CN211996129U - 一种旋翼结构和旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋翼结构和旋翼飞行器，涉及旋翼飞行器技术领域。该旋翼结构包括大旋翼、驱动电机、小旋翼和调整电机，其中：驱动电机控制大旋翼，大旋翼和驱动电机用于为旋翼飞行器提供升力；调整电机控制小旋翼，小旋翼和调整电机用于调整旋翼飞行器的飞行姿态。该实施方式能够提高旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低大型多旋翼飞行器的能量消耗，提高控制响应速度，实现对旋翼飞行器的灵活操控。

Description

一种旋翼结构和旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及旋翼飞行器技术领域，具体涉及一种旋翼结构和旋翼飞行器。

背景技术

多旋翼无人机能够垂直起降，对起降场地要求不高，越来越多地应用于各个领域，例如巡检、摄影、勘测、监视、植保及物流等领域，甚至可以载人作为空中交通工具。

目前，随着多旋翼飞行器在植保、载人以及物流领域的应用，对其载荷能力有了越来越高的要求。随着载重量的增加，起飞重量增加，在使用更多旋翼的同时，增加了旋翼的尺寸，而多旋翼飞行器的姿态的控制是通过不断的改变旋翼的拉力实现的，由于多旋翼飞行器为静不定结构，其飞行姿态需要频繁控制，而频繁的姿态控制是通过控制电机加速、减速实现的，但是驱动旋翼的电机如果频繁的加速和减速，必然发生大量的能量消耗，造成飞行器工作效率低和续航能力差。另外，由于飞行器本身转动惯量较大，飞行器在进行姿态控制时需要花费更长的时间，即飞行器姿态控制响应慢，对飞行器的操作舒适性，应急处理等都造成不良影响。

实用新型内容

为解决现有技术中的姿态控制响应慢；以及频繁的姿态控制导致飞行器工作效率低且续航能力差的问题，本实用新型提供一种旋翼结构和旋翼飞行器，提高了旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低了大型多旋翼飞行器的能量消耗，提高了控制响应速度，实现了对旋翼飞行器的灵活操控。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种旋翼结构。

本实用新型实施例的一种旋翼结构，包括大旋翼、驱动电机、小旋翼和调整电机，其中：

所述驱动电机控制所述大旋翼，所述大旋翼和所述驱动电机用于为旋翼飞行器提供升力；

所述调整电机控制所述小旋翼，所述小旋翼和所述调整电机用于调整旋翼飞行器的飞行姿态。

可选地，所述大旋翼和所述小旋翼共轴设置。

可选地，还包括安装座，所述安装座的两端部分别连接有所述大旋翼和所述驱动电机、以及所述小旋翼和所述调整电机。

可选地，

所述大旋翼和所述驱动电机位于所述安装座的下端部，且所述大旋翼位于所述驱动电机的上侧；

所述小旋翼和所述调整电机位于所述安装座的上端部，且所述小旋翼位于所述调整电机的下侧。

可选地，

所述大旋翼和所述驱动电机位于所述安装座的上端部，且所述大旋翼位于所述驱动电机的下侧；

所述小旋翼和所述调整电机位于所述安装座的下端部，且所述小旋翼位于所述调整电机的上侧。

可选地，所述驱动电机是低Kv值、高功率的无刷电机，所述调整电机是高Kv值、低功率的无刷电机。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的又一方面，提供了一种旋翼飞行器。

本实用新型实施例的一种旋翼飞行器，包括机身和本实用新型实施例的旋翼结构，所述旋翼结构设置于所述机身的周围。

可选地，所述机身包括机体、机臂和起落架，其中：

所述机臂的一端连接于所述机体的周围，所述机臂的另一端连接有所述旋翼结构；

所述起落架设置于所述机体的下侧。

可选地，所述机体的周围至少设置三个所述机臂，其中：

所有所述大旋翼位于所述安装座的上端部，所有所述小旋翼位于所述安装座的下端部；或

所有所述大旋翼位于所述安装座的下端部，所有所述小旋翼位于所述安装座的上端部。

可选地，还包括设置于机体的飞控装置，所述飞控装置用于分别控制每个所述调整电机的转速，以调整旋翼飞行器的飞行姿态。

上述实用新型中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

1.通过使用不同尺寸的两种旋翼并分别调整每个调整电机的转速，实现了对旋翼飞行器的快速姿态控制；

2.由于大旋翼和小旋翼所需动力的特性不同，通过不同功能的动力分配，提高旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低大型多旋翼飞行器的能量消耗，实现对旋翼飞行器的灵活操控；

