CN116588328B - 一种直升机周期变距和总距控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于直升机控制技术领域，为一种直升机周期变距和总距控制装置及方法，包括上无刷电机、下无刷电机、桨叶轴和变距永磁铁；当上无刷电机与下无刷电机控制磁场等效点处于上下对应位置时，两个电机的磁场等效点相同，但磁场等效点的磁极方向相反，桨叶轴和旋翼不发生旋转，直升机平飞；上无刷电机与下无刷电机的等效点处于上下非对应位置时，两个磁场等效点产生相位差，此时变距永磁铁的上端和下端的受力方向产生偏差，变距永磁铁产生一定角度的偏转，控制旋翼旋转平面倾斜，实现俯仰、滚转等动作；上无刷电机和下无刷电机的绕组均由控制器自动控制，结构简单，占用空间小，控制稳定，不再需要自动倾斜器等结构，能够实现直升机的高效稳定飞行。
Description
技术领域
本申请属于直升机控制技术领域，特别涉及一种直升机周期变距和总距控制装置及方法。
背景技术
直升机在飞行过程中，在控制旋翼旋转的同时，还需要周期性的控制旋翼的旋翼发生偏转，以实现不同姿态的控制，目前无论是单旋翼直升机还是多旋翼直升机，通常都是通过自动倾斜器进行控制。
自动倾斜器是直升机改变旋翼倾斜方向和旋翼倾角的专用装置。通过它实现对直升机飞行状态的操纵。它经由球形套筒装在桨叶轴上，套筒和总距操纵杆相连并可在桨叶轴上下滑动。套筒的球面上套有一个不旋转的环，称为内环，和周期变距操纵杆相连。内环可沿球形套筒向任一方向倾斜，外环是旋转部分，通过滚动轴承绕内环旋转，同时通过拉杆与旋翼连接并一同运动。操纵总距操纵杆时，球形套筒带动整个自动倾斜器向上或向下，使各个叶片的桨距同时变大或变小，使直升机上升或下降；推动周期变距操纵杆时，使内环绕套筒倾斜，带动外环倾斜，拉动旋翼周期性地改变桨距，使旋翼旋转平面倾斜，从而使直升机沿着旋翼拉力水平分量的方向飞行，达到控制直升机飞行方向的目的。
现有的自动倾斜器控制的直升机需要通过转轴将电机驱动力转递给旋翼，结构实现复杂，因此如何简单高效地控制直升机的飞行是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种直升机周期变距和总距控制装置及方法，以解决现有技术中直升机飞行控制结构复杂的问题。
本申请的技术方案是：一种直升机周期变距和总距控制装置，包括上无刷电机、下无刷电机、桨叶轴和变距永磁铁，所述上无刷电机和下无刷电机上下对应设置，所述上无刷电机中包含有多个上永磁铁，所述下无刷电机中包含有多个下永磁铁，所述桨叶轴设有至少两组并设于上无刷电机和下无刷电机之间，所述桨叶轴与上无刷电机和下无刷电机的外壳转动连接，所述变距永磁铁的数量与桨叶轴的数量相同并且每一变距永磁铁均与一桨叶轴对应连接，所述上无刷电机与下无刷电机分别采用不同的控制器进行控制；所述变距永磁铁的上下两端或内外两端分别为不同的磁极，所述变距永磁铁的上端插入至上无刷电机的定子与转子之间，所述变距永磁铁的下端插入至下无刷电机的定子与转子之间，当控制器控制上无刷电机与下无刷电机控制磁场等效点处于上下对应位置时，直升机平飞；当控制器控制上无刷电机与下无刷电机的等效点处于上下非对应位置时，直升机进行变距动作。
优选地，各个所述变距永磁铁的上端的磁极与多个上永磁铁(9)的磁极形成360度范围内的N、S交替排列，各个所述变距永磁铁的下端的磁极与多个下永磁铁的磁极形成360度范围内的N、S交替排列。
优选地，所述上无刷电机包括上定子铁芯、上励磁绕组、上定子机架和上外壳，所述上定子铁芯同轴设于上定子机架上，所述上励磁绕组共有多组并均匀缠绕于上定子铁芯的周向不同位置，所述上外壳同轴设于上定位铁芯的外侧并且上外壳内间隔设置有多个上永磁铁；所述下无刷电机包括下定子铁芯、下励磁绕组、下定子机架和下外壳，所述下定子铁芯同轴设于下定子机架上，所述下励磁绕组共有多组并均匀缠绕于下定子铁芯的周向不同位置，所述下外壳同轴设于下定位铁芯的外侧并且下外壳内间隔设置有多个下永磁铁；所述上定子铁芯与下定子铁芯之间具有间隔；每组所述上励磁绕组和下励磁绕组均采用不同的控制器进行控制。
优选地，所述上外壳与下外壳一体化设置，形成一体外壳，所述一体外壳的两侧开设有安装孔，所述桨叶轴转动连接于安装孔内；所述上永磁铁与上下对应设置的下永磁铁一体化设置，所述上永磁铁与下永磁铁的两侧分别为不同的磁极。
优选地，所述一体外壳对应安装孔外侧的位置处设有安装套，所述安装套同轴设置于桨叶轴的外侧，所述安装套与桨叶轴之间设有轴承。
优选地，所述安装套的一端插入至一体外壳内，所述安装套位于一体外壳内部的一端同轴设置有定位环，所述变距永磁铁的外侧壁上开设有与定位环转动配合的定位槽。
