CN109334970B - 双旋翼涵道*** - Google Patents

双旋翼涵道*** Download PDF

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Abstract

本发明公开涉及涵道式旋翼无人机技术领域，特别是一种双旋翼涵道***，其包括第一旋翼机构、第二旋翼机构、涵道、多根电磁线圈，所有电磁线圈设置在涵道的内部，第一旋翼机构包括第一刚性永磁圈、第一旋翼，第二旋翼机构包括第二刚性永磁圈、第二旋翼，电磁线圈连通交流电后，电磁线圈产生一个耦合磁场，在磁场的作用下，第一旋翼机构在第一圆形导轨上旋转，第二旋翼机构在第二圆形导轨上旋转，且第一旋翼机构与第二旋翼机构旋转反向相反，同时第一旋翼与第二旋翼通过连接转轴连接在一起，从而实现第一旋翼与第二旋翼绕连接转轴同速反转，能够有效地消除第一旋翼与第二旋翼的扭矩，更方便实现对无人机的姿态控制，提高了使用效果。

Description

双旋翼涵道***
技术领域
本发明涉及涵道式旋翼无人机技术领域，特别是涉及一种双旋翼涵道***。
背景技术
涵道式旋翼无人机是一种具有高升阻比的装置，将内置桨叶结构作为旋翼结构保护了旋翼机构免受外界物体碰撞或气流冲击的影响，提高了无人机的安全性和抗干扰能力。涵道式旋翼无人机的提供动力的机构为旋翼结构，旋翼结构多为双旋翼，双旋翼结构设置在涵道的内部，双旋翼相互平行设置，可以实现垂直起降和悬停，相互抵消扭矩作用，不需要专门的起降场地，也方便实现对无人机空中姿态的控制。目前，双旋翼涵道***具有以下两个主要缺点，一是其动力电机放置在第一旋翼机构、第二旋翼机构之间，这样使得涵道内部的扰流较为严重，气动阻力较大；二是第一旋翼、第二旋翼的翼尖与涵道内壁之间具有一定的间隙，这对涵道风扇机构影响很大，旋翼翼尖与涵道内壁间隙两侧存在很大的压差，造成轴向漏风，这部分气流形成的功被浪费掉，造成泄漏损失，同时翼尖扰流也会在涵道内部增加壁面损失、涡流损失等，导致内部流动损失上升。以上两点缺点造成双旋翼涵道***的气动布局结构不好，从而影响对无人机的控制，使用效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用效果较好的双旋翼涵道***。
本发明解决其技术问题所采用的双旋翼涵道***，包括第一旋翼机构、第二旋翼机构、涵道、多根电磁线圈；
涵道为中空的圆环结构，涵道包括内壁、外壁，内壁上设置有第一环缝、第二环缝，涵道的内部设置有第一圆形导轨、第二圆形导轨，第一圆形导轨与第二圆形导轨的结构相同，第一圆形导轨与第二圆形导轨相互平行设置，第一圆形导轨位于涵道的上半部，第二圆形导轨位于涵道的下半部，所有电磁线圈设置在涵道的内部，且所有电磁线圈设置在第一圆形导轨、第二圆形导轨之间；
第一旋翼机构与第二旋翼机构结构相同，第一旋翼机构与第二旋翼机构相互平行设置，第一旋翼机构设置在第二旋翼机构的上方，第一旋翼机构包括圆形的第一刚性永磁圈、第一旋翼，第一刚性永磁圈匹配设置在第一圆形导轨上，第一旋翼穿过第一环缝连接设置在第一刚性永磁圈的中间，且第一旋翼的翼尖部分位于涵道的内部，第二旋翼机构包括圆形的第二刚性永磁圈、第二旋翼，第二刚性永磁圈匹配设置在第二圆形导轨上，第二旋翼穿过第二环缝连接设置在第二刚性永磁圈的中间，且第二旋翼的翼尖部分位于涵道的内部，第一旋翼与第二旋翼通过连接转轴连接在一起。
进一步的是，电磁线圈的数量为4根，4根电磁线圈相互平行设置，4根电磁线圈平均设置在涵道的截面圆的周向上。
进一步的是，电磁线圈倾斜设置。
进一步的是，第一刚性永磁圈包括依次连接在一起的4个刚性永磁体，刚性永磁体包括刚性圈、南极磁体、北极磁体，南极磁体、北极磁体分别连接设置在刚性圈的两端。
进一步的是，第一旋翼与连接转轴之间设置有第一轴承，第二旋翼与连接转轴之间设置有第二轴承。
进一步的是，连接转轴两端设置有固定帽。
进一步的是，第一圆形导轨、第二圆形导轨为磁悬浮导轨。
本发明的有益效果是：
1、所有的电磁线圈连通交流电后，电磁线圈产生一个耦合磁场，在磁场的作用下，第一旋翼机构在第一圆形导轨上旋转，第二旋翼机构在第二圆形导轨上旋转，且第一旋翼机构与第二旋翼机构旋转反向相反，同时第一旋翼与第二旋翼通过连接转轴连接在一起，从而实现第一旋翼与第二旋翼绕连接转轴同速反转，能够有效地消除第一旋翼与第二旋翼的扭矩，更方便实现对无人机的姿态控制，提高了使用效果。
2、通过电磁感应来传递动力，提高了传动的效率，优化了传动机构布局，简化了整个双旋翼涵道***，降低了无人机的整体重量，提高了无人机的性能，更方便实现对无人机的姿态控制。
3、第一旋翼和第二旋翼的翼尖部分设置在涵道的内部，能够减少轴向漏风，避免翼尖部分气流形成的功被浪费掉，造成泄漏损失，同时避免翼尖扰流带来的壁面损失、涡流损失等，使得整个涵道面都处于第一旋翼和第二旋翼做功区域，大大提高了气动效率。
4、除了第一旋翼与第二旋翼的部分裸露在外部，其余的部件均设置在涵道内，对各个部件进行保护，提高其使用寿命，降低故障率。
