一种电机直驱同轴正反桨升力平台的制作方法

1.本发明属于无人机技术领域，涉及一种电机直驱同轴正反桨升力平台。

背景技术：

2.无人机的应用是当今的一大热点，可以飞行1000多米的高空，搭载各种设备，如高倍相机，红外夜视、激光补光等等，对10公里半径区域进行监控。目前的多旋翼无人机小巧，成本低廉，但它有致命缺点，就是续航时间短，10多分钟。另多旋翼的结构，导致它的抗风性太差，一旦天气大于4级以上的风，就不能飞，没法适应大部分天气。
3.现有的直升飞机都需要配备尾桨，来平衡旋翼旋转产生的反作用扭矩。该扭矩会使直升机向与旋翼旋转相反的方向转动，而尾桨的拉力可抵消这种转动从而实现航向稳定。
4.如中国专利cn110481780a公开了一种带两种旋翼的混合动力无人机及其控制方法，该无人机包括机体，所述机体的边缘设置有至少一对控制旋翼，且每对中的两个控制旋翼对称设置，所述控制旋翼由电机驱动，所述机体的中心设置有若干个升力旋翼，所述若干个升力旋翼设置于同一个转轴，由同一个燃油马达驱动。该专利仍需要附加侧边旋翼辅助控制方向。

技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了提供一种电机直驱同轴正反桨升力平台。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种电机直驱同轴正反桨升力平台，包括：
8.正反桨升力机构：包括内轴和外轴，分别安装在所述内轴和外轴顶端位置的顺向旋翼和反向旋翼，以及分别与所述内轴和外轴相连并驱动其转动的内驱动电机和外驱动电机，所述的外轴中空，所述的内轴置于所述外轴内部，且所述内轴和所述外轴的中心线重合；
9.用于安装所述正反桨升力机构的控制舱。
10.本发明在具体运行时，顺向旋翼和反向旋翼旋转方向相反，产生的扭矩相反，扭矩相同时，机体保持稳定(特定方向或匀速旋转)，扭矩不同时，机体会朝扭矩大的方向加速旋转，可通过控制两台驱动电机，从而实现机体的旋转和固定一个特定方向。
11.进一步的，所述内轴和外轴上分别设有用于调整所述顺向旋翼和反向旋翼倾角的桨距预设组件。
12.更进一步的，所述顺向旋翼和反向旋翼均包括固定在内轴或外轴顶端的旋翼中间体、以及均匀铰接布置在所述旋翼中间体周向边缘的旋翼桨片，所述桨距预设组件包括桨距预设中间体、以及对应所述旋翼桨片设置的连杆，且所述连杆的两端分别铰接所述旋翼桨片和桨距预设中间体，且当桨距预设中间体沿所述内轴或外轴上下移动时，所述旋翼桨片如雨伞一样对应展开或收紧。或者换句话说，整个桨距预设组件即类似于一个雨伞上用
于控制其收放的连杆机构。通过改变旋翼倾角，调整桨距，进而调控其在固定转速下能上升到的最大高度。最高飞行高度取决于飞行器的升力，升力取决于转速和机翼半径和倾角；直升机螺旋桨的桨距指的是，直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360度，向上或向前行走的距离。桨距越大意味着升力越大，高度也就越大。
13.更优选的，所述桨距预设中间体设置上所述内轴或外轴上，并具有夹紧和放松两种状态，且当桨距预设中间体处于夹紧状态时，桨距预设中间体与内轴或外轴之间相对固定，当桨距预设中间体处于放松状态时，桨距预设中间体与内轴或外轴之间脱离接触。
14.进一步的，所述外驱动电机位于内驱动电机上方。由于外轴中空，这样，内轴即可以完全穿过所述内轴，在内轴的顶端设置所述顺向旋翼，在内轴的底端则正好设置所述内驱动电机。
15.进一步的，所述内轴通过内承重轴承设置在所述控制舱上，所述外轴通过外承重轴承安装在所述控制舱上。
16.进一步的，所述控制舱的底部还设有起落架。
17.进一步的，该升力平台还包括导电滑轮、供电导线和卷扬机，所述供电导线的一端设置在导电滑轮上，另一端则穿过所述控制舱，并连接所述内驱动电机和外驱动电机，所述导电滑轮安装在所述卷扬机上，所述导电滑轮还通过动力线与外部电源相连接。卷扬机主要起到收束供电导线的作用，其也可以采用本领域其他可起到收束导线作用的设备替代，同时，导电滑轮与卷扬机之间进行绝缘处理。供电的外部电源固定在地面，通过供电导线持续供电。供电导线长度与需观察高度对等。
18.更进一步的，所述供电导线通过设置一导线滑动连接器穿过所述控制舱。(导线滑动连接器为具有一圈钢珠的环形结构，用滚动摩擦的方式减少升力平台旋转对导线造成的影响，这样可保证平台旋转时不影响供电导线。
