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飞行器

阅读：954发布：2021-02-26

IPRDB可以提供飞行器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种飞行器。飞行器包括机架，机架具有第一旋翼装置、第二旋翼装置、第三旋翼装置和第四旋翼装置；且四种旋翼装置分别具有第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼和第四旋翼；其中，第一旋翼和第二旋翼的直径相等，第三旋翼和第四旋翼的直径相等；第一旋翼与第二旋翼旋向相反，第三旋翼与第四旋翼旋向相反；第一旋翼的直径大于第三旋翼的直径；第一旋翼与第二旋翼之间的轴距大于第三旋翼与第四旋翼之间的轴距。飞行器整体结构简单，只需要改变第三旋翼与第四旋翼的转速便可实现飞行器的偏航运动，而无需调整四个旋翼的转速，这就大大降低了电机的耗电量和功耗，在一定程度上延长了电机的寿命和电池续航时间。，下面是飞行器专利的具体信息内容。

权利要求

1. 飞行器, 包括

机架；

所述机架前端轴线两侧具有第一旋翼装置和第二旋翼装置，所述机架后端轴线两侧具有第三旋翼装置和第四旋翼装置；

所述第一旋翼装置具有第一旋翼，所述第二旋翼装置具有第二旋翼，所述第三旋翼装置具有第三旋翼，所述第四旋翼装置具有第四旋翼；

所述第一旋翼和所述第二旋翼的直径相等，所述第三旋翼和所述第四旋翼的直径相等；

所述第一旋翼与所述第二旋翼旋向相反，所述第三旋翼与所述第四旋翼旋向相反；

其特征在于：

所述第一旋翼的直径大于所述第三旋翼的直径；

所述第一旋翼与所述第二旋翼之间的轴距大于所述第三旋翼与所述第四旋翼之间的轴距。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于：所述第一旋翼装置和所述第二旋翼装置对称地分布在所述机架的两侧，所述第三旋翼装置和所述第四旋翼装置对称地分布在所述机架的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于:所述第一旋翼和/或所述第二旋翼的外侧设置有涵道。

4.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于：所述第三旋翼和/或所述第四旋翼的外侧设置有涵道。

5.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于：所述第一旋翼由第一电机驱动，所述第一电机与所述第一旋翼共轴线设置；

所述第二旋翼由第二电机驱动，所述第二电机与所述第二旋翼共轴线设置。

6.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于：所述第三旋翼由第三电机驱动，所述第三电机与所述第三旋翼共轴线设置；

所述第四旋翼由第四电机驱动，所述第四电机与所述第四旋翼共轴线设置。

7.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于：所述机架上设置有第一驱动单元，所述第一驱动单元通过传动机构分别驱动所述第一旋翼和所述第二旋翼。

8.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于：所述机架上设置有第二驱动单元，所述第二驱动单元通过差速器分别驱动所述第三旋翼和所述第四旋翼；

其中，所述第二驱动单元的驱动轴与所述差速器的输入端连接，所述差速器的第一输出轴与所述第三旋翼的转轴连接，所述差速器的第二输出轴与所述第四旋翼的转轴连接；

在所述第一输出轴和所述第三旋翼的转轴之间还设置有第一制动器，在所述第二输出轴和所述第四旋翼的转轴之间还设置有第二制动器。

9.根据权利要求8所述的飞行器，其特征在于：所述第一制动器和/或所述第二制动器为电磁减速器。

10.根据权利要求8所述的飞行器，其特征在于：所述第一制动器和/或所述第二制动器分别由机械减速器和固定在所述机架上的发电机组成。

说明书全文

飞行器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及飞行器领域，具体地说，是涉及一种可实现水平偏航的飞行器。

背景技术

[0002] 通常,驱动飞行器上升运动的力称为拉力，驱使飞行器水平运动的力称为推力。现有的飞行器通常使用叶片式旋翼作为拉力旋翼为飞行器提供拉力。

[0003] 飞行器的基本飞行动作有垂直升降运动、前后运动、侧向运动、俯仰运动、横滚运动、偏航运动。

[0004] 参见图1，以四轴飞行器200为例，其四个电机呈十字状地分布在水平面中相互垂直的X与Y轴上，并把X轴正方向视为机头方向。电机1位于X轴正半轴，电机3位于X轴负半轴；电机2位于Y轴正半轴，电机4位于Y轴负半轴；Z轴为竖直方向。

