变距螺旋组件、无人飞行器和飞行器系统的制作方法

1.本发明涉及无人机领域，具体是涉及一种变距螺旋组件、无人飞行器和飞行器系统。


背景技术：

2.现有的飞行器中，均使用无刷电机做动力的固定翼无人机以及多旋翼无人机大部分使用固定螺距的螺旋桨，即螺旋桨仅可以转动飞行，无法发生倾斜。在使用定螺距螺旋桨应用于固定翼飞行器上时，飞行器在低速飞行的情况下，螺旋桨的螺距在高速飞行时候就显得过小，并且起飞与巡航所要求的推拉力也不同，使用定距螺旋桨使得飞行效率就无法提高，增加了动力损耗。在多旋翼飞行器上，由于不同的飞行高度的空气密度也不一样，低海拔空气密度大，小螺距就能满足的动力到了高海拔由于空气稀薄，动力就会大大减少，此时就需要大螺距的螺旋桨来提高螺旋桨的转动效率，但是现有的多旋翼无人机的螺旋桨的螺距无法发生变化，使得多旋翼无人机的环境和飞行适应性差。
3.目前应用于飞行器的变距结构如共轴反桨直升机上的变距结构，使用驱动装置驱动推杆移动，推杆的移动驱动螺旋桨倾斜，但是该种变距结构需要驱动螺旋桨转动的电机发生结构上的变化，该种变距结构需要有相对应的驱动装置，使得飞行器的螺旋桨变距实施复杂，成本高。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的是提供一种实现螺旋桨螺距变化的变距螺旋组件。
5.本发明的第二目的是提供一种包括上述变距螺旋组件的无人飞行器。
6.本发明的第三目的是提供一种包括无人飞行器的飞行器系统。
7.为了实现上述的第一目的，本发明提供的变距螺旋组件包括至少两个螺旋桨组件、底座、导电件、驱动组件和传动组件，至少两个螺旋桨组件设置在底座上，驱动组件通过传动组件驱动至少两个螺旋桨组件倾斜；导电件设置在底座上，导电件包括固定端和转动端，固定端与转动端连接，转动端相对是固定端转动，固定端与驱动组件电连接，转动端用于连接飞行器的控制单元。
8.由上述方案可见，通过驱动组件驱动传动组件工作，驱动螺旋桨组件倾斜，从而实现螺旋桨组件中的桨叶的螺距变化；而变距螺旋组件中的螺旋桨组件、导电件、驱动组件和控制组件分别设置在底座上，而底座用于与驱动螺旋桨组件转动的外转子电机连接，通过底座作为连接介质，以及通过驱动组件与传动组件驱动螺旋桨组件实现倾斜，使得变距螺旋组件直接应用在外转子电机上，无需对外转子电机自身的结构做出改变，从而提供变距螺旋组件的适用性；由于变距螺旋组件随着外转子电机的外转子转动，底座设置有导电件，其中导电件的固定端与驱动组件连接，转动端与飞行器的控制单元连接，从而实现在变距螺旋组件转动时，变距螺旋组件上的电连接线不是因为缠绕而断裂。
9.进一步的方案是，导电件为电滑环，底座包括底板，底板用于连接驱动至少两个螺
旋桨组件转动的外转子电机，电滑环设置在底板上，电滑环位于至少两个螺旋桨组件之间。
10.可见，作为导电件的电滑环设置在至少两个螺旋桨组件之间，使得电滑环上的连接线更靠近外转子电机的空心中心轴，便于电滑环上的连接线穿过外转子电机的空心中心轴与飞行器的控制单元连接。
11.进一步的方案是，驱动组件包括驱动装置与第一锥齿轮，驱动装置驱动第一锥齿轮转动，传动组件包括多个第二锥齿轮，每一个螺旋桨组件分别与一个第二锥齿轮连接，第一锥齿轮分别与多个第二锥齿轮啮合。
12.可见，由于与驱动装置连接的第一锥齿轮分别与多个第二锥齿轮啮合，使得驱动装置通过第一锥齿轮驱动多个第二锥齿轮转动，从而带动每两个相对设置的螺旋桨组件同步反向倾斜，该传动结构结构简单，传动效率高。
13.进一步的方案是，驱动组件包括驱动电机，驱动电机的驱动轴的轴向与至少两个螺旋桨组件的旋转中心轴线垂直，驱动组件包括第一直齿轮，驱动电机驱动第一直齿轮转动；变距螺旋组件包括测角组件和控制组件，控制组件与导电件电连接，测角组件包括第二直齿轮、连接杆和角度检测器，角度检测器与控制组件连接，第二直齿轮与连接杆的轴向第一端连接，连接杆的轴向第二端与角度检测器连接，第一直齿轮与第二直齿轮啮合，连接杆的轴向与驱动电机的驱动轴的轴向平行。
