CN112455667B - 一种提升续航能力的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升续航能力的无人机，包括机身，所述机身的外围通过连杆对称的连接有两个呈弧形结构的支架，其中一个所述支架上安装有第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨，另外一个所述支架上安装有第四螺旋桨、第五螺旋桨和第六螺旋桨，所述第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、第四螺旋桨、第五螺旋桨和第六螺旋桨以机身为中心环形均匀分布。本发明中无人机采用两组可独立运行的螺旋桨，并且两组螺旋桨可切换交替作业，当一组螺旋桨投入工作时，另外一组螺旋桨的燃料电池可以进行充电，从而省去了无人机电池充电的间隔时间，能够有效的解决无人机续航能力不足的问题。

Description

一种提升续航能力的无人机

技术领域

本发明涉及无人机设备领域，尤其涉及一种提升续航能力的无人机。

背景技术

无人机又称无人航空载具，是一种无搭载人员的载具。通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制。可在科学研究、场地探勘、农业、军事、娱乐等用途上使用。当前，无人机在电力巡检、农业、航空拍摄、环境勘察、证据采集、军事等领域有着广泛应用。作为无人机组成部分的重要核心，无人机动力系统决定着无人机的机动性、续航时间等重要性能参数，在实际应用中，要求无人机的动力系统需要具备良好的可靠性、体积尽可能更小、成本更低、储存性能良好。因此，目前的无人机更加倾向于使用电力驱动。

燃料电池是一种使用氧化剂进行氧化还原反应的发电装置，其将燃料中的化学能转化为电能，常用的燃料是氢，其它可以分解出氢气的碳氢化合物也可以作为燃料，如天然气、甲烷和乙醇等。燃料电池与普通电池的不同之处在于，其是通过稳定地供应氧化剂和燃料源来提供稳定的氧气和燃料供应，直到燃料耗尽为止都可以提供持续稳定的电能输出。目前，无人机的电源主要为锂离子电池，不能很好满足旋翼无人机在实际作业中对于续航时间的要求。基于此，本发明提出一种提升续航能力的无人机。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题而提出的一种提升续航能力的无人机，通过设置两组可独立运行的螺旋桨，可以节省电池充电的时间，满足飞行需求的同时，又能提升其续航能力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种提升续航能力的无人机，包括机身，所述机身的外围通过连杆对称的连接有两个呈弧形结构的支架，其中一个所述支架上安装有第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨，另外一个所述支架上安装有第四螺旋桨、第五螺旋桨和第六螺旋桨，所述第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、第四螺旋桨、第五螺旋桨和第六螺旋桨以机身为中心环形均匀分布，并且所述第一螺旋桨、第三螺旋桨和第五螺旋桨同步旋转形成第一旋翼组件，所述第二螺旋桨、第四螺旋桨和第六螺旋桨同步旋转形成第二旋翼组件，所述第一旋翼组件与第二旋翼组件交替式工作。

优选的，所述机身内部对应每个连杆的位置处分别安装有规格相同的第一燃料电池、第二燃料电池、第三燃料电池、第四燃料电池、第五燃料电池、第六燃料电池，所述机身内中心处安装有氢气罐和氧气罐，所述氢气罐的第一输出口处连接有供气总管，并且该输出口的供气总管分接有三根柔性供气管道，每根所述柔性供气管道的另一端分别与第一燃料电池、第三燃料电池、第五燃料电池相连通；所述氢气罐的第二输出口处连接有供气总管，该输出口处的供气总管同样连接有三根柔性供气管道，并且三根柔性供气管道分别与第二燃料电池、第四燃料电池、第六燃料电池相连通；所述氧气罐的第一输出口分别与第一燃料电池、第三燃料电池、第五燃料电池相连通，所述氧气罐的第二输出口分别与第二燃料电池、第四燃料电池、第六燃料电池相连通。

