CN117500725A - 飞行器、特别是个人空中机动飞行器或无人机、环形螺旋桨单元以及包括该单元的船 - Google Patents

Abstract

一种飞行器，特别是个人空中机动飞行器或无人机，包括：一个或多个环形螺旋桨(2)，其具有一个或多个叶片(3)，该叶片(3)从转子环主体(2A)朝向转子环(2A)的轴线(4)径向延伸；以及一个或多个带传动装置(5)，其将每个环形螺旋桨(2)的转子环(2A)与包括电动马达的马达单元(P)的输出轴连接。提供了各种替代技术来旋转地支撑转子环(2A)。设想了各种飞行器构造，包括竖直起飞和水平飞行构造。飞行器表面覆盖有成组的光伏太阳能电池(PV)，借助于由电子板(204)控制的DC‑DC转换器(203)，这些电池连接到主电池包(201)，以用于为驱动环形螺旋桨的电动马达(M)供电，并且连接到辅助电池(202)，以用于为机载电路供电。

Description

飞行器、特别是个人空中机动飞行器或无人机、环形螺旋桨单 元以及包括该单元的船

技术领域

本发明涉及飞行器，特别是涉及个人空中机动飞行器和无人机。本发明还涉及可用在这种类型的飞行器中的环形螺旋桨单元，以及使用这种环形螺旋桨单元的船。

背景技术

近年来，已提出各种类型的无人机和小型飞行器用于个人空中机动。迄今为止出现的解决方案中的共同缺点在于推进转子的低效率、用于驱动转子的马达系统的构造复杂以及相对降低的自主性。

发明人之一Pietro Perlo多年来一直致力于旨在实现高效推进转子的研究和调查。例如，文献EP 1 524 189 A1涉及一种微型飞行器，其可与移动电话相关联，并且包括基本上平面的结构，其中结合有四个涵道推进转子，这些转子基本上彼此共面。这四个推进转子中的每一个包括旋转环，其可旋转地安装在穿过该平面结构形成的具有竖直轴线的圆柱形开口内，并且限定用于由转子产生的气流的引导涵道。这四个转子中的每一个包括至少一个叶片，该叶片从该旋转环的主体朝向转子的中心轴线径向延伸。上述已知的解决方案是为微小尺寸的飞行器开发，并且因此，没有涉及在例如旨在用于运输负载(例如，用于递送包裹)的自驾驶无人机或者用于个人空中移动的飞行器的情况下遇到的更重要的问题的解决方案。

相同申请人已经在文件WO 2020/261102中提出了将上述概念应用于个人空中机动飞行器的一个示例。

从US2020/062385A1已知一种具有权利要求1的前序部分中表明的特征的飞行器。该文献中描述的飞行器具有由与围绕转子施加的一个或多个带的外表面摩擦接合的齿轮或齿辊驱动的转子。

然而，在JP2001097288A中示意性地例示了用于驱动直升机转子的带传动装置，但是没有任何关于可如何具体实施该解决方案的解释。

US2006/196991 A1和US2018/178898 A1中例示了其他已知的解决方案。

本发明的目的

本发明的目的在于改进WO 2020/261102中提出的解决方案。

特别地，本发明的一个目的在于生产具有推进转子的驱动系统的个人空中机动飞行器或无人机，该驱动系统的特征在于高效率，特别是在以下方面，即：对于与推进转子的直径相同的值，具有高推力/重量比。