14.可见，由于驱动电机与传动组件之间通过第一直齿轮连接，使得驱动电机与传动组件之间有中间传动结构，而测角组件中的第二直齿轮与第一直齿轮连接，通过中间传动结构与测角组件连接，测角组件实现螺旋桨组件倾斜角度的检测，便于飞行器控制单元对螺旋桨组件的倾斜角度进行调整。
15.进一步的方案是，角度检测器为电位器。
16.可见，电位器作为角度检测器，可直接输出电压，通过输出电压得到第二直齿轮的转动位移，从而得到变距角度。
17.进一步的方案是，驱动组件包括驱动电机，驱动电机的驱动轴的轴向与至少两个螺旋桨组件的旋转中心轴线垂直，驱动组件包括第一直齿轮，驱动电机驱动第一直齿轮转动；变距螺旋组件包括自锁组件，自锁组件包括涡轮、蜗杆和第三直齿轮，蜗杆的轴向与驱动电机的驱动轴的轴向平行，蜗杆的轴向第一端与第三直齿轮连接，第一直齿轮与第三直齿轮啮合，蜗杆的轴向第二端固定在底座上，涡轮与蜗杆啮合，涡轮用于与驱动组件的第一锥齿轮共轴连接。
18.可见，蜗轮和蜗杆的配合结构具有反向自锁，当电机的驱动轴与蜗杆的轴向平行时，可通过蜗轮和蜗杆的配合结构实现自锁且作为驱动装置与传动组件之间的中间传动组件，设置自锁组件可保持调节大直径螺旋桨组件后保持变距后的稳定性，并且消除对飞行器上的外转子驱动电机的反扭力，即使飞行器断电也不会影响空气阻力影响下的螺距。
19.进一步的方案是，驱动组件包括舵机，舵机与传动组件连接。
20.可见，由于舵机自身为角度伺服的驱动器，使用舵机作为螺旋桨组件变距的驱动装置，使得螺旋桨组件变距驱动组件的结构更加简单，安装更简单。
21.为实现上述第二目的，本发明提供的无人飞行器包括：外转子电机与如权利要求1至任一项的变距螺旋组件，外转子电机的外转子与底座连接。
22.进一步的方案是，外转子电机包括空心中心轴和控制单元，导电件的连接线贯穿
空心中心轴，导电件与控制单元连接。
23.为实现上述的第三目的，本发明提供的飞行器系统包括：无人机、系留绳和地面控制系留箱，无人机为如上述的无人飞行器，系留绳的一端与无人机连接，系留绳的另一端与地面控制系留箱连接。
附图说明
24.图1是本发明变距螺旋组件实施例的立体图。
25.图2是本发明变距螺旋组件实施例去除保护罩的立体图。
26.图3是本发明变距螺旋组件实施例去除保护罩的剖视图。
27.图4是本发明变距螺旋组件实施例去除保护罩的爆炸图。
28.图5是本发明变距螺旋组件实施例中另一驱动组件实施方式的结构图。
29.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
30.本发明的变距螺旋组件通过驱动组件与齿轮传动实现螺旋桨组件的变距，并且驱动组件、传动组件和螺旋桨组件分别设置在底座，底座作为飞行器的外转子电机与变距螺旋组件连接的中间介质，可直接将底座安装座外转子电机上，实现变距螺旋组件的转动，而通过驱动组件与传动组件驱动螺旋桨组件实现倾斜，使得变距螺旋组件直接应用在外转子电机上，无需对外转子电机自身的结构做出改变，从而提供变距螺旋组件的适用性，再通过具有转动端和固定端的导电件的设置，实现在变距螺旋组件转动时，变距螺旋组件上的电连接线不是因为缠绕而断裂。本发明的变距螺旋组件应用于飞行器上，该飞行器可为多旋翼无人机，该多旋翼无人机可包括自由飞行模式和系留模式中的至少一种。
