CN111406018B - 可变旋转式摆动型质量块振动抑制系统 - Google Patents

Abstract

用于飞机的振动抑制单元，其包括具有质心的质量块、第一转子、第二转子、处于第一转子和质量块之间的第一联接器、处于第二转子和质量块之间的第二联接器，该第一和第二联接器分别具有第一联接器中心和第二联接器中心，其与旋转中心轴线垂直地偏离不同的径向距离并且相对于中心轴线与质心轴向地偏离不同的轴向距离，该第一联接器中心和第二联接器中心具有选择性可变位移角，其由在旋转中心轴线和第一联接器中心延伸的线与在旋转中心轴线和第二联接器中心之间延伸的线之间的角度限定，其中第一转子和第二转子可控制成产生具有绕中心轴线的可控振幅和频率的振动控制力矢量。

Description

可变旋转式摆动型质量块振动抑制系统

技术领域

本发明总体上涉及飞机振动控制系统领域，并且更具体地涉及可变旋转式质量块振动抑制系统。

背景技术

主动防振装置已用于旋转翼飞机(例如直升飞机和倾转旋翼飞机)以抵抗和消除从旋翼传递到机身的高水平振动。如果不抑制这种振动，则它们可能导致结构疲劳并可能传递到直升飞机的其他区域和系统。

桨毂安装式振动控制系统用于抑制更接近振动源的振动，即主旋翼系统处的振动。常规直升飞机的旋翼系统驱动承受多种空气动力载荷的多个旋翼桨叶。主轴或桨毂安装式隔振系统可抑制靠近源位置处的振动，这与主动振动控制系统相反，后者可用于减少或抑制更远离主旋翼系统的位置处的振动。

2014年12月30日授权的题为“Dual Frequency Hub Mounted VibrationSuppressor System”的美国专利第8,920,125号涉及一种桨毂安装式振动抑制系统，该系统包括绕主旋翼系统的旋转轴线限定的环形电动机系统以及与环形电动机系统通信以独立地控制至少两个质量块绕主旋翼系统的旋转轴线的旋转来减少旋转系统的面内振动的控制系统。该专利还涉及一种减小旋转翼飞机主旋翼系统中的振动的方法，该方法包括独立旋转绕由主旋翼系统限定的旋转轴线布置的多个独立可旋转质量块并控制该独立可旋转质量块以减少主旋翼系统的振动。

2013年5月7日授权的题为“Helicopter Vibration Control System andRotating Assembly rotary Forces Generators for Cancelling Vibrations”的美国专利第8,435,002号涉及一种用于旋转桨毂安装式旋转组件振动控制系统的旋转桨叶，该系统包括第一不平衡质量集中转子、第二不平衡质量集中转子、第三不平衡质量集中转子和第四不平衡质量集中转子，每个转子具有以旋转组件中心旋转轴线为中心的旋转中心轴线。

题为“Active Vibration Control System With Non-Concentric RevolvingMasses”的美国专利申请公开第2015/0203196号涉及一种用于旋翼桨毂的振动控制系统，该旋翼桨毂具有非平衡配重，每个配重均绕与旋翼桨毂轴线不同心的轴线旋转。

发明内容

仅为了说明而非限制的目的而借助于指示所公开的一个实施例的相应部件、部分或表面的括号内的附图标记公开了一种用于旋转翼飞机(16)的改进型振动抑制系统(15、215)，而这种旋转翼飞机(16)具有多个旋翼桨叶(18)，这些旋翼桨叶(18)被安装到旋翼桨毂(19)上并相对于飞机的非旋转主体(21)以一定操作速度沿一旋转方向(22)绕旋转中心轴线(20、220)被驱动。该改进型振动抑制系统(15、215)包括：振动控制质量块(23、123、223)，其具有质心(25、125、225)；第一转子(28、128、302)，其具有与中心轴线重合的第一旋转轴线；第二转子(30、130、402)，其具有与中心轴线重合的第二旋转轴线；第一联接器(32、132、232)，其处于第一转子和振动控制质量块之间，该第一联接器具有第一联接器中心(33、133、233)，该第一联接器中心(33、133、233)与中心轴线垂直地偏离第一径向联接器距离(34、234)；以及第二联接器(35、135、235)，其处于第二转子和振动控制质量块之间，该第二联接器具有第二联接器中心(36、136、236)，该第二联接器中心与中心轴线垂直地偏离第二径向联接器距离(37、237)，其中第一径向联接器距离不同于第二径向联接器距离；第一联接器中心相对于中心轴线与质心轴向地偏离第一轴向联接器距离(38、238)；第二联接器中心相对于中心轴线与质心轴向地偏离第二轴向联接器距离(39、239)；第一轴向联接器距离不同于第二轴向联接器距离；第一联接器中心和第二联接器中心具有由在中心轴线和第一联接器中心之间延伸的线(34A)与在中心轴线和第二联接器中心之间延伸的线(37A)之间的夹角所限定的选择性可变位移角(40)；其中第一转子和第二转子可控制成产生绕中心轴线具有可控振幅和频率的振动控制力矢量(41、41A)。

第一转子和第二转子可控制成产生圆周振动控制力矢量(41)。第一转子和第二转子可控制成绕中心轴线沿相同方向(22)旋转以产生圆周振动控制力矢量。第一转子和第二转子可控制成产生线性振动控制力矢量(41A)。第一转子和第二转子可控制成绕中心轴线沿相反的方向(22、53)旋转以产生线性振动控制力矢量。

质心可以与中心轴线具有一选择性可变径向位移距离(42)，其范围从一最小距离(图8)到一最大距离(图6)。当位移角为零度时，质心可以与旋转中心轴线重合，并且位移距离可以是与中心轴线的最小距离。当位移角为180度时，质心可以是与中心轴线的最大位移距离。

当位移角为零时，第一联接器中心、第二联接器中心和质心可以对准在公共联动轴线(64、164、264)上，从而第一联接器中心绕中心轴线的力矩之与第二联接器中心绕中心轴线的力矩之和相等并且相反。第一联接器中心可以相对于中心轴线与第二联接器中心轴向地偏离一固定距离(43、243)。

振动控制质量块可包括绕轴轴线(64、164、264)伸长的轴(26、126、226)，并且可约束该轴(66、68)相对于第一联接器中心和第二联接器中心中的一个沿轴轴线的轴向运动，并且该轴(66、68)可以相对于第一联接器中心和第二联接器中心中的另一个沿着轴轴线可轴向地移动。

振动控制力矢量可以是桨毂相对于飞机的非旋转主体绕中心轴线的转速与质心相对于桨毂绕中心轴线的转速的速度之和的函数。第一转子轴线和第二转子轴线可以与中心轴线重合。

振动控制质量块可包括质量块头(24、124、224)和质量块轴(26、126、226)，并且第一联接器可处于第一转子和质量块轴之间，而第二联接器可处于第二转子和质量块轴之间。第一联接器可以包括第一球形轴承(32)，该第一球形轴承具有：第一外圈(80)，其绕第一联接器中心(33)定向并随着第一转子的旋转而旋转；以及第一内圈(83)，其可与质量块轴一起绕第一联接器中心相对于第一外圈以至少两个运动度旋转。第二联接器可以包括第二球形轴承(35)，该第二球形轴承(35)具有：第二外圈(90)，其绕第二联接器中心(36)定向并随第二转子的旋转而旋转；以及第二内圈(93)，其可与质量块轴一起绕第二联接器中心相对于第二外圈以至少两个运动度旋转。该第一外圈可包括具有第一孔轴线(33A)的第一环形孔，该第一孔轴线可以与中心轴线不同心；所述第一联接器中心可以与所述第一孔轴线同心；质量块轴可延伸穿过第一环形孔；第二外圈可包括具有第二孔轴线(36A)的第二环形孔；第二孔轴线可以与中心轴线不同心；第二联接器中心可以与第二孔轴线同心；并且质量块轴可延伸穿过第二环形孔。质量块轴可以绕与第一联接器中心相交的轴轴线(64)伸长；质量块轴可以被固定到第一内圈，从而第一内圈随着质量块轴绕轴轴线的旋转而绕第一联接器中心旋转，并且可以约束质量块轴沿着轴轴线相对于第一内圈的轴向运动；并且质量块轴可以与第二内圈滑动接合，从而质量块轴可以相对于第二内圈沿着轴轴线可轴向移动，并且质量块轴可以相对于第二内圈绕轴轴线可旋转。

第一联接器(132)可以包括万向联接器，其具有：第一轭(180)，其随着第一转子(128)的旋转而旋转；第二轭(181)，其具有第一枢转轴(183B)，该第一枢转轴由第一轭绕第一枢转轴线(133B)旋转地支撑；轴承(185)，其处于第一枢转轴和第一轭之间；第二枢转轴(183A)，其连接到质量块轴(126)并由第二轭绕第二枢转轴线(133A)旋转地支撑；以及轴承(184)，其处于第二枢转轴与第二轭之间。第二联接器(135)可以包括万向联接器，其具有：第三轭(190)，其随着第二转子(130)的旋转而旋转；第四轭(191)，其具有第三枢转轴(193B)，该第三枢转轴由第三轭绕第三枢转轴线(136B)旋转地支撑；轴承(195)，其处于第三枢转轴和第三轭之间；第四枢转轴(193A)，其连接到质量块轴并由第四轭绕第四枢转轴线(136A)旋转地支撑；以及轴承(194)，其处于第四枢转轴与第四轭之间。第一联接器中心可包括第一枢转轴线和第二枢转轴线的交点，而第二联接器中心可包括第三枢转轴线和第四枢转轴线的交点。

