CN109455295A - 旋翼控制装置及旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，提供了一种旋翼控制装置，包括固定杆；动力输出组件；旋翼组件；动力传递组件；其中，动力输出组件包括的第一电机和第二电机，两者产生的周期性转动相对位置变化经动力传递组件传递至旋翼组件以使得旋翼组件发生周期性桨距变化；其中，通过第一电机和第二电机产生的转动相对位置变化来控制旋翼组件的桨距发生变化来实现对飞行器姿态控制。本发明还提供一种包括上述旋翼控制装置的旋翼飞行器。具有上述旋翼控制装置的旋翼飞行器具有气动效率高，实现全姿态控制的结构简单并且维修成本低。

Description

旋翼控制装置及旋翼飞行器

技术领域

本发明属于旋翼飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种旋翼控制装置。

背景技术

近年来微型旋翼飞行器多用于消费级个人航拍，小型旋翼飞行器多用于农业农药喷洒，警用及军用侦察，这类飞行器多数使用多旋翼气动布局，少数使用单旋翼(普通直升机)或者双旋翼(共轴双桨飞行器)气动布局。

目前能够悬停飞行的旋翼飞行器常见的气动布局方案有三种方案，第一种：多旋翼方案，这种方式至少需要3个或者3个以上的独立控制的螺旋桨。该方案通过控制各个螺旋桨的转速来控制飞行器的姿态；第二种：单旋翼(普通直升机)方案，包括一个主旋翼和一个用来抵消主旋翼扭矩的尾翼。该方案通过大于等于2个伺服舵机驱动主旋翼的倾斜盘装置来控制飞行器的姿态；第三种：双旋翼(共轴双桨飞行器)方案，该气动布局有共轴上下布置的两个螺旋桨。通过至少2个伺服舵机驱动上层的倾斜盘或下层倾斜盘或同时驱动上下两层的倾斜盘机构来控制飞行器的飞行姿态。

上述三种方案分别具有以下的缺点：

第一种，多旋翼方案的缺点是，由于同等尺寸级别下用多个小的螺旋桨代替一个大的旋翼，因此其气动效率较低，这直接导致相同数量级或动力配置的多旋翼飞行器的续航时间不如传统的直升机，由此进一步带来的缺点是小的螺旋桨需要比大的旋翼转速高才能达到同等的升力，转速越高代表噪音越大。并且，这种飞行器通过频繁地调整各个螺旋桨的转速来控制飞行器的姿态，电机驱动螺旋桨频繁的加速或者刹车导致了能量的浪费。另外当这类飞行器的尺寸增大时，如需载人等情况，其螺旋桨的惯性过大，不利于直驱电机快速的调整螺旋桨的转速，这导致飞行器的可操控性和飞行稳定性大大降低。

第二种：单旋翼方案的缺点是，该方案具有两个螺旋桨，其中一个为主旋翼，另一个为尾旋翼，尾旋翼的旋转轴与主旋翼垂直，尾旋翼通过改变转速或改变桨距来抵消主旋翼的扭矩并同时控制飞行器的偏航；在主旋翼下方设有由伺服装置控制的倾斜盘结构，通过该倾斜盘结构来周期性地控制主旋翼的桨距来实现对飞行器俯仰和横滚两个自由度上的控制，其中，伺服装置需要依靠至少两个伺服电机来实现功能。多数倾斜盘结构使用连杆结构实现其结构较为复杂，而且用以驱动倾斜盘的伺服电机价格也较为昂贵。因此，这类飞行器的制造成本高，旋翼发生碰撞时容易损坏倾斜盘结构和伺服电机，倾斜盘结构损坏后比较难以修复；另外倾斜盘结构和伺服电机占用了机身较大的空间，同时也增加了重量。尾螺旋桨的支撑杆会暴露于螺旋桨的下洗气流之下，这也使得其损失了一部分的升力。

