共轴推进器动力系统及共轴双桨水下推进器和飞行器技术方案

本发明专利技术提供了共轴推进器动力系统及共轴双桨水下推进器和飞行器，涉及水下推进器技术领域，解决了现有水下推进器无共轴双桨动力系统的问题，该共轴推进器动力系统包括第一桨叶驱动系统和第二桨叶驱动系统；第一桨叶驱动系统包括同轴设置的上游驱动马达和第一桨叶，上游驱动马达传动连接所述第一桨叶；第二桨叶驱动系统包括同轴设置的下游驱动马达和第二桨叶，下游驱动马达传动连接第二桨叶；上游驱动马达与下游驱动马达同轴设置并固定连接。该水下推进器以及该飞行器均采用了该共轴推进器动力系统，可抵消推进器沿桨叶旋转方向的自旋，获得更好的运动精度和更稳定的姿态的同时获得更加的推力。

【技术实现步骤摘要】
共轴推进器动力系统及共轴双桨水下推进器和飞行器
本专利技术涉及水下推进器
，具体的说，是共轴推进器动力系统及采用该共轴推进器动力系统的共轴双桨水下推进器和共轴双桨飞行器。
技术介绍
推进器是当前水下设备，包括水下机器人及水下助力设备中的核心部件，推进器的性能直接关系到设备的运动性能。推进器主要由三叶或以上的桨叶、电机及驱动电路、流道及外壳组成。由于推动力由电机带动桨叶旋转切水产生，在电机旋转的过程中会行成与桨叶旋转方向同向的扭矩，在连续运行中，这种扭矩会迫使推进器沿桨叶旋转方向自旋。这种自旋会影响设备运动的精度以及姿态稳定。对于放置在刚性结构上的推进器而言，较大的自旋扭矩会使结构受力，更易造成结构机械疲劳。共轴双桨技术在飞行器，尤其是螺旋桨飞机上有广泛的应用。共轴双螺旋桨技术在直升机，尤其是海上直升机上较为成熟。该方案的特点是，在一根主轴上，依次放置两层螺旋桨，飞机工作时，两层桨同时旋转但转动方向相反，螺旋桨同时产生一组反向的扭矩，借此将两层桨叶旋转造成的扭矩抵消。同时，上层的桨叶在旋转时将下层输入气体预压缩，为下层桨叶带来了额外的吸气量，使得升力提升。但缺点在于该套方案所采用的是一个发动机，并通过齿轮与传动轴等结构将动力按比例分配给两层桨叶。由其优点可知，由于上层桨叶的预压缩，下层桨叶产生的升/推力往往大于上层，因此上下层的扭矩往往无法完全抵消，因此该套方案的传动系统会带有变速箱等结构用于调节上下层的转速。对于飞机等在空气中运行的桨叶而言，其传动结构能够有效的在空气中进行维护及更换，因此可以允许结构较为复杂。但如果将该套技术直接或稍加改进用于水下推进器，则对于水下设备而言，过重的机械传动结构会造成大量的浮力缺失，并且通常为金属的结构在海水环境下必须严格防腐，注定了该套方案无法直接在水下设备上进行套用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于以飞行器的共轴双桨技术为基础，结合水下环境的特殊性，进而设计出共轴推进器动力系统及共轴双桨水下推进器和飞行器，可抵消推进器沿桨叶旋转方向的自旋，获得更好的运动精度和更稳定的姿态的同时获得更加的推力。本专利技术通过下述技术方案实现：本专利技术提供了一种共轴推进器动力系统，包括第一桨叶驱动系统和第二桨叶驱动系统；所述第一桨叶驱动系统包括同轴设置的上游驱动马达和第一桨叶，所述上游驱动马达传动连接所述第一桨叶；所述第二桨叶驱动系统包括同轴设置的下游驱动马达和第二桨叶，所述下游驱动马达传动连接所述第二桨叶；所述上游驱动马达与所述下游驱动马达同轴设置并固定连接。采用上述设置结构时，将上游驱动马达和下游驱动马达同轴设置，当第一桨叶和第二桨叶同时且反向转动时，可有效地降低设备运行过程中的自旋问题，同时可增加单个推进器的推力，提高设备运动性能。第一桨叶驱动系统和第二桨叶驱动系统分别以上游驱动马达和下游驱动马达作为动力机，使得第一桨叶和第二桨叶可实现单独驱动控制，两者互不影响，不再采用现有共轴双桨结构的一系列机械传动系统，以极简的结构发挥同样的功能，尤其适合布置空间有限的推进器。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述上游驱动马达为无轴外转子电机，所述下游驱动马达为有轴马达；所述第一桨叶固定连接所述上游驱动马达的外转子处，所述下游驱动马达的定子或中轴伸入所述上游驱动马达的定子内侧并与所述上游驱动马达的定子支撑连接，所述下游驱动马达的中轴贯穿上游驱动马达，所述第二桨叶固定连接所述下游驱动马达的中轴的伸出段处,；或，所述上游驱动马达为有轴马达，所述下游驱动马达为无轴外转子电机；所述第二桨叶固定连接所述下游驱动马达的外转子处；所述上游驱动马达的定子或中轴伸入所述下游驱动马达的定子内侧并与所述下游驱动马达的定子支撑连接，所述上游驱动马达的中轴贯穿所述下游驱动马达，所述第一桨叶固定连接所述上游驱动马达的中轴的伸出段处。采用上述设置结构时，无轴外转子电机与有轴马达采用嵌套式或部分嵌套式的连接结构，能进一步缩小该共轴推进器动力系统的轴向长度，尤其适合尺寸有限仅能放置一个单桨推进器的水下设备，电机的采用可凭借其优秀的启动扭矩及灵敏高精度的驱动控制，以极简的结构发挥出优异的性能，可实现对现有推进器的结构优化，增加推理和提高设备运动性能。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述上游驱动马达为无轴外转子电机，所述下游驱动马达为无轴外转子电机；所述第一桨叶固定连接所述上游驱动马达的外转子处，所述第二桨叶固定连接所述下游驱动马达的外转子处；所述上游驱动马达的定子对接所述下游驱动马达的定子。采用上述设置结构时，两个无轴外转子电机同轴设置并对接连接可获得较小轴向长度的共轴推进器动力系统，尤其适合尺寸有限仅能放置一个单桨推进器的水下设备，并凭借电动机优秀的启动扭矩及灵敏高精度的驱动控制，以极简的结构发挥出优异的性能。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述上游驱动马达为有轴马达，所述下游驱动马达为有轴马达；所述第一桨叶固定连接所述上游驱动马达的中轴处，所述第二桨叶固定连接所述下游驱动马达的中轴处；所述上游驱动马达的定子与所述下游驱动马达的定子固定连接。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述有轴马达为有轴内转子电机或液压马达或有轴外转子电机，所述有轴外转子电机的中轴与其外转子固定连接。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述下游驱动马达的扭矩大于或等于所述上游驱动马达的扭矩。采用上述设置结构时，下游驱动马达主要负责输出推力，上游驱动马达主要负责输出扭矩以抵消第二桨叶驱动系统产生的自旋效应，同时提供一部分推力。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述下游驱动马达安装的所述第二桨叶的叶片相较于所述上游驱动马达安装的所述第一桨叶的叶片较为宽大。进一步的为更好的实现本专利技术，特别采用下述设置结构：所述上游驱动马达和所述下游驱动马达内均安装有同轴设置的姿态传感器，所述姿态传感器用于感知相应驱动马达的轴线偏转。采用上述设置结构时，姿态传感器可用于实时感知扭矩平衡情况并通过传感电路将电信号传达给控制电路的主控芯片，并由主控芯片将电信号由控制电路传达给驱动电路，以实时调整上游驱动马达和下游驱动马达的转速，从而保持姿态的一个动态平衡。本专利技术还提供了一种采用该共轴推进器动力系统的共轴双桨水下推进器，包括控制舱、推进器外壳和上述的共轴推进器动力系统；所述推进器外壳安装于所述控制舱，所述共轴推进器动力系统固定安装于所述推进器外壳内侧。采用上述设置结构时，该共轴双桨水下推进器具有较短的轴向长度，并可在增加推力的同时抵消沿第二桨叶旋转方向的自旋，不易造成结构机械疲劳，以提高水下设备的姿态稳定性和结构稳定性。本专利技术还提供了一种采用该共轴推进器动力系统的共轴双桨飞行器，包括飞行器主体和上述的共轴推进器动力系统，所述共轴推进器动力系统安装于所述飞行器主体。采用上述设置结构时，该共轴双桨飞行器的推进器动力系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.共轴推进器动力系统，其特征在于：包括第一桨叶驱动系统和第二桨叶驱动系统；/n所述第一桨叶驱动系统包括同轴设置的上游驱动马达(1)和第一桨叶(2)，所述上游驱动马达(1)传动连接所述第一桨叶(2)；/n所述第二桨叶驱动系统包括同轴设置的下游驱动马达(3)和第二桨叶(4)，所述下游驱动马达(3)传动连接所述第二桨叶(4)；/n所述上游驱动马达(1)与所述下游驱动马达(3)同轴设置并固定连接。/n