该振动抑制系统可以包括：第一马达(100、300)，其被驱动以使第一转子绕中心轴线旋转；第二马达(200、400)，其被驱动以使第二转子绕中心轴线旋转；以及控制器(70、270)，其接收输入信号并向第一马达和第二马达输出命令信号，以控制第一联接器中心绕中心轴线的转速(ω1)、第二联接器中心绕中心轴线的转速(ω1)和位移角。控制器可以改变位移角以改变振动控制力矢量的操作幅度。位移角可以在0度到360度之间变化。控制器可以保持恒定的位移角，以使振动控制力矢量圆形地绕中心轴线保持期望的恒定操作幅度。控制器可以选择性地控制第一马达和第二马达，以使得第一联接器中心绕中心轴线以第一转速旋转，而第二联接器中心绕中心轴线以第二转速旋转，从而控制器控制第一联接器中心和第二联接器中心绕中心轴线的转速之间的速度差。控制器可以通过从大致1比1改变速度差而改变位移角。控制器可以通过改变速度差以使第一联接器中心绕中心轴线旋转的第一转速不同于第二联接器中心绕中心轴线旋转的第二转速来改变振动控制力矢量的操作幅度。控制器可以通过将速度差保持在大致1比1来使振动控制力矢量的操作幅度保持恒定。

该振动抑制系统可以包括：单元框架(217)；该第一马达(300)具有安装到单元框架上的定子；该第一转子(302)具有面对定子的环形边缘(311)和由面对定子的环形边缘支撑的多个磁体(306)；该第二马达(400)具有安装到单元框架上的定子(401)；并且该第二转子(402)具有面对定子的环形边缘(411)和由面对定子的环形边缘支撑的多个磁体(406)。

该振动抑制系统可以包括：单元框架17；该第一马达(100)具有安装到单元框架上的第一定子(102)和可相对于第一定子绕第一马达轴线(103)旋转的第一输出轴(107)；第一旋转联接器(104)，其处于第一马达的输出轴与第一转子之间；该第二马达(200)具有安装到单元框架上的第二定子(101)和可相对于第二定子绕第二马达轴线(203)旋转的第二输出轴(207)；以及第二旋转联接器(204)，其处于第二马达的第二输出轴与第二转子之间。第一旋转联接器可包括连接至第一输出轴的第一输出齿轮(108)和连接至第一转子的第一齿圈(109)，第一齿圈与第一输出齿轮啮合地接合，并且第二旋转联接器可包括连接至第二输出轴的第二输出齿轮(208)和连接至第二转子的第二齿圈(209)，第二齿圈与第二输出齿轮啮合地接合。

该振动抑制系统可以包括传感器(71)，用于测量振动并将输入信号提供给控制器。第一马达和第二马达可各自包括旋转电动机。可以控制第一马达或第二马达中的一个以再生模式操作，并且可以控制第一马达或第二马达中的另一个以发电模式操作。

振动抑制系统可包括振动控制壳体(17、217)，该振动控制壳体适于安装到旋翼桨毂(19)并且可操作地配置成与旋翼桨毂(19)一起绕桨毂轴线(20、220)沿旋翼桨毂的操作旋转方向旋转。壳体可包括固定至桨毂的基座(117A)、外圈(117B)、内圈(117C)和盖子(117D)。

第一转子可以由作用在壳体和第一转子之间的第一轴承组(110、305)旋转地支撑，而第二转子可以由作用在第二转子和壳体之间的第二轴承组(210、405)旋转地支撑。控制器可以由振动控制壳体支撑并与振动控制壳体一起旋转。振动抑制系统可以进一步包括滑环，该滑环被配置成向控制器提供输入信号。

在另一方面，公开了一种振动抑制系统，其包括：振动控制质量块，其具有质心；第一转子，其具有旋转中心轴线；第二转子，其具有与旋转中心轴线重合的旋转轴线；第一联接器，其处于第一转子和振动控制质量块之间；第一联接器具有第一联接器中心，该第一联接器中心与旋转中心轴线垂直地偏离第一径向联接器距离；第二联接器，其处于第二转子与振动控制质量块之间；该第二联接器具有第二联接器中心，该第二联接器中心与旋转中心轴线垂直地偏离第二径向联接器距离；该第一径向联接器距离不同于该第二径向联接器距离；第一联接器中心相对于旋转中心轴线与质心轴向地偏离第一轴向联接器距离；第二联接器中心相对于旋转中心轴线与质心轴向地偏离第二轴向联接器距离；第一轴向联接器距离不同于第二轴向联接器距离；第一联接器中心和第二联接器中心具有由在旋转中心轴线和第一联接器中心之间延伸的线与在旋转中心轴线和第二联接器中心之间延伸的线之间的夹角所限定的选择性可变位移角；其中第一转子和第二转子可控制成产生绕旋转中心轴线具有可控振幅和频率的振动控制力矢量。

第一转子和第二转子可控制成产生圆形振动控制力矢量或线性振动控制力矢量。

质心可以与旋转中心轴线具有一选择性可变径向位移距离，其范围从一最小距离到一最大距离；当位移角为零度时，质心可以与旋转中心轴线重合并且位移距离可以是距旋转中心轴线的最小距离；而当位移角为180度时，质心可以是距旋转中心轴线的最大位移距离。

振动控制质量块可以包括质量块头和质量块轴，并且第一联接器可以处于第一转子和质量块轴之间，而第二联接器可以处于第二转子和质量块轴之间。第一联接器可以包括第一球形轴承，所述第一球形轴承具有：第一外圈，其绕第一联接器中心定向，所述第一外圈随着第一转子的旋转而旋转；以及第一内圈，其可以与质量块轴一起绕第一联接器中心相对于第一外圈以至少两个运动度旋转；并且第二联接器可以包括第二球形轴承，该第二球形轴承具有：第二外圈，其绕第二联接器中心定向，该第二外圈随着第二转子的旋转而旋转；以及第二内圈，其可以与质量块轴一起绕第二联接器中心相对于第二外圈以至少两个运动度旋转。

第一联接器可以包括万向联接器，其具有:第一轭，其随第一转子的旋转而旋转；第二轭，其具有由第一轭绕第一枢转轴线旋转地支撑的第一枢转轴；处于第一枢转轴与第一轭之间的轴承；第二枢转轴，其连接到质量块轴并由第二轭绕第二枢转轴线旋转地支撑；以及处于第二枢转轴和第二轭之间的轴承。第二联接器可以包括万向联接器，该万向联接器具有：第三轭，其随第二转子的旋转而旋转；第四轭，其具有第三枢转轴，该第三枢转轴由第三轭绕第三枢转轴线旋转地支撑；处于第三枢转轴与第三轭之间的轴承；第四枢转轴，其连接到质量块轴并由第四轭绕第四枢转轴线旋转地支撑；以及处于第四枢转轴和第四轭之间的轴承。第一联接器中心可包括第一枢转轴线和第二枢转轴线的交点，而第二联接器中心可包括第三枢转轴线和第四枢转轴线的交点。

该振动抑制系统可以包括：第一马达，被驱动以使第一转子绕旋转中心轴线旋转；以及第二马达，其被驱动以使第二转子绕旋转中心轴线旋转；以及控制器，其接收输入信号并向第一马达和第二马达输出命令信号，以控制第一联接器中心绕旋转中心轴线的转速、第二联接器中心绕中心轴线的转速和位移角度。

控制器可以改变位移角以改变振动控制力矢量的操作幅度，并且控制器可以保持恒定的位移角以使振动控制力矢量圆形地绕旋转中心轴线保持期望的恒定操作幅度。控制器可以选择性地控制第一马达和第二马达，以使得第一联接器中心绕旋转中心轴线以第一转速旋转，而第二联接器中心绕旋转中心轴线以第二转速旋转，从而控制器控制第一联接器中心和第二联接器中心绕旋转中心轴线的转速之间的速度差；控制器可以通过从大致1比1改变速度差而改变位移角；控制器可以通过改变速度差以使第一联接器中心绕旋转中心轴线旋转的第一转速不同于第二联接器中心绕旋转中心轴线的第二转速来改变振动控制力矢量的操作幅度；并且控制器可以通过将速度差保持在大致1比1来将振动控制力矢量的操作幅度保持恒定。振动抑制系统可包括传感器，其用于测量振动并将输入信号提供给控制器。

该振动抑制系统可以包括：单元框架；第一马达具有安装到单元框架上的定子；第一转子具有面对定子的环形边缘和由面对定子的环形边缘支撑的多个磁体；第二马达具有安装到单元框架上的定子；并且第二转子具有面对定子的环形边缘和由面对定子的环形边缘支撑的多个磁体。

该振动抑制系统可以包括：单元框架；第一马达具有安装到单元框架上的第一定子和相对于第一定子可绕第一马达轴线旋转的第一输出轴；第一旋转联接器，其处于第一马达的输出轴与第一转子之间；第二马达具有安装至单元框架的第二定子和可绕第二马达轴线相对于第二定子旋转的第二输出轴；以及第二旋转联接器，其处于第二马达的第二输出轴与第二转子之间。第一旋转联接器可包括连接至第一输出轴的第一输出齿轮和连接至第一转子的第一齿圈，该第一齿圈与第一输出齿轮啮合地接合；并且第二旋转联接器可以包括连接至第二输出轴的第二输出齿轮和连接至第二转子的第二齿圈，该第二齿圈与第二输出齿轮啮合地接合。