第三种：共轴双桨飞行器具有两个主螺旋桨，两个螺旋桨共轴旋转且旋转方向相反。这种共轴双桨飞行器在螺旋桨下方设有倾斜盘结构，该倾斜盘结构由伺服装置控制，通过该倾斜盘结构周期性的控制一个或两个螺旋桨的桨距来实现对飞行器俯仰和横滚两个自由度的控制，通过调节两个螺旋桨的转速差来控制飞行器的偏航，通过调节两个螺旋桨的平均转速或桨距来控制升力大小进而控制飞行器的飞行高度。这种飞行器虽然使用了共轴双桨并提高了飞行效率，但是飞行器的俯仰和横滚姿态控制需要依靠至少两个伺服电机和倾斜盘结构实现，与第二种方案相同，伺服舵机往往成本较高且包含复杂的齿轮减速组，不利于大规模生产和降低成本。同时这第二和第三种飞行器相对于多旋翼飞行器复杂的机械结构，也为飞行器日常维护带来了不便。

对于上述各种传统旋翼飞行器的控制方式，多旋翼飞行器至少需要3个电机才能实现对飞行器的控制，而其续航时间短、噪音大且气动效率低；单旋翼和双旋翼飞行器不但需要驱动其主旋翼转动的电机，而且还需要倾斜盘和至少两个伺服电机才能完成姿态控制，并且其结构较为复杂、制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋翼控制装置，以解决现有技术中存在的气动效率差，结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种旋翼控制装置，包括固定杆；

动力输出组件，包括第一电机和与所述第一电机同轴设置的第二电机，所述第一电机同轴并且转动设置于所述固定杆，所述第二电机同轴设置于所述固定杆；

旋翼组件，可绕所述第一电机、所述第二电机和所述固定杆的中心轴线转动，所述旋翼组件包括第一螺旋桨和与所述第一螺旋桨对应设置的第二螺旋桨；

动力传递组件，连接于所述动力输出组件和所述旋翼组件之间；

其中，所述第一电机和所述第二电机可相对转动，两者产生的周期性转动相对位置变化经所述动力传递组件传递至所述旋翼组件以使所述旋翼组件发生周期性桨距变化。

进一步地，所述动力传递组件包括设置于所述第一电机的第一传动件、设置于所述第二电机的第二传动件和设置于所述第一螺旋桨并且带动所述第一螺旋桨基于自身的轴线转动的第一被动件，所述第一传动件和所述第二传动件与所述第一被动件连接并且带动所述第一被动件基于自身的轴线作转动以使得所述第一螺旋桨的桨距变化。

进一步地，所述第一传动件包括第一传动齿轮，所述第一电机带动所述第一传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第二传动件包括第二传动齿轮，所述第二电机带动所述第二传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第一被动件包括第一被动齿轮，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮分别与所述第一被动齿轮啮合，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间的相对转动使得所述第一被动齿轮发生基于自身的中心轴线发生转动。

进一步地，所述第一传动件包括第一传动齿轮，所述第一电机带动所述第一传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第一被动件包括第一被动齿轮，所述第二传动件包括连接于所述第一被动齿轮的并且基于所述第二电机的中心轴线转动的第一传动杆，所述第一传动杆***于所述第一被动齿轮的中心孔，所述第一传动齿轮与所述第一被动齿轮啮合，所述第一传动杆带动所述第一被动齿轮作轴向转动。

进一步地，所述第一电机设置于所述第二电机的上方，所述动力输出组件还包括第三电机，所述第三电机设置于所述第二电机的下方并且与所述第一电机、所述第二电机和所述固定杆同轴设置，所述第三电机转动设置于所述固定杆上；

