CN205524972U - 高效涵道动力装置及应用其的飞行器 - Google Patents

高效涵道动力装置及应用其的飞行器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种高效涵道动力装置,其包括圆筒状的涵道、电机系统、旋翼;旋翼设置于涵道内;电机系统包括第一电机,第一电机为环形电机;环形电机沿涵道的筒壁的周向分布在涵道的筒壁上;环形电机包括定子和转子,转子位于定子之内或者之外;旋翼的外端固定在环形电机的转子上;环形电机的外直径≧旋翼的直径。本实用新型中,通过使第一电机的直径≧涵道旋翼的直径,使得驱动力臂≧负载力臂,这样降低了过载几率,热损耗降低;倾斜的极靴端面在该动力装置工作时,受到倾斜的力,该力可以分解为水平方向和垂直方向的力,使高效涵道动力装置抖动幅度小、更稳定。本实用新型同时提供了安装有上述高效涵道动力装置的飞行器。

Description

高效涵道动力装置及应用其的飞行器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种高效涵道动力装置及应用其的飞行器。
背景技术
[0002]涵道动力装置是一种在旋翼外围设置涵道的一种推进装置,广泛应用于各种交通工具尤其是飞行器中。由于旋翼叶尖处受涵道限制,噪声小,诱导阻力减少,而效率较高。同时由于涵道的环括作用,使动力装置的结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好。目前的涵道动力装置都是由涵道、共轴地设置于涵道内的电机和旋翼组成。
[0003]中国专利申请201510186070.5公开了一种涵道动力装置及飞行器,旋翼设置在涵道内,并使涵道划分为进气段和排气段,长度调节机构用于对涵道的长度进行调节,并使进气段与排气段的比值发生变化。
[0004]中国专利申请201510189755.5公开了一种涵道旋翼飞行器,包含动力装置和至少一个飞行机构;飞行机构包含旋翼、涵道和康达效应体;旋翼设置在涵道内;康达效应体设置在旋翼的正下方,用于产生附加的升力;动力装置用于给飞行机构中旋翼提供转动的动力。
[0005]中国专利201010236289.9公开了一种基于马格努斯效应的涵道单螺旋桨飞行器,其舵机涵道、气流调整涵道和动力涵道三个涵道依次连通,动力装置用于在动力涵道内产生螺旋形空气流,气流调整装置用于将动力涵道中的螺旋形空气流转换为垂直喷射形空气流,在舵机涵道中已被调整的垂直喷射形空气流在空芯轮的侧表面上产生马格努斯效应力。
[0006]现有技术中,为了减轻涵道重量或为获得较高的转速,通常所选用的电机都是小电机,因此电机的半径就大大地小于涵道的半径,即涵道动力装置的驱动力臂大大小于负载力臂,这样的话就容易造成电机过载、发热大、效率低,耗电量大,从而在一定程度上缩短电机的寿命和电池续航时间。
发明内容
[0007]针对现有技术存在的问题,本实用新型的目的提供一种能够省电、提高电池续航能力的高效涵道动力装置,以及应用该高效涵道动力装置的飞行器。
[0008]为了实现上述目的,本实用新型提供了一种高效涵道动力装置,其包括圆筒状的涵道、电机系统、旋翼;旋翼设置于涵道内;电机系统包括第一电机,第一电机为环形电机;环形电机沿涵道的筒壁的周向分布在涵道的筒壁上;环形电机包括定子和转子,转子位于定子之内或者之外;旋翼的外端固定在环形电机的转子上;环形电机的外直径^旋翼的直径。本实用新型中,环形电机构成涵道的筒壁,也就是说,环形电机与涵道共轴线设置。
[0009] 本实用新型中,通过环形电机的直径^涵道旋翼的直径,使得驱动力臂^负载力臂,这样降低了过载几率,热损耗降低。同时,旋翼位于涵道内侧可以减少气流对旋翼干扰。
[0010]根据本实用新型另一具体实施方式,电机系统进一步包括第二电机;第二电机位于涵道之内侧(例如涵道的轴心处),其输出轴直接或间接驱动旋翼。该方案中采用大小两个电机结合使用,大电机(第一电机)为环形电机,其外径^涵道的直径,大电机为涵道提供悬浮的主要动力;小电机(第二电机)设置于大电机内,小电机可为大电机分担部分负载;大电机和小电机的动力输出共轴,用于共同驱动旋翼。电机加速过程效率较低,通过小电机进行调速,避免承担主要负载的环形电机频繁加减速,有效节省电能。旋翼的外周固定在环形电机的转子上。另外,当小电机损坏时,可以关闭小电机,利用环形电机可以继续飞行或安全降落;当环形电机损坏时,可以利用小电机安全降落。安全性和可靠性较高。当然,同时启动第一和第二电机进行加减速时,可以获得极大的动力,能为飞行器提供更大的姿态调整力矩。
[0011]进一步优选的,第一电机和第二电机同步驱动旋翼旋转,以进一步降低能耗,提高效率。
[0012]显然的,还可以将第二电机布置在涵道外侧,通过机械传动的方式将动力传递给旋翼的转轴。