本发明的另一个目的在于提出一种上述类型的飞行器，其中，推进转子的驱动系统的特征在于极低的噪声水平。

本发明的另一个目的在于提供一种上述类型的飞行器，其中，推进转子的驱动系统构造简单且具有低成本，并且同时可靠。

本发明的再一目的在于提出用于具有极高升力特性和防失速特性的个人空中机动飞行器的一系列优选构造。

发明内容

为了实现一个或多个前述目的，本发明涉及一种具有权利要求1中表明的特征的飞行器。

本发明的其他优选的特性和优点在从属权利要求中表明。

本发明还涉及一种根据权利要求39的环形螺旋桨单元。根据本发明的环形螺旋桨单元可用在任何类型的交通工具中，并且特别是也可用在船中。

附图说明

现在将参考仅作为非限制性示例提供的附图来描述本发明，其中：

-图1是根据本发明的飞行器的机翼的局部剖视透视图，

-图2图示了图1的变体，

-图3是图1、图2中所示的环形螺旋桨的剖视图，

-图4图示了图3的放大细节，

-图5图示了图3的变体，

-图6图示了根据不同实施例的图3的相同剖面，

-图7是配备有根据图6的实施例制造的环形螺旋桨的机翼的透视图，

-图8是图7的环形螺旋桨中使用的板片弹簧的局部透视图，

-图9、图10是图8的板片弹簧的侧视图和平面图，

-图11是本发明的另一实施例中使用的盘形弹簧的局部透视和放大比例视图，

-图12是图11的盘形弹簧的附加局部透视图，

-图13图示了图12的变体，

-图14图示了在转子环静止的状况下使用图12的盘形弹簧的实施例中的环形螺旋桨的剖面，

-图15图示了在转子环处于运动中的状况下的与图14相同的剖面，

-图16是使用图12的盘形弹簧的环形螺旋桨的整体视图，

-图17是本发明的另一个实施例中用于旋转地支撑转子环的类型的球支撑件的局部剖视透视图，

-图18是使用图17中所示的类型的水平定向的球支撑件的实施例中的转子环的剖面的细节的放大比例视图，

-图19是图18的变体，

-图20是根据本发明的飞行器中使用的环形螺旋桨的另一个实施例的视图，

-图21是图20的环形螺旋桨的局部剖视图，

-图22图示了图21的放大细节，

-图23图示了图21的变体，

-图24图示了图21的变体，

-图25是根据本发明的飞行器中使用的螺旋桨的另一个实施例的透视图，

-图26是图25的螺旋桨的剖视图，

-图27是图26的细节的放大比例的视图，

-图28是根据本发明的飞行器中使用的螺旋桨的另一个实施例的透视图，

-图29是图28的螺旋桨的剖视图，

-图30图示了设有由相同马达单元驱动的两个螺旋桨的根据本发明的飞行器的机翼，

-图31、32是根据本发明的飞行器的第一构造的两个透视图，

-图33-37是根据本发明的飞行器的附加构造的透视图，

-图38是一种变体的透视图，其中，相同的转子由两个电动马达借助于相同的传动带驱动，

-图39是另一变体的透视图，其中，转子由电动马达借助于传动带驱动，该传动带还接合位于转子相对于马达的相对侧上的辅助带轮，

-图40、41示出了根据本发明的飞行器转子的推进系统的附加变体，

-图42、43示出了本发明的飞行器的另一实施例的飞行姿态和起飞/降落姿态，

-图44、45示出了本发明的飞行器的另一实施例的飞行姿态和起飞/降落姿态，

-图46、47是飞行器的光伏电池与机载电池之间的连接电路的两个替代示图，

-图48是示出了层状结构的分层的示意性剖视图，该层状结构结合光伏太阳能电池，该光伏太阳能电池被应用到飞行器的表面，

-图49是根据本发明的使用两个环形螺旋桨单元的船的实施例示例的透视图，

-图50、51是相应地具有缩回和抽出的水翼的图49的船的两个附加透视图，

-图52是图49的船的另一个透视图，其透明地示出了用于为驱动螺旋桨单元的电驱动马达供电的电池包，

-图53是图49的船的推进系统和水翼的示意性透视图，

-图54是船的后视图，以及

-图55图示了图54的放大细节。

具体实施方式

参考图1-4，根据本发明的飞行器的实施例示例包括机翼1，其中结合了环形螺旋桨2。如图4中详细可见的，环形螺旋桨2包括转子环2A，其可旋转地安装在由机翼1的结构限定的固定环2B内。转子环2A承载一个或多个叶片3(示例参考三个叶片的情况)，该叶片3从转子环2A朝向螺旋桨2的轴线4径向延伸。在一个优选实施例中，叶片3具有可变桨距类型，具有可变的攻角。桨距也可变为负，以获得推力的反转(可逆螺旋桨)。

转子环2A的旋转由马达单元P借助于带传动装置5来控制。在图1的示例中，马达单元P由具有高扭矩马达的径向通量或轴向通量的电动马达M构成。

在图2的示例中，马达单元P包括电动马达M和减速器单元R。在两种情况下，带轮6被安装在马达单元P的输出轴上，以接合闭环带B，该闭环带B也接合在转子环2A的侧向表面上。如果马达具有“扭矩马达”类型，则转子可集成带轮本身。由支撑结构1限定的固定环具有供带B通过的一个或多个开口。在图1-4的示例中，该固定环具有围绕转子环2A的内周向壁，该内周向壁对于周向延伸的整个扇区是中断的，以便不干扰带B。

如图4中详细可见的，在所示的示例中，转子环2A的侧向表面具有用于接合带B的周向槽7。在一个示例中，传动带B具有弹性材料的主体，并且包括一个或多个金属线(未示出)。

在附图中所示的示例中，带B具有梯形剖面，并且接收其的腔7具有对应形状的剖面。

还如图4中可见的，固定环2B具有限定环形螺旋桨的圆柱形涵道表面的内周向壁，该圆柱形涵道表面用于引导由转子环的旋转产生的空气流。

在具体图示的示例中，机翼1的结构具有上部部分1A和下部部分1B(参见图4)。机翼结构的部分1A、1B限定了周向腔，转子环2A被可旋转地安装在该周向腔内，从而使得转子环2A的侧向表面自由，在该侧表面处该转子环2A与带B接合。

仍然参考图4，转子环2A被可旋转地安装在由机翼1的结构限定的周向槽9内。特别地，周向腔9由形成结构1的上部部分1A的一部分的上壁10A和侧壁10B以及由机翼结构1的上部部分1A和下部部分1B限定的下壁10C和侧壁10D界定。如图4中可见的，侧壁10B、10D被构造成使得转子环2A的侧表面的中心部分自由地接合带B。

图4没有详细示出在腔9内旋转地支撑转子环2A的装置，这将在下面描述。

图5图示了在其中螺旋桨引导涵道的轴向尺寸H2相对于图3的解决方案的情况下的螺旋桨引导涵道的轴向尺寸H1减小的解决方案的情况下的与图3相同的剖面。

图6图示了与图4的剖视图相对应的剖视图，并且示出了用于旋转地支撑转子环2A的装置的实施例示例。

如上面所表明的，叶片3具有可变桨距类型，并且为此，它们绕其纵向轴线被可旋转地支撑，该旋转由致动器装置(未图示)控制。这些构造细节在此未图示，因为它们能够以任何已知的方式制造，并且也使附图更简单。