附图说明

图1是在旋转翼飞机的旋翼桨毂组件上的改进型振动抑制系统的一个实施例的代表性透视图。

图2是图1所示的旋翼桨毂组件的局部剖开的放大透视图。

图3是图2所示的旋翼桨毂组件的放大透视图。

图4是图3所示的振动抑制单元的放大透视图。

图5是图4所示的大致沿图4的线A-A截取的振动抑制单元的后部竖向横截面图。

图6是图4所示的振动抑制单元在最大合成力配置下的局部透视图。

图6A是图6所示的振动抑制单元在最大合成力配置下的局部俯视剖面视图。

图6B是图6所示的振动抑制单元在最大合成力配置下的右侧视图。

图6C是图6所示的振动抑制单元的操作运动和合成抗振力在圆形操作模式和最大合成力配置下的俯视图。

图7是图4所示的振动抑制单元在中间合成力配置下的局部透视图。

图7A是图7所示的振动抑制单元在中间合成力配置下的局部俯视剖面视图。

图7B是图7所示的振动抑制单元在中间合成力配置下的右侧视图。

图7C是图7所示的振动抑制单元的操作运动和合成抗振力在圆形操作模式和中间合成力配置下的俯视图。

图8是图4所示的振动抑制单元在最小合成力配置下的局部透视图。

图8A是图8所示的振动抑制单元在最小合成力配置下的局部俯视剖面视图。

图8B是图8所示的振动抑制单元顶部局部剖视图的右侧视图。

图8C是图8所示的振动抑制单元的操作运动和合成抗振力在圆形操作模式和最小合成力配置下的俯视图。

图9是图4所示的振动抑制单元在最小合成力配置下的局部透视图。

图9A是图9所示的振动抑制单元在最小合成力配置下的局部透视图。

图9B是示出图9所示的振动抑制质量块在最小合成力配置下的尺寸关系以及图9A所示的振动抑制质量块在最大合成力配置下的尺寸关系的侧视图。

图9C是图7所示的振动抑制质量块在中间合成力配置下的作用力的示意图。

图10示出了对于给定的恒定力大小，圆形反作用力的x和y分量与时间的关系。

图10A分别示出了对于图6、7和8所示的最大、中间和最小值配置，圆形反作用力的x和y分量与时间的关系。

图11A-11D示出了质量块对于图10A所示的最大值配置的曲线的相对位置。

图12A-12D示出了质量块对于图10A所示的中间配置的曲线的相对位置。

图13A-13D示出了质量块对于图10A所示的最小值配置的曲线的相对位置。

图14是图1所示的振动抑制单元的振动控制器系统的示意图。

图14A是图1所示的振动抑制单元的振动动力系统的详细示意图。

图15是图4所示的振动抑制单元在线性操作模式下的操作运动的示意图。

图16是图4中所示的转子和质量块联接器的替代实施例的透视图。

图17是图16中所示的大致在图16的线B-B上截取的转子和质量块联接器的纵向横截面视图。

图17A是图17中所示的大致沿图17的线C-C截取的顶部转子和质量块联接器的横截面图。

图17B是图17中所示的大致沿图17的线D-D截取的基座转子和质量块联接器的横截面图。

图18是图5所示的振动抑制单元的替代直接驱动实施例的竖向横截面图。

具体实施方式

首先，应该清楚地理解，相同的附图标记旨在多个附图中始终一致地标识相同的结构元件、部分或表面，以方便可以在其详细描述是不可或缺的一部分的整个书面说明书中进一步描述或解释这样的元件、部分或表面。除非另有说明，否则附图应与说明书一起阅读(例如阴影线、部件的布置、比例、程度等)，并且应视为整个书面描述的一部分。如以下描述中所使用，术语“水平”、“竖向”、“左”、“右”、“上”和“下”，以及它们的形容词和状语衍生词(例如“水平地”、“向右”、“向上”等)，仅指特定附图面对读者时所示结构的定向。类似地，术语“向内”和“向外”通常视情况而指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的定向。

图1是直升飞机16的示意图，该直升飞机16具有机身21和主旋翼系统50，该主旋翼系统50绕旋转中心轴线20被驱动。主旋翼系统50包括多个旋翼桨叶18，其经由旋翼桨叶夹持器51安装到旋翼桨毂19。旋翼桨毂19由主旋翼轴52绕旋转中心轴线20驱动，该主旋翼轴52由多个飞机发动机之一通过主旋翼齿轮箱驱动。主旋翼轴52和桨毂19沿旋转方向22绕旋转中心轴线20以一操作旋转频率旋转。尽管在该实施例中示出并描述了直升飞机，但是振动抑制单元15可以与其他类型或配置的旋转翼飞机或旋翼飞行器一起使用，或用于其他振动控制应用中。

如图1-3所示，振动抑制单元15安装在旋翼桨毂19的顶部。图1提供了一坐标系，其包括与直升飞机16的纵轴线对准的纵轴线x-x、垂直于轴线x-x的横轴线y-y以及与旋翼桨毂19的旋转中心轴线20同心的竖向轴线z-z。虽然示出系统15安装在桨毂19上方，但是作为替代，振动抑制单元可以直接安装到直升飞机16的机身21上。

如图1-5所示，振动抑制单元15安装到桨毂19，并且通常包括：质量块23，其具有质量块头24和质量块轴26；第一马达100，其经由传动系104在第一球形轴承32处旋转地联接至质量块轴26；第二马达200，其经由传动系204在第二球形轴承35处旋转地联接至质量块轴26；以及控制器70，这些部件均被支撑在安装到桨毂19的单元壳体17内。

单元壳体17包括：圆柱形基座17A，其绕中心轴线20同轴地定向在桨毂19上；外部圆柱形支撑框架17B，其从基座17A向上延伸并且绕中心轴线20与桨毂19同轴地定向；以及上圆顶17C，其覆盖组件15。

如图4和图5所示，壳体17支撑第一马达100和第二马达200。马达100包括固定到框架17上的定子101和绕轴线103相对于定子101旋转的转子102。上轴承105和下轴承105作用在转子102和壳体17之间，使得转子102可相对于壳体17绕轴线103旋转。在该实施例中，马达100是旋转式无刷永磁电动机，其带有具有永磁体106的转子102和具有被激励以沿旋转方向22或53绕轴线103驱动转子102的线圈的定子101。

马达200包括固定到框架17上的定子201和相对于定子201绕轴线203旋转的转子202。上轴承205和下轴承205作用在转子202与壳体17之间，使得转子202可相对于壳体17绕轴线203旋转。在该实施例中，马达200是旋转式无刷永磁电动机，其带有具有永磁体206的转子202和具有被激励以沿旋转方向22或53绕轴线203驱动转子202的线圈的定子201。

在该实施例中，马达轴线105、马达轴线203和中心轴线20彼此平行但不同轴。轴107从转子102延伸并且终止于具有面向外齿的输出齿轮108。齿轮108与固定至直接转子28的齿圈109的面向外齿啮合地接合。齿圈109是绕中心轴线20定向的环状环形结构。齿圈109和直接转子28随着转子102和齿轮108绕马达轴线103的旋转而相对于壳体17绕中心轴线20旋转。直接转子28与转子102和齿轮108绕轴线103的旋转方向相反地绕轴线20旋转。然而，可以使用其他齿轮配置作为替代来相对于桨毂19绕轴线20驱动直接转子28。在圆形力模式下，第一马达100被配置成使直接转子28相对于旋翼轴28和桨毂19绕着中心轴线20沿与桨毂19的旋转方向22相同的旋转方向并且以期望的操作频率或转速旋转。因此，转子102被选择性地绕轴线103沿旋转方向53驱动，以驱动直接转子28绕中心轴线20沿旋转方向22旋转。

轴207从转子202延伸并且终止于具有面向外齿的输出齿轮208。齿轮208与固定至直接转子30的齿圈209的面向外齿啮合地接合。齿圈209是绕中心轴线20定向的环状环形结构。齿圈209和直接转子30随着转子202和齿轮208绕马达轴线203的旋转而相对于壳体17绕中心轴线20旋转。直接转子30绕轴线20与转子202和齿轮208绕轴线203的旋转方向相反地旋转。然而，可以使用其他齿轮配置作为替代来相对于桨毂19绕轴线20驱动直接转子30。在圆形力模式下，第二马达200被配置成使直接转子30相对于旋翼轴28和桨毂19绕着中心轴线20沿与桨毂19的旋转方向22相同的旋转方向并且以期望的操作频率或者转速旋转。因此，转子202被选择性地绕轴线203沿旋转方向53驱动，以驱动直接转子30绕中心轴线20沿旋转方向22旋转。

如图4和5所示，直接转子28由壳体17旋转地支撑。上下轴承对110分别作用在框架17的内圆柱形轴承表面和直接转子28的相对的外圆柱形轴承表面之间。直接转子28被配置成在上下轴承对110上绕轴线20旋转。因此，直接转子28通过滚动轴承110安装在壳体17上，使得直接转子28可相对于壳体17旋转。直接转子28具有与它绕其旋转的轴线20基本重合的质心或重心。