[0013]根据本实用新型另一具体实施方式,旋翼的中心轴与第二电机的输出轴通过变速器连接;变速器为无级变速器、行星齿轮减速器、一级或多级圆柱齿轮减速器。变速器能够降低小电机的转速,降低小电机的负载和热损耗,从而达到省电的效果。
[0014]根据本实用新型另一具体实施方式,无级变速器包括:
[0015]输出机构,其包括由第二电机的输出轴驱动旋转的输出齿轮、与输出齿轮啮合的两个变速齿轮、由两个变数齿轮驱动旋转的输出锥体,输出锥体上细下粗;
[0016]变速装置,其包括变速电机、由变速电机驱动旋转的螺杆、与螺杆连接的轴套、与轴套连接的摩擦锥;
[0017]输入锥体,其上粗下细,其连接于旋翼的中心轴的底端;
[0018]其中,摩擦锥位于输出锥体和输入锥体之间。
[0019]通过变速电机控制扭矩调节装置,调节第二电机输出扭矩和转速,从而降低第二电机的过载概率,实现节能的目的。
[0020]根据本实用新型另一具体实施方式,圆柱齿轮减速器或者行星齿轮减速器的上方设置有至少两个中心对称的齿轮,利于旋翼转轴的受力平衡。
[0021]根据本实用新型另一具体实施方式,第二电机的数目为两个,两个第二电机合成动力输送到中心轴驱动旋翼旋转。在涵道的中心使用双电机为旋翼提供驱动力,可提高飞行器的可靠性,保证飞行安全。
[0022]根据本实用新型另一具体实施方式,环形电机定子的极靴端面自上而下向外倾斜或者向内倾斜。倾斜的极靴端面在该动力装置工作时,受到倾斜的力,该力可以分解为水平方向和垂直方向的力,使高效涵道动力装置抖动幅度小、更稳定。
[0023]根据本实用新型另一具体实施方式,环形电机定子的极靴端面的母线与其旋转轴线平行。
[0024]根据本实用新型另一具体实施方式,环形电机定子的极靴为圆柱面;环形电机定子的铁芯呈圆台状或鼓状。将环形电机定子的极靴设为圆柱面,能够增加在径向上的抗抖动性能。环形电机的定子铁芯呈圆台状或鼓状,有利于增加极靴与永磁铁匹配的面积,有利于增加驱动力臂和降低极靴与永磁铁之间的磁阻,提高电机效率,进而保证高效涵道动力装置在径向和轴向上的抗抖动性能。
[0025]根据本实用新型另一具体实施方式,环形电机的转子设置在涵道的内侧,沿气流排出方向;旋翼与环形电机的转子的连接点位于涵道的唇口的下游,这样可有效减少气流对转子的冲击,减少转子抖动的概率,延长电机寿命。
[0026]另一方面,本实用新型提供了一种安装有上述高效涵道动力装置的飞行器。
[0027] 本实用新型中,通过使第一电机的直径^涵道旋翼的直径,使得驱动力臂^负载力臂,这样降低了过载几率,热损耗降低;倾斜的极靴端面在该动力装置工作时,受到倾斜的力,该力可以分解为水平方向和垂直方向的力,使高效涵道动力装置抖动幅度小、更稳定。
附图说明
[0028]图1为实施例1的整体结构示意图;
[0029]图2为实施例1的部分结构示意图;
[0030]图3为实施例1的另一部分结构示意图;
[0031 ]图4为实施例2的部分结构示意图;
[0032]图5为实施例3的部分结构示意图。
具体实施方式
[0033] 实施例1
[0034]本实施例提供了一种飞行器,其包括高效涵道动力装置。如图1-图3所示,本实施例的高效涵道动力装置包括圆筒状涵道1、电机系统、旋翼2;旋翼2设置于涵道I内;电机系统包括第一电机3、第二电机4,第一电机3为环形电机;环形电机3沿涵道I的筒壁的周向分布在涵道I的筒壁上;环形电机3包括定子301和转子302,转子302位于定子301之内。旋翼2的外端固定在环形电机3的转子302上;环形电机3的外直径^旋翼2的直径。
[0035]第二电机4位于涵道I之内侧(例如涵道I的轴心处),其输出轴通过行星齿轮减(变)速器5驱动旋翼2的中心轴。本实施例中采用大小两个电机结合使用,大电机(第一电机3)为环形电机,其外径^涵道的直径,大电机为涵道提供悬浮的主要动力;小电机(第二电机4)设置于大电机内,小电机半径小转速高,可为大电机分担部分负载;大电机和小电机的动力输出共轴,用于共同驱动旋翼。电机加速过程效率较低,通过小电机进行调速,避免承担主要负载的环形电机频繁加减速,有效节省电能。旋翼2的外周固定在环形电机3的转子302上。另外,当中心电机(第二电机4)损坏时,可以关闭中心电机4,利用环形电机3可以继续飞行或安全降落;当环形电机3损坏时,可以利用中心电机4安全降落。安全性和可靠性较尚O
[0036]旋翼2的中心轴与第二电机3的输出轴通过变速器连接;该变速器为行星齿轮减速器5 ο行星齿轮减速器包括三个行星轮501、齿圈502、太阳轮503、行星架504;三个行星轮501环绕太阳轮503且与太阳轮503啮合,齿圈502套在行星轮501之外且与行星轮501啮合,行星架504具有输出轴505;第二电机4驱动太阳轮503旋转,太阳轮503带动行星轮501旋转,行星轮501驱动行星架504旋转,行星架504的输出轴505驱动旋翼2的中心轴旋转。
[0037]环形电机3的转子302设置在涵道I的内侧,沿气流排出方向;旋翼2与环形电机3的转子302的连接点位于涵道I的唇口的下游。