其中，所述第二电机和所述第三电机可相对转动，两者产生的周期性转动相对位置变化经所述动力传递组件传递至所述第二螺旋桨以使得所述第二螺旋桨发生周期性桨距变化；

其中，通过叠加所述第一螺旋桨的桨距和所述第二螺旋桨的桨距来实现对飞行器总桨距的控制。

进一步地，所述动力传递组件还包括设置于所述第二电机上与所述第二传动件相对设置的第三传动件、设置于所述第三电机的第四传动件和设置于所述第二螺旋桨并且带动所述第二螺旋桨基于自身的轴线转动的第二被动件，所述第三传动件和所述第四传动件与所述第二被动件连接并且带动所述第二被动件基于自身的轴线作转动以使得所述第二螺旋桨的桨距变化；

进一步地，所述第三传动件包括第二传动杆，所述第二电机带动所述第二传动杆绕所述第二电机的中心轴线转动，所述第二被动件包括第二被动齿轮，所述第二传动杆***于所述第二被动齿轮的中心孔以带动第二被动齿轮绕第二电机的中心轴线转动，所述第四传动件包括第四传动齿轮，所述第四传动齿轮与所述第二被动齿轮啮合，所述第二传动杆和所述第四传动齿轮带动所述第二被动齿轮作轴向转动。

进一步地，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机分别设置有用于检测旋翼组件位置的位置检测装置和用于根据所述位置检测装置检测的位置指令生成控制指令驱动电机达到所需的相对位置或者转速的控制装置。

进一步地，所述位置检测装置包括霍尔位置传感器，光电码盘或被动位置检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种旋翼飞行器，包括上述的旋翼控制装置。

本发明提供的旋翼控制装置及旋翼飞行器的有益效果在于：

相比于现有的多旋翼飞行器通过多个旋翼组件之间的不同转速来达到调整飞行器的姿态，本发明利用一个旋翼组件即可达到调整飞行器的俯仰自由度、横滚自由度和升降的控制，在同等尺寸下的飞行器，本发明的气动效率高，在达到同等动力下的飞行器，本发明的转速低，噪音小；另外，相比于现有的单旋翼飞行器利用倾斜盘来改变整个旋翼组件的攻角及桨距，本发明利用两个同轴设置的第一电机和第二电机，通过第一电机和第二电机的转速差以实现两者之间的周期性的转动相对位置变化来控制旋翼组件桨距周期性变化。即简化了机械结构，同时也省去了舵机这样的伺服装置，通过全新的控制机制实现了旋翼飞行器的全姿态控制。

具有上述旋翼控制装置的旋翼飞行器具有气动效率高，实现全姿态控制的结构简单并且维修成本低。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的旋翼控制装置的立体结构图；

图2是图1“A”处的放大图；

图3是图2的立体结构***图；

图4是本发明第一实施例提供的第一电机和第二电机的转速与相位角的关系图；

图5是本发明第一实施例提供的第一叶片和第二叶片与相位角的关系图；

图6是本发明第一实施例提供的旋翼控制装置的右视图；

图7是本发明第二实施例和第三实施例提供的旋翼控制装置的立体结构图；

图8是图7“B”处的放大图；

图9是图8的立体机构***图；

图10是本发明第三实施例提供的第一电机、第二电机和第三电机的转速与相位角的关系图；

图11是本发明第三实施例提供的总桨距与两个电机夹角的关系图；

图12是本发明实施例提供的第三实施例提供的旋翼控制装置的右视图。

图中各附图标记为：

固定杆	1	第一被动齿轮	431	转动端部	4223
						动力输出组件	2	连接器	33	第三电机	23
第一电机	21	转动框架	34	第三传动件	44
						第二电机	22	第一连接体	311	第四传动件	45
旋翼组件	3	第一叶片	312	第二被动件	46
						第一螺旋桨	31	第二连接体	321	第二传动杆	441
第二螺旋桨	32	第二叶片	322	第二被动齿轮	461
						动力传递组件	4	第五传动齿轮	401	第四传动齿轮	451
第一传动件	41	第六传动齿轮	402
						第二传动件	42	第三被动齿轮	403
第一被动件	43	第一传动杆	422
						第一传动齿轮	411	传动杆本体	4221
第二传动齿轮	421	连接端部	4222