如图4和5所示，直接转子30由壳体17旋转地支撑。上下轴承对210分别作用在框架17的内圆柱形轴承表面和直接转子30的相对的外圆柱形轴承表面之间。直接转子30被配置成在上下轴承对210上绕轴线20旋转。因此，直接转子30通过滚动轴承210安装在壳体17上，使得直接转子30可相对于壳体17旋转。直接转子30具有与它绕其旋转的轴线20基本重合的质心或重心。

在该实施例中，质量块23包括大致蘑菇形的质量块头24，其通过螺母63固定到轴26的第一螺纹端部61。轴26是大致圆柱形实心构件，其绕质量块联动轴线64定向，使得质量块23关于质量块联动轴线64大致对称并且在轴轴线64上具有质心或重心25。质量块23由直接转子28旋转地支撑在具有联接器中心33的球形轴承32上。质量块23也由直接转子30旋转地支撑在具有联接器中心36的球形轴承35上。

在该实施例中，球形轴承32是绕质量块23的轴26和直接转子28之间的中心33的旋转联接器。如图所示，直接转子28经由螺栓81固定到外圈或环80，该外圈或环80绕联接器中心33定向，以使环80随着直接转子28的旋转而旋转。环80具有内孔和球形内径表面82并且绕孔轴线33A定向。轴26的与第一端部分61和质量块头24相对的第二端部分62延伸穿过并附接到具有外径表面84的球83。球83被保持在外圈80中，其中球83的表面84与外圈80的表面82滑动接合。因此，外圈80随着第一直接转子28的旋转而旋转，并且球83可与质量块轴26相对于外圈80绕第一联接器中心33以至少两个运动度旋转。

在该实施例中，球形轴承35是绕质量块23的轴26和直接转子30之间的中心36的旋转联接器。如图所示，直接转子30经由螺栓91夹紧到外圈或环90，该外圈或环90绕联接器中心36定向，以使环90随着第二直接转子30的旋转而旋转。环90具有内孔和球形内径表面92并且绕孔轴线36A定向。轴26的在第一端部61和质量块头24与第二端部62和球83之间的中间部分65延伸穿过具有外径球形表面94的球93并与之附接。球93被保持在外圈90中，其中球93的表面94与外圈90的表面92滑动接合。因此，外圈90随着第二直接转子30的旋转而旋转，并且球93可与质量块轴26相对于外圈90绕第二联接器中心36以至少两个运动度旋转。

通过在一侧上的轴26中的环形台阶66和在另一侧上的质量块头24的环形边缘68，约束轴26在球93的通孔中沿球轴轴线93相对于球93的轴向运动，使得轴26不相对于联接器中心36沿着轴轴线64在任一方向上轴向移动。然而，轴26的端部62不受此方式约束。轴端部62可在球83的通孔中滑动，并且轴26与球83滑动接合，使得轴26可相对于球83和联接器中心33沿轴轴线64轴向移动，并且轴26可相对于球83和联接器中心33绕轴轴线64旋转。

如图4-6和9-9C所示，环80与绕旋翼旋转轴线20(a1)的直接转子28不同心。相反，环80在转子28中偏离，使得联接器中心33(p2)与中心轴线20(a1)垂直地偏离第一径向联接器距离34(r2)。类似地，环90与绕旋翼旋转轴线20(a1)的直接转子30不同心。相反，环90在转子30中偏离，使得联接器中心36(p1)与中心轴线20(a1)垂直地偏离第二径向联接器距离37(r1)。如图所示，第一径向联接器距离34不同于第二径向联接器距离37。在该实施例中，第一径向联接器距离34约为第二径向联接器距离37的两倍。

同样如图所示，质量块头24和质心25、转子30和转子28相对于中心轴线20轴向堆叠，以使联接器中心33(p2)相对于中心轴线20(a1)与质心25轴向地偏离第一轴向联接器距离38(h1+h2)。第二联接器中心36又相对于中心轴线20与质心25轴向地偏离第二轴向联接器距离39(h1)。因此，第一联接器中心33相对于中心轴线20与第二联接器中心36轴向地偏离联接器距离43(h2)。如图所示，第一轴向联接器距离38不同于第二轴向联接器距离39。在该实施例中，第一轴向联接器距离38大于第二轴向联接器距离39。

如图3所示，基于联接器中心33与轴线20的径向位移距离34和联接器中心36与中心轴线20的径向位移距离37，质心25与中心轴线20之间具有选择性可变径向位移距离42(d)，其范围从如图8-8C和图9所示的最小距离(d＝0)至如图6-6C和9A所示的最大距离(dmax)。

如图6A、6C、7A、7C、8A、8C和9C所示，环80和第一联接器中心33以及环90和第二联接器中心36绕中心轴线20具有选择性可变位移角40(Δ<(p1，p2))，该选择性可变位移角40由在中心轴线20和垂直于中心轴线20的第一联接器中心33之间延伸的虚线或假想线34A与在中心轴线20和垂直于中心轴线20的第二联接器中心36之间延伸的虚线或假想线37A之间的夹角限定。如图所示，质心25与中心轴线20的径向位移距离42(d)的大小通过分别选择性地在零度和180度之间改变位移角40来在最小距离(d＝0)和最大距离(dmax)之间选择性地改变。如图所示，可以控制转子28和30的相对旋转以改变位移角40，从而改变位移距离42(d)来产生具有绕中心轴线20的可控振幅和频率的振动控制力矢量41。

因此，第一联接器中心33(p2)经由转子28以半径34(r2)的圆形路径绕中心轴线20(a1)被驱动。马达100和输出齿轮108以一旋转频率(ω1)沿旋转方向22选择性地驱动转子28。因此，转子102和输出齿轮108绕轴线103的旋转引起转子28和第一联接器中心33绕轴线20的旋转。第二联接器中心36(p1)经由转子30以直径37(r1)的圆形路径绕中心轴线20(a1)被驱动。马达200和输出齿轮208沿旋转方向22以旋转频率(ω2)选择性地驱动转子30。因此，转子202和输出齿轮208绕轴线203的旋转引起转子30和第一联接器中心36绕轴线20的旋转。因此，可以选择性地驱动第一联接器中心33和第二联接器中心36以同时绕轴线20旋转。当驱动第一联接器中心33和第二联接器中心36以相同的速度(ω1＝ω2)绕轴线20旋转时，位移角40以及位移距离42(d)保持恒定。为了改变位移角40，从而改变位移距离42(d)以产生期望的振动控制力矢量41，驱动第一联接器中心33和第二联接器中心36以不同的速度(ω1≠ω2)绕轴线20旋转，直到获得期望的位移距离42(d)和振动控制力矢量41的大小。控制第一联接器中心33和第二联接器中心36相互绕中心轴线20的相对位置，以控制质心25到中心轴线20的距离42。在该实施例中，该距离可以介于从如图6-6C所示的当位移角40为180度以使得第一联接器中心33和第二联接器中心36绕中心轴线20彼此最远时的最大偏心距离(dma)，到如图8-8C所示的当位移角40大约为零度以使得第一联接器中心33和第二联接器中心36绕中心轴线20成角度地对准并且质心25处于中心轴线20上时的最小偏心距离(d＝0)的范围内。

第一联接器中心33与轴线20偏离径向距离34。因此，转子28旋转地联接至质量块23，使得第一联接器中心33和端部62处的轴26绕轴线20随驱动齿轮108绕轴线103选择性的旋转而旋转。第二联接器中心36与轴线20偏离径向距离37。因此，转子30也旋转地联接到质量块23，使得第二联接器中心36和中间部分65处的轴26绕轴线20随驱动齿轮208绕轴线203选择性的旋转而旋转。因此，第一联接器中心33和第二联接器中心36当重叠在垂直于轴线20的相同平面上时具有选择性可变位移角40，该位移角40由在轴线20和第一联接器中心33之间延伸的线34A与在轴线20和第二联接器中心36之间延伸的线37A之间的夹角限定。

如图6C、7C、8C和9C所示，可以经由马达100和200以及转子28和30来控制质量块23，以使质量块23的质心25绕轴线20以期望的旋转频率(ω)旋转，该旋转导致圆形振动控制力41。此外，力41的大小可以通过改变角度40来改变，该角度40改变质心25与其旋转中心20的距离42(d)。由于转子28和30可以以不同的速度旋转以改变角度40和距离42(d)，所以力41的大小可以相应地改变。当角度40为180度时，质心25离旋转轴线20的中心最远，距离42达到最大(dmax)。当角度40为零度时，质心25与旋转轴线20的中心重合或基本对准，并且距离42大约为零(d＝0)。

如图所示，中心轴线20、马达轴线103和马达轴线203基本平行。轴轴线64和中心轴线20不平行。如图9-9C中所示，质心25、枢转中心36和枢转中心33与轴轴线64重合。如图9C中所示，力矩与力矩臂r1和r2成比例，使得转子30的力矩M1和转子28的力矩M2大约相等且相反，这在圆形力模式下减小了所期望的马达功率。如图14A所示，可以添加再生电路76以利用以下模式：在该模式中，在再生模式下控制一个马达作为发电机运行，而在圆形力模式下控制另一马达作为在发电模式下的驱动器运行。在该实施例中，马达100和200由整流为DC的三相AC电源79供电。如图所示，电源控制器包括AC整流滤波器与监视器78、DC电源输入滤波器与监视器77、再生电路76、三相电桥75和电流传感器74。