[0005] 升降运动：四个电机同时提高转速，四轴飞行器200获得的拉力增加而沿Z轴正方向移动；四个电机同时降低转速，四轴飞行器200获得的拉力减少而沿Z轴负方向移动。

[0006] 仰俯运动：电机1提速，电机3降速，四轴飞行器200绕Y轴转动并抬起机头而上仰，同时沿X轴负方向移动；反之，四轴飞行器200绕Y轴转动并下探机头而下俯，同时沿X轴正方向移动。

[0007] 横滚运动：电机4提速，电机2降速，四轴飞行器200绕X轴转动而左倾，并沿Y轴负方向移动；反之，四轴飞行器200绕X轴转动而右倾，并沿Y轴正方向移动。当电机4和电机2转速差足够大时，四轴飞行器200便会发生完整的横向滚动，即横滚运动。

[0008] 偏航运动：旋翼5转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩。为了克服反扭矩影响，四个旋翼5的布置方式采用两个正转两个反转，且对置旋翼的转向相同。每个旋翼5产生反扭矩的大小与旋翼5的转速有关，旋翼5转速越高，产生的反扭矩越大。当四个旋翼5转速相同时，四个旋翼5对四轴飞行器200产生的反扭矩相互抵消，四轴飞行器200相对Z轴不发生转动；当四个旋翼的转速不完全相同，反扭矩不能完全相互抵消时，反扭矩会引起四轴飞行器200相对Z轴转动，从而实现偏航运动。电机1和3转速提高（正转），电机2和4转速降低（反转），四轴飞行器200就会绕Z轴旋转向右偏转，即向右偏航。由于电机1和3转速提高，电机2和4转速降低，总体的拉力不变，所以四轴飞行器200不会上升或下降。

[0009] 目前，飞行器均利用惯性测量模块（IMU）控制飞行姿态。惯性测量模块包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。参考空间直角坐标系，在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个陀螺仪，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上的旋转运动；在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个加速度计，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上平移运动的加速度。惯性测量模块能够检测到飞行器前后俯仰、左右倾斜、偏航等姿态，并将相应的信号反馈给多轴飞行器的控制电路，多轴飞行器根据预设在控制电路中的存储器中的姿态控制规则或遥控器输入的控制信号控制电机转速来调整飞行姿态。

[0010] 因此，上述四轴飞行器中的每一旋翼在转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，四个旋翼中两个为正转，两个为反转，且对角线上的两个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与每一旋翼的转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生水平转动，即不发生偏航运动。当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器水平转动，从而实现偏航运动。这种通过改变电机转速实现偏航运动的方式不仅耗电量大，而且由于频繁地加减速，会增加电机功耗，在一定程度上缩短了电机的寿命和电池续航时间。

[0011] 图2所示的飞行器100是一种现有的三轴飞行器。飞行器100具有机架110，机架110的机臂111的两端分别设置一个电机112，电机112上设置一个旋翼113。机架110上还包括旋转轴120，旋转轴120的端部连接一个尾部电机121和尾部旋翼122。旋转轴120能够转动，从而带动尾部旋翼122向旋转轴120的两侧倾斜。飞行器100的两个旋翼113为一对正反桨，即一对桨距角大小相同方向相反的旋翼，当两个旋翼113转速相同时，受到来自空气的反扭矩相互抵消。旋翼122是一个正桨或反浆，因此，飞行器100不但需要通过调整旋翼122的转速来控制飞行姿态，还需要通过旋转轴120的转动来控制旋翼122的倾斜角度，以平衡旋翼122受到的空气反扭矩。可见,这种飞行器的结构十分复杂，维持其飞行平衡的控制过程较为繁琐，因此这种飞行器100的稳定性较弱。
实用新型内容

