CN109835483A - 一种新能源多旋翼重叠动力的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，包括多旋翼无人机、电机、与电机相匹配的电子调速器以及飞控系统，所述多旋翼无人机包括机体、通过连接件固定在所述机体上的多个机臂和安装在所述机体上的脚架，位于所述机体的左右两侧的所述机臂或者连接件上均安装有指示灯，所述指示灯呈环形，套装在所述机臂或者连接件上，所述指示灯包括圆环形的灯环本体和设置在所述灯环本体内的灯。本发明动力系统，具备功率大、承载强、使用方便等优势，可满足无人机生产制造企业或个人无人机爱好者更快速搭建大中型新能源无人机的需要，能更快生产出各式大中型新能源无人机，填补目前新能源多旋翼重叠的无人机动力系统产品领域的空白。

Description

一种新能源多旋翼重叠动力的无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种新能源多旋翼重叠动力的无人机。

背景技术

目前，无人机广泛采用的动力系统包括往复式和旋转式活塞发动机，以及涡喷、涡扇、涡桨和涡轴在内的燃气涡轮发动机。由于各方面的技术问题，电池驱动的新能源动力系统目前基本上仅能使用在微型的无人机上，如可适用于小型航拍无人机或玩具无人机上，究其原因在于其载重较小。

新能源无人机，最基础的部分在于电池驱动电动机动力系统。在多年的发展过程中，由于电池技术、电机技术、电子调速等技术没有取得较大突破，因此目前其还只是停留在微型小功率无人机阶段，例如动力系统的功率在2000瓦以内、载重在6KG以内时，将只能用于航模玩具式无人机。

目前的电池驱动电动机动力系统，功率小，承载轻，无法满足无人机行业的发展需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种新能源多旋翼重叠动力的无人机。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，包括多旋翼无人机、电机、与电机相匹配的电子调速器以及飞控系统，所述多旋翼无人机包括机体、通过连接件固定在所述机体上的多个机臂和安装在所述机体上的脚架，位于所述机体的左右两侧的所述机臂或者连接件上均安装有指示灯，所述指示灯呈环形，套装在所述机臂或者连接件上，所述指示灯包括圆环形的灯环本体和设置在所述灯环本体内的灯，所述灯环本体采用透明材料制作，所述灯环本体的外圆周面为粗糙表面，所述指示灯包括圆环形的灯环本体和设置在所述灯环本体内的灯，所述灯环本体采用透明材料制作，所述灯环本体的外圆周面为外凸的圆弧面，所述灯为环形LED灯管，所述灯环本体的内圆周面为圆柱面，在所述圆柱面上开设有用于安装所述灯的环形的凹槽，所述凹槽为矩形槽，所述灯环本体的内圆周面上开设有密封槽，所述密封槽的数量为两个，分别位于所述凹槽的两侧，所述无人机指示灯还包括安装在所述密封槽内的O型密封圈，所述灯环本体采用玻璃或PVC板制作，位于左侧的所述指示灯和位于右侧的指示灯具有不同颜色的灯光，所述电机根据不同的功率配置有配套的螺旋桨，所述飞控系统与所述电子调速器通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作；

其中，所述电机为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电机的运作，所述飞控系统包括信号接收器。

进一步的，所述调速电路包括输入端、由若干开关构成的开关组及三相直流电压输出端，其通过控制开关组内不同开关组合的导通顺序，使其输出端对应不同的换相顺序来驱动无刷电机的转动。

进一步的，所述开关组包括由开关Q1、Q2串联构成的Q1支路、由开关Q3、Q4串联构成的Q3支路及由Q5、Q6串联构成的Q5支路，所述Q1支路、Q3支路及Q5支路之间并联，其中，所述Q1支路与Q3支路对应连接三相直流电压的AB相，所述Q3支路与Q5支路对应连接三相直流电压的BC相，所述Q1支路与Q5支路对应连接三相直流电压的AC相。

进一步的，所述开关组的不同开关组合的导通顺序依次为Q1Q4、Q1Q6、Q3Q6、Q3Q2、Q5Q2、Q5Q4，该导通顺序所对应的换相顺序依次为AB相、AC相、BC相、BA相、CA相、CB相。

进一步的，所述电子调速器连接有高储电量的锂电池，其可为动力系统进行供电，且可多次重复充电使用。

进一步的，所述电子调速器连接有防打火花线，其包括一子弹头端子及电阻，所述防打火花线的另一端与锂电池负极连接。

进一步的，所述飞控系统包括与信号接收器配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器参数及无人机的远程控制。

