一种电动共轴无人机旋翼系统的制作方法

1.本发明涉及航空器技术领域，更具体地说，涉及一种电动共轴无人机旋翼系统。


背景技术：

2.目前，发展轻小型无人直升机是航空研究热点之一，国内外已有的电动共轴无人机的旋翼系统的操纵方式包括总距操纵、航向操纵以及横纵向周期变距，这种传统的操纵方式需要复杂、大量的零件实现上下旋翼的总距变化以及差动，增加了结构的重量，降低了可靠性。
3.因此，如何提供一种更加适应电动共轴无人机对减重的需求的电动共轴无人机的旋翼系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种电动共轴无人机旋翼系统，将传统共轴直升机操纵系统的总距和航向操纵机构省去，并对横向和纵向操纵的方式进行了改进，降低了操纵系统复杂性，减少了操纵系统的零件数量及重量。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种电动共轴无人机旋翼系统，包括固定轴、电机直接驱动系统以及操纵系统，所述固定轴相对机身固定不动；
7.所述电机直接驱动系统包括上旋翼驱动装置和下旋翼驱动装置；所述上旋翼驱动装置包括上电机座、上旋翼电机以及上电机法兰盘，所述上电机座固定在所述固定轴的上端，所述上旋翼电机固定于所述上电机座的底部，且通过所述上电机法兰盘带动位于其下方的上旋翼转动；所述下旋翼驱动装置包括下电机座、下旋翼电机以及下电机法兰盘，所述下电机座固定在所述固定轴的下端，所述下旋翼电机固定于所述下电机座的顶部，且通过所述下电机法兰盘带动位于其上方的下旋翼转动；
8.所述操纵系统位于所述上旋翼和所述下旋翼之间，其包括上倾斜器、下倾斜器以及连杆机构；所述上倾斜器包括上球铰内球、上球铰外环、上倾斜器内环、上倾斜器外环，所述上球铰内球固定在所述固定轴的上部，所述上球铰外环配合套设于所述上球铰内球外部，且其上方固定连接有所述上倾斜器内环，所述上倾斜器内环通过第一滑动轴承滑动连接所述上倾斜器外环；所述下倾斜器包括下球铰内球、下球铰外环、下倾斜器内环、下倾斜器外环，所述下球铰内球固定在所述固定轴的下部，所述下球铰外环配合套设于所述下球铰内球外部，且其下方固定连接有所述下倾斜器内环，所述下倾斜器内环通过第二滑动轴承滑动连接所述下倾斜器外环；舵机设有两台，且通过舵机架固定在所述固定轴中间位置的相对两侧；所述连杆机构包括舵机上连杆、舵机下连杆、上旋翼变距拉杆、下旋翼变距拉杆，所述舵机上连杆为两根，且每根所述舵机上连杆的两端分别与对应同侧的所述舵机及所述上倾斜器内环铰接；所述舵机下连杆为两根，且每根所述舵机下连杆的两端分别与对应同侧的所述舵机及所述下倾斜器内环铰接；所述上旋翼变距拉杆为一根，且其两端分别
与所述上倾斜器外环及所述上旋翼铰接；所述下旋翼变距拉杆为一根，且其两端分别与所述下倾斜器外环及所述下旋翼铰接。
9.通过采用上述技术方案，本发明通过消除传统电动共轴无人机的总距操纵机构和基于总距差动的航向操纵机构，上旋翼及下旋翼的总距不变化，通过电机直接驱动分别控制双旋翼的转速以控制直升机的垂向升降和航向操纵，从而降低了传统电动共轴无人机操纵系统的复杂性，减少了操纵系统的零件数量。
10.优选的，所述上旋翼驱动装置和所述下旋翼驱动装置对称位于所述固定轴的上下两端。
11.优选的，所述上旋翼电机包括上旋翼电机定子和上旋翼电机转子，所述上旋翼电机定子固定于所述上电机座的底部，所述上旋翼电机转子与所述上电机法兰盘的上部固定连接，所述上电机法兰盘的下部与所述上旋翼连接；所述下旋翼电机包括下旋翼电机定子和下旋翼电机转子，所述下旋翼电机定子固定于所述下电机座的顶部，所述下旋翼电机转子与所述下电机法兰盘的下部固定连接，所述下电机法兰盘的上部与所述下旋翼连接。
12.优选的，所述上电机法兰盘下部的相对两侧各固定连接有一第一螺钉，所述第一螺钉远离所述上电机法兰盘的一端固定有第一球轴承，所述第一球轴承的外环与所述上旋翼固定连接；所述下电机法兰盘上部的相对两侧各固定连接有一第二螺钉，所述第二螺钉远离所述下电机法兰盘的一端固定有第二球轴承，所述第二球轴承的外环与所述下旋翼固定连接。
