碟形五轴多旋翼机的制作方法

[0001]
本发明涉及多旋翼机设计制造技术领域，具体地说，涉及一种碟形五轴多旋翼机。


背景技术：

[0002]
现有的多旋翼机，一般是以电机带动螺旋桨产生动力，螺旋桨会占据很大的空间，同时螺旋桨裸露在机身的外部，高速转动的螺旋桨如果接触人体，会对人体产生很大的伤害，安全性堪忧。
[0003]
因此，如何克服现有电动多旋翼机的上述技术缺陷，是目前本领域技术人员需要研究的一个方向。


技术实现要素：

[0004]
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
[0005]
为此，本发明的目的在于提出一种碟形五轴多旋翼机，具体采用如下技术方案：包括，
[0006]
机身；
[0007]
机壳，所述机壳罩设固定于所述机身的外部，其包括具有较窄外形且顶部开口的上罩和具有较宽外形且底部开口的下罩；
[0008]
主旋翼系统，所述主旋翼系统安装于所述机身的上方正中位置且由所述机壳上罩包裹在内，所述主旋翼系统包括能够使上下两级风扇等速相向对转的电动对转涵道风扇；所述电动对转涵道风扇用于为多旋翼机提供主要的飞行动力；
[0009]
副旋翼系统，所述副旋翼系统位于所述主旋翼系统的下方且由所述机壳下罩包裹在内，所述副旋翼系统包括四个控制旋翼，四个所述控制旋翼以所述机身的重心为中心均布在所述机身距离其重心有一定距离的四个角上，并且四个所述控制旋翼外部均罩设有一个导流罩；四个所述控制旋翼为多旋翼机提供姿态控制；
[0010]
控制系统，所述控制系统位于所述主旋翼系统下方、所述下罩的中心位置处，并且所述控制系统与所述机身相固定，所述控制系统用于实现对所述主旋翼系统和所述副旋翼系统的控制。
[0011]
本发明以电动对转涵道风扇为核心，由其使上下两级风扇等速相向对转，产生主要动力，同时配置了四个控制旋翼，以类似于多旋翼机的控制方式，对机身的姿态进行调节，以达到控制飞行方向的目的。
[0012]
本发明中的电动对转涵道风扇和控制旋翼都由机壳包裹在内，不会与人体直接接触，提高了多旋翼机的安全性。
[0013]
本发明中的电动对转涵道风扇包括同步机构、驱动机构、叶片。
[0014]
所述的同步机构包括立交共轴支架、两个联动齿轮、至少一个(一般是两个)同步齿轮、前后两个转盘；所述的联动齿轮和同步齿轮分别通过轴承固定在立交共轴支架的垂直相交的轴上，联动齿轮和同步齿轮严密咬合构成一个传动结构；所述的前后两个转盘通
过紧固件分别与两个联动齿轮连接为一体。
[0015]
作为优选，所述的同步机构中所使用的齿轮均为圆锥齿轮。
[0016]
所述的驱动机构包括定子绕组、前后两个驱动环和定子支架，所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体。
[0017]
所述的驱动机构中的定子绕组分为一个个单体，分别固定在定子支架的各个槽位上。
[0018]
作为优选，所述的定子绕组排列成一个环状，定子绕组的中心半径，和安装在上下两个驱动环中的永磁体的中心半径相同；定子绕组的两个磁极分别正对前后两个驱动环中的永磁体。
[0019]
所述的驱动机构中的前后两个驱动环，其上安装的永磁体，其数量和位置完全一样，呈镜像对称。
[0020]
作为优选，所述的定子支架上安装有三个霍尔传感器，传感器可以120
°
分布或60
°
分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器。在一些对稳定性要求不高的场合，也可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。
[0021]
所述的扇叶安装在转盘和驱动环之间，前扇叶和后扇叶的转动方向相反，扇叶的数量根据实际需求确定；
[0022]
作为优选，所述的扇叶用紧固件与转盘和驱动环紧密连接为一体。
[0023]
所述的立交共轴支架和定子支架通过紧固件紧密连接为一体。
