倾转装置及其设计方法和飞行器与流程

1.本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种倾转装置及其设计方法和飞行器。


背景技术：

2.在现有技术中，飞行器包括倾转装置、及与倾转装置驱动连接的螺旋桨机构。倾转装置用于倾转螺旋桨机构，从而为飞行器提供飞行的动力。例如，在飞行器垂直起降的过程中，螺旋桨机构的转动轴线沿上下方向延伸，为飞行器提供起降的动力，在飞行器平飞的过程中，倾转装置倾转螺旋桨机构，以使螺旋桨机构的转动轴线沿水平方向延伸，为飞行器提供平飞的动力。
3.在转动轴线倾转的过程中，倾转装置受到的力矩会发生变化，倾转装置的倾转电机的输出扭矩会跟随力矩增大而增大，如此，会导致倾转电机的输出扭矩的变化幅度较大，从而会使得倾转电机的使用寿命较低。为此，本发明提出一种飞行器，旨在使倾转电机的输出扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机的使用寿命较高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种倾转装置，旨在使倾转电机的输出扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机的使用寿命较高。
5.为实现上述目的，本发明提出的倾转装置，应用于飞行器，所述飞行器具有第一平面，所述第一平面由所述飞行器的前后方向和左右方向限制出，所述飞行器包括螺旋桨机构，所述螺旋桨机构具有转动轴线，所述倾转装置包括：基座；传动机构，可拆卸连接于所述基座，所述传动机构用以供螺旋桨机构连接，所述传动机构具有供所述转动轴线相对所述第一平面倾转的倾转轴线；以及倾转电机，设于所述基座，所述倾转电机与所述传动机构驱动连接；所述转动轴线具有第一倾转区间，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的变化趋势与所述倾转装置受到的力矩的变化趋势一致，以减小所述倾转电机的输出扭矩的变化幅度，其中，所述力矩的矢量方向为所述倾转轴线的轴向；在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值与最小值之差小于或者等于3，和/或，所述传动机构的减速比的最大值与最小值之比小于或等于3。
6.可选地，所述力矩来自所述螺旋桨机构的重力、拉力、倾覆力矩、及陀螺力矩。
7.可选地，所述力矩来自所述飞行器飞行时外界环境的气流作用于所述倾转装置的力矩。
8.可选地，所述力矩来自所述传动机构的重力。
9.可选地，当所述倾转装置受到的力矩达到最大值时，所述转动轴线位于所述第一
倾转区间。
10.可选地，所述第一倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度范围为30
°‑
50
°
。
11.可选地，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的范围为1-4。
12.可选地，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过平飞倾转位、第一倾转位、第二倾转位、及垂飞倾转位，所述转动轴线具有自所述平飞倾转位到所述第一倾转位的第二倾转区间、自所述第一倾转位到所述第二倾转位的所述第一倾转区间、及自所述第二倾转位到所述垂飞倾转位的第三倾转区间，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐减小，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第三倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐增大。
13.可选地，在所述转动轴线倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值的范围为5-20。
14.可选地，在所述转动轴线倾转于所述第三倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值的范围为6-20。
15.可选地，所述第三倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为10
°‑
20
°
。
16.可选地，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐增大，在所述转动轴线于所述第一倾转区间倾转的过程中，所述传动机构的减速的最大值为a，在所述转动轴线倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值为b，b大于a。
17.可选地，在所述转动轴线自所述平飞倾转位倾转至所述第二倾转位的过程中，所述倾转装置受到的力矩逐渐增大，所述转动轴线可依次经过所述平飞倾转位、第三倾转位、及所述第一倾转位，所述第一倾转区间包括自所述平飞倾转位到所述第三倾转位的第四倾转区间、及自所述第三倾转位到所述第一倾转位的第五倾转区间，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转于所述第四倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为c，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转于所述第五倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为d，c＞d。