[0012] 本实用新型的主要目的是提供一种容易实现偏航运动的飞行器。

[0013] 为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的飞行器包括机架；机架前端轴线两侧具有第一旋翼装置和第二旋翼装置，机架后端轴线两侧具有第三旋翼装置和第四旋翼装置；第一旋翼装置具有第一旋翼，第二旋翼装置具有第二旋翼，第三旋翼装置具有第三旋翼，第四旋翼装置具有第四旋翼；第一旋翼和第二旋翼的直径相等，第三旋翼和第四旋翼的直径相等；第一旋翼与第二旋翼旋向相反，第三旋翼与第四旋翼旋向相反；第一旋翼的直径大于第三旋翼的直径；第一旋翼与第二旋翼之间的轴距大于第三旋翼与第四旋翼之间的轴距。

[0014] 由上述方案可见，第三旋翼与第四旋翼之间能够产生转速差速，从而实现飞行器的偏航运动，与现有技术的三轴飞行器或四轴飞行器相比，飞行器整体结构简单，只需要改变第三旋翼与第四旋翼的转速便可实现飞行器的偏航运动，而无需调整四个旋翼的转速，这就大大降低了电机的耗电量和功耗，在一定程度上延长了电机的寿命和电池续航时间。

[0015] 一个优选的方案是，第一旋翼装置和第二旋翼装置对称地分布在机架的两侧，第三旋翼装置和第四旋翼装置对称地分布在机架的两侧。

[0016] 由上述方案可见，对称布置的方案使得第一旋翼装置、第二旋翼装置、第三旋翼装置和第四旋翼装置的动力单元消耗功率较小，且有利于飞行器上的控制程序的控制算法的简化。另外，对称布置能够使得飞行器的驱动单元的负载较小，整体受力更稳定。

[0017] 一个优选的方案是，第一旋翼和/或第二旋翼的外侧设置有涵道。

[0018] 由上述方案可见，可以提升气动效率和飞行灵活性以及安全性。

[0019] 一个优选的方案是，第三旋翼和/或第四旋翼的外侧设置有涵道。

[0020] 由上述方案可见，可以提升气动效率和飞行灵活性以及安全性。

[0021] 一个优选的方案是，第一旋翼由第一电机驱动，第一电机与第一旋翼共轴线设置；第二旋翼由第二电机驱动，第二电机与第二旋翼共轴线设置。

[0022] 一个优选的方案是，第三旋翼由第三电机驱动，第三电机与第三旋翼共轴线设置；第四旋翼由第四电机驱动，第四电机与第四旋翼共轴线设置。

[0023] 一个优选的方案是，机架上设置有第一驱动单元，第一驱动单元通过传动机构分别驱动第一旋翼和第二旋翼。

[0024] 一个优选的方案是，机架上设置有第二驱动单元，第二驱动单元通过差速器分别驱动第三旋翼和第四旋翼；其中，第二驱动单元的驱动轴与差速器的输入端连接，差速器的第一输出轴与第三旋翼的转轴连接，差速器的第二输出轴与第四旋翼的转轴连接；在第一输出轴和第三旋翼的转轴之间设置有第一制动器，在第二输出轴和第四旋翼的转轴之间设置有第二制动器。

[0025] 由上述方案可见，通过差速器使用驱动单元例如电机共同驱动第三旋翼与第四旋翼，从而减轻飞行器整体的重量；通过减速器的作用而控制能量流动，以调节第三旋翼与第四旋翼的转速，这样的方案不仅能够避免驱动单元如电机频繁地加减速而增加电机损耗，并且能够减少电机变速区间，保证电机始终保持在较高传动效率区间内运行，进一步地延长了电机的使用寿命和电池续航时间。

[0026] 进一步优选的方案是，第一制动器和/或第二制动器为电磁减速器。

[0027] 由上述方案可见，电磁减速器一方面使得减速器与输出轴之间是非接触的，从而减少损耗；另一方面还可以反向充电，回收电能。

[0028] 进一步优选的方案是，第一制动器和/或第二制动器分别由机械减速器和固定在机架上的发电机组成。

[0029] 由上述方案可见，机械减速器可以包括安装在差速器的输出轴上的第一动齿轮和与该第一动齿轮啮合的安装在发电机转轴上的第二动齿轮，当主动齿轮的旋转速度增大，其对输出轴的阻力增大，减速效果明显。