如在此所示的所有实施例中一样，转子环2A的内周向表面200具有预定轮廓，以引导由螺旋桨产生的气流。类似地，结构部分1A、1B的内周向壁8A、8B具有在转子环的内表面200的轮廓的相对侧上延伸的轮廓，使得一组周向表面8A、200、8B限定用于输送由螺旋桨产生的气流的涵道。

在图6中所示的实施例中，转子环200的旋转支撑通过如下方式获得，即：在转子环2A的主体的上周向表面20A和下周向表面20B上设置座，所述座接收波形板片弹簧S。

图7图示了一个示例，其中，彼此分离的波形板片S的节段在设置在转子环2A的主体的上表面20A和下表面20B上。可替代地，单个波形弹性板片元件S可被设置为在上表面20A和下表面20B两者上沿转子环的整个周界延伸。

图8示出了波形弹性板片元件S的一部分，其具有宽度d₁和厚度s₁。图9示出了元件S的侧视图，并且图10示出了平面图。

在单个周向板片和多个板片节段的两种情况下，在转子环的静态状态下，转子环在板片的连续起伏的彼此隔开的顶点处抵靠固定环的面向板片S的壁。当转子环由马达单元设置成旋转时，波形弹性板片(或多个波形弹性板片)从转子环伸展开，该转子环因此在气垫上旋转。板片还通过有利于空气流的形成来执行空气动力学功能，该空气流使板片或多个板片的面对表面与固定结构保持分离。换句话说，以这种方式实现了转子环在其旋转期间的某种空气支撑。

图11-16图示了另一个实施例，其中，对于转子环2A的转子支撑，转子环设置有盘形弹簧T，而不是图8-10的波形弹性板片S。在这种情况下，在转子环2A的主体的上表面20A和下表面20B两者上均有盘形弹簧T，该盘形弹簧T由在转子环2A上方周向延伸的单个金属板片构成，或者由多个板片节段构成。如图11中可见的，金属板片T具有一定分布的凹口11，该分布限定了多个单独的板片部分12，这些板片部分12在其径向内侧上具有折叠边缘13。折叠边缘13的周向组件构成基本上圆锥形状的盘形弹簧。图12图示了其中设置具有周向延伸部的单个板片T的情况，而图13图示了其中设置多个板片节段T1的情况。

图13、14示出了盘形弹簧T在静止转子环状态(图14)和移动转子环状态(图15)下所采取的构造。

在一些附加的实施例中，转子环2A可借助于图17中所示类型的滚动球支撑件由飞行器的固定结构旋转地支撑。

图17示出了滚动球支撑装置，其整体用附图标记14表示。装置14包括中空圆柱体150，在该示例中其形状像波纹管，在其内部可滑动地安装圆柱形壳体160，在该圆柱形壳体160内金属球170可借助于辅助球180自由地旋转。球170保持在壳体160内并从该壳体的一端突出。在相对端处，壳体160被包含在中空主体150内的螺旋弹簧190推压，这趋于将球170保持在从主体150突出的行程末端位置。

图18图示了第一实施例，其中，设置用于支撑滚动球的装置14的两个周向阵列，它们水平布置，其中每个装置14的球与定子环2A的外侧向表面20C接触。

图19图示了一种替代解决方案，其中，两个周向系列的装置14竖直布置，其中它们相应的球与定子环2A的上表面20A和下表面20B接触。

图20是图2的变体，其示出了一种替代解决方案，其中，可变桨距叶片3在其内端处联接在轮毂15中，该轮毂15可旋转地安装在支撑销16上。支撑销16在其端部处刚性地连接到两个梁17，该梁17沿直径方向延伸穿过环形螺旋桨内部的空间，并且使其端部刚性地连接到机翼1的固定结构。

图21及其在图22中图示的细节涉及如下情况，即：其中，支撑销16在两个横杆17之间竖直延伸，并且轮毂15借助于与位于下方的横杆17相邻的单个滚动轴承18在销16上旋转地安装。

图23图示了一种变体，其中，消除了上横杆17，并且销16具有减小的延伸部。

图24图示了另一种变体，其中，叶片3刚性地连接到销16，该销16使其端部由两个横向构件17通过相应的滚动轴承18旋转地支撑。

图25-26示出了另一个实施例，其中，前述支撑销16已被取消。在这种情况下，总是设置支撑横杆17。如在图27中可更清楚地看到的，每个支撑杆17可具有椭圆形形状，以最小化空气动力场扰动(该特性也适用于先前描述的实施例)。两个杆17中的每一个承载销19，轮毂21借助于轴承20可旋转地安装在该销19上。两个轮毂21中的每一个借助于多个辐条22连接到定子环2A。如图25中可见的，与上轮毂21相关联的辐条22和与下轮毂21相关联的辐条22在相同的径向位置两两耦接，并且在转子环2A的方向上彼此会聚。