13.优选的，所述上倾斜器外环位于所述上倾斜器内环的顶部，所述下倾斜器外环位于所述下倾斜器内环的底部，所述上倾斜器外环与所述上旋翼同步转动，所述下倾斜器外环与所述下旋翼同步转动。
14.优选的，所述舵机上连杆以及所述舵机下连杆的端部与对应同侧的所述舵机的舵机摇臂铰接；所述舵机上连杆与所述舵机下连杆共用对应同侧的所述舵机摇臂的铰接接头。
15.本发明的有益效果为：通过设置电机直接驱动系统以及操纵系统控制电动共轴无人机的飞行。舵机发出周期变距信号时，舵机摇臂带动舵机上连杆和舵机下连杆移动，上倾斜器绕上球铰内球转动，上旋翼变距拉杆实现上旋翼角度变化，由于上倾斜器与下倾斜器之间通过两组舵机上连杆和舵机下连杆连接，保持同步，上倾斜器的变距信息同步传递到下倾斜器实现下旋翼的周期变距；通过具体的电机直接驱动分别控制双旋翼的转速以控制直升机的垂向升降和航向操纵，相对于传统的共轴直升机减少了总距及航向操纵机构，从而降低了传统电动共轴无人机操纵系统的复杂性，减少了操纵系统的零件数量。
附图说明
16.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做简单的介绍，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而言，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。
17.图1为本发明一种电动共轴无人机旋翼系统的总装示意图。
18.图2为本发明一种电动共轴无人机旋翼系统的上旋翼驱动装置的结构示意图。
19.图3为本发明一种电动共轴无人机旋翼系统的下旋翼驱动装置的结构示意图。
20.图4为本发明一种电动共轴无人机旋翼系统的操纵系统示意图。
21.图5为本发明一种电动共轴无人机旋翼系统的上旋翼驱动装置中上电机法兰盘与上旋翼连接的结构剖面图。
22.图中：1固定轴、2上倾斜器、201上球铰内球、202上球铰外环、203上倾斜器内环、204上倾斜器外环、3下倾斜器、301下球铰内球、302下球铰外环、303下倾斜器内环、304下倾斜器外环、4舵机架、5舵机、6舵机上连杆、7舵机下连杆、8上旋翼变距拉杆、9下旋翼变距拉杆、10上旋翼、11下旋翼、12上电机法兰盘、13下电机法兰盘、14上旋翼电机、141上旋翼电机定子、142上旋翼电机转子、15下旋翼电机、151下旋翼电机定子、152下旋翼电机转子、16上电机座、17下电机座、18第一螺钉、19第一球轴承。
具体实施方式
23.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、完整的描述，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。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。
25.实施例：
26.参阅附图1至4，本发明实施例一种电动共轴无人机旋翼系统，用于操纵电动共轴无人机的飞行，其包括相对机身固定不动的固定轴1以及电机直接驱动系统、操纵系统。
27.其中，
28.电机直接驱动系统包括上旋翼驱动装置和下旋翼驱动装置，上旋翼驱动装置和下旋翼驱动装置对称位于固定轴1的上下两端。
29.上旋翼驱动装置包括上电机座16、上旋翼电机14以及上电机法兰盘12，上电机座16固定在固定轴1的上端，上旋翼电机14固定于上电机座16的底部，且通过上电机法兰盘12带动位于其下方的上旋翼10转动。
30.下旋翼驱动装置包括下电机座17、下旋翼电机15以及下电机法兰盘13，下电机座17固定在固定轴1的下端，下旋翼电机15固定于下电机座17的顶部，且通过下电机法兰盘13带动位于其上方的下旋翼11转动。
31.具体的，上旋翼电机14包括上旋翼电机定子141和上旋翼电机转子142，上旋翼电机定子141固定于上电机座16的底部，上旋翼电机转子142与上电机法兰盘12的上部固定连接，上电机法兰盘12的下部与上旋翼10连接。