优选地，所述变距永磁铁包括一体化设置的上偏转块、下偏转块和中间连接块，所述中间连接块设于上偏转块与下偏转块之间，所述上偏转块与下偏转块的外表面均为球面，所述上偏转块的上表面为圆弧面，所述下偏转块的下表面为圆弧面。
优选地，所述变距永磁铁与上无刷电机和下无刷电机的外壳之间具有间隔。
作为一种具体实施方式，一种直升机周期变距和总距控制方法，采用如上述所述的装置，包括：
飞控系统向控制芯片发出一控制指令，控制芯片接收到该控制指令后对该控制指令进行解析，获取该控制指令下所对应的一个控制周期内的平飞时间节点、正向变距时间节点和反向变距时间节点；
在判断到达平飞时间节点时，计算该平飞时间节点下各控制器所对应的控制参数，所述控制参数包括总距大小值、变距方向和变距极值，并分别发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
在判断平飞时间节点达到指定的控制之间后，判断下一时间节点的属性，为正向变距时间节点或反向变距时间节点的其一，计算正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
当上一周期变距节点为正向变距时间节点时，则该节点为反向变距时间节点；当上一周期变距节点为反向变距时间节点时，则该节点为正向变距时间节点；在在判断到达周期变距节点时，先判断该周期变距节点与对应的上一周期变距节点在该周期内是否对称，若是，则计算该正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
再次到达平飞时间节点，在该平飞时间节点计算各控制器对应的控制参数，发送至对应的控制器内对励磁绕组进行控制，直至完成一个周期控制。
优选地，所述控制器根据控制参数对桨叶的具体控制方法为：
建立定子极坐标系，定子极坐标系以定子轴心为原点，以原点朝向一桨叶方向为X方向；
当控制器接收到平飞指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、旋转磁场强度和相位，并控制上下励磁绕组所对应的旋转磁场以同速度、同角度转动，驱动转子匀速转速，此时上下励磁绕组旋转磁场的相位为0；
当控制器接收到周期变距指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、上下两个无刷电机的旋转磁场强度和相位，设定一桨叶当前角度为α，上励磁绕组中对准变距永磁铁和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，下励磁绕组中对准变距永磁铁和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，变距永磁铁的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴的旋转力距，形成负向变距极大值；同一时刻，另一永磁铁和桨叶转动到α+180°位置时，上励磁绕组中对准变距永磁铁和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，下励磁绕组中对准变距永磁铁和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，变距永磁铁的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴的旋转力距，形成正向变距极大值。
本申请的一种直升机周期变距和总距控制装置及方法，包括上无刷电机、下无刷电机、桨叶轴和变距永磁铁；当上无刷电机与下无刷电机控制磁场等效点处于上下对应位置时，两个电机的磁场等效点相同，但磁场等效点的磁极方向相反，桨叶轴和旋翼不发生旋转，直升机平飞；上无刷电机与下无刷电机的等效点处于上下非对应位置时，两个磁场等效点产生相位差，此时变距永磁铁的上端和下端的受力方向产生偏差，变距永磁铁产生一定角度的偏转，控制旋翼旋转平面倾斜，实现俯仰、滚转等动作；上无刷电机和下无刷电机的绕组均由控制器自动控制，结构简单，占用空间小，控制稳定，不再需要自动倾斜器等结构，能够实现直升机的高效稳定飞行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构轴测图；
图2为本申请整体结构剖视图；
图3为本申请直升机平飞时的变距永磁铁受力原理图；
图4为本申请直升机进行变距动作时的变距永磁铁偏转结构示意图；
图5为本申请直升机进行变距动作时的变距永磁铁受力原理图；
图6为本申请桨叶轴与变距永磁铁爆炸结构示意图；