附图说明

[0030] 图1是现有的一种四轴飞行器的结构图。

[0031] 图2是现有的一种三轴飞行器的结构图。

[0032] 图3是本实用新型飞行器第一实施例的结构图。

[0033] 图4是本实用新型飞行器第一实施例的另一视角的结构图。

[0034] 图5是本实用新型飞行器第一实施例的俯视图。

[0035] 以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

[0036] 第一实施例：

[0037] 如图3和图4所示，本实施例的飞行器包括机架9，机架9前端轴线两侧具有对称布置的第一旋翼装置10和第二旋翼装置20，机架9后端轴线两侧具有对称布置的第三旋翼装置30和第四旋翼装置40。

[0038] 如图5所示，第一旋翼装置10具有第一旋翼11、第一电机12和第一涵道13。第二旋翼装置20具有第二旋翼21、第二电机22和第二涵道23。第三旋翼装置30具有第三旋翼31、第三电机32和第三涵道33。第四旋翼装置40具有第四旋翼41、第四电机42和第四涵道43。每一个涵道均设置在对应的旋翼的外侧，另外，第一旋翼11由第一电机12驱动，第一电机12与第一旋翼11共轴线设置，第二旋翼21由第二电机22驱动，第二电机22与第二旋翼21共轴线设置，第三旋翼31由第三电机32驱动，第三电机32与第三旋翼31共轴线设置，第四旋翼41由第四电机42驱动，第四电机42与第四旋翼41共轴线设置。

[0039] 第一旋翼11和第二旋翼21的直径相等，第三旋翼31和第四旋翼41的直径相等。第一旋翼11的直径大于第三旋翼31的直径，例如第一旋翼11的直径是第三旋翼31的直径的两倍或者三倍。这里的直径是指旋翼所在圆形平面区域内的直径，也可以理解为旋翼外侧设置的涵道的直径。第一旋翼11与第二旋翼21之间的轴距为D1,第三旋翼与31第四旋翼41之间的轴距为D2，且D1大于D2，例如D1是D2的两倍或三倍。

[0040] 本实施例的飞行器在运行过程中，第一旋翼11与第二旋翼21旋向相反，第三旋翼31与第四旋翼41旋向相反。

[0041] 第二实施例：

[0042] 本实施例的飞行器机架前端轴线两侧具有第一旋翼装置和第二旋翼装置，机架后端轴线两侧具有第三旋翼装置和第四旋翼装置。

[0043] 第一旋翼装置具有第一旋翼，第二旋翼装置具有第二旋翼，第三旋翼装置具有第三旋翼，第四旋翼装置具有第四旋翼。

[0044] 机架上设置有第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元通过传动机构分别驱动第一旋翼和第二旋翼，其中，第一驱动单元例如为电机和/或油机，传动机构例如为带传动或者轴传动。第二驱动单元通过差速器分别驱动第三旋翼和第四旋翼，其中，第二驱动单元例如为电机和/或油机。具体地，第二驱动单元的驱动轴与差速器的输入端连接，差速器的第一输出轴与第三旋翼的转轴连接，差速器的第二输出轴与第四旋翼的转轴连接。在第一输出轴和第三旋翼的转轴之间设置有第一制动器，在第二输出轴和第四旋翼的转轴之间设置有第二制动器。

[0045] 第一制动器和第二制动器可以是电磁减速器。另外，第一制动器和第二制动器还可以是由机械减速器和固定在机架上的发电机组成。其中，机械减速器包括安装在差速器的输出轴上的第一动齿轮和与该第一动齿轮啮合的安装在发电机的转轴上的第二动齿轮，当主动齿轮的旋转速度增大后，其对输出轴的阻力增大，减速效果明显。

[0046] 最后需要说明的是，本实用新型不限于上述的实施方式，诸如第一旋翼装置和第二旋翼装置的布置不限于一对，还可以是两对、三对或者更多。第三旋翼装置和第四旋翼装置也不限于一对，还可以是多对。每个旋翼装置的旋翼还可以是一对同轴共桨旋翼，或一对平铺的正反桨旋翼。上述设计等也在本实用新型的权利要求保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
游乐飞行器及浮空式骑行飞行器-专利编号CN107433046A	2020-05-13	1203
一种变体飞行器-专利编号CN108327906A	2020-05-12	543
一种多轴飞行器-专利编号CN103786878A	2020-05-11	1158
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