转子28和转子30沿相同的旋转方向22绕中心轴线20旋转。如图6C、7C和8C中的位置排序所示，质量块23可以由控制器70控制，以通过在操作周期内将期望的位移角40保持在零和180度之间来提供旋转向外力矢量41。因此，如图6C、7C和8C中所示，通过将恒定角度40保持在0和180度之间，质心25的运动轨迹是绕轴线20的圆形，质心途经点25a-25d是半径42(d)的圆上的点。枢转轴线或中心36(p1)的运动轨迹也是圆形的，枢转轴中心途经点36a-36d是绕轴线20的半径37(rl)的圆上的点，而枢转轴线或中心33(p2)的运动轨迹也是圆形的，枢转轴中心途经点33a-33d是绕轴线20的半径34(r2)的圆上的点。

旋转联接器104和204分别提供转子28和30的期望的相对旋转方向和运动。尽管在该实施例中，旋转联接器104和204包括啮合式齿轮系，但是可以设，可以使用其他齿轮组合和/或可以采用各种替代旋转联接器。例如但不限于，质量块可以经由一个或多个带、齿轮、皮带轮、链条、链轮和/或被配置成物理地或机械地链接所涉及的元件的任何其他类型的合适的联接器机械地链接到马达。

可以控制转子28和枢转中心33以及转子30和枢转中心36绕轴线20的相对运动以及质量块23的合成力矢量41，以调整合成抗振力41的最大值。如图10A所示，单元15的峰值力大小可以从如图6至图6C所示的最大力模式调整到如图8-8C所示的零或最小力模式。

图6-6C和13A-13D示出了当转子28和枢转中心33被控制成提供绕轴线20的最大峰值抗振力时，转子28和枢转中心33相对于转子30和枢转中心36绕轴线20的对准，这种反作用力的图形表示与时间的关系如图10A所示。如图6-6C和11A-11D所示，在该最大力配置中，质量块23被控制成使得位移角40为大约180度并且偏心距离42达到最大(dmax)，使得质心25绕轴线20的运动和合成力矢量41是最大值。

图7-7C和12A-12D示出了中间力配置。在该中间力模式下，质心25的圆形运动和合成力矢量41可以被控制成提供小于最大值但大于零的值。为了减小合成抗振力41的最大值，分别控制转子28和30以及枢转中心33和36的转速(ω)，以使得位移角40减小到180度以下，并且偏心距离42小于最大值(d)。这种减小的范围可以从零到180度，其中180度是如图6-6C和11A-11D中所示的最大值，而零度是如图8-8C和13A-13D所示的大致零的最小值。

图8-8C和13A-13D示出了最小值配置，其结果是基本上没有抗振力。在该模式下，轴轴线64与中心轴线20相交，使得质心25在轴线20处旋转，并且位移距离42基本上为零(d＝0)。

参考图10A、14和14A，为了使力大小曲线与期望的期望峰值力相匹配，在最大力模式和零力模式之间控制质心25的圆形运动以及合成力矢量41，以达到抗振力41的期望大小。在该实施例中，通过使控制器70相对于彼此驱动马达100和马达200使得马达100绕轴线20以第一转速(ω1)旋转转子28和枢转中心33并且马达200绕轴线20以第二转速(ω2)旋转转子30和枢转中心36，而将质心25的圆形运动以及合成力矢量41保持在期望的定向上，其中第二转速(ω2)与第一转速(ω1)大致相同。因此，控制器通过将速度常数分别保持转子28和枢转中心33的转速与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速之间来保持圆形振动控制力41的期望操作幅度。一旦在转子28和转子30之间建立了期望的关系并且限定了在两个偏心中心点33和36之间位移角40，力41的大小就恒定，而转子30和36绕轴线20沿相同方向以相同速度旋转。

在该实施例中，转子28和枢转中心33以及转子30和枢转中心36相对于彼此绕轴线20的定向以及合成力矢量41，通过控制器70相对于彼此驱动马达100和马达200以使得马达100绕轴线20以第一转速(ω1)旋转转子28和枢转中心33并且马达200绕轴线20以第二转速(ω2)旋转转子30和枢转中心36而被修改或改变，其中第二转速(ω2)基本上不等于第一转速(ω1)。因此，控制器70通过从大致1比1改变在转子28和枢转中心33绕轴线20的转速与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速之间的速度差而改变振动控制力41的期望操作幅度。在其他实施例中，控制器将通过根据一个常数而改变转子28和枢转中心33的转速与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速之间的速度差来改变振动控制力41的期望操作幅度，该常数是在马达100和200与质量块23之间的所涉及的旋转联接器的联接速度比之间的差的函数。一旦达到所期望的振动控制力41的操作幅度，控制器70就恢复到为大致1比1的在转子28和枢转中心33绕轴线20的转速与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速之间的速度差。

如图5所示，单元壳体17的基座17A支撑振动抑制单元15的电子设备，包括微处理器控制器70和传感器封装71、72。在该实施例中，控制器70位于壳体17的环形基座17A上，并且被配置成自动控制马达100和200的操作。然而，控制器70可以位于壳体17的外部，包括在机身21上。控制器70接收输入信号并向马达100和马达200输出命令信号，以控制振动控制质量块23的转速和位移角40。

控制器70与反馈加速度计71A和71B(在该实施例中，这些反馈加速度计在单元框架17中相距九十度处)和转速计72(其测量旋翼桨毂19相对于机身21绕中心轴线20的转速)通信。然而，替代和/或附加传感器可以位于旋翼轴52上、桨毂19上和/或飞机主体或机身21上，以提供旋翼轴速度或操作频率以及振动反馈数据。因此，传感器71可以位于壳体17的外部，包括在机身21上。传感器也可以安装到其他位置。可以在系统中使用其他数量和类型的传感器。

基于传感器数据和传递到机身21中以及通过机身21的振动的测振幅，控制器70控制振动抑制单元15的操作。控制器70可以基于其他数据，诸如空速、桨叶距角、旋翼推力的量和/或其他飞机参数和动力学因素，来控制振动抑制单元15的操作。尽管在该实施例中不是必需的，但是滑环可跨旋转间隙向控制器70以及安装到桨毂19上的壳体17中的致动器100和200提供输入和输出信号。

如图14所示，控制器70从多个传感器接收输入信号，所述多个传感器测量直升飞机16的各种操作参数并根据这些测振幅提供输出命令。传感器监测振动，以产生力来主动抑制这种振动。控制器70被配置成接收并执行存储在存储器中的软件，以执行针对马达100和200的命令。可以经由具有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质来实现该软件，该计算机可执行指令在由处理器执行时产生命令。图14和图14A包括用于基于来自传感器71和72的输入来产生针对马达100和200的命令的过程73的框图。

特别地，控制器70基于转速计72的输入向马达110和200发送命令，以使转子30和连接中心33绕中心轴线20相对于旋翼轴52和桨毂19沿与桨毂19的旋转方向相同的旋转方向22以相对于旋翼桨毂19绕中心轴线20的操作频率或转速的期望操作频率或转速旋转。因此，控制器70被配置成控制质量块23绕轴线20的转速，使得振动控制力矢量41是桨毂19绕中心轴线20相对于飞机主体21的转速与质量块23的中心相对于桨毂19绕中心轴线20的转速的速度和的函数。

控制器70基于加速度计71的输入向马达100和200发送命令，来以提供期望的抑制力41的相对速度驱动马达100和200。例如，如果加速度计71正在测量不期望的x力，则控制器70将在转子28和枢转中心33绕轴线20的转速(ω1)与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速(ω2)之间的速度差从大致1比1的标称差值进行改变，直到达到所期望的力大小(如上所述，此时恢复到大致1比1的标称速度差)。这也可以用于校正齿轮系104的联接速度比与齿轮系204的联接速度比之间的任何操作差异或误差。因此，如果加速度计71检测到没有抵消的加速度或力，或者抑制力过大，则通过更改转子28或30之一的速度来改变枢转中心33与枢转中心36绕轴线20的位移角40。因为最靠近质心25的上转子30承载更大的惯性和更高的反作用力，所以在该实施例中，控制器70控制转子30，使得其绕轴线20以期望的振动频率旋转。这通过标称地控制转速(ω2)来控制，以匹配来自直升飞机16的输入转速表72信号。加速度计71检测相位和频率是否不匹配，并且控制器70改变转子30的速度(ω2)直到它们匹配为止。控制远离质心25的转子28以使得其速度(ω1)被调整成提供所期望振幅的振动消除力41。由于该振幅的力可能更频繁地变化，因此控制器70调制转子28以控制该力，因为它可能承载有最小的惯性量。

在该实施例中，马达200由控制器70命令以n个桨叶乘以桨毂转速的速度旋转。对于具有四个桨叶18的直升飞机16，该转速将是桨毂19的转速的四倍。然后命令马达100以这样的转速运行，以在转子28和枢转中心33绕轴线20的转速(ω1)与转子30和枢转中心36绕轴线20的转速(ω2)之间提供所期望的速度差，来达到所期望的力大小。控制器70然后命令马达100相对于转子30和枢转中心36绕轴线20的转速(ω2)，从上述标称的1比1速度差调整转子28和枢转中心33绕着轴线20的转速(ω1)，直到x和y加速度计71A和71B的测振幅接近零为止，而y加速度计71B提供有关是否调整高于或低于标称的1比1差值的反馈。