19.进一步的，所述控制舱内还设有应急超级电容，该应急超级电容还通过应急电路分别连接所述内驱动电机和外驱动电机，当发生突发性断电时，所述应急电路启动，并通过应急超级电容给所述内驱动电机和外驱动电机供电。超级电容具备电池的特性，通过应急超级电容的设置，可以防止突发性断电，导致升力平台坠毁，确保其能够有充足的电力安全着陆。
20.进一步的，所述控制舱的一侧还设有观测仪器，在控制舱内还固定有天线。这些功能性元件的设置主要用于观测的目的，搭载摄像头和热传感等监测仪器，通过无线天线，在地面监控站，实时观测地面情况，预防突发性火灾等事故的发生，相当于无人哨兵。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.(1)本发明采用的升力平台可持续不间断的24小时运作，实现了持续供电，实现持续工作，在中低空实时快速获取火情信息具有对地快速实时监测能力，是一种新型的，在对车、人无法到达地带的资源环境监测、林火监测及救援指挥等应用场景具有其独特的优势。结构简单，使用方便，低成本地解决了高空作业、监视等平时只能用人、卫星和飞机才能实现的难题。
23.(2)顺向旋翼和所述的反向旋翼旋转方向相反，产生的扭矩相反，扭矩相同时，机体保持稳定(特定方向或匀速旋转)，扭矩不同时，机体会朝扭矩大的方向加速旋转，可通过控制两台驱动电机，从而实现机体的旋转和固定一个特定方向。
24.(3)且在中心轴线上高速旋转的机构具有陀螺的定轴性，起到稳定平台的作用。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图中标记说明：
27.1-顺向旋翼，2-反向旋翼，3-内轴，4-外轴，5-外驱动电机，6-内驱动电机，7-应急超级电容，8-控制舱，9-观测仪器，10-卷扬机，11-桨距预设组件，12-天线，13-起落架，14-动力线，15-导电滑轮，16-外承重轴承，17-内承重轴承，18-滑动连接器，19-供电导线，20-起落平台。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
29.以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
30.本发明提供了一种电机直驱同轴正反桨升力平台，可以参见图1所示，包括：
31.正反桨升力机构：包括内轴3和外轴3，分别安装在所述内轴3和外轴3顶端位置的顺向旋翼1和反向旋翼2，以及分别与所述内轴3和外轴3相连并驱动其转动的内驱动电机6和外驱动电机5，所述的外轴3中空，所述的内轴3置于所述外轴3内部，且所述内轴3和所述外轴3的中心线重合；
32.用于安装所述正反桨升力机构的控制舱8。
33.本发明在具体运行时，顺向旋翼1和反向旋翼2旋转方向相反，产生的扭矩相反，扭矩相同时，机体保持稳定(特定方向或匀速旋转)，扭矩不同时，机体会朝扭矩大的方向加速旋转，可通过控制两台驱动电机，从而实现机体的旋转和固定一个特定方向。
34.在一些具体的实施方式中，所述内轴3和外轴3上分别设有用于调整所述顺向旋翼1和反向旋翼2倾角的桨距预设组件11。
35.更进一步的，所述顺向旋翼1和反向旋翼2均包括固定在内轴3或外轴3顶端的旋翼中间体、以及均匀铰接布置在所述旋翼中间体周向边缘的旋翼桨片，所述桨距预设组件11包括桨距预设中间体、以及对应所述旋翼桨片设置的连杆，且所述连杆的两端分别铰接所述旋翼桨片和桨距预设中间体，且当桨距预设中间体沿所述内轴3或外轴3上下移动时，所述旋翼桨片如雨伞一样对应展开或收紧。或者换句话说，整个桨距预设组件11即类似于一个雨伞上用于控制其收放的连杆机构。通过改变旋翼倾角，调整桨距，进而调控其在固定转速下能上升到的最大高度。
36.更优选的，所述桨距预设中间体设置上所述内轴3或外轴3上，并具有夹紧和放松两种状态，且当桨距预设中间体处于夹紧状态时，桨距预设中间体与内轴3或外轴3之间相对固定，当桨距预设中间体处于放松状态时，桨距预设中间体与内轴3或外轴3之间脱离接触。
37.在一些具体的实施方式中，所述外驱动电机5位于内驱动电机6上方。由于外轴3中
空，这样，内轴3即可以完全穿过所述内轴3，在内轴3的顶端设置所述顺向旋翼1，在内轴3的底端则正好设置所述内驱动电机6。
38.在一些具体的实施方式中，所述内轴3通过内承重轴承17设置在所述控制舱8上，所述外轴3通过外承重轴承16安装在所述控制舱8上。
39.在一些具体的实施方式中，所述控制舱8的底部还设有起落架13。
