磁变距主旋翼系统

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种磁变距主旋翼系统。

背景技术

直升机被广泛应用于军事、工业、农业、消费等众多领域，其续航时间、载荷系数是影响直升机作业能力的重要指标，而降低直升机结构复杂程度是提高直升机应用场景并降低成本与门槛的重要手段。

目前，直升机变距系统主要为舵机加倾斜盘变距系统。直升机姿态控制能力来源包括旋翼动力、变距系统。现有直升机的旋翼变距是通过三个带减速器的舵机通过带动倾斜器倾斜，依仗倾斜器上连杆带动旋翼变距。由于舵机依靠减速器传动，因此对机加工要求极高，每一级减速器间存在间隙与接触，无法实现低噪音与抗堵转。力与力矩传到倾斜器时，根据姿态控制需求，倾斜器会发生轴向平动与径面转动，平动与转动都需要精度高、摩擦系数小的轴承，对加工精度与装配精度要求极高，相对运动件间的接触摩擦必然导致零件的磨损。

因此，现有技术中的直升机变总距系统既要对加工进度与装配精度进行控制，还要提升自身效率、降低结构重量、提高系统可靠性，很难削减成本下限。可见，如何简化直升机旋翼变距系统以提高系统可靠性、降低成本，仍然是现有技术要重点解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁变距主旋翼系统，以提高直升机旋翼变距系统可靠性，降低成本。

为达到上述目的，本发明提供了一种磁变距主旋翼系统，包括：

主轴系统，包括转动轴，所述转动轴固定于机体上且可沿轴线转动；

至少一套旋翼系统，固定于所述转动轴上；

每一旋翼系统包括磁变距定子子系统、磁变距转子子系统和摇臂子系统，所述摇臂子系统和所述磁变距转子子系统相连接并安装在所述转动轴外侧，所述磁变距定子子系统安装在所述磁变距转子子系统外侧；

所述磁变距定子子系统包括电磁线圈，所述磁变距转子子系统包括永磁体环，所述电磁线圈用于产生交变磁场带动所述永磁体环沿所述转动轴的轴线转动，所述磁变距转子子系统带动所述摇臂子系统转动。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述电磁线圈固定在所述机体上。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述永磁体环安装在所述转动轴外侧并与所述转动轴同轴。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述摇臂子系统包括旋翼摇臂轴，所述旋翼摇臂轴安装在所述转动轴外侧，可沿轴线转动。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述磁变距转子子系统还包括锥齿轮和涡轮蜗杆机构，所述涡轮蜗杆机构的涡轮端固定在所述旋翼摇臂轴上，蜗杆端与所述锥齿轮固定连接，所述永磁体环设有锥齿环，所述锥齿轮与所述锥齿环啮合。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述旋翼系统有两套，沿所述主轴的轴线依次固定在所述转动轴上；

一套所述旋翼系统中所述锥齿轮与所述锥齿环的啮合方向与另一套所述旋翼系统中所述锥齿轮与所述锥齿环的啮合方向相反。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述主轴系统还包括蜗杆固定件，所述蜗杆固定件与所述转动轴固定连接，用于固定所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆端，所述蜗杆端可在所述蜗杆固定件中转动。

进一步的，在上述磁变距主旋翼系统中，所述磁变距定子子系统还包括磁编码器，所述磁编码器固定在所述机体上，用于测量所述永磁体环的相位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的磁变距主旋翼系统中，每一旋翼系统均采用电磁线圈和永磁体环组成的无刷电机，所述电磁线圈用于产生交变磁场带动所述永磁体环沿所述转动轴的轴线转动，所述磁变距转子子系统带动所述摇臂子系统转动。相对于复杂的倾斜盘变距系统，采用无刷电机磁变距的方式，控制简易、响应快速、应用广泛，因此使用无刷电机替代舵机将极大简化结构，提升变距系统可靠性，降低结构死重与成本。进一步的，采用相位磁编码器进行变距控制，可提高控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一实施例提供的磁变距主旋翼系统的结构图；

图2为图1所示的磁变距主旋翼系统的控制传递图。

具体实施方式

以下结合附图1、2和具体实施方式对本发明提出的磁变距主旋翼系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

请参考图1和图2，本发明一实施例提供的一种磁变距主旋翼系统包括主轴系统100和至少一套旋翼系统。所述主轴系统100包括转动轴101，所述转动轴101固定于机体500上且可沿轴线转动。

图1和图2示出了两套旋翼系统分别为旋翼系统A和旋翼系统B。旋翼系统A包括磁变距定子子系统200A、磁变距转子子系统300A和摇臂子系统400A，所述摇臂子系统400A和所述磁变距转子子系统300A相连接并安装在所述转动轴101外侧，所述磁变距定子子系统200A安装在所述磁变距转子子系统300A外侧。旋翼系统B包括磁变距定子子系统200B、磁变距转子子系统300B和摇臂子系统400B，所述摇臂子系统400B和所述磁变距转子子系统300B相连接并安装在所述转动轴101外侧，所述磁变距定子子系统200B安装在所述磁变距转子子系统300B外侧。

所述磁变距定子子系统200A包括电磁线圈201A，固定在机体500上，所述磁变距转子子系统300A包括永磁体环301A，安装在所述转动轴101外侧并与所述转动轴101同轴，所述电磁线圈201A用于产生交变磁场带动所述永磁体环301A沿所述转动轴101的轴线转动，所述磁变距转子子系统300A带动所述摇臂子系统400A转动。