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，而不是指示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”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

图1至图12示出了本发明实施例提供的一种旋翼控制装置。

如图1和图2，本发明第一实施例提供的一种旋翼控制装置，包括固定杆1；

动力输出组件2，包括第一电机21和与第一电机21同轴设置的第二电机22，第一电机21同轴并且转动设置于固定杆1，第二电机22同轴设置于固定杆1，第二电机22设置于第一电机21的下方；

旋翼组件3，可绕第一电机21、第二电机22和固定杆1的中心轴线转动，旋翼组件3包括第一螺旋桨31和与第一螺旋桨31对应设置的第二螺旋桨32；

动力传递组件4，包括设置于第一电机21的第一传动件41、设置于第二电机22的第二传动件42和设置于第一螺旋桨31并且带动第一螺旋桨31基于自身的轴线转动的第一被动件43，第一传动件41和第二传动件42与第一被动件43连接并且带动第一被动件43基于自身的轴线作转动以使得第一螺旋桨31的桨距变化；

其中，第一电机21和第二电机22两者可产生周期性转动相对位置变化，带动第一被动件43发生周期性的轴向转动，进而带动第一螺旋桨31基于自身转轴转动，发生周期性桨距变化，以实现对飞行器俯仰、横滚自由度以及升降的控制。

具体地，第一电机21和第二电机22产生的周期性的转动相对位置变化经动力传递组件4传递至第一螺旋桨31，通过控制第一螺旋桨31的桨距发生周期性变化来实现对飞行器俯仰和横滚自由度的控制；

具体地，通过第一电机21和第二电机22产生的转动相对位置变化来控制第一螺旋桨31的桨距发生变化来实现对飞行器升降控制。

本实施例提供的旋翼控制装置的工作原理如下：

动力输出组件2包括两个同轴设置的第一电机21和第二电机22，当第一电机21和第二电机22同速转动时，通过动力传递组件4与动力输出组件2连接的旋翼组件3的桨距不发生变化；当第一电机21和第二电机22之间产生转速差，第一电机21和第二电机22发生转动相对位置变化时，旋翼组件3的桨距随之发生变化，当该转动相对位置变化为周期性的变化时，旋翼组件3的桨距随之发生周期性的变化，上述原理就是本实施例可以取代现有直升机用于调整攻角和桨距的倾斜盘的原因。

该实施例中的旋翼控制装置可用于单旋翼飞行器上，也可用于共轴双桨的飞行器上，当用于控制单旋翼飞行器的主旋翼时，需要另设一个尾翼来抵消主旋翼的旋转扭矩，当用于控制共轴双桨的其中一个主旋翼时，则需要另设一个共轴设置并且旋转方向相反的副旋翼来抵消主旋翼的旋转扭矩。

本实施例提供的旋翼控制装置的有益效果在于：

相比于现有的多旋翼飞行器通过多个旋翼组件之间的不同转速来达到调整飞行器的姿态，本发明利用一个旋翼组件3即可达到调整飞行器的俯仰自由度、横滚自由度和升降的控制，在同等尺寸下的飞行器，本发明的气动效率高，在达到同等动力下的飞行器，本发明的转速低，噪音小；另外，相比于现有的单旋翼飞行器利用倾斜盘来改变整个旋翼组件3的攻角及桨距，本发明利用两个同轴设置的第一电机21和第二电机22，通过第一电机21和第二电机22的转速差以实现两者之间的周期性的转动相对位置变化来控制旋翼组件3桨距周期性变化，通过第一电机21和第二电机22的相对位置以实现旋翼组件3的桨距变化。即简化了机械结构，同时也省去了舵机这样的伺服装置，通过全新的控制机制实现了旋翼飞行器的全姿态控制。