18.可选地，所述第四倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度小于所述第五倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度。
19.可选地，所述第四倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为0
°‑5°
，所述第五倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为5
°‑
40
°
。
20.可选地，所述传动机构包括设于所述基座的连杆机构，所述连杆机构具有所述倾转轴线，所述倾转电机通过所述连杆机构控制所述转动轴线绕所述倾转轴线相对所述第一平面倾转。
21.可选地，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述连杆机构的减速比的变化趋势与所述倾转装置受到的力矩的变化趋势一致，其中，力矩的矢量方向为倾转轴线的轴向。
22.可选地，所述连杆机构包括与所述基座转动连接的螺旋桨电机安装座、连接所述螺旋桨电机安装座的连杆、及连接所述连杆的摇杆，所述倾转电机与所述摇杆驱动连接，所
述螺旋桨机构包括具有所述转动轴线的螺旋桨电机，所述螺旋桨电机设于所述螺旋桨电机安装座，所述电机安装座具有所述倾转轴线。
23.可选地，所述倾转装置还包括设于所述基座的转接座，所述基座通过所述转接座与所述螺旋桨电机安装座转动连接。
24.可选地，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过平飞倾转位和垂飞倾转位，所述螺旋桨电机安装座具有第一抵止部，所述转接座具有在所述第一倾转方向上与所述第一抵止部相对的第二抵止部，当所述转动轴线倾转至所述垂飞倾转位时，所述第一抵止部抵接所述第二抵止部。
25.可选地，在所述转动轴线沿第二倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过垂飞倾转位和平飞倾转位，所述连杆具有第三抵止部，所述摇杆具有在所述第二倾转方向上与所述第三抵止部相对的第四抵止部，当所述转动轴线倾转至所述平飞倾转位时，所述第三抵止部抵接所述第四抵止部。
26.可选地，所述螺旋桨电机安装座包括供所述螺旋桨电机安装的安装座本体、及连接所述安装座本体的多个支撑凸耳，所述支撑凸耳与所述基座转动连接，所述支撑凸耳具有所述倾转轴线。
27.可选地，所述倾转装置还包括用以监测所述螺旋桨电机安装座的倾转角度的角度传感器。
28.可选地，所述倾转装置还包括与所述倾转电机驱动连接的蜗杆、与所述蜗杆配合的蜗轮、及连接所述蜗轮和所述摇杆的第一转轴，所述第一转轴与所述基座转动连接。
29.可选地，所述倾转装置还包括设于所述基座的两个转轴支撑座，所述第一转轴的一端转动连接于一所述转轴支撑座，所述第一转轴的另一端转动连接于另一所述转轴支撑座。
30.可选地，所述倾转装置还包括设于所述基座的两蜗杆支撑座，所述蜗杆的一端转动连接于一所述蜗杆支撑座，所述蜗杆的另一端转动连接于另一所述蜗杆支撑座。
31.可选地，所述倾转电机通过减速器与所述蜗杆连接。
32.可选地，所述倾转电机通过联轴器与所述蜗杆驱动连接。
33.可选地，所述蜗杆用于与所述蜗轮自锁，以使所述蜗轮不能驱动所述蜗杆。
34.可选地，所述蜗杆和所述蜗轮通过刹车片实现自锁。
35.可选地，所述第一转轴与所述基座相并行，所述蜗杆设于所述蜗轮和所述基座之间。
36.可选地，所述第一转轴与所述基座相并行，所述蜗杆的长度方向为所述基座朝向所述蜗轮的方向。
37.本发明还提供一种飞行器，所述飞行器包括前述的倾转装置。
38.本发明还提供一种倾转装置的设计方法，所述倾转装置的设计方法用于设计前述的倾转装置，所述倾转装置的设计方法包括以下步骤：获取在转动轴线倾转的过程中，所述倾转装置受到的力矩变化曲线；根据力矩与减速比的预设对应关系和所述力矩变化曲线，得到传动机构的减速比变化曲线；在所述力矩与减速比的预设对应关系中，于第一倾转区间，所述力矩变化曲线的变化趋势与减速比变化曲线的变化趋势一致；
根据所述减速比变化曲线设计所述传动机构。
39.本发明的技术方案中，倾转装置应用于飞行器，该飞行器包括倾转装置和螺旋桨机构。倾转装置包括基座、可拆卸连接于基座的传动机构、及设于基座的倾转电机，倾转电机与传动机构驱动连接。螺旋桨机构连接传动机构，如此，倾转电机可通过驱动传动机构来驱动螺旋桨机构。此外，传动机构与基座可拆卸连接，可便于传动机构损坏时拆下来维修或者做整体更换。螺旋桨机构具有转动轴线，可以理解，该转动轴线为螺旋桨机构的螺旋桨电机的转动轴线。传动机构具有供转动轴线相对飞行器的第一平面倾转的倾转轴线。如此，在倾转电机的驱动下，转动轴线可绕倾转轴线相对第一平面倾转。其中，第一平面由飞行器的前后方向和左右方向限制出。转动轴线具有第一倾转区间，具体而言，第一倾转区间为转动轴线在倾转过程中扫过的一个区域。在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置受到的力矩的变化趋势一致，以减小倾转电机的输出扭矩的变化幅度，其中，力矩的矢量方向为倾转轴线的轴向。也即转动轴线在第一倾转区间倾转的过程中，倾转装置受到的力矩变大时，传动机构的减速比也会变大，倾转装置受到的力矩变小时，传动机构的减速比也会变小，如此，可以使得倾转电机的输出扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机的使用寿命较高。此外，变化幅度较小的扭矩也较容易避开飞行器的固有频率，从而减少系统共振的情况发生。此外，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值与最小值之差小于或者等于3，和/或，传动机构的减速比的最大值与最小值之比小于或等于3。如此，使得减速比的变化幅度不会过大，以使传动机构运行得较为顺畅。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