图7①为本申请平飞状态上励磁绕组所形成的旋转磁场示意图、图7②为本申请平飞状态下励磁绕组所形成的旋转磁场示意图；
图8①为本申请变动总距时上励磁绕组所形成的旋转磁场示意图、图8②为本申请变动总距时励磁绕组所形成的旋转磁场示意图；
图9①为本申请周期变距时上励磁绕组所形成的旋转磁场示意图、图9②为本申请周期变距时励磁绕组所形成的旋转磁场示意图。
1、上无刷电机；2、下无刷电机；3、桨叶轴；4、变距永磁铁；5、上定子铁芯；6、上励磁绕组；7、上定子机架；8、上外壳；9、上永磁铁；10、下定子铁芯；11、下励磁绕组；12、下定子机架；13、下外壳；14、下永磁铁；15、一体外壳；16、安装套；17、轴承；18、上偏转块；19、下偏转块；20、中间连接块；21、定位环；22、定位槽。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种直升机周期变距和总距控制装置，如图1-2所示，包括上无刷电机1、下无刷电机2、桨叶轴3和变距永磁铁4，上无刷电机1和下无刷电机2上下对应设置，上无刷电机1中包含有多个上永磁铁9，下无刷电机2中包含有多个下永磁铁14，桨叶轴3设有至少两组并设于上无刷电机1和下无刷电机2之间，桨叶轴3与上无刷电机1和下无刷电机2的外壳转动连接，变距永磁铁4的数量与桨叶轴3的数量相同并且每一变距永磁铁4均与一桨叶轴3对应连接，上无刷电机1与下无刷电机2的整体结构可以采用内转子外定子结构或者内定子外转子结构，本实施例中优选为上无刷电机1与下无刷电机2采用内定子、外转子结构，上无刷电机1与下无刷电机2分别采用不同的控制器进行控制，各个控制器均有线或者无线连接至一个控制芯片内。
变距永磁铁4的磁极两端可以为上端或下端、也可以为内端或外端端。本申请优选为：变距永磁铁4的上端与下端分别为不同的磁极，变距永磁铁4的上端插入至上无刷电机1的定子与转子之间，变距永磁铁4的下端插入至下无刷电机2的定子与转子之间，当控制器控制上无刷电机1与下无刷电机2控制磁场等效点处于上下对应位置时，直升机平飞；当控制器控制上无刷电机1与下无刷电机2的等效点处于上下非对应位置时，直升机进行变距动作。
在具体的实施设计中，能够对二旋翼、四旋翼或五旋翼等不同类型的直升机进行控制，在本实施例中，以二旋翼的直升机为例进行说明：此时桨叶轴3和变距永磁铁4的数量均为两组。
上无刷电机1和下无刷电机2的工作原理与普通内定子、外转子结构的工作原理相同，均是通过内部绕组的磁场变化控制外部的壳体旋转，并且上无刷电机1与下无刷电机2分别形成磁场等效点。
直升机飞行时，通过控制器分别控制上无刷电机1和下无刷电机2工作，通过绕组控制外部壳体同步旋转，壳体旋转通过桨叶轴3带动旋翼旋转，飞机飞行。
当上无刷电机1与下无刷电机2控制磁场等效点处于上下对应位置时，两个电机的磁场等效点相同，但磁场等效点的磁极方向相反，此时变距永磁铁4上下受到的磁力相同，处于竖直状态，桨叶轴3和旋翼不发生旋转，直升机平飞。
上无刷电机1与下无刷电机2的等效点处于上下非对应位置时，如图5所示，其中实线代表上无刷电机1的磁场等效点，实线代表下无刷电机2的磁场等效点，两个磁场等效点产生相位差，此时变距永磁铁4的上端和下端的受力方向产生偏差，当变距永磁铁4的上端受到向前的偏转力时、下端受到向后的偏转力或者上端受到向后的偏转力时、下端受到向前的偏转力，变距永磁铁4产生一定角度的偏转，由于该偏转量通过桨叶轴3传递给旋翼，控制旋翼旋转平面倾斜，从而使直升机沿着旋翼拉力水平分量的方向飞行，实现俯仰、滚转等动作。在此过程中两个旋翼的偏转量相同，方向相反。
上无刷电机1和下无刷电机2的绕组均由控制器自动控制，结构简单，占用空间小，控制稳定，不再需要自动倾斜器等结构，能够实现直升机的高效稳定飞行。
优选地，各个变距永磁铁4的上端的磁极与多个上永磁铁9的磁极形成360度范围内的N、S交替排列，各个变距永磁铁4的下端的磁极与多个下永磁铁14的磁极形成360度范围内的N、S交替排列。
作为一种具体实施方式，变距永磁铁4的上端为S极、下端为N极。
结合图3，当进行平飞动作时，若上无刷电机1的磁场等效点产生S极方向的磁场力时，下无刷电机2的上下对应设置的磁场等效点同步产生N极方向的磁场力；若上无刷电机1的磁场产生N极方向的磁场力时，下无刷电机2的上下对应设置的磁场等效点同步产生S极方向的磁场力，变距永磁铁4受到的磁场力大小相同、方向相同，保证飞机稳定平飞。