进一步的，所述电子调速器通过加力信号线与飞控系统通信连接，所述加力信号线为4pin线，通过其可连接有编程盒，用于所有电子调速器参数的设定。

进一步的，所述加力信号线通过USB线可连接电脑，用于所有电子调速器参数的设定。

进一步的，所述调速电路的开关组内对应每一个开关均设置有电压传感器或电流传感器，当任一开关电压或电流超越警戒时，将减小动力系统输出功率使其怠速运行。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明动力系统由高储电量锂电池进行供电，不仅环保，且可多次重复充电使用，相对于现有同功率以内燃机为动力的无人机动力系统，维修方便，动力更强，加速更快，本发明的单套动力系统功率可达到5KW-30KW，单套动力系统载重可达25KG-120KG，当采用本动力系统架设起四轴无人机时，整机起飞载重可达到100KG-400KG，单套动力系统装置重量小于10KG，整套动力系统适合于无人机飞行器使用，所搭建起来的多轴无人机重量轻，易实施，相反，原有的燃油动力系统发动机相对较重，使得装配起来的无人机不仅体积大，且载重轻。

2、本发明通过在机体左右两侧的机臂或者连接件上安装环形的指示灯，当无人机在飞行时(多旋翼无人机在向前或向后飞行时是处于向前倾斜或者向后倾斜的状态)，可以通过安装在两个机臂上的指示灯观察到无人机的左右两侧的机臂位置，因此可以确定无人机当前的飞行姿态，并且无人机无论是处于前倾或者后倾状态，操控无人机的操作人员都可以看到指示灯发出的光线，从而能够保证在远距离操控无人机时使得无人机按照需要的姿态飞行。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的电机结构示意图；

图3为本发明的电子调速器工作原理示意图；

图4为本发明的调速电路结构示意图；

图5为本发明中多旋翼无人机的结构示意图；

图6为图5中所示的多旋翼无人机的主视图；

图7是图5中所示指示灯的主视剖视图；

图8是图5中所示指示灯的结构示意图。

图中：1、机体，2、连接件，3、机臂，4、脚架，5、指示灯，6、灯环本体，7、灯，8、外圆周面，9、凹槽，10、密封槽，11、O型密封圈，12、电机，13、电子调速器，14、信号线，15、锂电池，16、信号接收器。

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。

请参阅图1-图8所示的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，包括多旋翼无人机、电机12、与电机12相匹配的电子调速器13以及飞控系统，所述多旋翼无人机包括机体1、通过连接件2固定在所述机体1上的多个机臂3和安装在所述机体1上的脚架，位于所述机体1的左右两侧的所述机臂3或者连接件2上均安装有指示灯5，所述指示灯5呈环形，套装在所述机臂3或者连接件2上，所述指示灯5包括圆环形的灯环本体6和设置在所述灯环本体6内的灯7，所述灯环本体6采用透明材料制作，所述灯环本体6的外圆周面为粗糙表面，所述指示灯5包括圆环形的灯环本体6和设置在所述灯环本体6内的灯7，所述灯环本体6采用透明材料制作，所述灯环本体6的外圆周面8为外凸的圆弧面，所述灯7为环形LED灯管，所述灯环本体6的内圆周面8为圆柱面，在所述圆柱面上开设有用于安装所述灯7的环形的凹槽9，所述凹槽9为矩形槽，所述灯环本体6的内圆周面上开设有密封槽，所述密封槽的数量为两个，分别位于所述凹槽9的两侧，所述无人机指示灯5还包括安装在所述密封槽内的O型密封圈11，所述灯环本体6采用玻璃或PVC板制作，位于左侧的所述指示灯和位于右侧的指示灯具有不同颜色的灯光，所述电机12根据不同的功率配置有配套的螺旋桨，所述飞控系统与所述电子调速器13通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作，所述电机为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电机的运作，所述飞控系统包括信号接收器。

本大功率新能源无人机动力系统主要包括电机1，其根据不同的功率配置有配套的螺旋桨；与电机1相匹配的电子调速器2，用于驱动电机1的运作；飞控系统，其通过电子调速器2的加力信号线21与其连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作。

其中，本发明的电机1采用无刷电机。其实，在实际应用中无刷电机已很广泛，因为它体积小，重量轻，功率大，但大功率无刷电机在实际应用中较少，主要是因为大功率无刷电机要求工作的环境要通风，还需考虑电机1本身散热问题以及拉效比等问题。而本发明针对上述问题作出了改善，参照附图2，电机1上盖做成旋转的风叶状，结合螺旋桨的风和电机1风动浆盖的设计，可以让电机1具备更优秀的散热效果，同时针对拉效比问题对无刷电机的内部结构进行优化，使电机1拉效比在4G/W以上，大大提升整套动力系统的效率，在实际测试中6KW的电机1可达到24KG以上的拉力。

