CN107416212A - 一种多旋翼飞行器的电机调速系统以及多旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多旋翼飞行器的电机调速系统以及多旋翼飞行器。包括飞行控制单元，还包括一电机调速器单元、多个电池动力组、一电池管理单元，所述电机调速器单元包括多个电机调速器，多个所述电机调速器分别并联到一电源母线上；所述电池动力组用于给所述电机调速器单元提供电源，多个所述电池动力组分别并联在所述电源母线上；电池管理单元与所述多个电池动力组连接，所述电池管理单元还与整机总线连接。当其中某个电池动力组发生故障时，剩余的其他电池动力组仍然可以为所述电机调速器单元提供电源，增加了多旋翼飞行器的电机调速系统的稳定性。

Description

一种多旋翼飞行器的电机调速系统以及多旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，特别是涉及多旋翼飞行器的电机调速系统以及多旋翼飞行器。
背景技术
目前的多旋翼电动飞行器配置了四个以上的电机同时工作，从飞行器的飞行控制单元到电机调速器(简称：电调)所采用的控制信号一般为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号或者PPM(Pulse Position Modulation，脉冲位置调制)信号。然而，这两种信号发送方式均存在传播距离短，容易受到干扰等缺陷，导致现有的多旋翼飞行器在飞行控制单元与电机调速系统之间的信号传输过程中容易出现系统信号传输错误的问题，不利于飞行控制单元对电机调速器的有效控制。
与此同时，飞行控制单元对各个电机的控制信号的必须一一对应，现有的飞行器设置有多个对应的飞行控制单元IO口，飞行器的电机调速系统的结构及布线复杂。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种多旋翼飞行器的电机调速系统以及多旋翼飞行器，能够增加多旋翼飞行器的电机调速系统的稳定性。
本发明一方面提供一种多旋翼飞行器的电机调速系统，包括与整机总线连接的飞行控制单元，还包括一电机调速器单元，所述电机调速器单元包括多个电机调速器，多个所述电机调速器分别并联到一电源母线上；所述电机调速器单元还通过CAN总线与所述飞行控制单元连接；
还包括多个电池动力组，所述电池动力组用于给所述电机调速器单元提供电源，多个所述电池动力组分别并联在所述电源母线上；
还包括一电池管理单元，电池管理单元一端通过CAN总线与所述多个电池动力组连接，所述电池管理单元另一端与整机总线连接。
本发明还提供一种多旋翼飞行器，包括上述所述的电机调速系统。
上述技术方案，通过将多个所述电池动力组分别并联在电源母线上，给所述电机调速器单元提供电源，所述飞行控制单元与所述电机调速器单元连接，所述电池管理单元与所述电池动力组连接，所述电池管理单元还与整机总线连接。因为多个电池动力组分别并联在所述电源母线上，所述电池动力组用于给所述电机调速器提供电源，当其中某个电池动力组发生故障时，剩余的其他电池动力组仍然可以为所述电机调速器提供电源，增加了多旋翼飞行器的电机调速系统的稳定性。本发明实施例的方案，飞行控制单元只需作为一个通讯节点挂在CAN总线上，使用CAN总线通讯方式，即可实现对多个电机调速器的同时控制，CAN总线通讯方式可实现控制信号的较长距离传播，并且具有较好的信号抗干扰性。
附图说明
图1为一实施例的多旋翼飞行器的电机调速系统的示意性结构图；
图2为一实施例的电池动力组的示意性结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供的一种多旋翼飞行器的电机调速系统包括：与整机总线连接的飞行控制单元FCU(Flight control unit)、一电机调速器单元、多个电池动力组以及一电池管理单元。所述电机调速器单元包括多个电机调速器，多个所述电机调速器分别并联到一电源母线上；所述电机调速器单元还通过CAN总线与所述飞行控制单元FCU连接。电池管理单元一端通过CAN总线与所述多个电池动力组连接，所述电池管理单元另一端还通过CAN总线与整机总线连接，同时所述飞行控制单元也通过CAN总线与所述整机总线连接以形成一主网络。
所述电机调速单元通过CAN总线与所述飞行控制单元FCU连接以形成一第一子网络，所述电机调速单元设有8个电机调速器(图1中的ESC1～ESC8)(在其它实施例中，所述电机调速器也可以为其他数量)，8个电机调速器ESC分别并联在一电源母线上，所述电机调速器ESC正极端连接一第一熔断器FUSE，当电机调速器ESC出现短路烧毁时，与之连接的第一熔断器FUSE自动熔断，使该电机调速器脱离所述电源母线，保护该电机调速器不会因持续短路而起火，也起到保护动力电源母线的作用。所述飞行控制单元FCU、所述电机调速单元均通过CANH和CANL两根双绞线连接至CAN3总线，因此通过CANH和CANL两根双绞线即可实现对多个电机调速器ESC的信号控制，而且信号稳定可靠，抗干扰能力强；并且，用于传输飞行控制单元FCU控制信号的IO口减少，布线简单。