3.驱动电机在工作过程中电机旋转速度发生很少的变化，能够提高系统的效率，同时在控制方面还可以提供对飞行高度的辅助控制；

4.小旋翼的尺寸较小、转动惯量小，因而响应快，从而能够快速的实现姿态调整，且频繁控制过程能量消耗少，同时还能为提供一定的升力；

5.大旋翼和小旋翼采用上下共轴布局，使得旋翼飞行器具有紧凑的结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种旋翼结构的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的示意图一；

图4是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的示意图二。

图中，

1-大旋翼；2-驱动电机；3-小旋翼；4-调整电机；5-安装座；6-机身；61-机体；62-机臂；63-起落架。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种旋翼结构的示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的一种旋翼结构主要包括：大旋翼1、驱动电机2、小旋翼3和调整电机4。

本实用新型实施例的旋翼结构主要利用大旋翼1和小旋翼3所需动力的特性不同，通过不同功能的动力分配，提高旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低大型多旋翼飞行器的能量消耗，提高控制响应速度，实现对旋翼飞行器的灵活操控。具体地，驱动电机2控制大旋翼1，大旋翼1和驱动电机2用于为飞行器提供升力，调整电机4控制小旋翼3，小旋翼3和调整电机4用于调整飞行器的飞行姿态。

需要说明的是，驱动电机2可以是低Kv值、高功率的无刷电机，其具有效率高、拉力大，但响应慢的特点，主要用于提供升力，在工作过程中电机旋转速度发生很少的变化，从而能够提高系统的效率，同时在控制方面还可以提供对飞行高度的辅助控制。调整电机4可以是高Kv值、低功率的无刷电机，由于小旋翼3的尺寸较小、转动惯量小，因而响应快，从而能够快速的实现姿态调整，且频繁控制过程能量消耗少，同时还能为提供一定的升力。Kv值是表示气体流量特性的一个参数和表示方法。无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

在本实用新型实施例中，大旋翼1和小旋翼3可以共轴设置，即采用上下共轴布局，使得旋翼飞行器具有紧凑的结构。作为一种优选的实施方式，可以利用安装座5连接大旋翼1和小旋翼3，将大旋翼1和驱动电机2、以及小旋翼3和调整电机4，分别连接在安装座5的两端部。通过控制安装座5的尺寸，可以实现对大旋翼1和小旋翼3之间的距离控制，从而避免相互干扰。

需要注意的是，大旋翼1和小旋翼3的上下顺序可以任意设置，可以使大旋翼1和驱动电机2位于安装座5的下端部，并将大旋翼1设置在驱动电机2的上侧；还可以使小旋翼3和调整电机4位于安装座5的上端部，并将小旋翼3设置在调整电机4的下侧。

图2是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的俯视图。图3是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的示意图一。图4是本实用新型实施例提供的一种旋翼飞行器的示意图二。

如图2所示，为本实用新型实施例的一种旋翼飞行器主要包括机身6和本实用新型实施例的旋翼结构。其中，旋翼结构设置于机身6的周围。

通过不同功能的动力分配，即驱动电机2控制大旋翼1为飞行器提供升力，调整电机4控制小旋翼3调整飞行器的飞行姿态，提高旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低大型多旋翼飞行器的能量消耗，提高控制响应速度，实现对旋翼飞行器的灵活操控。

在本实用新型实施例中，机身6可以包括机体61、机臂62和起落架63。

如图3和4所示，机臂62的一端连接于机体61的周围，机臂62的另一端连接有旋翼结构。起落架63设置于机体61的下侧，用于在着陆后支撑整个旋翼飞行器。

此外，机臂62的数量可以根据实际需要设置，例如6根、12根或16根等，实现多旋翼布局。作为一种优选的实施方式，每个旋翼飞行器至少设置三个机臂62，并使所连接的旋翼结构具有相同的结构，即：大旋翼1在上、小旋翼3在下，将所有大旋翼1设置在安装座5的上端部，以及将所有小旋翼3位于安装座5的下端部；或者，调换位置大旋翼1和小旋翼3的位置，大旋翼1在下、小旋翼3在上，将所有大旋翼1设置在安装座5的下端部，以及将所有小旋翼3位于安装座5的上端部。相应地，驱动电机2和调整电机4分别与大旋翼1和小旋翼3的位置相对应。