5、第一圆形导轨、第二圆形导轨为磁悬浮导轨，第一刚性永磁圈、第二刚性永磁圈不会与磁悬浮导轨相接触，使在运行时机械能的损失显著降低，实现了极高的机械效率，同时，也防止了第一刚性永磁圈和第二刚性永磁圈的轴向窜动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明无涵道的结构示意图；
图中零部件、部位及编号：涵道1、电磁线圈2、第一圆形导轨3、第二圆形导轨4、第一刚性永磁圈5、刚性圈51、南极磁体52、北极磁体53、第一旋翼6、第二刚性永磁圈7、第二旋翼8、连接转轴9、固定帽10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明双旋翼涵道***，包括第一旋翼机构、第二旋翼机构、涵道1、多根电磁线圈2，电磁线圈2是通过电流大小与方向控制其磁感线的强弱与方向的周期性变化；
涵道1为中空的圆环结构，涵道1包括内壁、外壁，内壁上设置有第一环缝、第二环缝，第一环缝、第二环缝均为槽型状，涵道1的内部设置有第一圆形导轨3、第二圆形导轨4，第一圆形导轨3与第二圆形导轨4的结构相同，第一圆形导轨3与第二圆形导轨4相互平行设置，第一圆形导轨3位于涵道1的上半部，第二圆形导轨4位于涵道1的下半部，所有电磁线圈2设置在涵道1的内部，且所有电磁线圈2设置在第一圆形导轨3、第二圆形导轨4之间；
第一旋翼机构与第二旋翼机构结构相同，第一旋翼机构与第二旋翼机构相互平行设置，第一旋翼机构设置在第二旋翼机构的上方，第一旋翼机构包括圆形的第一刚性永磁圈5、第一旋翼6，第一刚性永磁圈5匹配设置在第一圆形导轨3上，第一旋翼6穿过第一环缝连接设置在第一刚性永磁圈5的中间，且第一旋翼6的翼尖部分位于涵道1的内部，第二旋翼机构包括圆形的第二刚性永磁圈7、第二旋翼8，第二刚性永磁圈7匹配设置在第二圆形导轨4上，第二旋翼8穿过第二环缝连接设置在第二刚性永磁圈7的中间，且第二旋翼8的翼尖部分位于涵道1的内部，第一旋翼6与第二旋翼8通过连接转轴9连接在一起。
具体的，第一圆形导轨3、第二圆形导轨4分别通过第一安装支架设置在涵道1的内部，第一安装支架可连接在涵道1的内壁、外壁或者内壁和外壁上。电磁线圈2通过第二安装支架设置在涵道1的内部，第二安装支架可连接在涵道1的外壁上。
电磁线圈2在连通交流电后，电磁线圈2会产生的一个耦合磁场，电磁线圈2通过连通的交流电的大小和方向的变化，从而实现产生磁场的大小和方向的变化。在磁场的作用下，第一旋翼机构在第一圆形导轨3上旋转，第二旋翼机构在第二圆形导轨4上旋转，且第一旋翼机构与第二旋翼机构旋转反向相反。通过大量实践和试验中得出，为了使第一旋翼机构与第二旋翼机构能够具有较好的旋转速度和旋转使用效果的稳定性，再如图1所示，电磁线圈2的数量为4根，4根电磁线圈2相互平行设置，4根电磁线圈2沿涵道1的中心轴线设置，4根电磁线圈2平均设置在涵道1的截面圆的周向上，第一刚性永磁圈5和第二刚性永磁圈7包括依次连接在一起的4个刚性永磁体，刚性永磁体包括刚性圈51、南极磁体52、北极磁体53，南极磁体52、北极磁体53分别连接设置在刚性圈51的两端。更进一步，为了提高电磁线圈2产生的磁场更能与第一刚性永磁圈5和第二刚性永磁圈7产生电磁感应，电磁线圈2倾斜设置。
第一旋翼6与第二旋翼8均会绕连接转轴9旋转，为了便于第一旋翼6与第二旋翼8的旋转，第一旋翼6与连接转轴9之间设置有第一轴承，第二旋翼8与连接转轴9之间设置有第二轴承。为了进一步保证使用的安全性，连接转轴8两端设置有固定帽10。
为了降低第一刚性永磁圈5与第一圆形导轨3和第二刚性永磁圈7与第二圆形导轨4的摩擦的能量损失以及第一刚性永磁圈5和第二刚性永磁圈7的轴向窜动，第一圆形导轨3、第二圆形导轨4为磁悬浮导轨。
综上所述，本发明具有良好的有益效果，具体如下：
1、所有的电磁线圈2连通交流电后，电磁线圈2产生一个耦合磁场，在磁场的作用下，第一旋翼机构在第一圆形导轨3上旋转，第二旋翼机构在第二圆形导轨3上旋转，且第一旋翼机构与第二旋翼机构旋转反向相反，同时第一旋翼6与第二旋翼8通过连接转轴9连接在一起，从而实现第一旋翼6与第二旋翼8绕连接转轴9同速反转，能够有效地消除第一旋翼6与第二旋翼8的扭矩，更方便实现对无人机的姿态控制，提高了使用效果。
2、通过电磁感应来传递动力，提高了传动的效率，优化了传动机构布局，简化了整个双旋翼涵道***，降低了无人机的整体重量，提高了无人机的性能，更方便实现对无人机的姿态控制。
3、第一旋翼6和第二旋翼8的翼尖部分设置在涵道1的内部，能够减少轴向漏风，避免翼尖部分气流形成的功被浪费掉，造成泄漏损失，同时避免翼尖扰流带来的壁面损失、涡流损失等，使得整个涵道面都处于第一旋翼6和第二旋翼8做功区域，大大提高了气动效率。
4、除了第一旋翼6与第二旋翼8的部分裸露在外部，其余的部件均设置在涵道内，对各个部件进行保护，提高其使用寿命，降低故障率。
5、第一圆形导轨3、第二圆形导轨4为磁悬浮导轨，第一刚性永磁圈5、第二刚性永磁圈7不会与磁悬浮导轨相接触，使在运行时机械能的损失显著降低，实现了极高的机械效率，同时，也防止了第一刚性永磁圈5和第二刚性永磁圈7的轴向窜动。