图28、29的实施例与图25-27的实施例的不同之处在于，在这种情况下，两个轮毂21通过中心竖直销23连接到彼此，该中心竖直销23又通过辐条24连接到转子环2A。图28-29的示图中的具有可变桨距的叶片自由地改变它们相对于转子环2A的攻角。

在所示示例中，每个环形螺旋桨2具有承载中心销的横杆17，借助于辐条22连接到转子环2A的轮毂被可旋转地安装在该中心销上。在这种情况下，每个环形螺旋桨的叶片3可使其径向内端与螺旋桨的中心轴线隔开。

图30示出了另一个实施例，其中，两个环形螺旋桨2使其转子环2A由单个马达单元T借助于夹持在两个带轮6A、6B上的两个带B来驱动，该带轮6A、6B安装在马达单元T的输出轴上的叠置位置。

图31、32示出了用于个人空中机动飞行器的飞行器的第一构造的两个透视图，所述飞行器总体上用附图标记100表示。飞行器100具有连接到前机翼31和后机翼32的乘客舱30，在所述机翼中结合四个上述任何类型的环形螺旋桨2。对称地布置在飞行器的两侧处的两个环形螺旋桨2由相应的马达单元借助于相应的带传动装置(未示出)控制以沿相反方向旋转，但是也有可能设置一马达单元以经由多个带传动装置控制多个螺旋桨。该飞行器具有带有也根据本发明制造的环形螺旋桨2的尾部，该环形螺旋桨2具有竖直轴线。乘客舱30顶部为优选为盘状形状的顶部机翼33。

优选地，在机翼31、32的下表面和后表面两者上以及在顶部机翼33上设置一定分布的光伏电池34，它们按独立组分布，以便减少遮蔽的影响以及一个或多个电池的故障。电池的按组划分使得可以最小化电池阵列的长度，使得每组电池的电压被控制为低于48V的值，通常在6V和48V之间。包含一组光伏电池的面板由柔性多层层状结构构成。光伏电池具有由单晶硅构成的类型(例如，由SUNPOWER Corporation销售)，该类型具有大约25％的效率，或者具有多结类型，例如GaAs，该类型具有高于30％的典型效率，或者具有钙钛矿类型或有机类型。光伏面板具有被薄碳纤维复合材料取代的后层。光伏面板的第一层可直接集成到飞行器结构中并有助于其刚性。

图33示出了具有布置在六个相应机翼表面上的用于竖直推力的六个环形螺旋桨2的变体。

图34示出了仍设置布置在单个机翼表面31上的用于竖直推力的六个环形螺旋桨的解决方案。水平推力借助于具有水平轴线的单个环形螺旋桨获得，如上述实施例的情况。

图35、36示出了图33、34的变体，其中，具有水平轴线的两个环形螺旋桨2被布置在飞行器的尾部处，以用于水平推力。在单个尾部转子和两个尾部转子的两种情况下，乘客舱的形状设计成使得气流由于柯恩达效应而保持与乘客舱的表面相邻，直到其主要朝向转子的中心传送。在两个转子的情况下，乘客舱的尾部分成两部分以引导流。

图37示出了单机翼构造，其中，单个下机翼31具有盘状形状，类似于顶部机翼33的盘状形状，该顶部机翼33优选地具有比下机翼更宽的表面。

图38为一种变体的透视图，其中，相同的转子环2A由相对于转子环2A布置在相对侧上的两个推进单元P驱动。在该示例中，每个推进单元包括电动马达M和减速器R。推进单元P驱动两个带轮6，该两个带轮6借助于相同的带传动装置5来驱动转子环2A，所述带传动装置5包括闭环带B，该闭环带B接合两个带轮6和转子环2A。两个电动马达M可具有相等功率，或者具有不同功率，并且独立操作，也就是说，由于电动马达的特性，这两个马达M的速度和扭矩自适应并同步，而无需特定控制。

图39是另一变体的透视图，其中，转子环2A由单个电动马达M借助于传动带B来驱动，该传动带B还接合相对于电动马达M位于转子环2A的相对侧上的辅助带轮6'。辅助带轮6'借助于滚珠轴承可自由旋转地安装在支撑元件(未图示)上，该支撑元件由弹簧(未图示)沿趋于保持带张紧的方向推压。以这种方式，借助于相应轴承承载辅助带轮6'的销构成带张紧构件，并且还防止转子环在水平面中平移。

在图38的情况和图39的情况两者中，飞行器结构结合基本上卵形的壳体，该壳体结合环形螺旋桨和两个电动马达(在图38的情况下)，或者环形螺旋桨、电动马达和辅助带轮(在图39的情况下)。

图40是本发明的飞行器的环形螺旋桨的驱动系统的另一变体，其例如对下文将参考图44、45描述的飞行器构造有用。

在图40的示例中，两个电动马达M被设计成驱动与该两个电动马达M轴向隔开的两对转子环2A，该两对转子环2A位于两个电动马达M上方和下方(参考附图)。

该变体的基本原理也适用于由单个电动马达M驱动的单个转子环2A的情况。如图所示，驱动一个转子环2A的带轮6被安装在具有预定长度的曲轴60的端部处，以便实现电动马达M与转子环2A和带轮6的平面之间所需的间距。