[0024]
本发明所提出的电动对转涵道风扇，需配合相应的bldc控制器使用。
[0025]
本方案所述的前后转盘、前后驱动环和前后扇叶中所提到的前后，是根据电动对转涵道风扇运转时的气体流动方向定义。
[0026]
该电动对转涵道风扇通过同步机构使前后(上下)两级风扇等速相向对转，实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的，具有轻便、高效的优点。相对于单级电动风扇，电动对转涵道风扇可在同等转速下得到更大的推力，或以较低的转速达到同等的推力，从而有更高的效率；相对于用纯机械方式实现的对转风扇，电动对转涵道风扇结构简洁，易于实现和操控。
[0027]
在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：
[0028]
优选的，四个所述控制旋翼与所述机身的重心之间的距离均相等，以确保多旋翼机重心的平稳，同时该距离的大小可根据实际情况进行设计，以使其产生足够的杠杆效应来控制多旋翼机的飞行姿态。
[0029]
优选的，所述电动对转涵道风扇采用大功率电机进行控制，所述控制旋翼采用小功率电机进行控制。
[0030]
优选的，所述控制旋翼所采用的电机为空心杯电机。
[0031]
优选的，所述电动对转涵道风扇中采用的螺旋桨为长螺旋桨，所述控制旋翼采用的螺旋桨为短螺旋桨。
[0032]
本发明中，电动对转涵道风扇配置有大功率的电机以及较长的螺旋桨，以便其为多旋翼机的升降提供足够的动力。控制旋翼配置有小功率的电机以及较短的螺旋桨，并将控制旋翼放在了距离机身重心有一定距离的四个角上，使得多旋翼机同时具有了操控灵活，飞行姿态控制精准的优点。
[0033]
优选的，所述上罩外形为圆柱形，以恰好适配罩设住整个电动对转涵道风扇。
[0034]
优选的，所述下罩外形为碟形，碟形的空间较大，能够容纳整个控制系统及副旋翼系统，并能够将各系统布置于最为合理的位置，保证多旋翼机的稳定飞行。
[0035]
优选的，所述机身的外侧底面上安装有起落架，起支撑多旋翼机的作用，并保障多旋翼机稳定着陆。
[0036]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了一种碟形五轴多旋翼机的技术方案，相对于现有的多旋翼机，该碟形多旋翼机的所有旋翼都被包裹在机壳内，不会与人体接触从而伤害人体。另外，本发明采用碟形外观，不仅能够减小多旋翼机飞行时的流体阻力，使多旋翼机能够兼顾各种速度的飞行效果，而且碟形外观个性、炫酷，易吸引消费者的眼光，可用于娱乐、照相，亦可用作电影道具等多方面，还可以取代现有旋翼机用于物流、巡视等各种用途。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0038]
图1附图为本发明一种实施例的主视图。
[0039]
图2附图为本发明一种实施例的侧视图。
[0040]
图3附图为本发明一种实施例的仰视图。
[0041]
图4附图为本发明一种实施例的俯视图。
[0042]
图5附图为本发明电动对转涵道风扇的整体结构示意图；
[0043]
图6附图为本发明电动对转涵道风扇的电驱动机制工作原理示意图；
[0044]
图7附图为本发明电动对转涵道风扇中的定子支架结构俯视示意图；
[0045]
图8附图为本发明电动对转涵道风扇中的定子支架结构侧视示意图
[0046]
图9附图为本发明电动对转涵道风扇中的驱动环结构示意图
[0047]
其中，图中，
[0048]
1-机身；2-机壳，21-上罩，22-下罩；3-电动对转涵道风扇；4-控制旋翼；5-导流罩；6-起落架。
[0049]