优选的，包括8组电池动力组(BMU1～BMU8)，用于给所述电机调速器ESC1～ESC8提供电源，8组电池动力组(BMU1～BMU8)还通过CAN4总线与电池管理单元BMS连接，以形成一第二子网络。
进一步的，每一电池动力组具体包括：电池BAT以及串接在电池BAT正极的用于过流保护的第二熔断器F1。当电池出现短路时，所述第二熔断器F1自动熔断，使得所述电池与所述电源母线断开，可以避免电池出现外部短路，也不影响所述电机调速器正常工作。
进一步的，如图2所示，每一电池动力组BMU还包括：用于在所述电池异常时控制电池断开的继电器k1。所述电池BAT的正极连接第二熔断器F1的一端，所述第二熔断器F1的另一端连接继电器k1的第一触点，继电器k1的第二触点连接该电池动力组的正极输出端，第一触点和第二触点构成一组连接触点，所述电池的负极连接电池动力组的负极输出端。
优选的，每一电池动力组BMU还包括：用于检测所述电池的电压、电流和温度的电池检测单元BCU(BATTERY CHECK UNIT)，所述电池检测单元BCU控制继电器k1的通断。例如：当电池检测单元BCU检测到其所在的电池动力组的电池电压超出正常的电压范围(正常的电压范围为不高于90V)，或者检测到其所在的电池动力组的电池温度超出正常温度范围(正常的温度范围为不高于60摄氏度)时，可控制其所在的电池动力组中的继电器断开，使所述电池动力组BMU的电池与所述电源母线断开，保护电池不会出现过放或者过充等问题。进一步的，每个电池动力组中还可包括用于检测该电池动力组电流的电流传感器(例如霍尔电流传感器H1)。在电池动力组中，电池BAT的正极输出线通过熔断器后从霍尔电流传感器H1中间孔洞穿过后连接至继电器K1的第一触点，由此霍尔电流传感器H1可检测该组电池BAT电流，继电器K1的第二触点连接该组电池单元的负极输出端，第一触点和第二触点构成一组连接触点。
进一步的，所述的多旋翼飞行器的电机调速系统还包括一充电接口CHARGE PORT，所述充电接口并联在所述电源母线上，当所述电池动力组BMU的电源过少时，可通过所述充电接口给所述电池动力组BMU充电。
所述电池管理单元BMS通过CAN总线(本实施例中为CAN4)与所述电池动力组连接，基于此连接，所述电池动力组将其检测到的电池的电压、电流、温度等信息上报给电池管理单元BMS。此外，所述电池管理单元BMS还通过CAN总线与整机总线(本实施例中为CAN1)连接，所述电池管理单元BMS统计每一电池动力组的信息并发到整机总线上，使得飞行器中的其它系统设备可从整机总线上实时获取每一所述电池动力组的情况，从而根据每一所述电池动力组的情况及时进行相应调整。具体如：每一所述电池动力组可通过CAN总线软件通讯方式，分别将所述电池检测单元检测到的电池的电压、温度、电流等信息发送给所述电池管理单元BMS，所述电池管理单元BMS统计每一所述电池动力组的信息后，通过CAN总线软件通讯方式，将每一所述电池动力组的完整电池信息发到整机总线上，使得飞行器的其它系统设备可从整机总线上得到当前每一所述电池动力组的电量、电压、温度等信息。
其中，由于所述飞行控制单元FCU也与整机总线连接，电池管理单元BMS将统计好的每一电池动力组信息并发到整机总线上，飞行控制单元FCU从整机总线上获取当前的每一所述电池动力组信息，并根据当前的所述电池动力组信息对对应的电机调速器进行控制。
本实施例中，所述电池动力组的数量为8组。飞行控制单元FCU从整机总线上获取当前8组电池动力组发送到整机总线上的相关信息，根据当前8组的电池动力组，飞行控制单元FCU通过CAN总线(本实施例中为CAN3)与所述8个并联的电机调速器连接。所述飞行控制单元FCU通过CAN总线通信方式向电机调速器单元发送控制信号，每一所述电机调速器根据所述控制信号通过改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，使电机达到较高的使用性能。CAN是Controller Area Network的缩写，CAN总线通信方式是ISO 国际标准化的串行通信协议，能够适应减少线束的数量、进行大量数据的高速通信的需要，其出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。由此实现飞行控制单元FCU对多个电机调速器的同时控制，同时实现控制信号的较长距离传播，信号稳定可靠，抗干扰能力强。
如图1所示，所述8个电池动力组的正极输出端均与所述电源母线正极连接，使得8组所述电池动力组并联连接，具体地，所述8个电机调速器(ESC1～ESC8)正极端均通过熔断器FUSE与所述电源母线的正极COM+连接，调速器(ESC1～ESC8)负极端均与所述电源母线的负极COM-连接，使得8个所述电机调速器并联在所述电源母线上。当其中任一个电池动力组的电池出现故障时，可通过对应的继电器控制所述电池动力组与所述电源母线断开；此时，其它电池动力组可继续输出电源为8个电机调速器提供动力，从而避免飞行器因某一个电池故障而无法正常飞行。例如，即使其中4组电池动力组的电池出现故障，其它4组电池动力组输出的动力仍可保证飞行器安全降落。