尽管上面描述了向外延伸的旋转抑制力，但是可替代地，如图15中从位置1到8的顺序所示，质量块23可以由控制器70控制成通过在操作周期期间在零和180度之间恒定地改变位移角40并且沿与转子30和中心36绕轴线20的旋转方向22相反的旋转方向53旋转转子28和中心33来提供线性抑制力41A。因此，如图15所示，通过在0度和180度之间恒定地改变角度40并且使转子28和转子30沿相反的方向旋转，质心25的运动轨迹是直线的，质心途经点25a-25h是线性轴线上的点。枢转轴线或中心36的运动轨迹为沿方向22绕轴线20的圆形，中心途经点36a-36h是绕轴线20的半径37的圆上的点。枢转轴线或中心33的运动轨迹为沿方向53绕轴线20的圆形，而中心途经点33a-33h是绕轴线20的半径34的圆上的点。

如图15所示，可以在该线性操作模式下控制质量块23，以通过在操作周期期间分别在零度和180度之间恒定地改变位移角40来提供线性力41A。在该实施例中，通过控制器70以恒定速度但沿相反方向22和53相对于彼此驱动转子28和30，来改变角度40以提供该线性运动和力。因此，如图15所示，通过保持相同速度来让马达100使转子28和枢转中心33绕着轴线20旋转，而让马达200使转子30和枢转中心36绕着轴线20沿相反方向旋转，从而在0度和180度之间恒定地改变角度40，质心25的运动轨迹是线性的。在这种模式下，质心25和力矢量41A的线性运动被控制成也大致平行于机身21的纵轴线x-x。

在该实施例中，通过控制器70相对于彼此驱动马达100和马达200，使得马达100以第一转速(ω1)使转子28和中心33绕轴线20旋转，而马达200以大小大致等于第一转速(ω1)的第二转速(-ω2)使转子30和枢转中心36绕轴线20沿相反的旋转方向旋转，将质心25的线性运动和合成力矢量41A保持在期望的定向上。因此，控制器保持线性振动控制力41A的期望操作幅度。

尽管在该实施例中，转子28和30与质量块23之间的联接器32和35包括球形轴承，但是可以想到，可以采用其他各种替代旋转联接器或枢转接头。例如但不限于，图16和17示出了在转子128和130与质量块123之间的可替代万向节或万向节型联接器132和135。在该实施例中，质量块123也包括大致蘑菇形质量块头124，其通过螺母固定至轴126的第一螺纹端部。轴26是大致圆柱形实心构件，其绕质量块联动轴线164定向，使得质量块123关于质量块联动轴线164大致对称，并且在轴轴线164上具有质心或重心125。质量块123被直接转子128旋转地支撑在具有联接器中心133的万向轴承132上。质量块123也由直接转子130旋转地支撑在具有联接器中心136的万向轴承135上。

在该实施例中，如图17和17B所示，联接器132包括具有第一轭180的万向联接器，该第一轭180连接到第一转子128并随其旋转而旋转。质量块轴126包括枢转轴183A，该枢转轴183A垂直于轴轴线164定向在枢转轴线133A上。第二轭181包括枢转轴183B，该枢转轴183B垂直于轴轴线164和枢转轴线133A定向在枢转轴线133B上。第二轭181分别通过枢转轴183A和枢转轴183B可旋转地支撑在质量块轴126和第一轭180之间。质量块轴126的枢转轴183A可旋转地支撑在第二轭181中，使得质量块轴126相对于第二轭181绕枢转轴线133A自由旋转。第二轭181的枢转轴183B被旋转地支撑在第一轭180中，使得第二轭181相对于第一轭180和第一转子128绕轴线133B自由旋转。因此，质量块轴126和质量块123相对于转子128绕着枢转轴线133A和枢转轴线133B自由旋转。轴承184作用在绕枢转轴线133A定向的第一枢转轴183A和第二轭181之间。轴承185作用在绕枢转轴线133B定向的枢转轴183B和第一轭架180之间。

如图17和17A所示，联接器135包括具有第一轭190的万向联接器，该第一轭190连接到第二转子130并随其旋转而旋转。质量块轴126包括垂直于轴轴线164定向在枢转轴轴线136A上的枢转轴193A。第二轭191包括垂直于轴轴线164和枢转轴线136A定向在枢转轴线136B上的枢转轴193B。第二轭191分别通过枢转轴193A和枢转轴193B可旋转地支撑在质量块轴126和第一轭190之间。质量块轴126的枢转轴193A可旋转地支撑在第二轭191中，使得质量块轴126相对于第二轭191绕枢转轴线136A自由旋转。第二轭191的枢转轴193B可旋转地支撑在第一轭190中，使得第二轭191相对于第一轭190和第二转子130绕轴线136B自由旋转。因此，质量块轴126和质量块123相对于转子130绕着枢转轴线136A和枢转轴线136B自由旋转。轴承194作用在绕枢转轴线136A定向的第一枢转轴193A和第二轭191之间。轴承195作用在绕枢转轴线136B定向的枢转轴193B与第一轭架190之间。

如图所示，在该替代配置中，第一联接器中心133位于枢转轴183A的枢转轴线133A与枢转轴183B的枢转轴线133B的交点处，而第二联接器中心136位于枢转轴193A的枢转轴线136A与枢转轴193B的枢转轴线136B的交点处。因此，第一联接器中心133随着第一轭180和第一转子128绕轴线20的旋转而绕中心轴线20旋转，并且质量块轴126绕第一联接器中心133相对于转子128以至少两个运动度旋转。因此，第二联接器中心136随着第三轭190和第二转子130绕轴线20的旋转而绕轴线20旋转，并且第四轭191和质量块轴126绕第二联接器中心136相对于转子130以至少两个运动度旋转。

图18示出了替代实施例215，其中转子302和402由马达300和400直接驱动，并且质量块223以质量块头224在质量块轴226下方而不是在质量块轴226上方的方式定向。在该替代实施例中，振动抑制单元215通常包括：质量块223，其具有质量块头224和质量块轴226；第一马达300，其在第一球形轴承232处直接旋转地联接到质量块轴226；第二马达400，其在第二球形轴承235处直接地旋转地联接到质量块轴226；以及控制器270，这些部件均支撑在单元壳体217中。

壳体217支撑第一马达300和第二马达400。马达300包括固定到框架217上的定子301和相对于定子301绕轴线220旋转的转子302。上轴承305和下轴承305作用在转子302与壳体217之间，使得转子302可相对于壳体217绕轴线220旋转。在该实施例中，马达300是旋转式无刷永磁电动机，其转子302具有绕其面对定子的环形边缘311间隔开的永磁体306，并且定子301具有被激励以沿旋转方向22或53绕轴线220驱动转子302的线圈。

马达400包括固定到框架217上的定子401和相对于定子401绕轴线220旋转的转子402。上轴承405和下轴承405作用在转子402和壳体217之间，使得转子402可绕轴线220相对于壳体217旋转。在该实施例中，马达400是旋转式无刷永磁电动机，其转子402具有绕其面对定子的环形边缘411间隔开的永磁体406，并且定子401具有被激励以沿旋转方向22或53绕轴线220驱动转子402的线圈。

在该实施例中，中心轴线220、马达300的轴线和马达400的轴线是同轴的。因此，在圆形力模式下，选择性地绕轴线220沿旋转方向22直接驱动转子302。选择性地绕轴线220沿旋转方向22直接驱动转子402。

质量块223包括固定到轴226上的大致蘑菇形质量块头224，并且质量块223在轴轴线264上具有质心或重心225。质量块223被转子302旋转地支撑在具有联接器中心233的球形轴承232上。质量块223也通过转子402旋转地支撑在具有联接器中心236的球形轴承235上。

如图所示，联接器中心233与中心轴线220垂直地偏离第一径向联接器距离234。类似地，联接器中心236与中心轴线220垂直地偏离第二径向联接器距离237。如图所示，第一径向联接器距离234不同于第二径向联接器距离237。在该实施例中，第一径向联接器距离234约为第二径向联接器距离237的两倍。

同样如图所示，质量块头224和质心225、转子302和转子402相对于中心轴线220轴向堆叠，使得联接器中心233相对于中心轴线220与质心225轴向地偏离第一轴向联接器距离238。第二联接器中心236又相对于中心轴线220与质心225轴向地偏离第二轴向联接器距离239。因此，第一联接器中心233相对于中心轴线220与第二联接器中心236轴向地偏离联接器距离243。如图所示，第一轴向联接器距离238不同于第二轴向联接器距离239。在该实施例中，第一轴向联接器距离238大于第二轴向联接器距离239。

基于联接器中心233与轴线220的径向位移距离234和联接器中心236与中心轴线220的径向位移距离237，质心225具有与中心轴线220的选择性可变径向位移距离242，其范围从最小距离(d＝0)到最大距离(dmax)。

在一些实施例中，振动抑制单元可产生施加到直升飞机的其他部件或其他类型的机器、设备、交通工具或装置的力。例如，振动抑制单元15可以被安装到直升飞机16的机身21，用于基于传感器测量结果直接向机身提供期望的力。

尽管已经示出和描述了改进型振动抑制系统的当前优选形式，并且讨论了其一些变更，但是本领域技术人员将容易理解，在不脱离如由权利要求所限定和区分的本发明的范围的情况下，可以进行各种附加的改变和变更。

Claims (53)