40.在一些具体的实施方式中，该升力平台还包括导电滑轮15、供电导线19和卷扬机10，所述供电导线19的一端设置在导电滑轮15上，另一端则穿过所述控制舱8，并连接所述内驱动电机6和外驱动电机5，所述导电滑轮15还通过动力线14与外部电源相连接。
41.更进一步的，所述供电导线19通过设置一导线滑动连接器18穿过所述控制舱8(具体为一带若干圆珠的环状结构)。滑动连接器18可保证平台旋转时不影响供电导线19。
42.在一些具体的实施方式中，所述控制舱8内还设有应急超级电容7，该应急超级电容7还通过应急电路分别连接所述内驱动电机6和外驱动电机5，当发生突发性断电时，所述应急电路启动，并通过应急超级电容7给所述内驱动电机6和外驱动电机5供电。超级电容具备电池的特性，通过应急超级电容7的设置，可以防止突发性断电，导致升力平台坠毁，确保其能够有充足的电力安全着陆。
43.在一些具体的实施方式中，所述控制舱8的一侧还设有观测仪器9，在控制舱8内还固定有天线12。这些功能性元件的设置主要用于观测的目的，搭载摄像头和热传感等监测仪器，通过无线天线12，在地面监控站，实时观测地面情况，预防突发性火灾等事故的发生，相当于无人哨兵。
44.以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
45.下面结合具体实施例对上述实施方式进行更详细的说明。
46.实施例：
47.请参见图1所示，本实施例提供了一种电机直驱同轴正反桨升力平台，包括：
48.正反桨升力机构：包括内轴3和外轴3，分别安装在所述内轴3和外轴3顶端位置的顺向旋翼1和反向旋翼2，以及分别与所述内轴3和外轴3相连并驱动其转动的内驱动电机6和外驱动电机5，所述的外轴3中空，所述的内轴3置于所述外轴3内部，且所述内轴3和所述外轴3的中心线重合；
49.用于安装所述正反桨升力机构的控制舱8。
50.本发明在具体运行时，顺向旋翼1和反向旋翼2旋转方向相反，产生的扭矩相反，扭矩相同时，机体保持稳定(特定方向或匀速旋转)，扭矩不同时，机体会朝扭矩大的方向加速旋转，可通过控制两台驱动电机，从而实现机体的旋转和固定一个特定方向。
51.所述内轴3和外轴3上分别设有用于调整所述顺向旋翼1和反向旋翼2倾角的桨距预设组件11。所述顺向旋翼1和反向旋翼2均包括固定在内轴3或外轴3顶端的旋翼中间体、以及均匀铰接布置在所述旋翼中间体周向边缘的旋翼桨片，所述桨距预设组件11包括桨距预设中间体、以及对应所述旋翼桨片设置的连杆，且所述连杆的两端分别铰接所述旋翼桨片和桨距预设中间体，且当桨距预设中间体沿所述内轴3或外轴3上下移动时，所述旋翼桨片如雨伞一样对应展开或收紧。或者换句话说，整个桨距预设组件11即类似于一个雨伞上用于控制其收放的连杆机构。通过改变旋翼倾角，调整桨距，进而调控其在固定转速下能上升到的最大高度。所述桨距预设中间体设置上所述内轴3或外轴3上，并具有夹紧和放松两
种状态，且当桨距预设中间体处于夹紧状态时，桨距预设中间体与内轴3或外轴3之间相对固定，当桨距预设中间体处于放松状态时，桨距预设中间体与内轴3或外轴3之间脱离接触，这样可以顺利的调节桨距预设组件11的位置，从而调整顺向旋翼1或反向旋翼2的倾角，也同样便于运输存放。
52.所述外驱动电机5位于内驱动电机6上方。由于外轴3中空，这样，内轴3即可以完全穿过所述内轴3，在内轴3的顶端设置所述顺向旋翼1，在内轴3的底端则正好设置所述内驱动电机6。
53.所述内轴3通过内承重轴承17设置在所述控制舱8上，所述外轴3通过外承重轴承16安装在所述控制舱8上。所述控制舱8的底部还设有起落架13。
54.该升力平台还包括导电滑轮15、供电导线19、卷扬机10和起落平台20，所述供电导线19的一端设置在导电滑轮15上，另一端则穿过所述控制舱8，并连接所述内驱动电机6和外驱动电机5，而导电滑轮15则安装在卷扬机10上，所述导电滑轮15还动力线14与外部电源相连接。
55.所述供电导线19通过设置一导线滑动连接器18穿过所述控制舱8(其为一带若干圆珠的环状结构)。滑动连接器18可保证平台旋转时不影响供电导线19。
56.所述控制舱8内还设有应急超级电容7，该应急超级电容7还通过应急电路分别连接所述内驱动电机6和外驱动电机5，当发生突发性断电时，所述应急电路启动，并通过应急超级电容7给所述内驱动电机6和外驱动电机5供电。超级电容具备电池的特性，通过应急超级电容7的设置，可以防止突发性断电，导致升力平台坠毁，确保其能够有充足的电力安全着陆。