32.下旋翼电机15包括下旋翼电机定子151和下旋翼电机转子152，下旋翼电机定子151固定于下电机座17的顶部，下旋翼电机转子152与下电机法兰盘13的下部固定连接，下电机法兰盘13的上部与下旋翼11连接。
33.更为具体的，参阅附图5，上电机法兰盘12下部的相对两侧各固定连接有一第一螺
钉18，第一螺钉18远离上电机法兰盘12的一端固定有第一球轴承19，第一球轴承19的外环与上旋翼10固定连接，使上旋翼10被上电机法兰盘12带动转动的同时，还可受上旋翼变距拉杆8控制绕上电机法兰盘12上的第一螺钉18转动。
34.下电机法兰盘13上部的相对两侧各固定连接有一第二螺钉，第二螺钉远离下电机法兰盘13的一端固定有第二球轴承，第二球轴承的外环与下旋翼11固定连接，使下旋翼11被下电机法兰盘13带动转动的同时，还可受下旋翼变距拉杆9控制绕下电机法兰盘13上的第二螺钉转动。
35.本发明中，上旋翼10和下旋翼11分别由上旋翼电机14和下旋翼电机15控制转速，通过上下旋翼11转速的同步增减以控制电动共轴无人机的升降，通过上下旋翼11转速的差动以产生不同的反扭矩，构成机身扭矩其导航向控制作用，实现航向的平衡和控制。
36.操纵系统位于上旋翼10和下旋翼11之间，其包括上倾斜器2、下倾斜器3以及连杆机构。
37.上倾斜器2包括上球铰内球201、上球铰外环202、上倾斜器内环203、上倾斜器外环204，上球铰内球201固定在固定轴1的上部，上球铰外环202配合套设于上球铰内球201外部，且其上方固定连接有上倾斜器内环203，上倾斜器内环203通过第一滑动轴承滑动连接上倾斜器外环204。
38.下倾斜器3包括下球铰内球301、下球铰外环302、下倾斜器内环303、下倾斜器外环304，下球铰内球301固定在固定轴1的下部，下球铰外环302配合套设于下球铰内球301外部，且其下方固定连接有下倾斜器内环303，下倾斜器内环303通过第二滑动轴承滑动连接下倾斜器外环304。
39.舵机5设有两台，且通过舵机架4固定在固定轴1中间位置的相对两侧。连杆机构包括舵机上连杆6、舵机下连杆7、上旋翼变距拉杆8、下旋翼变距拉杆9。舵机上连杆6为两根，且每根舵机上连杆6的两端分别与对应同侧的舵机5及上倾斜器内环203铰接；舵机下连杆7为两根，且每根舵机下连杆7的两端分别与对应同侧的舵机5及下倾斜器内环303铰接；上旋翼变距拉杆8为一根，且其两端分别与上倾斜器外环204及上旋翼10铰接，使得上旋翼10周期变距；下旋翼变距拉杆9为一根，且其两端分别与下倾斜器外环304及下旋翼11铰接，使得下旋翼11周期变距。
40.具体的，上倾斜器外环204位于上倾斜器内环203的顶部，下倾斜器外环304位于下倾斜器内环303的底部，上倾斜器外环204与上旋翼10同步转动，下倾斜器外环304与下旋翼11同步转动。
41.进一步的，舵机上连杆6以及舵机下连杆7的端部与对应同侧的舵机5的舵机摇臂铰接；舵机上连杆6与舵机下连杆7共用对应同侧的舵机摇臂的铰接接头。
42.本发明中，舵机5传递操纵指令，舵机摇臂带动舵机上连杆6和舵机下连杆7，控制上倾斜器内环203和下倾斜器内环303同步运动；上倾斜器外环204通过上旋翼变距拉杆8控制上旋翼10周期变距，下倾斜器外环304通过下旋翼变距拉杆9控制下旋翼11周期变距；上倾斜器内环203与下倾斜器内环303通过舵机上连杆6和舵机下连杆7连接，保持同步，所以上下旋翼11的周期变距是同步的，操纵系统中无总距操纵及基于总距差动的航向操纵机构，精简了结构，减少了零件。
43.本发明通过消除传统电动共轴无人机的总距操纵机构和基于总距差动的航向操
纵机构，上旋翼10及下旋翼11的总距不变化，通过电机直接驱动分别控制双旋翼的转速以控制直升机的垂向升降和航向操纵，从而降低了传统电动共轴无人机操纵系统的复杂性，减少了操纵系统的零件数量。
44.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。
45.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。