结合图4-5，当进行俯仰、滚转等动作时，上无刷电机1与下无刷电机2的的磁场等效点产生相位差，并且为了实现两个旋翼的反向同步控制，当上无刷电机1在一个变距永磁铁4一侧产生的磁场等效点提前下无刷电机2的磁场等效点一个相位时；与此同时，上无刷电机1在另一个变距永磁铁4一侧产生的磁场等效点落后下无刷电机2的磁场等效点一个相位。或者当上无刷电机1在一个变距永磁铁4一侧产生的磁场等效点落后下无刷电机2的磁场等效点一个相位时；与此同时，上无刷电机1在另一个变距永磁铁4一侧产生的磁场等效点提前下无刷电机2的磁场等效点一个相位，即可实现对直升机两个旋翼的反向同步控制。
当永磁铁的上端为N极、下端为S极时，其原理与上述控制方式相同，具体不再赘述。
当然，两个变距永磁铁4若一个上端为S极、另一个上端为N极时，通过控制磁场等效点的方向和大小同样能够对直升机进行周期变距控制。
优选地，上无刷电机1包括上定子铁芯5、上励磁绕组6、上定子机架7和上外壳8，上定子铁芯5同轴设于上定子机架7上，上励磁绕组6共有多组并均匀缠绕于上定子铁芯5的周向不同位置，上外壳8同轴设于上定子铁芯5的外侧并且上外壳8内间隔设置有多个上永磁铁9。
下无刷电机2包括下定子铁芯10、下励磁绕组11、下定子机架12和下外壳13，下定子铁芯10同轴设于下定子机架12上，下励磁绕组11共有多组并均匀缠绕于下定子铁芯10的周向不同位置，下外壳13同轴设于下定子铁芯10的外侧并且下外壳13内间隔设置有多个下永磁铁14；上定子铁芯5与下定子铁芯10之间具有间隔。
该设计下，上无刷电机1和下无刷电机2的结构布置与现有的内定子、外转子的结构布置基本相同。
为了能够稳定高效地实现上述控制方式，每组上励磁绕组6和下励磁绕组11均采用不同的控制器进行控制，这样能够实现精细化控制，从而能够精准地控制旋翼的旋转角度。
优选地，上外壳8与下外壳13一体化设置，形成一体外壳15，一体外壳15的两侧开设有安装孔，桨叶轴3转动连接于安装孔内；上永磁铁9与上下对应设置的下永磁铁14一体化设置，上永磁铁9与下永磁铁14的两侧分别为不同的磁极。一体外壳15能够实现与旋翼的稳定连接，一体化设置的上永磁铁9和下永磁铁14能够保证上无刷电机1和下无刷电机2控制一体外壳15转动时的高效同步。
结合图6，优选地，一体外壳15对应安装孔外侧的位置处设有安装套16，安装套16同轴设置于桨叶轴3的外侧，安装套16与桨叶轴3之间设有轴承17。安装套16与轴承17的设置保证桨叶轴3的稳定偏转。
优选地，安装套16的一端插入至一体外壳15内，安装套16位于一体外壳15内部的一端同轴设置有定位环21，变距永磁铁4的外侧壁上开设有与定位环21转动配合的定位槽22。在变距永磁铁4偏转时，定位环21能够对变距永磁铁4起到定位和导向作用，保证偏转稳定，为了减少摩擦，定位环21与定位槽22之间还可以设置滚珠或者加入润滑油等，具体不再赘述。
优选地，变距永磁铁4包括一体化设置的上偏转块18、下偏转块19和中间连接块20，中间连接块20设于上偏转块18与下偏转块19之间，上偏转块18与下偏转块19的外表面均为球面，上偏转块18的上表面为圆弧面，下偏转块19的下表面为圆弧面。该设计使得上偏转块18和下偏转块19，使得变距永磁铁4能够有较大的空间进行偏转，而不会与一体外壳15产生碰撞，使得变距永磁铁4的偏转角度能够满足对旋翼的控制需求。中间连接块20可以采用永磁铁，也可以使用非磁铁材料。
如果需要更大的偏转角度，通过将上偏转块18和下偏转块19的球面直径设计的更小即可实现。
优选地，变距永磁铁4与上无刷电机1和下无刷电机2的一体外壳15之间具有间隔，进一步提高变距永磁铁4转动的空间。
作为一种具体实施方式，一种直升机周期变距和总距控制方法，采用如上述所述的装置，包括：
飞控系统向控制芯片发出一控制指令，控制芯片接收到该控制指令后对该控制指令进行解析，获取该控制指令下所对应的一个控制周期内的平飞时间节点、正向变距时间节点和反向变距时间节点；正向变距时间节点和反向变距时间节点均为周期变距节点；
在判断到达平飞时间节点时，计算该平飞时间节点下各控制器所对应的控制参数，控制参数包括总距大小值、变距方向和变距极值等，并分别发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，控制参数包括电流大小、持续时间等；按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
在判断平飞时间节点达到指定的控制之间后，判断下一时间节点的属性，为正向变距时间节点或反向变距时间节点的其一，计算正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