所述磁变距定子子系统200B包括电磁线圈201B，固定在机体500上，所述磁变距转子子系统300B包括永磁体环301B，安装在所述转动轴101外侧并与所述转动轴101同轴，所述电磁线圈201B用于产生交变磁场带动所述永磁体环301B沿所述转动轴101的轴线转动，所述磁变距转子子系统300B带动所述摇臂子系统400B转动。

所述机体500用于将能源输送给主轴系统100、磁变距定子子系统200A、磁变距定子子系统200B，具有测量数据与能源修正能力。所述机体500提供能量驱动主轴系统100转动，机体500提供能量驱动磁变距定子子系统200A、磁变距定子子系统200B产生交变电磁场，然后，磁变距定子子系统200A产生的交变电磁场驱动磁变距转子子系统300A转动，磁变距定子子系统200B产生的交变电磁场驱动磁变距转子子系统300B转动。然后，依靠磁变距转子子系统300A转动带动摇臂系统400A转动，依靠磁变距转子子系统300B转动带动摇臂系统400B转动。

摇臂子系统400A包括旋翼摇臂轴401A，旋翼摇臂轴401A安装在所述转动轴101外侧，可沿所述旋翼摇臂轴401A的轴线转动。

摇臂子系统400B包括旋翼摇臂轴401B，旋翼摇臂轴401B安装在所述转动轴101外侧，可沿所述旋翼摇臂轴401B的轴线转动。

所述磁变距转子子系统300A还包括锥齿轮302A和涡轮蜗杆机构303A，所述涡轮蜗杆机构303A的涡轮端3031A固定在所述旋翼摇臂轴401A上，蜗杆端3032A与所述锥齿轮302A固定连接，所述永磁体环301A设有锥齿环，所述锥齿轮302A与所述锥齿环啮合。

所述磁变距转子子系统300B还包括锥齿轮302B和涡轮蜗杆机构303B，所述涡轮蜗杆机构303B的涡轮端3031B固定在所述旋翼摇臂轴401B上，蜗杆端3032B与所述锥齿轮302B固定连接，所述永磁体环301B设有锥齿环，所述锥齿轮302B与所述锥齿环啮合。

优选的，所述旋翼系统A和旋翼系统B沿所述转动轴101的轴线依次固定在所述转动轴101上，所述旋翼系统A中所述锥齿轮302A与所述锥齿环的啮合方向与所述旋翼系统B中所述锥齿轮302B与所述锥齿环的啮合方向相反。如图1所示，所述旋翼系统A中所述锥齿轮302A与所述锥齿环的啮合方向向上，所述旋翼系统B中所述锥齿轮302B与所述锥齿环的啮合方向向下，两个旋翼系统中锥齿轮的转动方向相反。由此，减小两个锥齿轮在轴向的高度差，有利于提高主轴系统的动平衡度。

所述主轴系统100还包括蜗杆固定件102，与所述转动轴101固定连接，用于固定所述蜗杆端3032A和3032B，所述蜗杆端3032A和3032B可在所述蜗杆固定件102中转动，不影响两个涡轮蜗杆机构303A、303B传递扭矩。

优选的，所述磁变距定子子系统200A还包括磁编码器202A，固定在所述机体500上，用于测量所述永磁体环301A的相位。所述磁变距定子子系统200B还包括磁编码器202B，固定在所述机体500上，用于测量所述永磁体环301B的相位。

请参考图2，采用图1所示的磁变距主旋翼系统进行直升机的旋翼变总距控制过程如下：

所述机体500开机，主轴系统100供能A、电磁线圈201A供能B、电磁线圈201B供能C，磁编码器202A供能D，磁编码器202B供能E；

电磁线圈201A向永磁体环301A提供磁场A，磁编码器201A测量永磁体环301A的相位A；电磁线圈201B向永磁体环301B提供磁场B，磁编码器201B测量永磁体环301B的相位B；

永磁体环301A传递相位A给锥齿轮302A；永磁体环301B传递相位B给锥齿轮302B；

锥齿轮302A将相位A转变为角度A，传递给涡轮蜗杆机构303A；锥齿轮302B将相位B转变为角度B，传递给涡轮蜗杆机构303B；

涡轮蜗杆机构303A将角度A转化为角度C，传递给旋翼摇臂轴401A；涡轮蜗杆机构303B将角度B转化为角度D，传递给旋翼摇臂轴401B；

旋翼摇臂轴401A将角度C转变为数据A，传递给机体500；旋翼摇臂轴401B将角度D转变为数据B，传递给机体500；

机体500判断数据A大小Y/N，Y则降低供能B，N则增加供能B；机体500判断数据B大小Y/N，Y则降低供能C，N则增加供能C。

可以理解的是，对于摇臂系统A而言，根据飞机迎角与升力的关系式，角度C会导致飞机升力变化，从而导致飞机姿态的变化，而姿态变化会根据内在算法公式变成一个控制判定数据A，主轴系统转动是因为机体给了一个初始数据，数据A最终在机体里与初始数据对比，大于初始数据为Y，要降低供能B，这样数据A才能减小，反之就增加，目的是使得数据A趋近于初始数据。对于摇臂系统B亦然。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。