具体地，第二电机22转动设置于固定杆1，第一传动件41包括第一传动齿轮411，第一电机21带动第一传动齿轮411绕第一电机21的中心轴线转动，第二传动件42包括第二传动齿轮421，第二电机22带动第二传动齿轮421绕第一电机21的中心轴线转动，第一被动件43包括第一被动齿轮431，第一传动齿轮411和第二传动齿轮421分别与第一被动齿轮431啮合，第一传动齿轮411和第二传动齿轮421之间的相对转动角度使得第一被动齿轮431发生基于自身的中心轴线发生转动。

细化地，旋翼组件3还包括转动设置于固定杆1上位于第一电机21和第二电机22之间的连接器33，连接器33的转动轴与固定杆1的中心轴线重合，旋翼组件3还包括与连接器33连接并且可以相对连接器33转动的转动框架34，转动框架34的转动轴垂直于固定杆1的中心轴线，转动框架34用于固定连接第一螺旋桨31和第二螺旋桨32。上述结构说明了转动框架34既可以绕固定杆1的中心轴线转动，也可以垂直固定杆1的中心轴线作轴向转动。

细化地，请同时参阅图2和图3，第一螺旋桨31包括第一连接体311和固定设置于第一连接体311上的第一叶片312，第一连接体311的转动轴与第一叶片312的转动轴同轴，第一连接体311固定于第一被动齿轮431上，第一连接体311的转动轴与第一被动齿轮431的自转转动轴同轴。第二螺旋桨32包括第二连接体321和固定设置于第二连接体321上的第二叶片322，第二连接体321的转动轴与第二叶片322的自转转动轴同轴，第一连接体311和第二连接体321连接于转动框架34，即，第一连接体311和第二连接体321共轴，第一连接体311被带动转动后通过转动框架34带动第二连接体321发生基于自身的转动轴转动。

进一步地，动力传递组件4还包括设置于第一电机21的下端面的第五传动齿轮401、设置于第二电机22的上端面的第六传动齿轮402和转动设置于第二连接体321上的第三被动齿轮403，第五传动齿轮401与第一传动齿轮411相对设置，第一传动齿轮411固定设置于转动框架34上，第六传动齿轮402与第二传动齿轮421相对设置，第五传动齿轮401与第六传动齿轮402分别啮合于所述第三被动齿轮403上。第五传动齿轮401与第六传动齿轮402带动第三被动齿轮403绕自身的中心轴线转动，但是第三被动齿轮403与第二连接体321转动连接，并非固定连接，第三被动齿轮403只带动第二连接体321绕固定杆1的中心轴线转动，而不带动第二连接体321绕其自身的中心轴线转动，即第二连接体321的轴向转动依靠第一连接体311带动，因此，第一叶片312攻角变为正值时，第二叶片322的攻角为负值。

第一叶片312和第二叶片322的桨距变化时，各个结构的配合如下：

第一叶片312、第一连接体311、转动框架34、第二连接体321和第二叶片322的转动轴同轴，第一传动齿轮411与第二传动齿轮421分别啮合第一被动齿轮431，依靠第一传动齿轮411和第二传动齿轮421的相对转动角度差，使得第一被动齿轮431发生轴向转动，进而使与第一被动齿轮431固定设置的第一叶片312发生攻角变化，而第一被动齿轮431依靠转动框架34连接于第二连接体321上，第一被动齿轮431的转动带动第二连接体321在第三被动齿轮403的中心孔转动，进而带动第二叶片322发生轴向转动发生攻角变化。