优选的，所述氢气罐的第一输出口的供气总管上安装有第一电磁阀，所述氢气罐的第二输出口的供气总管上安装有第二电磁阀，所述氧气罐的第一输出口上安装有第三电磁阀，所述氧气罐的第二输出口上安装有第四电磁阀；每个燃料电池上均设置有电量监测模块和断电保护模块，其中电量监测模块中包含有低电量检测单元；每个燃料电池上的电量监测模块、断电保护模块均与相对应的电磁阀电连接。

优选的，所述第一燃料电池的壳体中间填充有离子交换膜，所述离子交换膜的一侧形成有阳极，所述离子交换膜的另一侧形成有阴极，所述阳极、阴极均向上延伸凸出电池壳体外部，所述第一燃料电池的外壳一侧底部形成有氢气入口，顶部形成有多余氢气出口，所述第一燃料电池的外壳另一侧底部形成有氧气入口，顶部形成有多余氧气出口。

优选的，所述第一螺旋桨包括螺旋桨支撑臂和防护盖，所述螺旋桨支撑臂内部呈空腔结构，并且所述螺旋桨支撑臂的内部安设有电机，所述防护盖的顶部呈一字型分布有两个桨叶，所述防护盖内部中心处形成有空心状的轴套，所述电机输出的驱动轴固定嵌套至所述轴套内，所述防护盖的内壁与所述螺旋桨支撑臂的外壁转动连接。

优选的，所述螺旋桨支撑臂顶部的圆周面沿径向向内延伸形成有台阶，该台阶上呈环形均匀的分布有多个滚珠，所述防护盖的内壁上对应所述滚珠的位置处开设有一圆圈状的滑槽，所述防护盖通过滚珠嵌套至滑槽内与所述螺旋桨支撑臂转动连接。

本发明的有益效果为：

本发明中无人机采用两组可独立运行的螺旋桨，并且两者螺旋桨均匀的分布在机身外围，可保障无人机飞行时的稳定性，螺旋桨工作时由燃料电池进行供电，每个燃料电池设置有电量监测模块和断电保护模块，可实现两组螺旋桨的切换交替作业，当一组螺旋桨投入工作时，另外一组螺旋桨的燃料电池可以进行充电，从而省去了无人机电池充电的间隔时间，能够有效的解决无人机续航能力不足的问题。

附图说明

图1为本发明提出的一种提升续航能力的无人机整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种提升续航能力的无人机机身内部结构示意图；

图3为本发明提出的一种提升续航能力的无人机中氢气罐与各个燃料电池的连接示意图；

图4为图3中的局部放大图；

图5为本发明提出的一种提升续航能力的无人机中第一螺旋桨的爆炸结构图；

图6为本发明提出的一种提升续航能力的无人机中第一螺旋桨的另一角度的爆炸结构图；

图7为本发明提出的一种提升续航能力的无人机中燃料电池的剖面结构示意图；

图8为本发明中氢气罐、氧气罐与各个燃料电池的供料流程示意图；

图9为本发明中无人机的螺旋桨切换工作流程示意图。

图中：1、机身；2、连杆；3、支架；4、第一螺旋桨；41、桨叶；42、防护盖；43、螺旋桨支撑臂；44、滚珠；45、滑槽；5、第二螺旋桨；6、第三螺旋桨；7、第四螺旋桨；8、第五螺旋桨；9、第六螺旋桨；10、氢气罐；11、氧气罐；12、柔性供气管道；13、供气总管；14、第一电磁阀；15、第二电磁阀；16、第一燃料电池；17、第三电磁阀；18、第二燃料电池；19、第三燃料电池；20、第四燃料电池；21、第五燃料电池；22、第六燃料电池；23、离子交换膜；24、第四电磁阀；25、电机；26、驱动轴；27、轴套；28、阳极；29、阴极；30、多余氢气出口；31、氢气入口；32、氧气入口；33、多余氧气出口。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释发明型，而不能理解为对发明型的限制。

在发明型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在发明型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在发明型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明型中的具体含义。