41.图1为本发明倾转装置一实施例的结构示意图，其中该倾转装置的转动轴线位于垂飞倾转位；图2为图1中倾转装置又一视角的结构示意图；图3为图1中倾转装置另一视角的结构示意图；图4为图1中倾转装置再一视角的结构示意图；图5为图1中倾转装置的结构示意图，其中，该倾转装置的转动轴线位于平飞倾转位；图6为图5中倾转装置的f-f剖视图；图7为本发明倾转装置又一实施例的结构示意图；图8为倾转装置受到的力矩和传动机构的减速比关于倾转角度的关系图；图9为倾转装置的设计流程图。
42.附图标号说明：
43.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，也可以是抵接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
48.在现有技术中，飞行器包括倾转装置、及与倾转装置驱动连接的螺旋桨机构。倾转装置用于倾转螺旋桨机构，从而为飞行器提供飞行的动力。例如，在飞行器垂直起降的过程中，螺旋桨机构的转动轴线沿上下方向延伸，为飞行器提供起降的动力，在飞行器平飞的过
程中，倾转装置倾转螺旋桨机构，以使螺旋桨机构的转动轴线沿水平方向延伸，为飞行器提供平飞的动力。
49.在转动轴线倾转的过程中，倾转装置受到的力矩会发生变化，倾转装置的倾转电机的输出扭矩会跟随力矩增大而增大，如此，会导致倾转电机的输出扭矩的变化幅度较大，从而会使得倾转电机的使用寿命较低。为此，本发明提出一种倾转装置，旨在使倾转电机的输出扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机的使用寿命较高。
50.参照图1至8，在本发明一实施例中，倾转装置100应用于飞行器，该飞行器包括倾转装置100和螺旋桨机构。倾转装置100包括基座200、设于基座200的传动机构、及设于基座200的倾转电机800，倾转电机800与传动机构驱动连接。螺旋桨机构连接传动机构，如此，倾转电机800可通过驱动传动机构来驱动螺旋桨机构倾转。此外，传动机构与基座200可拆卸连接，可便于传动机构损坏时拆下来维修或者做整体更换。螺旋桨机构具有转动轴线，可以理解，该转动轴线为螺旋桨机构的螺旋桨电机900的转动轴线。传动机构具有供转动轴线相对飞行器的第一平面倾转的倾转轴线。如此，在倾转电机800的驱动下，转动轴线可绕倾转轴线相对第一平面倾转。其中，第一平面由飞行器的前后方向和左右方向限制出。转动轴线具有第一倾转区间，具体而言，第一倾转区间为转动轴线在倾转过程中扫过的一个区域。在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势一致，以减小倾转电机800的输出扭矩的变化幅度，其中，力矩的矢量方向为倾转轴线的轴向。也即转动轴线在第一倾转区间倾转的过程中，倾转装置100受到的力矩变大时，传动机构的减速比也会变大，倾转装置100受到的力矩变小时，传动机构的减速比也会变小，如此，可以使得倾转电机800的输出扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机800的使用寿命较高。此外，变化幅度较小的扭矩也较容易避开飞行器的固有频率，从而减少系统共振的情况发生。此外，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值与最小值之差小于或者等于3，和/或，传动机构的减速比的最大值与最小值之比小于或等于3。如此，使得减速比的变化幅度不会过大，以使传动机构运行得较为顺畅。
51.需要说明的是，以减小倾转电机800的输出扭矩的变化幅度指的是以使倾转电机800的输出扭矩的变化幅度小于预设变化幅度。
52.可选地，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值与最小值之差小于或者等于1.5。如此，使得减速比的变化幅度不会过大，以使传动机构运行得较为顺畅。
53.可选地，在一实施例中，在倾转电机800的驱动下，转动轴线可转动的单位角度的最大值小于或等于0.1
°
。如此，提高了倾转装置100的执行精度。然本设计不限于此，于其他实施例中，转动轴线可转动的单位角度的最大值小于或等于1
°
。
54.力矩的来源有很多，但最终都可以转化为对倾转装置100的力矩，可选地，在一实施例中，力矩来自螺旋桨机构的重力、拉力、倾覆力矩、及陀螺力矩。螺旋桨机构的重力、拉力、倾覆力矩、及陀螺力矩可从飞行包线获取。可选地，在一实施例中，力矩来自飞行器飞行时外界环境的气流作用于倾转装置100的力矩。气流作用于倾转装置100的力矩可从飞行包线获取。可选地，在一实施例中，力矩来自传动机构的重力。