在所示的示例中，每个电动马达M具有从电动马达的相对侧延伸的两个曲轴60(如果需要的话，穿过相应的减速器)，以驱动在电动马达上方和下方隔开的相应带轮6。如已经指出的，在该示例中，设置两个电动马达来驱动两对转子环2A。

图41图示了图40的解决方案的变体，其中，由于齿轮传动装置(在示例中为一对齿轮61、62)，每个电动马达M使与其连接的两个转子环沿相反方向旋转，该齿轮传动装置反转了旋转方向。以这种方式，在图41的示例中，两个电动马达M沿一个方向驱动两个上转子环，并且沿相反方向驱动两个下转子环。

图42和图43相应地示出了处于飞行姿态以及处于起飞和降落姿态的根据本发明的飞行器的另一实施例。在这些图中，与图31-37的部件共同或对应的部件由相同的附图标记表示。在这种情况下，飞行器具有乘客舱30，其中，飞行员和任何乘客各自坐在座椅70上，该座椅70利用整个内舱以枢转方式支撑，并且由致动器装置使用重力和惯性平台来控制，以在飞行器姿态在竖直姿态和水平姿态之间变化时，自动保持乘员的相同姿态。

在这种情况下，存在两个环形螺旋桨2，一前一后，置于相同的纵向轴线(其在起飞和降落姿态中竖直定向(图43))上。包含机舱的结构体30具有卵形的形状，其构造成有利于并引导气流从一个螺旋桨到另一个螺旋桨。包含座椅70和驾驶控制面板的机舱乘客舱通过在置于相同卵形主体上的加强元件上枢转而相对于卵形结构主体旋转。

定向襟翼71与每个环形螺旋桨相关联(例如，彼此正交定向的两对襟翼)，其也可具有支撑脚的功能。在图42、43的示例中，设置与襟翼71不同的支撑脚72，该支撑脚72在飞行器以图43的姿态处于地面上时操作。在停放阶段，转子也可被保持在水平面上，在这种情况下，使用襟翼以使得飞行器在一侧上升起，直到转子布置在竖直轴线上并且随后开始上升。优选地，设置两个机翼33A、33B，它们总是优选地具有盘状形状，在乘客舱30的卵形主体上方和下方隔开(参考图42中所示的水平飞行姿态)。使这种构造成为可能是因为飞行器以图43的竖直姿态降落和起飞。在飞行中，该飞行器具有双翼飞机型构造。两个机翼在面积和宽度(翼展)方面可能不同。除了盘形机翼外，机翼还可具有通常用于双翼飞机中的经典形状，例如，具有恒定弦和零箭形角(arrow angle)的直机翼，或者具有减小的箭形角和可变弦的直机翼，或者具有强箭形角和可变弦的梯形机翼。然而，也可以设置单机翼。机翼的轮廓基于最大设计速度来选择。

一旦以图43的姿态起飞，飞行器就通过借助于与其相关联的襟翼来控制转子的射流方向而逐渐移动到图42的姿态。

图44示出了一种飞行器构造的透视图，其具有两个前转子2和两个尾部转子2、上机翼33A和下机翼33B，而在每个机翼的上表面和下表面两者上具有集成的成组光伏电池PV。该卵形结构被构造成使得有利于气流在转子之间的引导。

图45是图44的飞行器处于起飞和降落姿态的视图。

如可理解的，图40或图41的推进系统的构造可用于例如图44、45中所示类型的飞行器，并且对其有用。在图42、43的飞行器的情况下，可以采用具有单个电动马达的推进系统，该电动马达配备有在相对侧上延伸的两个轴，以驱动带轮6，该带轮6驱动两个转子。当然，图42、43和图44、45的表示纯粹是示意性的。为了说明更简单，这些图没有示出转子的驱动传动装置，其可根据图40和图41的解决方案的基本原理制造，并且可被容纳在布置在乘客舱主体30的两侧处的两个收容体(未示出)内。

出于同样的原因，这些示意图没有示出布置在乘客舱30的主体中的用于进入到乘客舱的门以及相关联的梯子。

参考图43的构造，典型尺寸为：

-高度H：270-300cm；

-宽度W：160-200cm；

-盘状机翼的情况下的长度L：250-300cm；

-常规机翼的情况下的长度L：500-700cm。

本发明的飞行器包括独立的光伏电池组，以用于为主电池包201充电，该主电池包201用于在低电压或中电压(例如，48-120V)直至高达800V的较高电压(通常在汽车领域)下为飞行器的电动马达供电，并且还可能在相对低的电压(例如，12V)下为辅助电池202充电，该辅助电池202用于为机载电路供电。

图46和图47图示了充电管理系统200的两种替代方案。

一组光伏电池PV1、PV2、…、PVn借助于由电子板204以同步方式控制的DC-DC转换器203来连接到主电池包201或其较低电压部分，以便在电池包201的操作电压下以充电电流为电池包201供电，或者减小连接到电池包的较低电压的部分的转换器的乘法因子(multiplication factor)。

另一个DC-DC转换器205以辅助电池202的操作电压向辅助电池202供应电流。电子卡204借助于总线控制器局域网(BUS CAN)206与DC-DC转换器205连接，并且借助于总线控制器局域网线路207与电池包管理系统208(BMS或电池管理系统)连接。在图47的示图的情况下，还存在由电子板210控制的选择器开关209，以控制对电池包201和辅助电池202的充电电流供应。