本发明所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，通过多个所述电机调速器分别并联到一电源母线上，多个所述电池动力组分别并联在所述电源母线上，所述飞行控制单元通过CAN总线与所述电机调速器单元连接，所述电池管理单元通过CAN总线与所述电池动力组连接，所述电池管理单元通过CAN总线与整机总线连接。因为多个电池动力组分别并联在所述电源母线上，所述电池动力组用于给所述电机调速器提供电源，当其中某个电池动力组发生故障时，剩余的其他电池动力组仍然可以为所述电机调速器提供电源，增加了多旋翼飞行器的电机调速系统的稳定性。本发明实施例的方案，飞行控制单元只需作为一个通讯节点挂在CAN总线上，使用CAN总线通讯方式，即可实现对多个电机调速器的同时控制，CAN总线通讯方式可实现控制信号的较长距离传播，并且具有较好的信号抗干扰性。
本发明还提供了一种多旋翼飞行器的实施例，本实施例的多旋翼飞行器中设置有上述实施例所述的电机调速系统。
所述多旋翼飞行器底部设有一底舱，所述电机调速系统位于所述底舱。所述旋翼飞行器后部设有一后舱，一空调系统位于所述后舱，所述空调系统用于给所述电机调速系统降温。所述旋翼飞行器还包括一座舱位于所述后舱前方，所述座舱设有座椅供使用者使用，所述空调系统用于给所述座舱提供冷气。
需要说明的是，在上述实施例中，仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图中示出的多旋翼飞行器的电机调速系统结构并不构成对本发明的限定，可以包括比图示更多或更少的器件，或者组合某些器件，或者有不同的器件位置布置。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种多旋翼飞行器的电机调速系统，包括与整机总线连接的飞行控制单元，其特征在于，还包括一电机调速器单元，所述电机调速器单元包括多个电机调速器，多个所述电机调速器分别并联到一电源母线上；所述电机调速器单元还通过CAN总线与所述飞行控制单元连接；
还包括多个电池动力组，所述电池动力组用于给所述电机调速器单元提供电源，多个所述电池动力组分别并联在所述电源母线上；
还包括一电池管理单元，电池管理单元一端通过CAN总线与所述多个电池动力组连接，所述电池管理单元另一端与整机总线连接。
2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，所述电机调速器的数量为8个；
所述飞行控制单元、所述电池管理单元分别通过CAN总线与所述整机总线连接。
3.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，所述电池动力组的数量为八组。
4.根据权利要求2所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，所述电机调速器正极端通过一第一熔断器连接到所述电源母线上，当电机调速器出现短路烧毁时，所述第一熔断器自动熔断。
5.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，每个电池动力组包括：电池、串接在电池正极的用于过流保护的第二熔断器；当所述电池出现短路烧毁时，所述第二熔断器自动熔断。
6.根据权利要求5所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，每个电池动力组还包括：用于在所述电池异常时控制所述电池断开的继电器；
所述电池的正极连接第二熔断器的一端，第二熔断器的另一端连接继电器的第一触点，继电器的第二触点连接电池动力组的正极输出端，第一触点和第二触点构成一组连接触点，所述电池的负极连接电池动力组的负极输出端。
7.根据权利要求6所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，每个电池动力组还包括：用于检测电池的电压、电流、温度以及控制所述继电器通断的电池检测单元。
8.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器的电机调速系统，其特征在于，还包括一充电接口，所述充电接口连接到所述电源母线上，当所述电池动力组的电源过少时，通过所述充电接口给所述电池动力组充电。
9.一种多旋翼飞行器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电机调速系统。
10.如权利要求9所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器底部设有一底舱，所述电机调速系统设置于所述底舱内。
11.如权利要求9或10所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼飞行器后部设有一后舱，所述后舱内设有一空调系统，所述空调系统用于给所述电机调速系统降温。
12.如权利要求11所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼飞行器还设有一座舱，所示座舱位于所述后舱前方，所述座舱内设有座椅，所述空调系统还用于给所述座舱提供冷气。
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