无刷电机与电子调速器13主要功能即为驱动无刷电机的运作。其中，电子调速器13内置有调速电路，其以PWM调速信号作为输入调速信号，可控制电机12的转速，由于PWM调速信号一般为矩形方波，PWM调速信号的占空比越大，电机12的运转速度越高；PWM调速信号占空比越小，电机12的运转速度也相应越低。

电子调速器13输入PWM调速信号，其输出为A，B，C三相直流电压，HallA，HallB，HallC为无刷电机中的霍尔传感器，其可将无刷电机转子的位置信息反馈给电子调速器13。

调速电路包括输入端、由若干开关构成的开关组及三相直流电压输出端，其通过控制开关组内不同开关组合的导通顺序，使其输出端对应不同的换相顺序来驱动无刷电机的转动。开关组包括由开关Q1、Q2串联构成的Q1支路、由开关Q3、Q4串联构成的Q3支路及由Q5、Q6串联构成的Q5支路，且Q1支路、Q3支路及Q5支路之间并联，其中，Q1支路与Q3支路对应连接三相直流电压的AB相，Q3支路与Q5支路对应连接三相直流电压的BC相，Q1支路与Q5支路对应连接三相直流电压的AC相。

在该电路结构中，当开关Q1，Q4导通时，三相直流电压的AB相导通，电流从A相经过电机1绕组，然后从B相返回；当开关Q1，Q6导通时，三相直流电压的AC相导通，电流从A相流经电机1绕组，从B相返回；其它开关组合和上面描述情况类似。而为了使电机1顺时针转动，开关组的导通顺序应依次为Q1Q4、Q1Q6、Q3Q6、Q3Q2、Q5Q2、Q5Q4，我们将开关切换的时机称为换相，上述导通顺序所对应的换相顺序依次为AB相、AC相、BC相、BA相、CA相、CB相。调速电路的开关组内对应每一个开关均设置有电压传感器或电流传感器，当任一开关电压或电流超越警戒时，将减小动力系统输出功率使其怠速运行。

基于上述的结构，本发明的电子调速器13可支持的最大电压、最大电流分别为90V、300A，最大功率则为90V×300A＝27KW。而传统的无刷电机电子调速器13一般多应用于小功率的场合，如24V/3A等等，功率达到5KW以上的比较少，主要原因在于功率过大后，对电子调速器13的设计带来比较大的挑战。高达300A的电流对电子调速器13来说是非常恐怖的，稍有瑕疵就会将其烧毁，同时功率大了之后，电子调速器13的散热又是另外一个技术难点。比如27KW的功率，对应95％的系统效率时，5％的能量都转换为热能，也即是27KW×5％＝1.35KW转换为热能，实际上1.35KW已经达到一个家用微波炉的最大功率了，因此如果电子调速器13散热不及时，极可能将整个系统烧毁。

对于电调散热的处理，本发明主要有以下处理措施。一是采用大面积的铝板散热，虽然增大产品体积和重量，但是系统变得更为稳定可靠；二是精心选取电子调速器2在系统中安放的位置，直接将其安放在无人机桨叶的风速最大处，通过快速的空气流通加速散热；三是在开关组MOS管附件增加稳定传感器，当开关MOS管的稳定超越警戒时，减小系统的输出功率，使其怠速运行，不至于将整个系统烧毁。

电子调速器13连接有高储电量的锂电池15，其为本动力系统进行供电，且可多次重复充电使用，其动力相对于目前同功率的内燃机动力不仅维修方便，动力更强，且加速更快。电子调速器13还连接有防打火花线，其包括一子弹头端子及电阻，防打火花线的另一端与锂电池15负极连接。在接线时，断开子弹头端子，防打火线能变为两根线。当连接电调与电池时，可以先连接防打火线，再连接正极，最后连接负极，那么在接通电池瞬间不会有打火产生，对连接端子起到保护作用。

此外，飞控系统包括信号接收器16及与信号接收器16配套使用的遥控器，用于设定部分电子调速器13参数及无人机的远程控制，信号接收器16与电调的加力信号线14连接，通过遥控器即可以控制整套动力系统达到飞起，加速，减速，停机等动作。电子调速器13的加力信号线15为4pin线，通过其可连接有编程盒，用于所有电子调速器2参数的设定，或者可使电子调速器13加力信号线14通过USB线连接至电脑，用于所有电子调速器13参数的设定。