31.参见图1、图2、图3和图4，本发明变距螺旋组件包括保护罩10、底座1、至少两个螺旋桨组件2、导电件3、驱动组件4、传动组件5、测角组件6、自锁组件7和控制组件8，至少两个螺旋桨组件2、导电件3、驱动组件4、传动组件5和控制组件8分别设置在底座1上。底座1包括底板11、第一支撑板12、第二支撑板13和第三支撑板14，第一支撑板12、第二支撑板13和第三支撑板14分别设置在底座1远离外转子电机的侧壁上，第一支撑板12与第二支撑板13相对设置，第三支撑板14与底板11相对设置，第三支撑板14连接在第一支撑板12与第二支撑板13之间，使得第一支撑板12、第二支撑板13、第三支撑板14和底板11形成一个放置格15，传动组件5位于该放置格15内。多个支撑板分别用于安装螺旋桨组件2、传动组件5和驱动组件4；当底板11作为变距螺旋组件的底部时，自底座1开始，从下往上，底板11上依次设置有至少两个螺旋桨组件2、传动组件5和驱动组件4。
32.螺旋桨组件2包括桨叶和桨夹，桨叶与桨夹连接。在变距螺旋组件中包括至少两个螺旋桨组件2，螺旋桨组件2的数量两个、三个、四个或五个，在本实施例中，螺旋桨组件2的数量为两个，其中一个螺旋桨组件2设置在第一支撑板12上，另一个螺旋桨组件2设置在第二支撑板13上；基于底板11，两个螺旋桨组件2设置有同一高度上。
33.由于驱动组件4通过传动组件5驱动螺旋桨组件2倾斜，传动组件5设置在驱动组件4与螺旋桨组件2之间，螺旋桨组件2设置在底板11与传动组件5之间，可缩短传动距离，提高传动效果。驱动组件4包括驱动装置41和第一锥齿轮42，驱动装置41驱动第一锥齿轮42转
动，驱动装置41设置在第三支撑板14背离放置格15的侧壁上，而第一锥齿轮42设置在放置格15内。传动组件5包括多个第二锥齿轮51，第一锥齿轮42设置在多个第二锥齿轮41之间，第二锥齿轮41的个数与螺旋桨组件2的个数相同，每一个螺旋桨组件2相对应地分别与一个第二锥齿轮41连接，第一锥齿轮42与至少两个第二锥齿轮41啮合。由于与驱动装置41连接的第一锥齿轮42分别与多个第二锥齿轮41啮合，使得驱动装置41通过第一锥齿轮42驱动多个第二锥齿轮41转动，从而带动每两个相对设置的螺旋桨组件2同步反向倾斜，实现多个螺旋桨组件2的螺距同步变化，该传动结构简单，传动效率高；其中驱动装置41与第一锥齿轮42之间可直接连接，或者驱动装置41与第一锥齿轮42之间还设置有中间传动件。在本实施例中，驱动组件4与传动组件5之间还连接有测角组件6和自锁组件7。
34.在本实施例中，自锁组件7可作为驱动装置41与第一锥齿轮42之间的中间传动件，基于底板11，自锁组件7设置在驱动组件4与传动组件5之间。驱动装置41为驱动电机41，驱动电机41的驱动轴的轴向与至少两个螺旋桨组件2的旋转中心轴线垂直，驱动组件4包括第一直齿轮43，第一直齿轮43与驱动电机41连接；驱动电机41通过两个电机固定座411设置在第三支撑板14背离放置格15的侧壁上，自锁组件7设置在驱动电机41与第三支撑板14之间。自锁组件7包括涡轮71、蜗杆72和第三直齿轮73，蜗轮71与蜗杆72啮合连接，蜗杆72的轴向第一端贯穿其一电机固定座411与第三直齿轮73连接，蜗杆72的轴向第二端固定在另一电机固定座411上。在本实施例中，蜗杆72的轴向与驱动电机41的驱动轴的轴向平行，第一直齿轮43与第三直齿轮73啮合，涡轮72与第一锥齿轮42共轴连接。蜗轮71和蜗杆72的配合结构具有反向自锁，当驱动电机41的驱动轴的轴向与蜗杆72的轴向平行时，可通过蜗轮71和蜗杆72的配合结构实现自锁且作为驱动装置41与传动组件5之间的中间传动组件5，使得驱动电机41驱动第一直齿轮43转动，带动第三直齿轮73转动，第三直齿轮73的转动蜗杆72与蜗轮71的配合连接的转动，从而实现第一锥齿轮42的转动，带动螺旋桨组件2倾斜；在驱动电机41与第一锥齿轮42之间设置自锁组件7，在实现保持调节大直径螺旋桨后保持变距后的稳定性，并且消除对飞行器上的外转子驱动电机41的反扭力，即使飞行器断电也不会影响空气阻力影响下的螺距的同时，实现驱动电机41与第一锥齿轮42之间传动。