【技术特征摘要】
1.共轴推进器动力系统，其特征在于：包括第一桨叶驱动系统和第二桨叶驱动系统；
所述第一桨叶驱动系统包括同轴设置的上游驱动马达(1)和第一桨叶(2)，所述上游驱动马达(1)传动连接所述第一桨叶(2)；
所述第二桨叶驱动系统包括同轴设置的下游驱动马达(3)和第二桨叶(4)，所述下游驱动马达(3)传动连接所述第二桨叶(4)；
所述上游驱动马达(1)与所述下游驱动马达(3)同轴设置并固定连接。


2.根据权利要求1所述的共轴推进器动力系统，其特征在于：所述上游驱动马达(1)为无轴外转子电机，所述下游驱动马达(3)为有轴马达；所述第一桨叶(2)固定连接所述上游驱动马达(1)的外转子处，所述下游驱动马达(3)的定子或中轴伸入所述上游驱动马达(1)的定子内侧并与所述上游驱动马达(1)的定子支撑连接，所述下游驱动马达(3)的中轴贯穿上游驱动马达(1)，所述第二桨叶(4)固定连接所述下游驱动马达(3)的中轴的伸出段处,；
或，
所述上游驱动马达(1)为有轴马达，所述下游驱动马达(3)为无轴外转子电机；所述第二桨叶(4)固定连接所述下游驱动马达(3)的外转子处；所述上游驱动马达(1)的定子或中轴伸入所述下游驱动马达(3)的定子内侧并与所述下游驱动马达(3)的定子支撑连接，所述上游驱动马达(1)的中轴贯穿所述下游驱动马达(3)，所述第一桨叶(2)固定连接所述上游驱动马达(1)的中轴的伸出段处。


3.根据权利要求1所述的共轴推进器动力系统，其特征在于：所述上游驱动马达(1)为无轴外转子电机，所述下游驱动马达(3)为无轴外转子电机；所述第一桨叶(2)固定连接所述上游驱动马达(1)的外转子处，所述第二桨叶(4)固定连接所述下游驱动马达(3)的外转子处；所述上游驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊明磊，陈龙冬，李轩辕，赵迎飞，
申请(专利权)人：博雅工道北京机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11