1.一种用于旋转翼飞机的振动抑制系统，该旋转翼飞机具有多个旋翼桨叶，其被安装到旋翼桨毂上并且相对于飞机的非旋转主体以操作速度沿旋转方向绕旋转中心轴线被驱动，所述振动抑制系统包括：

振动控制质量块，其具有质心；

第一转子，其具有与所述中心轴线重合的第一旋转轴线；

第二转子，其具有与所述中心轴线重合的第二旋转轴线；

第一联接器，其处于所述第一转子与所述振动控制质量块之间，所述第一联接器具有第一联接器中心，所述第一联接器中心与所述中心轴线垂直地偏离第一径向联接器距离；以及

第二联接器，其处于所述第二转子与所述振动控制质量块之间，所述第二联接器具有第二联接器中心，该第二联接器中心与所述中心轴线垂直地偏离第二径向联接器距离，

所述第一径向联接器距离不同于所述第二径向联接器距离；

所述第一联接器中心相对于所述中心轴线与所述质心轴向地偏离第一轴向联接器距离；

所述第二联接器中心相对于所述中心轴线与所述质心轴向地偏离第二轴向联接器距离；

所述第一轴向联接器距离不同于所述第二轴向联接器距离；

所述第一联接器中心和第二联接器中心具有选择性可变的位移角，该位移角由在所述中心轴线和所述第一联接器中心之间延伸的线与在所述中心轴线和所述第二联接器中心之间延伸的线之间的夹角限定；

其中所述第一转子与所述第二转子能控制成产生绕所述中心轴线具有可控振幅和频率的振动控制力矢量。

2.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述第一转子和第二转子能控制成产生圆形振动控制力矢量。

3.根据权利要求2所述的振动抑制系统，其中所述第一转子和第二转子能控制成绕所述中心轴线沿相同方向旋转以产生所述圆形振动控制力矢量。

4.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述第一转子和第二转子能控制成产生线性振动控制力矢量。

5.根据权利要求4所述的振动抑制系统，其中所述第一转子和第二转子能控制成绕着所述中心轴线沿相反的方向旋转，以产生所述线性振动控制力矢量。

6.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述质心与所述中心轴线具有选择性可变的径向位移距离，其范围从一最小位移距离到一最大位移距离。

7.根据权利要求6所述的振动抑制系统，其中当所述位移角为零度时，所述质心与所述中心轴线重合，并且所述径向位移距离是与所述旋转中心轴线的所述最小位移距离。

8.根据权利要求7所述的振动抑制系统，其中当所述位移角为180度时，所述质心与所述中心轴线的径向位移距离为所述最大位移距离。

9.根据权利要求6所述的振动抑制系统，其中当所述位移角为零时，所述第一联接器中心、所述第二联接器中心和所述质心对准在公共联动轴线上，从而所述第一联接器中心绕所述中心轴线的力矩之和与所述第二联接器中心绕所述中心轴线的力矩之和相等且相反。

10.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述第一联接器中心相对于所述中心轴线与所述第二联接器中心轴向地偏离一固定距离。

11.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述振动控制质量块包括绕轴轴线伸长的轴，并且所述轴相对于所述第一联接器中心和所述第二联接器中心中的一个沿着所述轴轴线的轴向移动被约束，并且所述轴相对于所述第一联接器中心和所述第二联接器中心中的另一个沿着所述轴轴线能轴向移动。

12.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述振动控制力矢量是所述桨毂相对于所述飞机的所述非旋转主体绕所述中心轴线的转速与所述质心相对于所述桨毂绕所述中心轴线的转速的速度之和的函数。

13.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述第一转子轴线和所述第二转子轴线与所述中心轴线重合。

14.根据权利要求1所述的振动抑制系统，其中所述振动控制质量块包括质量块头和质量块轴，并且所述第一联接器处于所述第一转子与所述质量块轴之间，而所述第二联接器处于所述第二转子与所述质量块轴之间。

15.根据权利要求14所述的振动抑制系统，其中所述第一联接器包括第一球形轴承，所述第一球形轴承具有：第一外圈，其绕所述第一联接器中心定向并随着所述第一转子的旋转而旋转；以及第一内圈，其能与所述质量块轴一起绕所述第一联接器中心相对于所述第一外圈以至少两个运动度旋转。

16.根据权利要求15所述的振动抑制系统，其中所述第二联接器包括第二球形轴承，所述第二球形轴承具有：第二外圈，其绕所述第二联接器中心定向并随着所述第二转子的旋转而旋转；以及第二内圈，其能与所述质量块轴一起绕所述第二联接器中心相对于所述第二外圈以至少两个运动度旋转。

17.根据权利要求16所述的振动抑制系统，其中：

所述第一外圈包括具有第一孔轴线的第一环形孔；

所述第一孔轴线与所述中心轴线不同心；

所述第一联接器中心与所述第一孔轴线同心；

所述质量块轴延伸穿过所述第一环形孔；

所述第二外圈包括具有第二孔轴线的第二环形孔；

所述第二孔轴线与所述中心轴线不同心；

所述第二联接器中心与所述第二孔轴线同心；并且

所述质量块轴延伸穿过所述第二环形孔。

18.根据权利要求17所述的振动抑制系统，其中

所述质量块轴绕与所述第一联接器中心相交的轴轴线伸长；

所述质量块轴被固定到所述第一内圈，从而所述第一内圈随着所述质量块轴绕所述轴轴线的旋转而绕所述第一联接器中心旋转，并且所述质量块轴沿所述轴轴线相对于所述第一内圈的轴向运动被约束；并且

所述质量块轴与所述第二内圈滑动接合，从而所述质量块轴能沿所述轴轴线相对于所述第二内圈轴向移动，并且所述质量块轴能绕所述轴轴线相对于所述第二内圈旋转。

19.根据权利要求14所述的振动抑制系统，其中所述第一联接器包括万向联接器，所述万向联接器具有：

第一轭，所述第一轭随着所述第一转子的旋转而旋转；

第二轭，其具有第一枢转轴，所述第一枢转轴由所述第一轭绕第一枢转轴线旋转地支撑；

处于所述第一枢转轴与所述第一轭之间的轴承；

第二枢转轴，其连接到所述质量块轴并由所述第二轭绕第二枢转轴线旋转地支撑；以及

处于所述第二枢转轴与所述第二轭之间的轴承。

20.根据权利要求19所述的振动抑制系统，其中所述第二联接器包括万向联接器，所述万向联接器具有：

第三轭，其随着所述第二转子的旋转而旋转；

第四轭，其具有第三枢转轴，所述第三枢转轴由所述第三轭绕第三枢转轴线旋转地支撑；

处于所述第三枢转轴与所述第三轭之间的轴承；

第四枢转轴，其连接到所述质量块轴并由所述第四轭绕第四枢转轴线旋转地支撑；以及

处于所述第四枢转轴与所述第四轭之间的轴承。

21.根据权利要求20所述的振动抑制系统，其中所述第一联接器中心包括所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线的交点，并且所述第二联接器中心包括所述第三枢转轴线和所述第四枢转轴线的交点。

22.根据权利要求1所述的振动抑制系统，包括：

第一马达，其被驱动以使所述第一转子绕所述中心轴线旋转；

第二马达，其被驱动以使所述第二转子绕所述中心轴线旋转；以及

控制器，其接收输入信号并向所述第一马达和所述第二马达输出命令信号，以控制所述第一联接器中心绕所述中心轴线的转速、所述第二联接器中心绕所述中心轴线的转速以及所述位移角。

23.根据权利要求22所述的振动抑制系统，其中所述控制器改变所述位移角以改变所述振动控制力矢量的操作幅度。

24.根据权利要求23所述的振动抑制系统，其中所述位移角能从0度至360度变化。

25.根据权利要求22所述的振动抑制系统，其中所述控制器保持恒定的位移角，以保持所述振动控制力矢量圆形地绕所述中心轴线的期望的恒定操作幅度。

26.根据权利要求22所述的振动抑制系统，其中所述控制器选择性地控制所述第一马达和所述第二马达，使得所述第一联接器中心绕所述中心轴线以第一转速旋转，并且所述第二联接器中心绕所述中心轴线以第二转速旋转，由此所述控制器控制所述第一联接器中心和第二联接器中心绕所述中心轴线的所述第一转速和第二转速之间的速度差。

27.根据权利要求26所述的振动抑制系统，其中所述控制器通过将所述速度差从大致1比1开始改变而改变所述位移角。

28.根据权利要求26所述的振动抑制系统，其中所述控制器通过改变所述速度差使得所述第一联接器中心绕所述中心轴线旋转的所述第一转速不同于所述第二联接器中心绕所述中心轴线旋转的所述第二转速，而改变所述振动控制力矢量的操作幅度。