当上一周期变距节点为正向变距时间节点时，则该节点为反向变距时间节点；当上一周期变距节点为反向变距时间节点时，则该节点为正向变距时间节点；在判断到达周期变距节点时，先判断该周期变距节点与对应的上一周期变距节点在该周期内是否对称，若是，则计算该正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；在同一周期内可能不止一次增速或者减速，当进行多次增速或者减速时，该周期变距节点对应的上一周期变距节点为该周期变距节点时间相同、磁场属性相反的节点；
再次到达平飞时间节点，在该平飞时间节点计算各控制器对应的控制参数，发送至对应的控制器内对励磁绕组进行控制，当具有2个以上的减速节点时，按照上述控制方法进行循环控制，直至完成一个周期控制。
同时控制芯片实时接收桨叶的运行状态参数，在判断桨叶的运行状态参数与控制参数对应的运行状态不符后，根据运行状态参数的实际数值调整对应控制参数的实际数值。
优选地，控制器根据控制参数对桨叶的具体控制方法为：
建立定子极坐标系，定子极坐标系以定子轴心为原点，以原点朝向一桨叶方向为X方向；
当控制器接收到平飞指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、旋转磁场强度和相位，并控制上下励磁绕组11所对应的旋转磁场以同速度、同角度(相位)转动，驱动转子匀速转速，此时上下励磁绕组11旋转磁场的相位为0、桨距为0，如图7①②所示；
变动总距时，飞控系统向控制器发出总距大小值(可以为正，也可以为负)；上下励磁绕组11所对应的旋转磁场以同速度、但不同角度(相位)转动，每一组上励磁绕组6的相位均为+θ，每一组下励磁绕组11的相位均为-θ，其中θ的大小与飞控系统向控制模块发出的总距大小成反比(θ可以为正，也可以为负)；此时变距永磁铁4的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴3的旋转力矩，驱动桨叶形成桨距，如图8①②所示。
进行周期变距时，飞控系统向控制器发出变距的方向(α)和变距极值；其中α为桨叶桨距达到负向变距极大值时，桨叶相对定子极坐标系零方向的角度；α+180°为桨叶桨距达到正向变距极大值时，桨叶相对定子极坐标系零方向的角度。
当控制器接收到周期变距指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、上下两个无刷电机的旋转磁场强度和相位，设定一桨叶当前角度为α，上励磁绕组6中对准变距永磁铁4和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，下励磁绕组11中对准变距永磁铁4和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，变距永磁铁4的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴3的旋转力距，形成负向变距极大值；同一时刻，另一永磁铁和桨叶转动到α+180°位置时，上励磁绕组6中对准变距永磁铁4和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，下励磁绕组11中对准变距永磁铁4和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，变距永磁铁4的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴3的旋转力距，形成正向变距极大值，如图9①②所示。λ的大小与飞控系统发出的变距极值成正比。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种直升机周期变距和总距控制装置，其特征在于：包括上无刷电机(1)、下无刷电机(2)、桨叶轴(3)和变距永磁铁(4)，所述上无刷电机(1)和下无刷电机(2)上下对应设置，所述上无刷电机(1)中包含有多个上永磁铁(9)，所述下无刷电机(2)中包含有多个下永磁铁(14)，所述桨叶轴(3)设有至少两组并设于上无刷电机(1)和下无刷电机(2)之间，所述桨叶轴(3)与上无刷电机(1)和下无刷电机(2)的外壳转动连接，所述变距永磁铁(4)的数量与桨叶轴(3)的数量相同并且每一变距永磁铁(4)均与一桨叶轴(3)对应连接，所述上无刷电机(1)与下无刷电机(2)分别采用不同的控制器进行控制；
所述变距永磁铁(4)的上下两端或内外两端分别为不同的磁极，所述变距永磁铁(4)的上端插入至上无刷电机(1)的定子与转子之间，所述变距永磁铁(4)的下端插入至下无刷电机(2)的定子与转子之间，当控制器控制上无刷电机(1)与下无刷电机(2)控制磁场等效点处于上下对应位置时，直升机平飞；当控制器控制上无刷电机(1)与下无刷电机(2)的等效点处于上下非对应位置时，直升机进行变距动作；