55.在现有技术中，当倾转装置100受到的力矩达到最大值时，倾转电机800的输出扭矩也会达到最大值，如此会根据该最大输出扭矩选取功率较大的倾转电机800，从而使得飞
行器的生产成本较高，为降低倾转电机800所需的功率，降低飞行器的生产成本，可选地，在一实施例中，当倾转装置100受到的力矩达到最大值时，转动轴线位于第一倾转区间。如此，在第一区间内，当倾转装置100受到的力矩达到最大值时，传动机构的减速比会达到最大值，以使倾转电机800的输出扭矩较小，从而使得倾转电机800的功率可以较小，进而降低飞行器的生产成本。
56.可选地，在一实施例中，第一倾转区间可供转动轴线倾转的角度范围为30
°‑
50
°
。如此，第一倾转区间可供转动轴线倾转的角度占转动轴线可倾转的最大角度的比值较大。如此，在转动轴线倾转的整个过程中，倾转电机800输出的扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机800的使用寿命较高。然本设计不限于此，于其他实施例中，第一倾转区间可供转动轴线倾转的角度范围为0
°‑
90
°
。
57.可选地，在一实施例中，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的范围为1-4。如此，较低的减速比有利于传动机构快速响应，从而有利于转动轴线较快地到达所需的倾转位。
58.可选地，在一实施例中，在转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，转动轴线可依次经过平飞倾转位、第一倾转位、第二倾转位、及垂飞倾转位。当转动轴线倾转至平飞倾转位时，螺旋桨机构能为飞行器提供平飞的动力，当转动轴线倾转至垂飞倾转位时，螺旋桨机构能为飞行器提供升降的动力。不失一般性，转动轴线位于平飞倾转位时，转动轴线与第一平面所呈的夹角为0
°
，实际情况下允许有5
°
的误差，转动轴线位于垂飞倾转位时，转动轴线与第一平面所呈的夹角为90
°
，实际情况下允许有5
°
的误差。转动轴线具有自平飞倾转位到第一倾转位的第二倾转区间、自第一倾转位到第二倾转位的第一倾转区间、及自第二倾转位到垂飞倾转位的第三倾转区间。在转动轴线沿第一倾转方向倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比逐渐减小，也即转动轴线沿自垂飞倾转位到平飞倾转位的方向倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比逐渐增大，在第二倾转区间内，传动机构的减速比的最大值在平飞倾转位。可以理解，减速比越大，则倾转电机800的输出轴转动相同的圈数下，转动轴线倾转的角度就越小，如此，有利于更为精准地控制转动轴线到达平飞倾转位。在转动轴线沿第一倾转方向倾转于第三倾转区间的过程中，传动机构的减速比逐渐增大。如此，在第三倾转区间内，传动机构的减速比的最大值在垂飞倾转位。如此，有利于更为精准地控制转动轴线到达垂飞倾转位。
59.具体而言，可以参照图8，以倾转角度的数值为x轴，减速比的数值为y1轴、减速比的线条为g，在该图像中，传动机构的减速比在第二倾转区间的图像表征在0-b区间，传动机构的减速比在第一倾转区间的图像表征在b-c，传动机构的减速比在第三倾转区间的图像表征在c-d。
60.然本设计不限于此，于其他实施例中，第一倾转区间可供转动轴线的倾转角度为转动轴线可倾转的最大角度。如此，在转动轴线倾转的整个过程中，倾转电机800输出的扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机800的使用寿命较高。
61.可选地，在一实施例中，在转动轴线倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值的范围为5-20。如此，较大的减速比有利于更为精准地控制转动轴线到达平飞倾转位。
62.可选地，在一实施例中，在转动轴线倾转于第三倾转区间的过程中，传动机构的减
速比的最大值的范围为6-20。如此，较大的减速比有利于更为精准地控制转动轴线到达垂飞倾转位。
63.可选地，在一实施例中，第三倾转区间可供转动轴线倾转的角度的范围为10
°‑
20
°
。如此，第三倾转区间可供转动轴线倾转的角度占转动轴线可倾转的最大角度的比值较小，以为第一倾转区间腾出更多的区间，以使得第一倾转区间可供转动轴线倾转的角度占转动轴线可倾转的最大角度的比值较大。如此，在转动轴线倾转的过程中，有利于倾转电机800输出的扭矩的变化幅度较小，从而使得倾转电机800的使用寿命较高。
64.可选地，在一实施例中，在转动轴线沿第一倾转方向倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比逐渐增大，在转动轴线于第一倾转区间倾转的过程中，传动机构的减速的最大值为a，在转动轴线倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值为b，b大于a。又由于转动轴线沿第一倾转方向倾转于第三倾转区间的过程中，传动机构的减速比又是逐渐增大的。在此定义转动轴线在第三倾转区间的倾转过程中，传动机构的减速比的最大值为e。可得，e大于a。如此，转动轴线靠近平飞倾转位和垂飞倾转位时，传动机构都具有较大的减速比，而转动轴线倾转于第一倾转区间时，传动机构具有较小的减速比，从而使得倾转装置100能将转动轴线控制于平飞倾转位和垂飞倾转位时控制得较为精准，又使得倾转装置100能将转动轴线较为快速地经过第一倾转区间，使得转动轴线能较为快速地到达平飞倾转位和垂飞倾转位。