如图4，第一电机21和第二电机22在工作时的转速曲线。

如图5和图6，为第一实施例的旋翼组件3周期性改变桨距的工作原理：

当装有此旋翼装置的飞行器需要俯仰控制力矩的时候，以第一叶片312与X轴的夹角为相位角，图5中的第一叶片312和第二叶片322位于初始位置，即第一叶片312位于0度附近，第二叶片322位于180度附近，当第一电机21和第二电机22同时顺时针旋转，驱动第一叶片312、第二叶片322顺时针旋转且第一叶片312和第二叶片322的气动攻角差为0，当第一叶片312顺时针旋转接近90度时，第一电机21减速并且第二电机22加速，此时第一叶片312成正气动攻角，第二叶片322成负气动攻角，第一叶片312产生向上的升力，第二叶片322产生向下的负升力。进而产生一个使飞行器向机头方向倾转的偏航力矩，当第一叶片312转过90度时，第一电机21加速第二电机22减速，使第一叶片312，第二叶片322的气动攻角重新归零。当第一叶片312顺时针旋转接近270度的时候，第一电机21加速，第二电机22减速，使第一叶片312为负气动攻角，第二叶片322为正气动攻角，第一叶片312产生负升力，第二叶片322产生向上的升力。进而飞行器产生一个向前的偏转力矩。当第一叶片312转过270度的时候，第一电机21减速，第二电机22加速使第一叶片312，第二叶片322的气动攻角差重新归零。进而完成了一个飞行器的运转控制周期。上述为飞行器进行仰俯飞行调整，同理，在相位角为0度和180度时控制第一叶片312和第二叶片322的气动攻角即可完成飞行器的横滚飞行调整。

但需要指出的是，本实施例中虽然第一叶片312或者第二叶片322自身产生的气动力矩是完全向前的，但由于高速旋转的旋翼具有一定的陀螺进动效应，因此最终作用在飞行器上的偏转力矩会与实际的气动有一定的角度差，该角度差可根据不同的飞行器情况在飞行控制计算机中加以修正，比如实际产生的控制力矩滞后气动力矩90度，即在飞控中提前90度相位角对姿态进行控制即可。

进一步地，第一传动齿轮411设置于第一电机21的下端面的离心位置，第二传动齿轮421设置于第二电机22的上端面的离心位置。

如图7和图8，本发明第二实施例提供的一种旋翼控制装置，与第一实施例不同之处在于，第二电机22转动设置固定杆1的下端部，第一传动件41包括第一传动齿轮411，第一电机21带动第一传动齿轮411绕第一电机21的中心轴线转动，第一被动件43包括第一被动齿轮431，第二传动件42包括连接于第一被动齿轮431的并且基于第二电机22的中心轴线转动的第一传动杆422，第一传动杆422***于第一被动齿轮431的中心孔，第一传动齿轮411与第一被动齿轮431啮合，在与第一传动杆422转动连接的情况下由第一传动齿轮411带动第一被动齿轮431作轴向转动。

具体地，第一传动齿轮411设置于第一电机21的下端面的离心位置，第二传动齿轮421设置于第二电机22的侧面。通过设置于第二电机22的侧面的第一传动杆422代替第一实施例设置于第二电机22上端面的第二传动齿轮421，可以进一步减少第一电机21和第二电机22之间的距离，进一步压缩旋翼控制装置的体积，节省下的空间可以进一步的增加电机数量，提高旋翼控制装置的集成度。

细化地，第一传动杆422包括传动杆本体4221、设置于传动杆本体4221一端并且固定设置于第二电机22的侧面的连接端部4222和设置于传动杆本体4221另一端的转动端部4223，第一被动齿轮431转动连接于转动端部4223上。

请再次参阅图9，本发明第三实施例提供的一种旋翼控制装置，与第二实施例不同之处在于，动力输出组件2还包括第三电机23，第三电机23设置于第二电机22的下方并且与第一电机21、第二电机22和固定杆1同轴设置，第三电机23转动设置于固定杆1上；

动力传递组件4还包括设置于第二电机22上与第二传动件42相对设置的第三传动件44、设置于第三电机23的第四传动件45和设置于第二螺旋桨32并且带动第二螺旋桨32基于自身的轴线转动的第二被动件46，第三传动件44和第四传动件45分别与第二被动件46连接并且带动第二被动件46基于自身的轴线作转动以使得第二螺旋桨32的桨距变化；