[0038] 实施例2
[0039]如图4所示,本实施例与实施例1的区别在于:旋翼的中心轴与第二电机的输出轴通过无级变速器6连接。无级变速器6包括:输出机构61、变速装置62、输入锥体63;其中,输出机构61包括由第二电机的输出轴驱动旋转的输出齿轮611、与输出齿轮611啮合的两个变速齿轮612、由两个变数齿轮612驱动旋转的输出锥体613,输出锥体613上细下粗;变速装置62包括变速电机、由变速电机驱动旋转的螺杆、与螺杆连接的轴套6 21、与轴套6 21连接的摩擦锥622;输入锥体63上粗下细,其连接于旋翼的中心轴的底端;摩擦锥622位于输出锥体613和输入锥体63之间。
[0040] 实施例3
[0041]如图5所示,本实施例与实施例1的区别在于:第二电机的数目为两个,两个第二电机401、402分别驱动齿轮701、702,齿轮701、702均与齿轮8啮合,齿轮8通过驱动轴801驱动旋翼的中心轴旋转,从而合成动力输送到中心轴驱动旋翼旋转。环形电机定子的极靴端面从上至下向内倾斜。
[0042] 实施例4
[0043]本实施例与实施例1的区别在于:环形电机定子的极靴端面的母线与其旋转轴线平行(例如二者均为竖直);环形电机定子的极靴为圆柱面;环形电机定子的铁芯呈圆台状或鼓状。将环形电机定子的极靴设为圆柱面,能够增加在径向上的抗抖动性能。环形电机的定子铁芯呈圆台状或鼓状,有利于增加极靴与永磁铁匹配的面积,有利于增加驱动力臂和降低极靴与永磁铁之间的磁阻,提高电机效率,进而保证高效涵道动力装置在径向和轴向上的抗抖动性能。
[0044]以上是对本实用新型做的示例性描述,凡在不脱离本实用新型核心的情况下做出的简单变形或修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效涵道动力装置,其特征在于,包括圆筒状的涵道、电机系统、旋翼;所述旋翼设置于所述涵道内;所述电机系统包括第一电机,所述第一电机为环形电机;所述环形电机沿所述涵道的筒壁的周向分布在所述涵道的筒壁上;所述环形电机包括定子和转子,所述转子位于所述定子之内或者之外;所述旋翼的外端固定在所述环形电机的转子上;所述环形电机的外直径^所述旋翼的直径。
2.如权利要求1所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述电机系统进一步包括第二电机;所述第二电机位于所述涵道之内侧,其输出轴直接或间接驱动所述旋翼。
3.如权利要求2所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述旋翼的中心轴与所述第二电机的输出轴通过变速器连接;所述变速器为无级变速器、行星齿轮减速器、一级或多级圆柱齿轮减速器。
4.如权利要求3所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述无级变速器包括: 输出机构,其包括由所述第二电机的输出轴驱动旋转的输出齿轮、与所述输出齿轮啮合的两个变速齿轮、由两个所述变速齿轮驱动旋转的输出锥体,所述输出锥体上细下粗; 变速装置,其包括变速电机、由所述变速电机驱动旋转的螺杆、与所述螺杆连接的轴套、与所述轴套连接的摩擦锥; 输入锥体,其上粗下细,其连接于所述旋翼的中心轴的底端; 其中,所述摩擦锥位于所述输出锥体和所述输入锥体之间。
5.如权利要求3所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述圆柱齿轮减速器或者所述行星齿轮减速器的上方设置有至少两个中心对称的齿轮。
6.如权利要求3所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述第二电机的数目为两个,两个所述第二电机合成动力输送到所述中心轴驱动所述旋翼旋转。
7.如权利要求1所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述环形电机定子的极靴端面自上而下向外倾斜或者向内倾斜。
8.如权利要求1所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述环形电机定子的极靴端面的母线与其旋转轴线平行。
9.如权利要求1所述的高效涵道动力装置,其特征在于,所述环形电机的转子设置在所述涵道的内侧,沿气流排出方向;所述旋翼与所述环形电机的转子的连接点位于所述涵道的唇口的下游。
10.—种安装有权利要求1-9之一所述高效涵道动力装置的飞行器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106741915A (zh) * 2017-02-14 2017-05-31 深圳市航宇航空科技有限公司 一种易于控制的涵道式无人飞行器

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