光伏电池组在飞行器上定位成使得最小化处于遮蔽区域中的可能性。该系统包括电子板，以控制光伏电池组与用于为电动马达供电的处于相对高电压的主电池的连接，以及与用于为机载电路供电的处于相对低电压的辅助电池的连接。

根据本发明的飞行器具有的横向尺寸低于道路交通工具所允许的255cm的限制，使得其可在道路上行进并停放在停车场中。

优选地，所述电池参考水平飞行中的姿态分布在机舱的底部和顶部上，以有助于在向前移动中平衡重量。可替代地，电池被放置在底部上，其中驾驶员的位置朝向前转子移位，以将重心保持在水平运动中的两个转子之间的中间。

光伏太阳能电池分布在整个机翼表面(两侧)上和机舱的整个表面上，从而向上和向下留有透明区域。

光伏电池PV以分层层状结构结合(图48)，包括：最外层，其包括具有UV或ECTFE涂层的一层或多层PET；处于电池上方和下方的两层热塑性聚烯烃材料，以封装电池；以及具有UV涂层的PET的后层，或者优选为碳纤维的后层。每层的厚度可从300至450微米变化，并且总厚度为大约1.5-2mm，这有助于机翼和包含乘客舱的卵形模块的结构刚度。

根据另一方面，本发明还涉及环形螺旋桨单元本身，如所附权利要求39中所述。

本发明还涵盖包括一个或多个根据本发明的环形螺旋桨单元的任何其他类型的交通工具。

图49-55示出了本发明应用于船的示例。在该示例中，设置上面已描述的根据本发明的公开制造的两个环形螺旋桨单元2。每个环形螺旋桨单元2被承载于在船的船尾处在舷外支撑的立柱300的下端处，并且构造成保持相应的环形螺旋桨浸没在水中。

每个环形螺旋桨单元2的定子环2B由立柱300的下端承载，并且被布置成其轴线正交于立柱300定向。马达单元P被承载在立柱300的上端处。带传动装置5的带B借助于滚子301在立柱300内引导，并且接合在由马达单元P的轴承载的带轮6(特别参见图53-55)和转子环2A的外表面两者上。

每个立柱300可围绕其竖直轴线定向，以由此定向相应环形螺旋桨单元2的推力方向。

特别参考图50、51，船设置有至少两个前水翼302和至少两个后水翼303，它们可借助于任何已知类型的相应致动器在邻近船的船体的非操作位置(图50)和相对于船体向下隔开的操作位置(图51)之间移动。在高于一定的航行速度的情况下，可引出水翼，以将船体提升到水面以上，并保持在使得在交通工具的每个巡航速度下能量消耗最小的位置。

参考图52，电池包400被收容在船体中，用于为马达单元P供电。优选地，该电池包根据相同申请人的文献WO2021070018A1的公开内容制造。

当然，在不违背本发明的原理的情况下，构造和实施例的细节可相对于仅作为示例描述和图示的那些构造和实施例广泛地变化，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (43)

1.一种飞行器，特别是个人空中机动飞行器或无人机，包括：

-支撑结构(1)，

-一个或多个环形螺旋桨(2)，其由所述支撑结构(1)旋转地支撑，

-其中，每个环形螺旋桨(2)包括：

-转子环(2A)，其具有转子环轴线(4)，并且围绕所述轴线(4)可旋转地安装在固定环(2B)内，所述固定环(2B)与所述转子环(2A)同轴，并且形成所述支撑结构(1)的一部分，

-一个或多个叶片(3)，其从所述转子环(2A)的主体朝向所述转子环(2A)的所述轴线(4)径向延伸，

-驱动所述环形螺旋桨(2)中的一个或多个的至少一个马达单元(P)，所述马达单元(P)由所述支撑结构(1)承载，并且具有与由其驱动的每个所述环形螺旋桨(2)的所述轴线(4)隔开的输出轴，

所述飞行器的特征在于：

-所述固定环(2B)包括内周向壁(8)，所述内周向壁(8)与所述转子环(2A)的内周向表面基本上齐平，并且轴向地处于所述内周向表面的延伸部上，以便与所述内周向表面限定用于由所述环形螺旋桨(2)产生的流体流的引导涵道，

-所述固定环(2B)的所述内周向壁(8)包括周向凹部(9)，所述转子环被布置并且可旋转地支撑在所述周向凹部(9)内，

-所述飞行器包括一个或多个带传动装置(5)，所述带传动装置(5)将由所述马达单元(P)驱动的每个所述环形螺旋桨(2)的所述转子环(2A)与所述马达单元(P)的所述输出轴连接，每个带传动装置(5)包括环形带(B)，所述环形带(B)接合在安装于所述马达单元(P)的所述输出轴上的带轮(6)上，以及在所述周向凹部(9)内接合在转子环主体(2A)的外周向表面(20C)上，所述固定环(2B)具有供所述带(B)通过的至少一个开口。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述马达单元包括电动马达(M)。

3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述马达单元(P)包括电动马达(M)和减速器(R)。

4.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述带(B)具有形状为梯形的剖面，并且以形状耦合的方式接收在所述转子环(2A)的所述外周向表面(20C)的周向腔(7)内。