65.值得一提的是，可选地，在一实施例中，在转动轴线自平飞倾转位倾转至第二倾转位的过程中，倾转装置100受到的力矩逐渐增大。可以理解，在转动轴线倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势不同。这是为了倾转装置100对转动轴线在靠近平飞倾转位时能实现较为精准地控制。当然，在其他实施例中，为使得在转动轴线倾转的过程中，倾转电机800输出的扭矩的变化幅度较小，可使得在转动轴线倾转于第二倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势一致。具体可参照图8，以倾转角度的数值为x轴，倾转机构所受到的力矩的数值为y2轴，该力矩的线条为m。
66.此外，可选地，在一实施例中，在转动轴线自第二倾转位倾转至垂飞倾转位的过程中，倾转装置100受到的力矩逐渐减小。可以理解，在转动轴线倾转于第三倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势不同。这是为了倾转装置100对转动轴线在靠近平飞倾转位时能实现较为精准地控制。当然，在其他实施例中，为使得在转动轴线倾转的过程中，倾转电机800输出的扭矩的变化幅度较小，可使得在转动轴线倾转于第三倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势一致。
67.可选地，在一实施例中，在转动轴线自平飞倾转位倾转至第二倾转位的过程中，倾转装置100受到的力矩逐渐增大，转动轴线可依次经过平飞倾转位、第三倾转位、及第一倾转位，第一倾转区间包括自平飞倾转位到第三倾转位的第四倾转区间、及自第三倾转位到第一倾转位的第五倾转区间，在转动轴线沿第一倾转方向倾转于第四倾转区间的过程中，传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为c，在转动轴线沿第一倾转方向倾转于第五倾转区间的过程中，传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为d，c＞d。参照图8，以倾转角度的数值为x轴，减速比的数值为y1轴、减速比的线条为g，在该图像中，传动机构的减
速比在第四倾转区间的图像表征在0-a区间，传动机构的减速比在第五倾转区间的图像表征在a-b区间，可以看出在第四倾转区间，减速比的线条较陡，而在第五倾转区间，减速比的线条较缓。如此，可以使转动轴线从平飞倾转位往垂飞倾转位倾转的过程中，减速比能快速地下降至比较低的值，以使得转动装置受到数值较低的力矩时，传动机构的减速比能较低，从而使得在转动轴线倾转的过程中，倾转电机800输出的扭矩的平均变化幅度较小。此外，在该图像中，第五倾转区间的减速比的线条较为平缓，有利于为第四倾转区间和第一倾转区间提供过渡，减小设计传动机构的难度。
68.可选地，在一实施例中，第四倾转区间可供转动轴线倾转的角度小于第五倾转区间可供转动轴线倾转的角度。如此，有利于进一步提高c的数值，以及进一步减小d的数值。如此，可以使转动轴线从平飞倾转位往垂飞倾转位倾转的过程中，减速比能更快速地下降至比较低的值，以使得转动装置受到数值较低的力矩时，传动机构的减速比能较低，从而使得在转动轴线倾转的过程中，倾转电机800输出的扭矩的变化幅度更小。此外，在该图像中，第五倾转区间的减速比的线条更为平缓，有利于为第四倾转区间和第一倾转区间提供过渡，减小设计传动机构的难度。
69.可选地，在一实施例中，第四倾转区间可供转动轴线倾转的角度的范围为0
°‑5°
，第五倾转区间可供转动轴线倾转的角度的范围为5
°‑
40
°
。如此，可使得第四倾转区间的大小与第五倾转区间的大小相差较大。
70.可选地，在一实施例中，传动机构包括设于基座200的连杆330机构，连杆330机构具有倾转轴线，倾转电机800通过连杆330机构控制转动轴线相对第一平面倾转，减速比为连杆330机构的减速比。然本设计不限于此，于其他实施例中，传动机构包括设于基座200的齿轮机构，齿轮机构具有倾转轴线，倾转电机800通过齿轮机构控制转动轴线相对第一平面倾转。
71.可选地，在一实施例中，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，连杆330机构的减速比的变化趋势与倾转装置100受到的力矩的变化趋势一致，其中，力矩的矢量方向为倾转轴线的轴向。如此，可通过设计连杆330机构来设计传动机构。
72.可选地，在一实施例中，连杆330机构包括与基座200转动连接的螺旋桨电机安装座310、连接螺旋桨电机安装座310的连杆330、及连接连杆330的摇杆340，倾转电机800与摇杆340驱动连接，螺旋桨机构包括具有转动轴线的螺旋桨电机900，螺旋桨电机900设于螺旋桨电机安装座310，螺旋桨电机安装座310具有倾转轴线。如此，倾转电机800可带动摇杆340转动，摇杆340带动连杆330运动，连杆330带动螺旋桨电机安装座310运动，进而带动设于螺旋桨电机安装座310的螺旋桨电机900电机倾转。
73.可选地，在一实施例中，倾转装置100还包括设于基座200的转接座400，基座200通过转接座400与螺旋桨电机安装座310转动连接。如此，可减小基座200的加工难度。当然，在其他实施例中，螺旋桨电机安装座310也可以直接与基座200转动连接，以减少倾转装置100的装配步骤。