57.所述控制舱8的一侧还设有观测仪器9，在控制舱8内还固定有天线12。这些功能性元件的设置主要用于观测的目的，搭载摄像头和热传感等监测仪器，通过无线天线12，在地面监控站，实时观测地面情况，预防突发性火灾等事故的发生，相当于无人哨兵。
58.本发明在具体工作时：
59.通过桨距预设组件11调整桨距，电力通过动力线14和导电滑轮15进入升力平台，升力平台开始通电，外驱动电机5和内驱动电机6开始运作，通过内轴3和外轴4驱动顺向旋翼1和反向旋翼2开始旋转，平台开始上升，供电导线19通过卷扬机10稳步释放。升力平台上升至目标高度后，可控制外驱动电机5和内驱动电机6，造成顺向旋翼1和反向旋翼2的扭矩差，升力平台开始旋转，滑动连接器18减缓对供电导线19的影响。通过天线12收发观测和控制指令，通过观测仪器9观测场景。应急超级电容7在通电后储备电量，突发断电，可维持降落所需电量。
60.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，包括：正反桨升力机构：包括内轴和外轴，分别安装在所述内轴和外轴顶端位置的顺向旋翼和反向旋翼，以及分别与所述内轴和外轴相连并驱动其转动的内驱动电机和外驱动电机，所述的外轴中空，所述的内轴置于所述外轴内部，且所述内轴和所述外轴的中心线重合；用于安装所述正反桨升力机构的控制舱。2.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述内轴和外轴上分别设有用于调整所述顺向旋翼和反向旋翼倾角的桨距预设组件。3.根据权利要求2所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述顺向旋翼和反向旋翼均包括固定在内轴或外轴顶端的旋翼中间体、以及均匀铰接布置在所述旋翼中间体周向边缘的旋翼桨片，所述桨距预设组件包括桨距预设中间体、以及对应所述旋翼桨片设置的连杆，且所述连杆的两端分别铰接所述旋翼桨片和桨距预设中间体，且当桨距预设中间体沿所述内轴或外轴上下移动时，所述旋翼桨片如雨伞一样对应展开或收紧。4.根据权利要求3所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述桨距预设中间体设置上所述内轴或外轴上，并具有夹紧和放松两种状态，且当桨距预设中间体处于夹紧状态时，桨距预设中间体与内轴或外轴之间相对固定，当桨距预设中间体处于放松状态时，桨距预设中间体与内轴或外轴之间脱离接触。5.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述外驱动电机位于内驱动电机上方。6.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述内轴通过内承重轴承设置在所述控制舱上，所述外轴通过外承重轴承安装在所述控制舱上。7.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，该升力平台还包括导电滑轮、供电导线和卷扬机，所述供电导线的一端设置在导电滑轮上，另一端则穿过所述控制舱，并连接所述内驱动电机和外驱动电机，所述导电滑轮安装在所述卷扬机上，所述导电滑轮还通过动力线与外部电源相连接。8.根据权利要求7所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述供电导线通过设置一导线滑动连接器穿过所述控制舱。9.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述控制舱内还设有应急超级电容，该应急超级电容还通过应急电路分别连接所述内驱动电机和外驱动电机，当发生突发性断电时，所述应急电路启动，并通过应急超级电容给所述内驱动电机和外驱动电机供电。10.根据权利要求1所述的一种电机直驱同轴正反桨升力平台，其特征在于，所述控制舱的一侧还设有观测仪器，在控制舱内还固定有天线；所述控制舱的底部还设有起落架。

技术总结

本发明涉及一种电机直驱同轴正反桨升力平台，包括：正反桨升力机构：包括内轴和外轴，分别安装在所述内轴和外轴顶端位置的顺向旋翼和反向旋翼，以及分别与所述内轴和外轴相连并驱动其转动的内驱动电机和外驱动电机，所述的外轴中空，所述的内轴置于所述外轴内部，且所述内轴和所述外轴的中心线重合；用于安装所述正反桨升力机构的控制舱。与现有技术相比，本发明可以有效解决无人机空中作业续航时间短，抗风能力差等问题。抗风能力差等问题。抗风能力差等问题。