101-立交共轴支架，102-联动齿轮，103-同步齿轮，104-轴承，105-转盘，201-定子绕组，202-永磁体，203-定子支架，204-驱动环，301-前扇叶，302-后扇叶。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“重心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0052]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0053]
实施例：
[0054]
下面根据图1-4详细描述根据本发明实施例的一种碟形五轴多旋翼机。
[0055]
如图1-4所示，本发明实施例公开了一种碟形五轴多旋翼机，具体包括：机身1、机壳2、主旋翼系统、副旋翼系统和控制系统，具体的，
[0056]
机壳2罩设固定于机身1的外部，其包括具有较窄外形且顶部开口的上罩21和具有较宽外形且底部开口的下罩22。
[0057]
主旋翼系统安装于机身1的上方正中位置且由机壳上罩21包裹在内，主旋翼系统包括能够使上下两级风扇等速相向对转的电动对转涵道风扇3；该电动对转涵道风扇3用于为多旋翼机提供主要的飞行动力。
[0058]
副旋翼系统位于主旋翼系统的下方且由机壳下罩22包裹在内，副旋翼系统包括四个控制旋翼4，四个控制旋翼4以机身1的重心为中心均布在机身1距离其重心有一定距离的四个角上，并且四个控制旋翼4外部均罩设有一个导流罩5，该导流罩5可以让进入的气流更加稳定，使得控制旋翼4产生的推力更加稳定。四个控制旋翼4为多旋翼机提供姿态控制。
[0059]
四个控制旋翼4距离机身1重心的远近需要结合多旋翼机的重量、大小等因素综合确定，以使四个控制旋翼4产生足够的杠杆效应来控制多旋翼机的飞行姿态为宜。
[0060]
控制系统位于主旋翼系统下方、下罩22的中心位置处并且与机身1相固定，控制系统用于实现对主旋翼系统和副旋翼系统的控制。
[0061]
电动对转涵道风扇3是必然会产生气流的，而现在整个旋翼机设备都已经被包裹起来，那么必须要给气流留一个通道，因控制系统放在了旋翼机设备重心位置，那么本申请就将风道放在了外周，同时放在外周位置还可以让风道截面积逐渐增大。本发明在个控制旋翼4外部均罩设有一个导流罩5，将控制旋翼4放在导流罩5内，这样气流比较稳定，气流从两侧进入，在旋翼作用下向下运动，这样旋翼能够得到反作用力，从而起到辅助电机的作用，达到节约能源的目的。
[0062]
为了进一步优化上述实施例的技术方案，四个控制旋翼4与机身1的重心之间的距离均相等，确保多旋翼机重心的平稳，并使控制旋翼4能够更加准确、有效的调整多旋翼机的姿态。
[0063]
为了进一步优化上述实施例的技术方案，电动对转涵道风扇3采用大功率电机进行控制，控制旋翼4采用小功率电机进行控制。电动对转涵道风扇3中采用的螺旋桨为长螺旋桨，控制旋翼4采用的螺旋桨为短螺旋桨。
[0064]
大功率电机和具有较长螺旋桨的电动对转涵道风扇3配合工作，可以产生足够的动力。小功率电机和具有较短螺旋桨的控制旋翼4配合工作，也足以能够实现对多旋翼机姿
态的调节，以达到控制飞行方向的目的。
[0065]
为了进一步优化上述实施例的技术方案，控制旋翼4所采用的电机为空心杯电机。
[0066]
空心杯电动机具有以下优势：最大的能量转换效率；激活、制动迅速，响应极快；可靠的运行稳定性；电磁干扰少；能量密度大。将空心杯电机作为控制旋翼4的电机可以快速实现对多旋翼机飞行姿态的控制，保证多旋翼机起飞、降落、悬停的平稳和安全。
[0067]
为了进一步优化上述实施例的技术方案，上罩21外形为圆柱形。下罩22外形为碟形。机身1的外侧底面上安装有起落架6。
[0068]
具体的，本发明所使用的电动对转涵道风扇3包括同步机构、驱动机构、叶片，同步机构包括立交共轴支架、两个联动齿轮、至少一个(一般是两个)同步齿轮、前后两个转盘；联动齿轮和同步齿轮分别通过轴承固定在立交共轴支架的垂直相交的轴上，联动齿轮和同步齿轮严密咬合构成一个传动结构；前后两个转盘通过紧固件分别与两个联动齿轮连接为一体。
[0069]
上述方案中所述的前后转盘中所提到的前后，是根据电动对转涵道风扇运转时的气体流动方向定义。