29.根据权利要求26所述的振动抑制系统，其中所述控制器通过将所述速度差保持在大致1比1而将所述振动控制力矢量的操作幅度保持恒定。

30.根据权利要求22所述的振动抑制系统，包括：

单元框架；

所述第一马达具有安装到所述单元框架上的定子；

所述第一转子具有面对定子的环形边缘和由所述面对定子的环形边缘支撑的多个磁体；

所述第二马达具有安装到所述单元框架上的定子；并且

所述第二转子具有面对定子的环形边缘和由所述面对定子的环形边缘支撑的多个磁体。

31.根据权利要求22所述的振动抑制系统，包括：

单元框架；

所述第一马达具有安装到所述单元框架上的第一定子和能相对于所述第一定子绕第一马达轴线旋转的第一输出轴；

处于所述第一马达的所述第一输出轴和所述第一转子之间的第一旋转联接器；

所述第二马达具有安装到所述单元框架上的第二定子和能相对于所述第二定子绕第二马达轴线旋转的第二输出轴；以及

处于所述第二马达的所述第二输出轴与所述第二转子之间的第二旋转联接器。

32.根据权利要求31所述的振动抑制系统，其中：

所述第一旋转联接器包括连接至所述第一输出轴的第一输出齿轮和连接至所述第一转子的第一齿圈，所述第一齿圈与所述第一输出齿轮啮合地接合；并且

所述第二旋转联接器包括连接至所述第二输出轴的第二输出齿轮和连接至所述第二转子的第二齿圈，所述第二齿圈与所述第二输出齿轮啮合地接合。

33.根据权利要求22所述的振动抑制系统，包括传感器，用于测量振动并将所述输入信号提供给所述控制器。

34.根据权利要求22所述的振动抑制系统，其中所述第一马达和所述第二马达各自包括旋转电动机。

35.根据权利要求22所述的振动抑制系统，其中所述第一马达或第二马达中的一个能控制成以再生模式操作，并且所述第一马达或第二马达中的另一个能控制成以发电模式操作。

36.根据权利要求22所述的振动抑制系统，包括振动控制壳体，所述振动控制壳体适于安装到所述旋翼桨毂并且可操作地配置成与所述旋翼桨毂一起沿所述旋翼桨毂的操作旋转方向绕所述桨毂轴线旋转。

37.根据权利要求36所述的振动抑制系统，其中所述振动控制壳体包括固定至所述桨毂的基座、外圈、内圈和盖子。

38.根据权利要求36所述的振动抑制系统，其中所述第一转子由作用在所述振动控制壳体和所述第一转子之间的第一轴承组旋转地支撑，并且所述第二转子由作用在所述第二转子与所述振动控制壳体之间的第二轴承组旋转地支撑。

39.根据权利要求36所述的振动抑制系统，其中所述控制器由所述振动控制壳体支撑并随其旋转。

40.根据权利要求39所述的振动抑制系统，还包括滑环，其被配置成向所述控制器提供输入信号。

41.一种振动抑制系统，包括：

振动控制质量块，其具有质心；

第一转子，其具有旋转中心轴线；

第二转子，其具有与所述旋转中心轴线重合的旋转轴线；

第一联接器，其处于所述第一转子与所述振动控制质量块之间，所述第一联接器具有第一联接器中心，该第一联接器中心与所述旋转中心轴线垂直地偏离第一径向联接器距离；

第二联接器，其处于所述第二转子与所述振动控制质量块之间，所述第二联接器具有第二联接器中心，所述第二联接器中心与所述旋转中心轴线垂直地偏离第二径向联接器距离；

所述第一径向联接器距离不同于所述第二径向联接器距离；

所述第一联接器中心相对于所述旋转中心轴线与所述质心轴向地偏离第一轴向联接器距离；

所述第二联接器中心相对于所述旋转中心轴线与所述质心轴向地偏离第二轴向联接器距离；

所述第一轴向联接器距离不同于所述第二轴向联接器距离；

所述第一联接器中心和第二联接器中心具有选择性可变的位移角，该位移角由在所述旋转中心轴线和所述第一联接器中心之间延伸的线与在所述旋转中心轴线和所述第二联接器中心之间延伸的线之间的夹角限定；

其中所述第一转子与所述第二转子能控制成产生绕所述旋转中心轴线具有可控振幅和频率的振动控制力矢量。

42.根据权利要求41所述的振动抑制系统，其中所述第一转子和第二转子能控制成产生圆形振动控制力矢量或线性振动控制力矢量。

43.根据权利要求41所述的振动抑制系统，其中：

所述质心具有与所述旋转中心轴线的选择性可变的径向位移距离，其范围从一最小位移距离到一最大位移距离；

当所述位移角为零度时，所述质心与所述旋转中心轴线重合，并且所述径向位移距离是与所述旋转中心轴线的所述最小位移距离；并且

当所述位移角为180度时，所述质心与所述旋转中心轴线的径向位移距离为所述最大位移距离。

44.根据权利要求41所述的振动抑制系统，其中所述振动控制质量块包括质量块头和质量块轴，并且所述第一联接器处于所述第一转子与所述质量块轴之间，而所述第二联接器处于所述第二转子与所述质量块轴之间。

45.根据权利要求44所述的振动抑制系统，其中：

所述第一联接器包括第一球形轴承，所述第一球形轴承具有：第一外圈，其绕所述第一联接器中心定向，所述第一外圈随着所述第一转子的旋转而旋转；以及第一内圈，其能与所述质量块轴一起绕所述第一联接器中心相对于所述第一外圈以至少两个运动度旋转；并且

所述第二联接器包括第二球形轴承，所述第二球形轴承具有：第二外圈，其绕所述第二联接器中心定向，所述第二外圈随所述第二转子的旋转而旋转；以及第二内圈，所述第二内圈能与所述质量块轴一起绕所述第二联接器中心相对于所述第二外圈以至少两个运动度旋转。

46.根据权利要求44所述的振动抑制系统，其中：

所述第一联接器包括万向联接器，其具有：第一轭，所述第一轭随着所述第一转子的旋转而旋转；第二轭，其具有第一枢转轴，所述第一枢转轴由所述第一轭绕第一枢转轴线旋转地支撑；处于所述第一枢转轴和所述第一轭之间的轴承；第二枢转轴，其连接到所述质量块轴并由所述第二轭绕第二枢转轴线旋转地支撑；以及处于所述第二枢转轴和所述第二轭之间的轴承；

所述第二联接器包括万向联接器，所述万向联接器具有：第三轭，其随所述第二转子的旋转而旋转；第四轭，其具有第三枢转轴，所述第三枢转轴由所述第三轭绕第三枢转轴线旋转地支撑；处于所述第三枢转轴与所述第三轭之间的轴承；第四枢转轴，其连接到所述质量块轴并由所述第四轭绕第四枢转轴线旋转地支撑；以及处于所述第四枢转轴和所述第四轭之间的轴承；并且

所述第一联接器中心包括所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线的交点，而所述第二联接器中心包括所述第三枢转轴线和所述第四枢转轴线的交点。

47.根据权利要求41所述的振动抑制系统，包括：

第一马达，其被驱动以使所述第一转子绕所述旋转中心轴线旋转；

第二马达，其被驱动以使所述第二转子绕所述旋转中心轴线旋转；以及

控制器，其接收输入信号并向所述第一马达和所述第二马达输出命令信号，以控制所述第一联接器中心绕所述旋转中心轴线的转速、所述第二联接器中心绕所述旋转中心轴线的转速以及所述位移角。

48.根据权利要求47所述的振动抑制系统，其中所述控制器改变所述位移角以改变所述振动控制力矢量的操作幅度，并且所述控制器保持恒定的位移角以保持所述振动控制力矢量圆形地绕所述旋转中心轴线的期望的恒定操作幅度。

49.根据权利要求47所述的振动抑制系统，其中：

所述控制器选择性地控制所述第一马达和所述第二马达，使得所述第一联接器中心绕所述旋转中心轴线以第一转速旋转并且所述第二联接器中心绕所述旋转中心轴线以第二转速旋转，从而所述控制器控制所述第一联接器中心和第二联接器中心的绕所述旋转中心轴线的所述第一转速和第二转速之间的速度差；

所述控制器通过将所述速度差从大致1比1开始改变而改变所述位移角；

所述控制器通过改变所述速度差使得所述第一联接器中心绕所述旋转中心轴线的所述第一转速不同于所述第二联接器中心绕所述旋转中心轴线的所述第二转速，而改变所述振动控制力矢量的操作幅度；并且

所述控制器通过将所述速度差保持在大致1比1而将所述振动控制力矢量的操作幅度保持恒定。

50.根据权利要求47所述的振动抑制系统，包括：

单元框架；

所述第一马达具有安装到所述单元框架上的定子；

所述第一转子具有面对定子的环形边缘和由所述面对定子的环形边缘支撑的多个磁体；

所述第二马达具有安装到所述单元框架上的定子；并且

所述第二转子具有面对定子的环形边缘和由所述面对定子的环形边缘支撑的多个磁体。

51.根据权利要求47所述的振动抑制系统，包括：

单元框架；

所述第一马达具有安装到所述单元框架上的第一定子和能相对于所述第一定子绕第一马达轴线旋转的第一输出轴；

第一旋转联接器，其处于所述第一马达的所述第一输出轴与所述第一转子之间；

所述第二马达具有安装到所述单元框架上的第二定子和能相对于所述第二定子绕第二马达轴线旋转的第二输出轴；以及

第二旋转联接器，其处于所述第二马达的所述第二输出轴与所述第二转子之间。

52.根据权利要求51所述的振动抑制系统，其中

所述第一旋转联接器包括连接至所述第一输出轴的第一输出齿轮和连接至所述第一转子的第一齿圈，所述第一齿圈与所述第一输出齿轮啮合地接合；并且

所述第二旋转联接器包括连接至所述第二输出轴的第二输出齿轮和连接至所述第二转子的第二齿圈，所述第二齿圈与所述第二输出齿轮啮合地接合。

53.根据权利要求47所述的振动抑制系统，包括传感器，其用于测量振动并将所述输入信号提供给所述控制器。

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