综上所述，与现有的技术相比，本发明动力系统由高储电量锂电池进行供电，不仅环保，且可多次重复充电使用，相对于现有同功率以内燃机为动力的无人机动力系统，维修方便，动力更强，加速更快，本发明的单套动力系统功率可达到5KW-30KW，单套动力系统载重可达25KG-120KG，当采用本动力系统架设起四轴无人机时，整机起飞载重可达到100KG-400KG，单套动力系统装置重量小于10KG，整套动力系统适合于无人机飞行器使用，所搭建起来的多轴无人机重量轻，易实施，相反，原有的燃油动力系统发动机相对较重，使得装配起来的无人机不仅体积大，且载重轻；同时通过在机体左右两侧的机臂或者连接件上安装环形的指示灯，当无人机在飞行时(多旋翼无人机在向前或向后飞行时是处于向前倾斜或者向后倾斜的状态)，可以通过安装在两个机臂上的指示灯观察到无人机的左右两侧的机臂位置，因此可以确定无人机当前的飞行姿态，并且无人机无论是处于前倾或者后倾状态，操控无人机的操作人员都可以看到指示灯发出的光线，从而能够保证在远距离操控无人机时使得无人机按照需要的姿态飞行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：包括多旋翼无人机、电机、与电机相匹配的电子调速器以及飞控系统，所述多旋翼无人机包括机体、通过连接件固定在所述机体上的多个机臂和安装在所述机体上的脚架，位于所述机体的左右两侧的所述机臂或者连接件上均安装有指示灯，所述指示灯呈环形，套装在所述机臂或者连接件上，所述指示灯包括圆环形的灯环本体和设置在所述灯环本体内的灯，所述灯环本体采用透明材料制作，所述灯环本体的外圆周面为粗糙表面，所述指示灯包括圆环形的灯环本体和设置在所述灯环本体内的灯，所述灯环本体采用透明材料制作，所述灯环本体的外圆周面为外凸的圆弧面，所述灯为环形LED灯管，所述灯环本体的内圆周面为圆柱面，在所述圆柱面上开设有用于安装所述灯的环形的凹槽，所述凹槽为矩形槽，所述灯环本体的内圆周面上开设有密封槽，所述密封槽的数量为两个，分别位于所述凹槽的两侧，所述无人机指示灯还包括安装在所述密封槽内的O型密封圈，所述灯环本体采用玻璃或PVC板制作，位于左侧的所述指示灯和位于右侧的指示灯具有不同颜色的灯光，所述电机根据不同的功率配置有配套的螺旋桨，所述飞控系统与所述电子调速器通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作；

其中，所述电机为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电机的运作，所述飞控系统包括信号接收器。

2.根据权利要求1所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述调速电路包括输入端、由若干开关构成的开关组及三相直流电压输出端，其通过控制开关组内不同开关组合的导通顺序，使其输出端对应不同的换相顺序来驱动无刷电机的转动。

3.根据权利要求2所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述开关组包括由开关Q1、Q2串联构成的Q1支路、由开关Q3、Q4串联构成的Q3支路及由Q5、Q6串联构成的Q5支路，所述Q1支路、Q3支路及Q5支路之间并联，其中，所述Q1支路与Q3支路对应连接三相直流电压的AB相，所述Q3支路与Q5支路对应连接三相直流电压的BC相，所述Q1支路与Q5支路对应连接三相直流电压的AC相。

4.根据权利要求3所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述开关组的不同开关组合的导通顺序依次为Q1Q4、Q1Q6、Q3Q6、Q3Q2、Q5Q2、Q5Q4，该导通顺序所对应的换相顺序依次为AB相、AC相、BC相、BA相、CA相、CB相。

5.根据权利要求1所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述电子调速器连接有高储电量的锂电池，其可为动力系统进行供电，且可多次重复充电使用。

6.根据权利要求5所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述电子调速器连接有防打火花线，其包括一子弹头端子及电阻，所述防打火花线的另一端与锂电池负极连接。

7.根据权利要求1所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述飞控系统包括与信号接收器配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器参数及无人机的远程控制。

8.根据权利要求1所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述电子调速器通过加力信号线与飞控系统通信连接，所述加力信号线为4pin线，通过其可连接有编程盒，用于所有电子调速器参数的设定。

9.根据权利要求8所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述加力信号线通过USB线可连接电脑，用于所有电子调速器参数的设定。

10.根据权利要求2所述的一种新能源多旋翼重叠动力的无人机，其特征在于：所述调速电路的开关组内对应每一个开关均设置有电压传感器或电流传感器，当任一开关电压或电流超越警戒时，将减小动力系统输出功率使其怠速运行。