各个所述变距永磁铁(4)的上端的磁极与多个上永磁铁(9)的磁极形成360度范围内的N、S交替排列，各个所述变距永磁铁(4)的下端的磁极与多个下永磁铁(14)的磁极形成360度范围内的N、S交替排列；
所述变距永磁铁(4)包括一体化设置的上偏转块(18)、下偏转块(19)和中间连接块(20)，所述中间连接块(20)设于上偏转块(18)与下偏转块(19)之间，所述上偏转块(18)与下偏转块(19)的外表面均为球面，所述上偏转块(18)的上表面为圆弧面，所述下偏转块(19)的下表面为圆弧面；
所述变距永磁铁(4)与上无刷电机(1)和下无刷电机(2)的外壳之间具有间隔。
2.如权利要求1所述的直升机周期变距和总距控制装置，其特征在于：所述上无刷电机(1)包括上定子铁芯(5)、上励磁绕组(6)、上定子机架(7)和上外壳(8)，所述上定子铁芯(5)同轴设于上定子机架(7)上，所述上励磁绕组(6)共有多组并均匀缠绕于上定子铁芯(5)的周向不同位置，所述上外壳(8)同轴设于上定子铁芯(5)的外侧并且上外壳(8)内间隔设置有多个上永磁铁(9)；
所述下无刷电机(2)包括下定子铁芯(10)、下励磁绕组(11)、下定子机架(12)和下外壳(13)，所述下定子铁芯(10)同轴设于下定子机架(12)上，所述下励磁绕组(11)共有多组并均匀缠绕于下定子铁芯(10)的周向不同位置，所述下外壳(13)同轴设于下定子铁芯(10)的外侧并且下外壳(13)内间隔设置有多个下永磁铁(14)；所述上定子铁芯(5)与下定子铁芯(10)之间具有间隔；
每组所述上励磁绕组(6)和下励磁绕组(11)均采用不同的控制器进行控制。
3.如权利要求2所述的直升机周期变距和总距控制装置，其特征在于：所述上外壳(8)与下外壳(13)一体化设置，形成一体外壳(15)，所述一体外壳(15)的两侧开设有安装孔，所述桨叶轴(3)转动连接于安装孔内；所述上永磁铁(9)与上下对应设置的下永磁铁(14)一体化设置，所述上永磁铁(9)与下永磁铁(14)的两侧分别为不同的磁极。
4.如权利要求3所述的直升机周期变距和总距控制装置，其特征在于：所述一体外壳(15)对应安装孔外侧的位置处设有安装套(16)，所述安装套(16)同轴设置于桨叶轴(3)的外侧，所述安装套(16)与桨叶轴(3)之间设有轴承(17)。
5.如权利要求4所述的直升机周期变距和总距控制装置，其特征在于：所述安装套(16)的一端插入至一体外壳(15)内，所述安装套(16)位于一体外壳(15)内部的一端同轴设置有定位环(21)，所述变距永磁铁(4)的外侧壁上开设有与定位环(21)转动配合的定位槽(22)。
6.一种直升机周期变距和总距控制方法，采用如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，包括：
飞控系统向控制芯片发出一控制指令，控制芯片接收到该控制指令后对该控制指令进行解析，获取该控制指令下所对应的一个控制周期内的平飞时间节点、正向变距时间节点和反向变距时间节点；
在判断到达平飞时间节点时，计算该平飞时间节点下各控制器所对应的控制参数，并分别发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，所述控制参数包括总距大小值、变距方向和变距极值，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
在判断平飞时间节点达到指定的控制之间后，判断下一时间节点的属性，为正向变距时间节点或反向变距时间节点的其一，计算正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
当上一周期变距节点为正向变距时间节点时，则该节点为反向变距时间节点；当上一周期变距节点为反向变距时间节点时，则该节点为正向变距时间节点；在判断到达周期变距节点时，先判断该周期变距节点与对应的上一周期变距节点在该周期内是否对称，若是，则计算该正向变距时间节点或反向变距时间节点下控制桨叶旋转的控制器数量和位置、控制转子旋转的控制器数量和位置，并分别计算控制桨叶旋转和转子旋转所对应的控制参数，发送至对应的控制器内，控制器在接收到对应的控制参数后，按照对应的控制参数控制对应的励磁绕组的磁场大小和属性；
再次到达平飞时间节点，在该平飞时间节点计算各控制器对应的控制参数，发送至对应的控制器内对励磁绕组进行控制，直至完成一个周期控制。
7.如权利要求6所述的直升机周期变距和总距控制方法，其特征在于，所述控制器根据控制参数对桨叶的具体控制方法为：
建立定子极坐标系，定子极坐标系以定子轴心为原点，以原点朝向一桨叶方向为X方向；
