CN112407303A - 一种多旋翼无人机传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于多旋翼无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机传动机构。从发动机到旋翼的传动路径包含：发动机输出端减速器、软轴、软轴输出端减速器、刚性轴和旋翼端减速器；其中，发动机输出轴与发动机输出端减速器输入轴相连，发动机输出端减速器输出轴与软轴输入端相连，软轴输出端与软轴输出端减速器输入端相连，软轴输出端减速器输出端与刚性轴输入端相连，刚性轴输出端与旋翼端减速器输入端相连，旋翼端减速器输出端与旋翼相连。发动机通过新型的传统机构直接驱动旋翼，简化传动机构，降低重量，提高效率。

Description

一种多旋翼无人机传动机构
技术领域
本发明属于多旋翼无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机传动机构。
背景技术
现有小型多旋翼无人机一般采用纯电驱动，因电池能量密度低，随着无人机的重量增大，纯电动驱动多旋翼无人机效能大大降低，续航能力受限，严重影响了多旋翼无人机的应用。
采用发动机+电机的混动方案成为大型多旋翼无人机的发展方向，但是在60-200kg级别的多旋翼无人机，因重量限制，导致载油量有限，发动机的优势很难发挥，且增加了发动机等设备，导致机身总重量增加，效率相对于纯电驱动提升有限，且伴有能量转换损失。
因多旋翼无人机的旋翼较多，内部空间复杂，大部分空间被设备占用，导致传动轴无法在机身内部达到旋翼位置。通过发动机直接驱动多旋翼无人机，国内多旋翼无人机领域无可借鉴经验。
发明内容
本发明技术方案为避免60-200kg级多旋翼无人机的采用纯电驱动和油电混动两种传动方式导致效率较低的情况，本发明技术方案采用一种新型的多旋翼无人机传动机构，发动机通过新型的传统机构直接驱动旋翼，简化传动机构，降低重量，提高效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种多旋翼无人机传动机构，从发动机到旋翼的传动路径包含：发动机输出端减速器、软轴、软轴输出端减速器、刚性轴和旋翼端减速器；
其中，发动机输出轴与发动机输出端减速器输入轴相连，发动机输出端减速器输出轴与软轴输入端相连，软轴输出端与软轴输出端减速器输入端相连，软轴输出端减速器输出端与刚性轴输入端相连，刚性轴输出端与旋翼端减速器输入端相连，旋翼端减速器输出端与旋翼相连。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)发动机的前后输出端各安装一个发动机输出端减速器，且前后发动机输出端减速器的输出轴数量满足如下关系：
4≤N1+N2≤8
|N1-N2|≤1
其中：N1为前发动机输出端减速器的输出轴数量，N2为后发动机输出端减速器的输出轴数量。
(2)发动机输出端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为0～45°，且发动机输出端减速器的输出轴沿发动机输出轴周向均布，发动机输出端减速器的输入轴到发动机输出端减速器的输出轴的减速比为0.2～5。
(3)软轴为钢丝缠绕式动力软轴，软轴直径小于20mm，且软轴输入端和软轴输出端的夹角小于30°。
(4)软轴输出端减速器集成万向联轴节，软轴输出端减速器的输入端到软轴输出端减速器的输出端的减速比为2～6，软轴输出端减速器的输入轴和软轴输出端减速器的输出轴之间可在任一方向上提供0～120°的夹角。
(5)刚性轴通过旋翼支撑杆内部，刚性轴的尺寸满足：
10mm≤D≤30mm
9mm≤d≤28mm
1.07≤D/d≤1.12
其中：D为刚性轴外径，d为刚形轴内径。
(6)所述刚性轴为碳纤维或铝合金空心管结构。
(7)旋翼端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为90°，旋翼端减速器的输入轴到输出轴的传动比为0.2～1。
本发明技术方案采用前后布置两个发动机输出端减速器可以有效减小各旋翼传动链路的角度；软轴布置灵活，可以避开无人机内部结构和***；刚性轴位于旋翼撑杆内部，可以有效利用空间，提供更高的转速并降低震动水平；软轴输出端减速器可以调整软轴两端的夹角，降低软轴的弯曲，提高软轴的传动效率，并可以根据发动机的转速与旋翼的转速关系调整软轴和硬轴之间的转速比例。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种多旋翼无人机传动机构的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为图1中B部分的放大图；
其中，1-发动机输出端减速器，2-软轴，3-软轴输出端减速器，4-刚性轴，5-旋翼端减速器。
具体实施方式
本发明技术方案适用于旋翼数量在4(包含)～8(包含)之间的多旋翼无人机，采用可以前后输出的发动机，在发动机的前后输出端各安装一个发动机输出端减速器，前后减速器的输出轴数量满足如下关系：
4≤N1+N2≤8
|N1-N2|≤1
其中：N1为前输出轴数量，N2为后输出轴数量。
如图1所示，每个传动链路包含5个部分：发动机输出端减速器、软轴、软轴输出端减速器、刚性轴和旋翼端减速器。从发动机输出端到旋翼的连接方式为：发动机输出轴与发动机输出端减速器输入轴相连，发动机输出端减速器输出轴与软轴输入端相连，软轴输出端与软轴输出端减速器输入端相连，软轴输出端减速器输出端与刚性轴输入端相连，刚性轴输出端与旋翼端减速器输入端相连，旋翼端减速器输出端与旋翼相连。图2和图3分别为图1中A、B两处的放大示意图。
发动机输出端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为0～45°，输出轴沿发动机输出轴周向均布，输入轴到输出轴的减速比为0.2～5。
软轴为钢丝缠绕式动力软轴，软轴直径小于20mm；
软轴输出端减速器集成万向联轴节，提供输入端到输出端的减速比为2～6，并可以提供输入轴和输出轴之间可以在任一方向上提供0～120°的夹角，保证软轴输入端和输出端的夹角小于30°；
刚性轴通过旋翼支撑杆内部，为碳纤维或铝合金空心管结构，刚性轴的尺寸满足：
10mm≤D≤30mm
9mm≤d≤28mm
1.07≤D/d≤1.12
其中：D-刚性轴外径，d-刚形轴内径。
旋翼端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为90°，输入轴到输出轴的传动比为0.2～1。
本发明技术方案提供的传动机构包含5部分：发动机输出端减速器、软轴、软轴输出端减速器、刚性轴和旋翼端减速器；前后发动机输出端减速器的输出轴之和小于等于8，只差的绝对值小于等于1；刚性轴位于旋翼支撑杆内部，软轴两端切向夹角小于30度；软轴输出端减速器集成万向联轴节，可以提供转向和减速功能。
本发明技术方案采用前后布置两个发动机输出端减速器可以有效减小各旋翼传动链路的角度；软轴布置灵活，可以避开无人机内部结构和***；刚性轴位于旋翼撑杆内部，可以有效利用空间，提供更高的转速并降低震动水平；软轴输出端减速器可以调整软轴两端的夹角，降低软轴的弯曲，提高软轴的传动效率，并可以根据发动机的转速与旋翼的转速关系调整软轴和硬轴之间的转速比例。