74.可选地，在一实施例中，在转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，转动轴线可依次经过平飞倾转位和垂飞倾转位，螺旋桨电机安装座310具有第一抵止部，转接座400具有在第一倾转方向上与第一抵止部相对的第二抵止部410，当转动轴线倾转至垂飞倾转位时，第一抵止部抵接第二抵止部410。如此，可以避免倾转电机800失控时，转动轴线继续沿第一
倾转方向倾转而超出垂飞倾转位，从而减少飞行器的事故发生。
75.可选地，在一实施例中，在转动轴线沿第二倾转方向倾转的过程中，转动轴线可依次经过垂飞倾转位和平飞倾转位，连杆330具有第三抵止部，摇杆340具有在第二倾转方向上与第三抵止部相对的第四抵止部，当转动轴线倾转至平飞倾转位时，第三抵止部抵接第四抵止部。如此，可以避免倾转电机800失控时，转动轴线继续沿第二倾转方向倾转而超出平飞倾转位，从而减少飞行器的事故发生。
76.可选地，在一实施例中，螺旋桨电机安装座310包括供螺旋桨电机900安装的安装座本体311、及连接安装座本体311的多个支撑凸耳312，支撑凸耳312与基座200转动连接，支撑凸耳312具有倾转轴线。多个支撑凸耳312为安装座本体311连接基座200提供较多的连接结构，使得安装座本体311在转动过程中可以较为平稳。
77.可选地，在一实施例中，倾转装置100还包括用以监测螺旋桨电机安装座310的倾转角度的角度传感器700。如此，可通过监测电机安装座的倾转角度来监测转动轴线的倾转角度，以实时监测转动轴线的角度变化。角度传感器700还可与飞管计算机连接，以为飞行器对倾转装置100的控制、及后续机构优化做数据支撑。进一步地，在一实施例中，倾转装置100还包括设于基座200的传感器支撑座710，角度传感器700设于传感器支撑座710，角度传感器700通过转接件与螺旋桨电机安装座310连接。然本设计不限于此，于其他实施例中，角度传感器700还可以配置为无接触角度传感器700。
78.可选地，在一实施例中，倾转装置100还包括与倾转电机800驱动连接得蜗杆520、与蜗杆520配合得蜗轮510、及连接蜗轮510和摇杆340的第一转轴600，第一转轴600与基座200转动连接。如此，倾转电机800可通过涡轮蜗杆520减少螺旋桨机构倾转时传递过来的力，避免倾转电机800的输出轴承受的力过大，从而延长倾转电机800的使用寿命。
79.可选地，在一实施例中，倾转装置100还包括设于基座200的两个转轴支撑座610，第一转轴600的一端转动连接于一转轴支撑座610，第一转轴600的另一端转动连接于另一转轴支撑座610。如此，两转轴支撑座610为第一转轴600提供支撑，使得转轴转动地较为平稳，此外也减少倾转电机800的输出轴的所受的力，从而延长倾转电机800的使用寿命。
80.可选地，在又一实施例中，倾转装置100还包括供倾转电机800装设的倾转电机安装座810、及供蜗杆520装设的蜗杆520安装座，倾转电机安装座810和蜗杆520安装座连接两所述转轴支撑座610，以提高转轴支撑座610的支撑刚度。
81.可选地，在一实施例中，倾转装置100还包括设于基座200的两蜗杆支撑座530，蜗杆520的一端转动连接于一蜗杆支撑座530，蜗杆520的另一端转动连接于另一蜗杆支撑座530。如此，两蜗杆支撑座530为蜗杆520提供支撑，使得蜗杆520转动地较为平稳，此外也减少倾转电机800的输出轴的所受的力，从而延长倾转电机800的使用寿命。
82.可选地，在一实施例中，倾转电机800通过减速器与蜗杆520连接。如此，可以降低蜗轮510和蜗杆520受力，提高蜗轮510和蜗杆520的安全裕度。
83.可选地，在一实施例中，倾转电机800通过联轴器820与蜗杆520驱动连接。如此，力矩的波动导致的冲击被联轴器820隔离掉，保护了倾转驱动电机。
84.可选地，在一实施例中，蜗杆520用于与蜗轮510自锁，以使蜗轮510不能驱动蜗杆520。如此，实现了转动轴线在任何倾转位时，蜗轮510都不能驱动蜗杆520，减少在转动轴线倾转的过程中螺旋桨机构传递至倾转电机800的力，从而延长倾转电机800的使用寿命。然
本设计不限于此，在一实施例中，蜗杆520和蜗轮510通过刹车片实现自锁。
85.蜗杆520设置的位置有很多种，可选地，在一实施例中，第一转轴600与基座200相并行，蜗杆520设于蜗轮510和基座200之间。可选地，在又一实施例中，第一转轴600与基座200相并行，蜗杆520的长度方向为基座200朝向蜗轮510的方向。如此，使得蜗轮510和蜗杆520的先后安装顺序无要求，便于对涡轮和蜗杆520维修。
86.本发明还提出一种飞行器，该飞行器包括前述的倾转装置，该倾转装置的具体结构参照上述实施例，由于本飞行器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
87.参照图9，本发明还提供一种倾转装置的设计方法，所述倾转装置的设计方法用于设计前述的倾转装置，所述倾转装置的设计方法包括以下步骤：s100:获取在所述转动轴线倾转的过程中，所述倾转装置受到的力矩变化曲线。
88.该力矩变化曲线可从飞行包线获取，力矩可但不限于来源于螺旋桨机构的重力、拉力、倾覆力矩、陀螺力矩、飞行器飞行时外界环境的气流作用于倾转装置的力矩、及传动机构的重力。
89.s200：根据力矩与减速比的预设对应关系和所述力矩变化曲线，得到传动机构的减速比变化曲线；在所述力矩与减速比的预设对应关系中，于所述第一倾转区间，所述力矩变化曲线的变化趋势与减速比变化曲线的变化趋势一致。力矩与减速比的预设对应关系可为理论推导得出的公式。还可以通过实验数据拟合得出，例如在限定倾转电机的输出扭矩的变化幅度的情况下，在不同的倾转角度下选择合适的减速比，然后通过拟合的方式来得到力矩与减速比的预设对应关系。