当控制器接收到平飞指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、旋转磁场强度和相位，并控制上下励磁绕组(11)所对应的旋转磁场以同速度、同角度转动，驱动转子匀速转速，此时上下励磁绕组(11)旋转磁场的相位为0；
当控制器接收到周期变距指令时，根据控制参数和当前桨叶位置确定桨叶速度和方向、上下两个无刷电机的旋转磁场强度和相位，设定一桨叶当前角度为α，上励磁绕组(6)中对准变距永磁铁(4)和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，下励磁绕组(11)中对准变距永磁铁(4)和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，变距永磁铁(4)的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴(3)的旋转力矩，形成负向变距极大值；同一时刻，另一永磁铁和桨叶转动到α+180°位置时，上励磁绕组(6)中对准变距永磁铁(4)和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为-λ，下励磁绕组(11)中对准变距永磁铁(4)和桨叶的局部绕组的旋转磁场相位为+λ，变距永磁铁(4)的上端和下端受到反方向的磁场牵引，形成桨叶轴(3)的旋转力矩，形成正向变距极大值。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07205897A (ja) * | 1994-01-13 | 1995-08-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | シュラウド付回転翼 |
| US5821710A (en) * | 1996-09-30 | 1998-10-13 | Hitachi Metals, Ltd. | Brushless motor having permanent magnets |
| JP2001197794A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Kawada Kogyo Kk | 回転体上電気装置用制御装置 |
| CN203428022U (zh) * | 2013-07-30 | 2014-02-12 | 王劲 | 无人飞行器用电磁变距螺旋桨 |
| CN105151296A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 河南三和航空工业有限公司 | 多轴载人飞行器 |
| CN105818981A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-03 | 江富余 | 旋翼固定翼螺旋桨直升机 |
| CN106516127A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-22 | 中国直升机设计研究所 | 一种磁悬浮旋翼系统及具有其的直升机 |
| CN209427026U (zh) * | 2018-12-26 | 2019-09-24 | 中汉天际(北京)航天技术有限公司 | 飞行器旋翼自动倾斜变距装置 |
| CN110458897A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-15 | 北京积加科技有限公司 | 多摄像头自动标定方法及系统、监控方法及系统 |
| WO2021151129A1 (de) * | 2020-01-29 | 2021-08-05 | Schleiffelder Manuel | Vorrichtung zur verstellung der neigung von rotorblättern eines rotors |
| CN214875536U (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-26 | 北京神航科技有限公司 | 一种适用于小型无人直升机的无轴承可变距旋翼头 |
| CN216805807U (zh) * | 2021-12-30 | 2022-06-24 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置 |