本发明提出一种提升续航能力的无人机，包括机身1，机身1的外围通过连杆2对称的连接有两个呈弧形结构的支架3，其中一个支架3上安装有第一螺旋桨4、第二螺旋桨5和第三螺旋桨6，另外一个支架3上安装有第四螺旋桨7、第五螺旋桨8和第六螺旋桨9，第一螺旋桨4、第二螺旋桨5、第三螺旋桨6、第四螺旋桨7、第五螺旋桨8和第六螺旋桨9以机身1为中心环形均匀分布，并且第一螺旋桨4、第三螺旋桨6和第五螺旋桨8同步旋转形成第一旋翼组件，第二螺旋桨5、第四螺旋桨7和第六螺旋桨9同步旋转形成第二旋翼组件，第一旋翼组件与第二旋翼组件交替式工作，两个旋翼组件均匀的分布在机身1外围，交替作业时也可保障整个机身飞行的稳定性。

具体的，机身1内部对应每个连杆2的位置处分别安装有规格相同的第一燃料电池16、第二燃料电池18、第三燃料电池19、第四燃料电池20、第五燃料电池21、第六燃料电池22，机身1内中心处安装有氢气罐10和氧气罐11，氢气罐10的第一输出口处连接有供气总管13，并且该输出口的供气总管13分接有三根柔性供气管道12，每根柔性供气管道12的另一端分别与第一燃料电池16、第三燃料电池19、第五燃料电池21相连通；氢气罐10的第二输出口处连接有供气总管13，该输出口处的供气总管13同样连接有三根柔性供气管道12，并且三根柔性供气管道12分别与第二燃料电池18、第四燃料电池20、第六燃料电池22相连通；氧气罐11的第一输出口分别与第一燃料电池16、第三燃料电池19、第五燃料电池21相连通，氧气罐11的第二输出口分别与第二燃料电池18、第四燃料电池20、第六燃料电池22相连通。

进一步的，氢气罐10的第一输出口的供气总管13上安装有第一电磁阀14，氢气罐10的第二输出口的供气总管13上安装有第二电磁阀15，氧气罐11的第一输出口上安装有第三电磁阀17，氧气罐11的第二输出口上安装有第四电磁阀24；每个燃料电池上均设置有电量监测模块和断电保护模块，并且电量监测模块中包含有低电量检测单元，用户可以设置电量不足百分之二十五时即可打开低电量模式，而断电保护模块不局限于燃料电池内部电量完全消耗完，为了避免对燃料电池的使用寿命造成影响，可以设置当燃料电池内部的电量不足百分之五时，断电保护模块工作完成对电路的切换；每个燃料电池上的电量监测模块、断电保护模块均与相对应的电磁阀电连接，当第一燃料电池16、第三燃料电池19、第五燃料电池21中任一个电池的电量被检测到低电量时，低电量检测单元即可向第一电磁阀14、第三电磁阀17发送信号，氢气罐10和氧气管11分别向第一燃料电池16、第三燃料电池19、第五燃料电池21内补充燃料，完成对电池的充电。

作为螺旋桨的动力源，第一燃料电池16的壳体中间填充有离子交换膜23，离子交换膜23的一侧形成有阳极28，离子交换膜23的另一侧形成有阴极29，阳极28、阴极29均向上延伸凸出电池壳体外部，第一燃料电池16的外壳一侧底部形成有氢气入口31，顶部形成有多余氢气出口30，第一燃料电池16的外壳另一侧底部形成有氧气入口32，顶部形成有多余氧气出口33，氢气罐10通过氢气入口31向燃料电池内注入氢气，氧气罐11通过氧气入口32向燃料电池内注入氧气，氢气和氧气通过离子交换膜23，在催化剂的作用下发生电化学反应，产生电位差，从而形成了低压直流电输出。