5.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述带具有结合一个或多个金属材料的线的弹性材料的主体。

6.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述转子环(2A)通过插入一个或多个弹性板片(S、T)而被可旋转地支撑在所述周向凹部(9)内，所述弹性板片(S、T)周向地布置在所述转子环(2A)的主体的上表面(20A)上和下表面(20B)上，并且与所述凹部(9)的面对的固定壁(10A、10C)协作。

7.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述一个或多个弹性板片(S)为波形板片，所述波形板片构造成由于所述转子环(2A)的旋转而产生为所述转子环(2A)提供空气支撑的气流。

8.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述一个或多个弹性板片(T、T1)限定周向盘形弹簧(T)，所述周向盘形弹簧(T)与所述转子环(2A)的上表面(20A)和下表面(20B)中的每一个相关联，并且与面向它们的固定壁协作。

9.根据权利要求8所述的飞行器，其特征在于，所述盘形弹簧(T)由具有多个凹口(11)的金属板片的一个或多个部分构成，所述多个凹口(11)限定多个部分(12)，所述多个部分(12)彼此分开并且在其径向内侧上具有构造成执行盘形弹簧部分的功能的折叠边缘(13)。

10.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述转子环(2A)借助于具有滚动球(17)或滚子的轴承(14)的一个或多个周向阵列而被可旋转地支撑在所述凹部(9)内。

11.根据权利要求10所述的飞行器，其特征在于，设置具有滚动球的轴承(14)的上部周向阵列，从而使所述球与所述转子环(2A)的上周向表面(20A)或外侧向表面(20C)接触，以及具有滚动球的支撑件(14)的下部周向阵列，所述球与所述转子环(2A)的下周向表面(20B)或外侧向表面(20C)接触。

12.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，至少一个横杆(17)沿直径方向延伸穿过每个环形螺旋桨(2)的中心开口，所述杆使其相对端刚性地连接到所述固定结构，并且承载销(16)，连接到所述转子环(2A)的轮毂(15)旋转地安装在所述销(16)上。

13.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，前述的旋转轮毂(15)借助于所述叶片(3)或借助于辐条(22)来刚性地连接到所述转子环(2A)。

14.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，每个横杆(17)具有椭圆形剖面。

15.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括结合环形螺旋桨(2)的一个或多个机翼表面(31、32、32A)，所述环形螺旋桨(2)的转子环由一个或多个马达单元(P)借助于相应的带传动装置(5)单独或成组地驱动。

16.根据权利要求15所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括尾部，所述尾部设置有具有水平轴线的一个或多个环形螺旋桨(2)，所述环形螺旋桨(2)的转子环由一个或多个马达单元(P)借助于相应的带传动装置(5)单独或成组地控制。

17.根据前述权利要求中任一项所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括单个盘形机翼表面(31)。

18.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，相同的环形螺旋桨(2)由相对于所述环形螺旋桨(2)布置在相对侧上的两个电动马达(M)借助于单个传动带(B)来驱动，所述传动带(B)接合所述环形螺旋桨的所述转子环(2A)以及相应地由所述两个电动马达(M)驱动的两个带轮(6)。

19.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，环形螺旋桨(2)由位于所述环形螺旋桨的一侧上的电动马达(M)借助于传动带(B)来驱动，所述传动带(B)接合所述环形螺旋桨的所述转子环(2A)和由所述电动马达驱动的带轮(6)以及布置在所述环形螺旋桨的相对侧上的辅助带轮(6')，所述辅助带轮(6')由带张紧构件可自由旋转地支撑。

20.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器具有带有两个环形螺旋桨(2)或两组环形螺旋桨的构造，所述环形螺旋桨布置在所述飞行器(100)的相对端处，并且具有彼此重合且平行于所述飞行器的纵向轴线的轴线，使得所述飞行器能够以竖直姿态起飞和降落，即在其纵向轴线竖直定向的情况下起飞和降落，但也能够采取水平飞行姿态。

21.根据权利要求20所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器具有拥有卵形构造的支撑结构(30)，以在所述飞行器(100)的相对端处的环形螺旋桨(2)或环形螺旋桨组之间传送空气流。

22.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器具有：配备有座椅(70)和驾驶控制装置的倾斜机舱，所述机舱构造成当所述飞行器的姿态在竖直姿态和水平姿态之间变化时，借助于重力而自动保持乘员和驾驶控制装置的相同姿态；以及包括惯性平台的致动器装置。

23.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，襟翼(71)与每个环形螺旋桨(2)相关联，所述襟翼(71)构造和布置成引导由所述环形螺旋桨(2)产生的空气流。

24.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括一个或两个盘形机翼(33A、33B)，所述盘形机翼各自布置在所述支撑结构(30)的相应侧上并且与之隔开。

25.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括一个或两个盘形机翼，相对于水平飞行状态，所述盘形机翼以双翼飞机构造布置在所述机舱上方和下方，并且与之隔开。

26.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括一个或两个机翼，所述机翼是：

具有恒定弦尺寸和零箭形角的直机翼，或者

具有减小的箭形角和可变弦尺寸的直机翼，或者

具有高箭形角和可变弦尺寸的梯形机翼。

27.根据权利要求24所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器使每个机翼(33A、33B)的上表面和下表面以及卵形结构体(30)的表面被光伏太阳能电池覆盖。