Claims (8)

1.一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，从发动机到旋翼的传动路径包含：发动机输出端减速器、软轴、软轴输出端减速器、刚性轴和旋翼端减速器；
其中，发动机输出轴与发动机输出端减速器输入轴相连，发动机输出端减速器输出轴与软轴输入端相连，软轴输出端与软轴输出端减速器输入端相连，软轴输出端减速器输出端与刚性轴输入端相连，刚性轴输出端与旋翼端减速器输入端相连，旋翼端减速器输出端与旋翼相连。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
发动机的前后输出端各安装一个发动机输出端减速器，且前后发动机输出端减速器的输出轴数量满足如下关系：
4≤N1+N2≤8
|N1-N2|≤1
其中：N1为前发动机输出端减速器的输出轴数量，N2为后发动机输出端减速器的输出轴数量。
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
发动机输出端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为0～45°，且发动机输出端减速器的输出轴沿发动机输出轴周向均布，发动机输出端减速器的输入轴到发动机输出端减速器的输出轴的减速比为0.2～5。
4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
软轴为钢丝缠绕式动力软轴，软轴直径小于20mm，且软轴输入端和软轴输出端的夹角小于30°。
5.根据权利要求4所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
软轴输出端减速器集成万向联轴节，软轴输出端减速器的输入端到软轴输出端减速器的输出端的减速比为2～6，软轴输出端减速器的输入轴和软轴输出端减速器的输出轴之间可在任一方向上提供0～120°的夹角。
6.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
刚性轴通过旋翼支撑杆内部，刚性轴的尺寸满足：
10mm≤D≤30mm
9mm≤d≤28mm
1.07≤D/d≤1.12
其中：D为刚性轴外径，d为刚形轴内径。
7.根据权利要求6所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，
所述刚性轴为碳纤维或铝合金空心管结构。
8.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机传动机构，其特征在于，旋翼端减速器的输出轴与输入轴之间的夹角为90°，旋翼端减速器的输入轴到输出轴的传动比为0.2～1。
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