本实用新型实施例的旋翼飞行器还可以包括飞控装置(图中均未示出)。其中，飞控装置设置于机体61，飞控装置用于调整飞行器的飞行姿态。

在应用时，可以使旋翼飞行器自主控制，即飞控装置根据飞行目标(目的地位置)和当前姿态以及当前位置分别控制每个调整电机4的转速，当前姿态以及当前位置可以利用现有的传感器测量得到；还可以由操作人员向旋翼飞行器发送飞行指令，旋翼飞行器根据飞行指令分别控制每个调整电机4的转速。本实用新型实施例的旋翼飞行器，通过使用不同尺寸的两种旋翼并分别调整每个调整电机4的转速，实现了对旋翼飞行器的快速姿态控制，而对于旋翼飞行器如何控制运行，可以采用现有的技术方案或根据旋翼飞行器运动原理实现，本实用新型实施例不予赘述。

根据以上描述可以看出，本实用新型提供一种旋翼结构和旋翼飞行器，至少具有如下优点或有益效果：

1.通过使用不同尺寸的两种旋翼并分别调整每个调整电机4的转速，实现了对旋翼飞行器的快速姿态控制；

2.由于大旋翼1和小旋翼3所需动力的特性不同，通过不同功能的动力分配，提高旋翼飞行器的工作效率和续航能力，尤其是降低大型多旋翼飞行器的能量消耗，实现对旋翼飞行器的灵活操控；

3.驱动电机2在工作过程中电机旋转速度发生很少的变化，能够提高系统的效率，同时在控制方面还可以提供对飞行高度的辅助控制；

4.小旋翼3的尺寸较小、转动惯量小，因而响应快，从而能够快速的实现姿态调整，且频繁控制过程能量消耗少，同时还能为提供一定的升力；

5.大旋翼1和小旋翼3采用上下共轴布局，使得旋翼飞行器具有紧凑的结构。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋翼结构，其特征在于，包括大旋翼(1)、驱动电机(2)、小旋翼(3)和调整电机(4)，其中：

所述驱动电机(2)控制所述大旋翼(1)，所述大旋翼(1)和所述驱动电机(2)用于为旋翼飞行器提供升力；

所述调整电机(4)控制所述小旋翼(3)，所述小旋翼(3)和所述调整电机(4)用于调整旋翼飞行器的飞行姿态。

2.根据权利要求1所述的旋翼结构，其特征在于，所述大旋翼(1)和所述小旋翼(3)共轴设置。

3.根据权利要求2所述的旋翼结构，其特征在于，还包括安装座(5)，所述安装座(5)的两端部分别连接有所述大旋翼(1)和所述驱动电机(2)、以及所述小旋翼(3)和所述调整电机(4)。

4.根据权利要求3所述的旋翼结构，其特征在于，

所述大旋翼(1)和所述驱动电机(2)位于所述安装座(5)的下端部，且所述大旋翼(1)位于所述驱动电机(2)的上侧；

所述小旋翼(3)和所述调整电机(4)位于所述安装座(5)的上端部，且所述小旋翼(3)位于所述调整电机(4)的下侧。

5.根据权利要求3所述的旋翼结构，其特征在于，

所述大旋翼(1)和所述驱动电机(2)位于所述安装座(5)的上端部，且所述大旋翼(1)位于所述驱动电机(2)的下侧；

所述小旋翼(3)和所述调整电机(4)位于所述安装座(5)的下端部，且所述小旋翼(3)位于所述调整电机(4)的上侧。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的旋翼结构，其特征在于，所述驱动电机(2)是低Kv值、高功率的无刷电机，所述调整电机(4) 是高Kv值、低功率的无刷电机。

7.一种旋翼飞行器，其特征在于，包括机身(6)和如权利要求1-6中任一项所述的旋翼结构，所述旋翼结构设置于所述机身(6)的周围。

8.根据权利要求7所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述机身(6)包括机体(61)、机臂(62)和起落架(63)，其中：

所述机臂(62)的一端连接于所述机体(61)的周围，所述机臂(62)的另一端连接有所述旋翼结构；

所述起落架(63)设置于所述机体(61)的下侧。

9.根据权利要求8所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼结构还包括安装座(5)，所述安装座(5)的两端部分别连接有所述大旋翼(1)和所述驱动电机(2)、以及所述小旋翼(3)和所述调整电机(4)；

所述机体(61)的周围至少设置三个所述机臂(62)，其中：

所有所述大旋翼(1)位于所述安装座(5)的上端部，所有所述小旋翼(3)位于所述安装座(5)的下端部；或

所有所述大旋翼(1)位于所述安装座(5)的下端部，所有所述小旋翼(3)位于所述安装座(5)的上端部。

10.根据权利要求8所述的旋翼飞行器，其特征在于，还包括设置于机体(61)的飞控装置，所述飞控装置用于分别控制每个所述调整电机(4)的转速，以调整旋翼飞行器的飞行姿态。

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