28.根据权利要求27所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括独立的光伏电池(PV)组，以用于为主电池充电，所述主电池用于为所述飞行器的电动马达(M)供电，所述独立的光伏电池组借助于由电子板(204)控制的DC-DC转换器(203)来连接到所述主电池，所述电子板(204)经由总线控制器局域网(207)连接到电池管理系统(208)。

29.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，所述光伏电池(PV)组由独立的DC-DC转换器(203)管理，以使得一个或多个光伏电池的遮蔽或破坏最小化。

30.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，DC-DC电子转换模块将一组电池的电压乘以一因子，以便等于相对高电压的主电池包的电压，以用于为所述电动马达供电。

31.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，所述电子DC-DC转换模块被集成在相同的电子板中，所述电子板将主电池的电压转换到处于相对低的电压的辅助电池的值，以用于为机载电路供电。

32.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，所述DC-DC电子转换模块配备有适合于供应所述主电池的单个部分的转换因子。

33.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器具有的横向尺寸小于道路交通工具所允许的255cm的限制，使得所述飞行器能够在道路上行进并停放在停车场中。

34.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，所述光伏太阳能电池(PV)被结合在分层层状结构中，所述分层层状结构包括：最外层(100)，其包括一层或多层具有UV或ECTFE涂层的PET；两层热塑性聚烯烃材料(101)，其处于所述电池上方和下方，以封装所述电池；以及带有UV涂层的PET或者碳纤维的后层(101)。

35.根据权利要求28所述的飞行器，其特征在于，所述光伏太阳能电池构成分层复合结构，所述分层复合结构在所述机翼上或卵形支撑结构上具有容易集成的碳纤维层，从而有助于其结构刚度。

36.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，每个电动马达(M)具有第一和第二曲轴(60)，所述第一和第二曲轴(60)从所述电动马达(M)的相对部分延伸并连接到相应的带传动装置(5)的相应带轮(6)，以驱动相应的转子环(2A)，所述曲轴(60)中的每一个被直接连接到所述电动马达(M)，或者借助于齿轮传动装置(61、62)连接到所述电动马达(M)，以用于反转旋转方向。

37.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，卵形支撑结构(30)以一个或两个基本上锥形的分支朝向转子的中心定向开始和结束，以便由于柯恩达效应而有利于气流与卵形结构接触。

38.根据权利要求21所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括单个直机翼表面(31)，所述直机翼表面(31)具有恒定的弦且具有基本上为零的箭形角，或者具有可变的弦和相对小的箭形角，或者在形状上为具有高箭形角和可变的弦的梯形。

39.一种用于交通工具、特别是用于飞行器或船的环形螺旋桨单元，包括：

-支撑结构(1)，

-转子环(2A)，其可旋转地安装在与所述转子环(2A)同轴的固定环(2B)内，所述固定环(2B)是所述支撑结构(1)的一部分，

-一个或多个叶片(3)，其从所述转子环(2A)的主体朝向所述转子环(2A)的轴线(4)径向延伸，

-至少一个马达单元(P)，其由所述支撑结构(1)承载，并且具有与所述转子环(2A)的所述轴线(4)隔开的输出轴，

所述环形螺旋桨单元的特征在于：

-所述固定环(2B)包括内周向壁(8)，所述内周向壁(8)与所述转子环(2A)的内周向表面基本上齐平，以便与其限定由所述环形螺旋桨(2)产生的流体流的引导涵道，

-所述固定环(2B)的所述内周向壁(8)包括周向凹部(9)，所述转子环(2A)被布置并旋转地支撑在所述周向凹部(9)内，

所述环形螺旋桨单元包括将所述转子环(2A)与马达组件(P)的输出轴连接的带传动装置(5)，每个带传动装置(5)包括闭环带(B)，所述闭环带(B)接合在安装于所述马达单元(P)的所述输出轴上的带轮(6)上，以及在所述周向凹部(9)内接合在转子环主体(2A)的所述外周向表面(20C)上，所述固定环(2B)具有供所述带(B)通过的至少一个开口。

40.一种船，包括一个或多个根据权利要求39所述的环形螺旋桨单元(2)，其中，每个环形螺旋桨单元(2)被承载在立柱的下端处，所述立柱在所述船的船尾处在舷外支撑，并且构造成保持相应的环形螺旋桨(2)浸没在水中。

41.根据权利要求40所述的船，其特征在于：

-每个环形螺旋桨单元(2)的定子环(2B)由所述立柱的下端承载，并且布置成其轴线正交于所述立柱定向，

-马达单元(P)被承载在所述立柱的上端处，以及

-带传动装置(5)的带(B)在所述立柱内引导，并且接合在由所述马达单元的轴承载的带轮(6)上以及所述转子环(2A)的外表面上。

42.根据权利要求41所述的船，其特征在于，承载每个环形螺旋桨单元的立柱能够围绕其竖直轴线定向。

43.根据权利要求40所述的船，其特征在于，所述船设置有至少两个前水翼和至少两个后水翼，所述前水翼和所述后水翼能够通过相应的致动器在邻近所述船的船体的非操作位置和相对于所述船体向下隔开的操作位置之间移动，并且由此使得所述交通工具在每个巡航速度下的能量消耗最小化。