其中，第二电机22和第三电机23可相对转动，带动第二被动件46转动，进而带动第二螺旋桨32基于自身转轴转动，以实现对飞行器俯仰、横滚自由度以及升降的控制。

具体地，第二电机22和第三电机23产生的周期性转动相对位置变化而经动力传递组件4传递至第二螺旋桨32，控制第二螺旋桨32的桨距的周期性变化来实现对飞行器俯仰和横滚自由度的控制；

其中，通过叠加第一螺旋桨31的桨距和第二螺旋桨32的桨距来实现对飞行器总桨距的控制。

进一步地，第三传动件44包括第二传动杆441，第二电机22带动第二传动杆441绕第二电机22的中心轴线转动，第二被动件46包括第二被动齿轮461，第二传动杆441***于第二被动齿轮461的中心孔以带动第二被动齿轮461绕第二电机22的中心轴线转动，第四传动件45包括第四传动齿轮451，第四传动齿轮451与第二被动齿轮461啮合，第二传动杆441和第四传动齿轮451带动第二被动齿轮461作轴向转动。

如图10，第一电机21、第二电机22和第三电机23在工作时的转速曲线。

以下为第三实施例的旋翼组件3周期性改变桨距的工作原理：

当装有此旋翼装置的飞行器需要俯仰控制力矩的时候。以第一叶片312与X轴的夹角为相位角，当第一电机21、第二电机22和第三电机23同时顺时针旋转，驱动第一叶片312，第二叶片322顺时针旋转，此时第一叶片312，第二叶片322的气动攻角差为0，此时第二电机22与第一电机21和第三电机23具有同样的角速度，且相对静止。当第一叶片312顺时针旋转接近90度时，第一电机21和第三电机23同时减速第二电机22加速，此时第一叶片312成正气动攻角叶片第二叶片322成负气动攻角，第一叶片312产生向上的升力，叶片第二叶片322产生向下的负升力。进而产生一个使飞行器向机头方向倾转的偏航力矩，当第一叶片312转过90度时，第一电机21和第三电机23加速第二电机22减速，使第一叶片312，第二叶片322的气动攻角差重新归零。当第一叶片312顺时针运转接近270度的时候，第一电机21和第三电机23加速，第二电机22减速，使第一叶片312为负气动攻角，叶片第二叶片322为正气动攻角，第一叶片312产生负升力，第二叶片322产生向上的升力。进而飞行器产生一个向前的偏转力矩。当第一叶片312转过270度的时候，第一电机21和第三电机23减速第二电机22加速使第一叶片312，第二叶片322的气动攻角差重新归零。进而完成了一个运转控制周期。

如图11和图12，在上述控制过程中，第一电机21与第二电机22的相对角度差和第二电机22与第三电机23的相对角度差可单独独立控制，即，在周期性调整攻角的同时调节总桨距。

在三个实施例中，第一电机21、第二电机22和第三电机23分别设置有用于检测旋翼组件3位置的位置检测装置和用于根据位置检测装置检测的位置指令生成控制指令驱动电机达到所需的相对位置或者转速的控制装置。

进一步地，第一电机21、第二电机22和第三电机23与用于调整旋翼组件3角度的动力传递组件4可以为刚性连接也可以为柔性连接。

进一步地，第一电机21、第二电机22和第三电机23的电流环、力矩环、速度环和位置环均闭环可控。闭环可控也叫闭环控制，即根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。在本实施例中，电流环指的是电流反馈***.将输出电流采用正反馈或负反馈的方式接入处理环节的方法，通过提高电流的稳定性能来提高***的性能。同理，力矩环、速度环和位置环均用来提高***的性能。

本发明的另一目的在于提供一种旋翼飞行器，包括上述的旋翼控制装置。

具有上述旋翼控制装置的旋翼飞行器具有气动效率高，实现全姿态控制的结构简单并且维修成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋翼控制装置，其特征在于：包括固定杆；

