孔

330 孔

410，420，430 距离

440 飞行器结构

Claims (14)

1.一种推力产生单元(200)，包括：

旋翼(210)；以及

失效保险电驱动单元(220)，包括：

第一输入轴(240)和第二输入轴(246)，其中所述第一输入轴(240)具有第一端部(241)和与所述第一端部(241)相对的第二端部(242)；

分别固定附接至第一输入轴(240)和第二输入轴(246)的第一固定附接皮带轮(250)和第二固定附接皮带轮(256)；

联接至所述旋翼(210)的输出轴(230)；

第一空转皮带轮(260)和第二空转皮带轮(266)，其中所述第一空转皮带轮(260)通过第一飞轮(261)安装到所述输出轴(230)上，使得当所述输出轴(230)比所述第一空转皮带轮(260)旋转得快时，所述输出轴(230)自由旋转，并且其中所述第二空转皮带轮(266)通过第二飞轮(267)安装到所述输出轴(230)上，使得当所述输出轴(230)比所述第二空转皮带轮(266)旋转得快时，所述输出轴(230)自由旋转；

第一皮带(270)和第二皮带(276)，其中所述第一皮带(270)将所述第一固定附接皮带轮(250)与所述第一空转皮带轮(260)连接，并且其中所述第二皮带(276)将所述第二固定附接皮带轮(256)与所述第二空转皮带轮(266)连接；

分别与所述第一输入轴(240)和所述第二输入轴(246)联接的第一电动马达(280)和第二电动马达(286)，其中所述第一电动马达(280)经由所述第一输入轴(240)、所述第一固定附接皮带轮(250)、所述第一皮带(270)和所述第一空转皮带轮(260)驱动所述输出轴(230)，并且其中所述第二电动马达(286)经由所述第二输入轴(246)、所述第二固定附接皮带轮(256)、所述第二皮带(276)和所述第二空转皮带轮(266)驱动所述输出轴(230)；以及

至少第一张紧装置(271)和第二张紧装置(272)，其中所述第一张紧装置(271)附接至所述第一输入轴(240)的所述第一端部(241)，并且所述第二张紧装置(272)附接至所述第一输入轴(240)的所述第二端部(242)，其中所述第一张紧装置(271)和所述第二张紧装置(272)适于调节所述第一皮带(270)的张力。

2.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，所述失效保险电驱动单元(220)还包括：

一个或多个附加输入轴(243)；

一个或多个附加固定附接皮带轮(253)；

一个或多个附加空转皮带轮(263)；

一个或多个附加飞轮(264)；

一个或多个附加皮带(273)；以及

一个或多个附加电动马达(283)，

其中，所述一个或多个附加电动马达(283)中的每个附加电动马达(283)与所述一个或多个附加输入轴(243)中的相关联的输入轴(243)联接，并经由所述相关联的输入轴(243)、所述一个或多个附加固定附接皮带轮(253)中的相关联的固定附接皮带轮(253)、所述一个或多个附加皮带(273)中的相关联的皮带(273)、所述一个或多个附加空转皮带轮(263)中的相关联的空转皮带轮(263)以及所述一个或多个附加飞轮(264)中的相关联的飞轮(264)驱动所述输出轴(230)，

其中，所述相关联的固定附接皮带轮(253)固定附接至所述相关联的输入轴(243)，其中所述相关联的空转皮带轮(263)通过所述相关联的飞轮(264)安装到所述输出轴(230)上，使得当所述输出轴(230)比所述相关联的空转皮带轮(263)旋转得快时，所述输出轴(230)自由旋转，并且其中所述相关联的皮带(273)将所述相关联的固定附接皮带轮(253)与所述相关联的空转皮带轮(263)连接。

3.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，所述失效保险电驱动单元(220)还包括：

轴承支撑板(290)，其至少接收所述第一电动马达(280)和所述输出轴(230)的一个端部(231)。

4.根据权利要求3所述的推力产生单元(200)，其中，所述失效保险电驱动单元(220)还包括：

附加轴承支撑板(295)，其接收所述输出轴(230)的至少一个其他端部(232)。

5.根据权利要求4所述的推力产生单元(200)，其中，所述失效保险电驱动单元(220)还包括：

肋部(298)，所述肋部将所述轴承支撑板(290)与所述附加轴承支撑板(295)连接，以将至少由所述第一电动马达(280)产生的扭矩从所述轴承支撑板(290)传递到所述附加轴承支撑板(295)。

6.根据权利要求4所述的推力产生单元(200)，其中，所述附加轴承支撑板(295)包括：

与所述输出轴(230)相距不同距离的至少两个螺纹孔(310)。

7.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，至少所述第一皮带(270)是齿形皮带。

8.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，所述第一电动马达(280)和第二电动马达(286)以与所述输出轴(230)相距相同的距离设置。

9.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，所述第一电动马达(280)以与所述输出轴(230)相距第一距离(410)设置，并且所述第二电动马达(286)以与所述输出轴(230)相距第二距离(420、430)设置，所述第二距离与所述第一距离不同。

10.根据权利要求9所述的推力产生单元(200)，其中，所述第二距离(420、430)是所述第一距离(410)的至少两倍。

11.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其中，所述第一输入轴(240)、所述第二输入轴(246)和所述输出轴(230)彼此平行地设置。

12.根据权利要求1所述的推力产生单元(200)，其还包括：

联接在旋翼桨叶(215a、215b)与所述输出轴(230)之间的旋翼叶毂(212)。

13.一种旋转翼飞行器(100)，其包括根据权利要求1所述的推力产生单元(200)。

14.根据权利要求13所述的旋转翼飞行器(100)，其还包括至少一个附加的根据权利要求1所述的推力产生单元(200)。

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