35.测角组件6和控制组件8分别设置在第三支撑板14背离放置格15的侧壁上，测角组件6用于检测螺旋桨组件2螺距变距角度，通过控制组件8配合飞行器的控制单元调节螺旋桨组件2螺距变距角度，使其达到控制单元输出的控制信号的要求。测角组件6包括第二直齿轮61、连接杆62和角度检测器63，角度检测器63可以为角度传感器或电位器，在本实施例中，角度检测器63为电位器。第二直齿轮61与连接杆62的轴向第一端连接，连接杆62的轴向第二端与角度检测器63连接，第一直齿轮43与第二直齿轮61啮合，连接杆62的轴向与驱动电机41的驱动轴的轴向平行，使得连接杆62的轴向与蜗杆72的轴向平行，连接杆62与蜗杆72可分别位于蜗轮71上相对设置的两侧上，使得部件布局更加合理。当驱动电机41驱动第一直齿轮43转动，带动第二直齿轮61和连接杆62转动，从而角度检测器63检测到连接杆62的转动角度，角度检测器63将角度信号通过控制组件8输出至飞行器控制单元，控制单元根据角度信号判断是否输出控制信号至驱动电机41，调节螺旋桨组件2的倾斜角度。
36.在本实施例中，导电件3为电滑环，导电件3设置在底座1上，导电件3包括固定端31和转动端32，固定端31与转动端32电连接，转动端32相对固定端31转动，固定端31通过控制组件8与驱动组件4连接，转动端32用于连接飞行器的控制单元。在本实施例中，底板11上设
置通孔111，电滑环3位于设置在通孔111内，该通孔111设置在多个螺旋桨组件2之间，该通孔111可与飞行器的外转子电机上的空心中心轴连通，并且沿螺旋桨组件2的旋转中心轴线共线设置，便于电滑环3上的连接线缩短距离，穿过外转子电机的空心中心轴与飞行器的控制单元、电源连接。设置电滑环3在变距螺旋组件转动时，变距螺旋组件上的电连接线不会因为缠绕而断裂。
37.控制组件8上设置有三根电连接线，三根电连接线分别为电源正负极连接线和信号输送线，电源正负极连接线对应地与驱动电机41的正负极、电滑环连接，从而控制组件8设置在靠近驱动电机41的正负极连接处设置，信号输送线分别与驱动电机41、电滑环连接。
38.通过驱动组件4驱动传动组件5工作，驱动螺旋桨组件2倾斜，从而实现桨叶的螺距变化；而变距螺旋组件中的螺旋桨组件2、导电件3、驱动组件4和控制组件8分别设置在底座1上，而底座1用于与驱动螺旋桨组件2转动的外转子电机连接，通过底座1作为连接介质，以及通过驱动组件4与传动组件5驱动螺旋桨实现倾斜，使得变距螺旋组件直接应用在外转子电机上，无需对外转子电机自身的结构做出改变，从而提供变距螺旋组件的适用性。
39.作为另一实施方式，参见图5，可使用舵机9代替驱动组件4，舵机9直接驱动第一锥齿轮42转动，从而在通过与第一锥齿轮42啮合的第二锥齿轮41驱动螺旋桨组件2倾斜，改变螺距。由于舵机9自身为角度伺服的驱动器，使用舵机9作为螺旋桨变距的驱动装置41，无需设置测角组件6、自锁组件7和控制组件8，舵机9上的连接线直接与电滑环3连接，使得螺旋桨变距驱动组件4的结构更加简单，安装更简单。
40.在本实施例中，保护罩10设置在第三支撑板14上，保护罩10覆盖设置在第三支撑板14上的部件，保护罩10呈圆锥形。
41.本发明的无人飞行器可为多旋翼无人机，无人飞行器包括外转子电机、上述的变距螺旋组件和控制单元，外转子电机的外转子与底座1连接，外转子电机用于驱动变距螺旋组件转动，从而驱动螺旋桨组件2转动。控制单元与导电件3与连接。多旋翼无人机可具有自由飞行状态或系留飞行状态。本发明飞行器系统包括无人机、系留绳和地面控制系留箱，无人机为如上述的无人飞行器，系留绳的一端与无人机连接，系留绳的另一端与地面控制系留箱连接。
42.最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。