[0070]
上述电动对转涵道风扇3通过同步机构使前后(上下)两级风扇等速相向对转，实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的，具有轻便、高效的优点。相对于单级电动风扇，电动对转涵道风扇3可在同等转速下得到更大的推力，或以较低的转速达到同等的推力，从而有更高的效率；相对于用纯机械方式实现的对转风扇，电动对转涵道风扇结构简洁，易于实现和操控。其更为具体的结构及作用效果描述请参见下述描述及说明书附图图5-9。
[0071]
一种电动对转涵道风扇，包括同步机构、驱动机构、叶片。
[0072]
附图展示了一种槽数为36、极数为42的电动对转涵道风扇。
[0073]
所述的同步机构包括立交共轴支架、两个联动齿轮、至少一个(一般是两个)同步齿轮、前后两个转盘；所述的联动齿轮和同步齿轮分别通过轴承固定在立交共轴支架的垂直相交的轴上；联动齿轮和同步齿轮严密咬合构成一个传动结构；所述的前后两个转盘通过紧固件分别与两个联动齿轮连接为一体。
[0074]
所述的同步机构中所使用的齿轮均为圆锥齿轮。
[0075]
同步机构的作用，是对前后两个转盘的转动速度进行限制，使其只能以相同的速度对转，从而实现用一套定子绕组同时驱动前后两个风扇的目的。
[0076]
所述的驱动机构包括定子绕组、前后两个驱动环和定子支架，所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体。
[0077]
附图中展示的驱动机构中有一个36槽的定子绕组，每个槽都有一个独立的磁芯和绕制在磁芯上的线圈，分别固定在定子支架的36个槽位上；所述的驱动环在与定子绕组相对应的位置安装有永磁体，在本实施方式中，永磁体的数量为42个；这个36槽的电子绕组和上、下驱动环中的42个磁极共同构成驱动机构，起到把电能转化为机械能的目的，是涵道风扇的动力来源。
[0078]
所述的定子绕组排列成一个环状，定子绕组的中心半径，和安装在上下两个驱动环中的永磁体的的中心半径相同；
[0079]
所述的定子绕组的两个磁极分别正对前后两个驱动环中的永磁体。
[0080]
所述的驱动机构中的前后两个驱动环，其上安装的永磁体，其数量和位置完全一样，呈镜像对称。
[0081]
所述的定子支架上安装有三个霍尔传感器，传感器可以120
°
分布或60
°
分布安装，霍尔传感器的输出连接到转速控制器。在一些对稳定性要求不高的场合，也可以没有霍尔传感器，此时采用相应的无霍尔转速控制器对电机的转动进行控制。
[0082]
所述的扇叶安装在转盘和驱动环之间，前扇叶和后扇叶的转动方向相反；
[0083]
所述的扇叶用紧固件与转盘和驱动环紧密连接为一体。
[0084]
所述的立交共轴支架和定子支架通过紧固件紧密连接为一体。
[0085]
本发明所提出的电动对转涵道风扇，需配合相应的bldc控制器使用。
[0086]
本发明以电动对转涵道风扇3为核心，由其产生主要动力，同时配置了四个功率很小的旋翼作为控制旋翼4，以类似于多旋翼机的控制方式，对机身1的姿态进行调节，以达到控制飞行方向的目的。电动对转涵道风扇3和控制旋翼4都由机壳2包裹在内，使得所有旋翼均不会与人体直接接触，提高了产品的安全性。
[0087]
本发明采用碟形外观，不仅能够减小多旋翼机飞行时的流体阻力，使多旋翼机可以兼顾各种速度的飞行效果，而且碟形外观个性、炫酷，更易吸引消费者的眼光，可用于娱乐、照相，亦可用作电影道具等多方面，还可以取代现有旋翼机用于物流、巡视等各种用途，实用性强，适合大力推广应用。
[0088]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0089]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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