90.s300：根据所述减速比变化曲线设计所述传动机构。例如，传动机构包括连杆机构时，可根据减速比的变化曲线来设计连杆机构各连杆的长度比。
91.如此，当倾转装置应用有该设计出的传动机构时，可以选用输出扭矩的变化幅度较小的倾转电机。
92.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种倾转装置，应用于飞行器，所述飞行器具有第一平面，所述第一平面由所述飞行器的前后方向和左右方向限制出，所述飞行器包括螺旋桨机构，所述螺旋桨机构具有转动轴线，其特征在于，所述倾转装置包括：基座；传动机构，可拆卸连接于所述基座，所述传动机构用以供螺旋桨机构连接，所述传动机构具有供所述转动轴线相对所述第一平面倾转的倾转轴线；以及倾转电机，设于所述基座，所述倾转电机与所述传动机构驱动连接；所述转动轴线具有第一倾转区间，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的变化趋势与所述倾转装置受到的力矩的变化趋势一致，以减小所述倾转电机的输出扭矩的变化幅度，其中，所述力矩的矢量方向为所述倾转轴线的轴向；在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值与最小值之差小于或者等于3，和/或，所述传动机构的减速比的最大值与最小值之比小于或等于3。2.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，所述力矩来自所述螺旋桨机构的重力、拉力、倾覆力矩、及陀螺力矩；和/或，所述力矩来自所述飞行器飞行时外界环境的气流作用于所述倾转装置的力矩；和/或，所述力矩来自所述传动机构的重力。3.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，当所述倾转装置受到的力矩达到最大值时，所述转动轴线位于所述第一倾转区间。4.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，所述第一倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度范围为30
°‑
50
°
；和/或，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的范围为1-4。5.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过平飞倾转位、第一倾转位、第二倾转位、及垂飞倾转位，所述转动轴线具有自所述平飞倾转位到所述第一倾转位的第二倾转区间、自所述第一倾转位到所述第二倾转位的所述第一倾转区间、及自所述第二倾转位到所述垂飞倾转位的第三倾转区间，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐减小，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第三倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐增大。6.如权利要求5所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值的范围为5-20；和/或，在所述转动轴线倾转于所述第三倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比的最大值的范围为6-20；和/或，所述第三倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为10
°‑
20
°
；和/或，在所述转动轴线沿所述第一倾转方向倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比逐渐增大，在所述转动轴线于所述第一倾转区间倾转的过程中，所述传动机构的减速的最大值为a，在所述转动轴线倾转于所述第二倾转区间的过程中，所述传动
机构的减速比的最大值为b，b大于a。7.如权利要求5所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线自所述平飞倾转位倾转至所述第二倾转位的过程中，所述倾转装置受到的力矩逐渐增大，所述转动轴线可依次经过所述平飞倾转位、第三倾转位、及所述第一倾转位，所述第一倾转区间包括自所述平飞倾转位到所述第三倾转位的第四倾转区间、及自所述第三倾转位到所述第一倾转位的第五倾转区间，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转于所述第四倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为c，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转于所述第五倾转区间的过程中，所述传动机构的减速比在单位倾转角度的变化量为d，c＞d。8.如权利要求7所述的倾转装置，其特征在于，所述第四倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度小于所述第五倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度。9.如权利要求8所述的倾转装置，其特征在于，所述第四倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为0