| CN217969897U (zh) * | 2022-07-19 | 2022-12-06 | 陕西化羽先翔智能科技有限公司 | 一种电动螺旋桨一体化变距机构 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10988247B2 (en) * | 2017-10-19 | 2021-04-27 | Uvionix Aerospace Corporation | Unmanned aerial vehicle and propulsion system for an unmanned aerial vehicle |
| US11053003B2 (en) * | 2018-11-15 | 2021-07-06 | Pitch Aeronautics LLC | Cyclorotor thrust control, transmission and mounting system |
-
2023
- 2023-05-18 CN CN202310565043.3A patent/CN116588328B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07205897A (ja) * | 1994-01-13 | 1995-08-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | シュラウド付回転翼 |
| US5821710A (en) * | 1996-09-30 | 1998-10-13 | Hitachi Metals, Ltd. | Brushless motor having permanent magnets |
| JP2001197794A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Kawada Kogyo Kk | 回転体上電気装置用制御装置 |
| CN203428022U (zh) * | 2013-07-30 | 2014-02-12 | 王劲 | 无人飞行器用电磁变距螺旋桨 |
| CN105151296A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-16 | 河南三和航空工业有限公司 | 多轴载人飞行器 |
| CN105818981A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-03 | 江富余 | 旋翼固定翼螺旋桨直升机 |
| CN106516127A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-22 | 中国直升机设计研究所 | 一种磁悬浮旋翼系统及具有其的直升机 |
| CN209427026U (zh) * | 2018-12-26 | 2019-09-24 | 中汉天际(北京)航天技术有限公司 | 飞行器旋翼自动倾斜变距装置 |
| CN110458897A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-15 | 北京积加科技有限公司 | 多摄像头自动标定方法及系统、监控方法及系统 |
| WO2021151129A1 (de) * | 2020-01-29 | 2021-08-05 | Schleiffelder Manuel | Vorrichtung zur verstellung der neigung von rotorblättern eines rotors |
| CN214875536U (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-26 | 北京神航科技有限公司 | 一种适用于小型无人直升机的无轴承可变距旋翼头 |
| CN216805807U (zh) * | 2021-12-30 | 2022-06-24 | 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 | 一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置 |
| CN217969897U (zh) * | 2022-07-19 | 2022-12-06 | 陕西化羽先翔智能科技有限公司 | 一种电动螺旋桨一体化变距机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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