[發明專利]一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器及控制方法

在審

• 申請號: 202011251464.1
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112208759A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 雷瑤;王家鼎;馬晨凇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B64C27/52
• 分類號: B64C27/52;B64C27/08;B64C27/32
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述飛行器的旋翼中包括可傾斜旋翼；當飛行器工作于抗風擾工況以優化抗風性能時，所述可傾斜旋翼的旋翼所在平面相對于飛行器的機身水平面成傾斜角。

2.根據權利要求1所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述可傾斜旋翼以多自由度電機驅動；所述多自由度電機可調整轉子傾斜角以使可傾斜旋翼的旋翼相對飛行器機身水平面傾斜。

3.根據權利要求2所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述飛行器設有機載風速檢測裝置和可控制旋翼傾斜姿態的飛控模塊；當飛行器工作于低風速環境時，所述可傾斜旋翼的旋翼驅動軸垂直于飛行器的機身水平面，使飛行器以普通八軸旋翼飛行器的形態及工況運行以節省電力。

4.根據權利要求2所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述多自由度電機為轉子具備三個方向上的自由度的三自由度電機；所述三個方向上的自由度，即在一個單一作用點處進行X軸、Y軸的轉子傾斜動作以驅動旋翼傾斜，還在該作用點處進行Z軸的轉子旋轉動作以驅動旋翼旋轉。

5.根據權利要求4所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述三自由度電機包括用于驅動所述三自由度電機轉子旋轉運動的直流無刷執行器、可傾斜的內部框架和固定于機身處的外部框架；

所述三自由度電機的轉子設于內部框架處；

所述外部框架處設有音圈執行器和力矩執行器；所述音圈執行器轉子、力矩執行器轉子的輸出軸經萬向節與內部框架相連，驅動內部框架按所需角度傾斜，使三自由度電機的轉子傾斜至所需姿態。

6.根據權利要求5所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述力矩執行器以永磁電機驅動，所述永磁電機包括傾斜執行器轉子、傾斜執行器定子和纏繞線圈；所述傾斜執行器定子處的纏繞線圈可在單相電或雙相電下工作；當需減小尺寸以便于傾斜時，所述永磁電機以單相電供電；

所述內部框架處設有可對內部框架的傾斜過程進行監測的微傳感器；所述微傳感器包括慣性測量單元、編碼器和分解器；所述內部框架的最大傾斜角為45度；所述直流無刷執行器以兩個轉子結構驅動可傾斜旋翼的旋翼驅動軸，直流無刷執行器具有可減少兩個轉子結構同步速度運行時的鐵損的雙氣隙結構。

7.根據權利要求6所述的一種抗風擾可傾斜轉子的八旋翼飛行器，其特征在于：所述音圈執行器包括永磁體、音圈執行器定子、固定有線圈的線圈架和音圈執行器轉子的轉子背軛；音圈執行器以永磁體的磁化方向確定北極方向的x軸和南極方向的y軸；

音圈執行器定子和線圈架連接在音圈執行器底部的支撐板上形成底部結構，而轉子背軛和永磁體連接在音圈執行器頂部的支架上形成頂部結構；所述頂部結構與三自由度電機的內部框架相連以驅動其傾斜；

所述頂部結構和底部結構通過萬向節連接，當頂部結構相對底部結構傾斜時，永磁體的磁場方向也隨之改變；所述音圈執行器利用永磁體提供的磁場，產生與線圈架處線圈的電流成比例的扭矩；

所述音圈執行器為無齒輪、無齒隙的電機驅動結構；所述電機驅動結構可提供沒有滯后損失、易控制的恒定高扭矩，且可實現平衡和準確的轉子定位；

當頂部結構處于初始角度時，若電流流過線圈，則音圈執行器根據極化方式和重力產生負扭矩，當供電電流中斷后，頂部結構通過回復力返回到角度為0度的低功率工況；

當頂部結構的傾斜角變化時，音圈執行器的線圈電感也隨之改變；

所述轉子后軛設有包括傾斜操作范圍的擴展結構以自電阻隨傾斜角的變化；

在永磁體的北極和南極之間設有磁芯以使轉子后軛表現出最小的基本動態穩定性；

所述轉子背軛朝向端部的方向逐漸變細，以使帶凸極的音圈執行器轉子的開口最大且電感最??；

所述永磁體在線圈中產生的磁通量、磁阻與可傾斜旋翼的傾斜角度大小相關，以實現對音圈執行器的無傳感器控制。