动力输出组件，包括第一电机和与所述第一电机同轴设置的第二电机，所述第一电机同轴并且转动设置于所述固定杆，所述第二电机同轴设置于所述固定杆；

旋翼组件，可绕所述第一电机、所述第二电机和所述固定杆的中心轴线转动，所述旋翼组件包括第一螺旋桨和与所述第一螺旋桨对应设置的第二螺旋桨；

动力传递组件，连接于所述动力输出组件和所述旋翼组件之间；

其中，所述第一电机和所述第二电机可相对转动，两者产生的周期性转动相对位置变化经所述动力传递组件传递至所述旋翼组件以使所述旋翼组件发生周期性桨距变化。

2.如权利要求1所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述动力传递组件包括设置于所述第一电机的第一传动件、设置于所述第二电机的第二传动件和设置于所述第一螺旋桨并且带动所述第一螺旋桨基于自身的轴线转动的第一被动件，所述第一传动件和所述第二传动件与所述第一被动件连接并且带动所述第一被动件基于自身的轴线作转动以使得所述第一螺旋桨的桨距变化。

3.如权利要求2所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述第一传动件包括第一传动齿轮，所述第一电机带动所述第一传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第二传动件包括第二传动齿轮，所述第二电机带动所述第二传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第一被动件包括第一被动齿轮，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮分别与所述第一被动齿轮啮合，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮之间的相对转动使得所述第一被动齿轮发生基于自身的中心轴线发生转动。

4.如权利要求2所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述第一传动件包括第一传动齿轮，所述第一电机带动所述第一传动齿轮绕所述第一电机的中心轴线转动，所述第一被动件包括第一被动齿轮，所述第二传动件包括连接于所述第一被动齿轮的并且基于所述第二电机的中心轴线转动的第一传动杆，所述第一传动杆***于所述第一被动齿轮的中心孔，所述第一传动齿轮与所述第一被动齿轮啮合，所述第一传动杆带动所述第一被动齿轮作轴向转动。

5.如权利要求1、2或4任一项所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述第一电机设置于所述第二电机的上方，所述动力输出组件还包括第三电机，所述第三电机设置于所述第二电机的下方并且与所述第一电机、所述第二电机和所述固定杆同轴设置，所述第三电机转动设置于所述固定杆上；

其中，所述第二电机和所述第三电机可相对转动，两者产生的周期性转动相对位置变化经所述动力传递组件传递至所述第二螺旋桨以使得所述第二螺旋桨发生周期性桨距变化；

其中，通过叠加所述第一螺旋桨的桨距和所述第二螺旋桨的桨距来实现对飞行器总桨距的控制。

6.如权利要求5所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述动力传递组件还包括设置于所述第二电机上与所述第二传动件相对设置的第三传动件、设置于所述第三电机的第四传动件和设置于所述第二螺旋桨并且带动所述第二螺旋桨基于自身的轴线转动的第二被动件，所述第三传动件和所述第四传动件与所述第二被动件连接并且带动所述第二被动件基于自身的轴线作转动以使得所述第二螺旋桨的桨距变化。

7.如权利要求6所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述第三传动件包括第二传动杆，所述第二电机带动所述第二传动杆绕所述第二电机的中心轴线转动，所述第二被动件包括第二被动齿轮，所述第二传动杆***于所述第二被动齿轮的中心孔以带动第二被动齿轮绕第二电机的中心轴线转动，所述第四传动件包括第四传动齿轮，所述第四传动齿轮与所述第二被动齿轮啮合，所述第二传动杆和所述第四传动齿轮带动所述第二被动齿轮作轴向转动。

8.如权利要求7所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机分别设置有用于检测旋翼组件位置的位置检测装置和用于根据所述位置检测装置检测的位置指令生成控制指令驱动电机达到所需的相对位置或者转速的控制装置。

9.如权利要求8所述的旋翼控制装置，其特征在于：所述位置检测装置包括霍尔位置传感器，光电码盘或被动位置检测装置。

10.一种旋翼飞行器，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的旋翼控制装置。