Claims (6)

1.双旋翼涵道***，其特征在于：包括第一旋翼机构、第二旋翼机构、涵道(1)、多根电磁线圈(2)；
涵道(1)为中空的圆环结构，涵道(1)包括内壁、外壁，内壁上设置有第一环缝、第二环缝，涵道(1)的内部设置有第一圆形导轨(3)、第二圆形导轨(4)，第一圆形导轨(3)与第二圆形导轨(4)的结构相同，第一圆形导轨(3)与第二圆形导轨(4)相互平行设置，第一圆形导轨(3)位于涵道(1)的上半部，第二圆形导轨(4)位于涵道(1)的下半部，所有电磁线圈(2)设置在涵道(1)的内部，且所有电磁线圈(2)设置在第一圆形导轨(3)、第二圆形导轨(4)之间，电磁线圈(2)倾斜设置；
第一旋翼机构与第二旋翼机构结构相同，第一旋翼机构与第二旋翼机构相互平行设置，第一旋翼机构设置在第二旋翼机构的上方，第一旋翼机构包括圆形的第一刚性永磁圈(5)、第一旋翼(6)，第一刚性永磁圈(5)匹配设置在第一圆形导轨(3)上，第一旋翼(6)穿过第一环缝连接设置在第一刚性永磁圈(5)的中间，且第一旋翼(6)的翼尖部分位于涵道(1)的内部，第二旋翼机构包括圆形的第二刚性永磁圈(7)、第二旋翼(8)，第二刚性永磁圈(7)匹配设置在第二圆形导轨(4)上，第二旋翼(8)穿过第二环缝连接设置在第二刚性永磁圈(7)的中间，且第二旋翼(8)的翼尖部分位于涵道(1)的内部，第一旋翼(6)与第二旋翼(8)通过连接转轴(9)连接在一起。
2.如权利要求1所述的双旋翼涵道***，其特征在于：电磁线圈(2)的数量为4根，4根电磁线圈(2)相互平行设置，4根电磁线圈(2)平均设置在涵道(1)的截面圆的周向上。
3.如权利要求1所述的双旋翼涵道***，其特征在于：第一刚性永磁圈(5)包括依次连接在一起的4个刚性永磁体，刚性永磁体包括刚性圈(51)、南极磁体(52)、北极磁体(53)，南极磁体(52)、北极磁体(53)分别连接设置在刚性圈(51)的两端。
4.如权利要求1至3任意一项所述的双旋翼涵道***，其特征在于：第一旋翼(6)与连接转轴(9)之间设置有第一轴承，第二旋翼(8)与连接转轴(9)之间设置有第二轴承。
5.如权利要求1所述的双旋翼涵道***，其特征在于：连接转轴(9)两端设置有固定帽(10)。
6.如权利要求1所述的双旋翼涵道***，其特征在于：第一圆形导轨(3)、第二圆形导轨(4)为磁悬浮导轨。
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