°‑5°
，所述第五倾转区间可供所述转动轴线倾转的角度的范围为5
°‑
40
°
。10.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，所述传动机构包括设于所述基座的连杆机构，所述连杆机构具有所述倾转轴线，所述倾转电机通过所述连杆机构控制所述转动轴线绕所述倾转轴线相对所述第一平面倾转。11.如权利要求10所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线倾转于所述第一倾转区间的过程中，所述连杆机构的减速比的变化趋势与所述倾转装置受到的力矩的变化趋势一致，其中，力矩的矢量方向为倾转轴线的轴向。12.如权利要求10所述的倾转装置，其特征在于，所述连杆机构包括与所述基座转动连接的螺旋桨电机安装座、连接所述螺旋桨电机安装座的连杆、及连接所述连杆的摇杆，所述倾转电机与所述摇杆驱动连接，所述螺旋桨机构包括具有所述转动轴线的螺旋桨电机，所述螺旋桨电机设于所述螺旋桨电机安装座，所述螺旋桨电机安装座具有所述倾转轴线。13.如权利要求12所述的倾转装置，其特征在于，所述倾转装置还包括设于所述基座的转接座，所述基座通过所述转接座与所述螺旋桨电机安装座转动连接。14.如权利要求13所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线沿第一倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过平飞倾转位和垂飞倾转位，所述螺旋桨电机安装座具有第一抵止部，所述转接座具有在所述第一倾转方向上与所述第一抵止部相对的第二抵止部，当所述转动轴线倾转至所述垂飞倾转位时，所述第一抵止部抵接所述第二抵止部。15.如权利要求12所述的倾转装置，其特征在于，在所述转动轴线沿第二倾转方向倾转的过程中，所述转动轴线可依次经过垂飞倾转位和平飞倾转位，所述连杆具有第三抵止部，所述摇杆具有在所述第二倾转方向上与所述第三抵止部相对的第四抵止部，当所述转动轴线倾转至所述平飞倾转位时，所述第三抵止部抵接所述第四抵止部；和/或，所述螺旋桨电机安装座包括供所述螺旋桨电机安装的安装座本体、及连接所述安装座本体的多个支撑凸耳，所述支撑凸耳与所述基座转动连接，所述支撑凸耳具有所述倾转轴线；和/或，所述倾转装置还包括用以监测所述螺旋桨电机安装座的倾转角度的角度传感器。16.如权利要求12所述的倾转装置，其特征在于，所述倾转装置还包括与所述倾转电机
驱动连接的蜗杆、与所述蜗杆配合的蜗轮、及连接所述蜗轮和所述摇杆的第一转轴，所述第一转轴与所述基座转动连接。17.如权利要求16所述的倾转装置，其特征在于，所述倾转装置还包括设于所述基座的两个转轴支撑座，所述第一转轴的一端转动连接于一所述转轴支撑座，所述第一转轴的另一端转动连接于另一所述转轴支撑座；和/或，所述倾转装置还包括设于所述基座的两蜗杆支撑座，所述蜗杆的一端转动连接于一所述蜗杆支撑座，所述蜗杆的另一端转动连接于另一所述蜗杆支撑座；和/或，所述倾转电机通过减速器与所述蜗杆连接；和/或，所述倾转电机通过联轴器与所述蜗杆驱动连接。18.如权利要求16所述的倾转装置，其特征在于，所述蜗杆用于与所述蜗轮自锁，以使所述蜗轮不能驱动所述蜗杆。19.如权利要求18所述的倾转装置，其特征在于，所述蜗杆和所述蜗轮通过刹车片实现自锁。20.如权利要求16所述的倾转装置，其特征在于，所述第一转轴与所述基座相并行，所述蜗杆设于所述蜗轮和所述基座之间；或，所述第一转轴与所述基座相并行，所述蜗杆的长度方向为所述基座朝向所述蜗轮的方向。21.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1至20任一项所述的倾转装置。22.一种倾转装置的设计方法，用于设计如权利要求1至20任一项所述的倾转装置，其特征在于，所述倾转装置的设计方法包括以下步骤：获取在转动轴线倾转的过程中，所述倾转装置受到的力矩变化曲线；根据力矩与减速比的预设对应关系和所述力矩变化曲线，得到传动机构的减速比变化曲线；在所述力矩与减速比的预设对应关系中，于第一倾转区间，所述力矩变化曲线的变化趋势与减速比变化曲线的变化趋势一致；根据所述减速比变化曲线设计所述传动机构。

技术总结
本发明公开一种倾转装置及其设计方法和飞行器，其中倾转装置应用于具有第一平面的飞行器，飞行器的螺旋桨机构具有转动轴线，倾转装置包括基座、传动机构、及倾转电机，传动机构可拆卸连接于基座，传动机构用以供螺旋桨机构连接，传动机构具有供转动轴线相对第一平面倾转的倾转轴线，倾转电机设于基座，倾转电机与传动机构驱动连接；转动轴线具有第一倾转区间，在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的变化趋势与倾转装置受到的力矩的变化趋势一致；在转动轴线倾转于第一倾转区间的过程中，传动机构的减速比的最大值与最小值之差≤3，和/或，之比≤3。本发明的技术方案旨在使倾转电机的输出扭矩的变化幅度较小。较小。较小。


技术研发人员：王长云 谢晒明 高卫亮 顾兴胜 薛松柏
受保护的技术使用者：浙江吉利控股集团有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/11