另外，如图5、6所示，本发明中的第一螺旋桨4包括螺旋桨支撑臂43和防护盖42，螺旋桨支撑臂43内部呈空腔结构，并且螺旋桨支撑臂43的内部安设有电机25，防护盖42的顶部呈一字型分布有两个桨叶41，防护盖42内部中心处形成有空心状的轴套27，电机25输出的驱动轴26固定嵌套至轴套27内，防护盖25的内壁与螺旋桨支撑臂43的外壁转动连接，通过电机25驱动防护盖42和桨叶41共同旋转，而防护盖42则与螺旋支撑臂43相贴合，可以避免雨水渗入至螺旋支撑臂43内部，对其起到一定的保护作用。

进一步的，螺旋桨支撑臂43顶部的圆周面沿径向向内延伸形成有台阶，该台阶上呈环形均匀的分布有多个滚珠44，防护盖42的内壁上对应滚珠44的位置处开设有一圆圈状的滑槽45，防护盖42通过滚珠44嵌套至滑槽45内与螺旋桨支撑臂43转动连接，通过滚珠44的设置可减小防护盖42与螺旋支撑臂43之间的摩擦力，从而减小电机25的损耗。

本发明提出一种提升续航能力的无人机，在使用时，首先利用遥控器控制无人机正常起飞，由第一螺旋桨4、第三螺旋桨6和第五螺旋桨8形成第一旋翼组件正常投入工作，由第二螺旋桨5、第四螺旋桨7和第六螺旋桨9形成第二旋翼组件处于待机状态，电量监测模块对第一旋翼组件中的各个燃料电池进行电量监测，待电量监测模块监测到第一旋翼组件中任一个燃料电池内部的电量消耗至低电量模式时，第二旋翼组件开始工作，与此同时，第一旋翼组件继续保持旋转状态，直至第一旋翼组件内部中任一燃料电池电量不足百分之五时，断电保护模块工作切断该燃料电池电源，第一旋翼组件停止工作，同时，断电保护模块向第一电磁阀14和第三电磁阀17发送信号，两个电磁阀导通，使氢气罐10和氧气罐11向第一旋翼组件内部的燃料电池输送燃料。当第二旋翼组件内部的电池运行至低电量状态时，第一旋翼组件中的燃料电池充电完成，并且第一旋翼组件动作投入工作，而第二旋翼组件同时也继续保持动作，待第二旋翼组件内部的燃料电池消耗至不足百分之五后，断电保护模块动作切断与之相对应的燃料电池，并向第二电磁阀15和第四电磁阀24发送信号，使氢气罐10和氧气罐11向第二旋翼组件内部的燃料电池注入燃料，实现对电池的充电。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提升续航能力的无人机，其特征在于，包括机身（1），所述机身（1）的外围通过连杆（2）对称的连接有两个呈弧形结构的支架（3），其中一个所述支架（3）上安装有第一螺旋桨（4）、第二螺旋桨（5）和第三螺旋桨（6），另外一个所述支架（3）上安装有第四螺旋桨（7）、第五螺旋桨（8）和第六螺旋桨（9），所述第一螺旋桨（4）、第二螺旋桨（5）、第三螺旋桨（6）、第四螺旋桨（7）、第五螺旋桨（8）和第六螺旋桨（9）以机身（1）为中心环形均匀分布，并且所述第一螺旋桨（4）、第三螺旋桨（6）和第五螺旋桨（8）同步旋转形成第一旋翼组件，所述第二螺旋桨（5）、第四螺旋桨（7）和第六螺旋桨（9）同步旋转形成第二旋翼组件，所述第一旋翼组件与第二旋翼组件交替式工作；所述机身（1）内部对应每个连杆（2）的位置处分别安装有规格相同的第一燃料电池（16）、第二燃料电池（18）、第三燃料电池（19）、第四燃料电池（20）、第五燃料电池（21）、第六燃料电池（22），所述机身（1）内中心处安装有氢气罐（10）和氧气罐（11），所述氢气罐（10）的第一输出口处连接有供气总管（13），并且该输出口的供气总管（13）分接有三根柔性供气管道（12），每根所述柔性供气管道（12）的另一端分别与第一燃料电池（16）、第三燃料电池（19）、第五燃料电池（21）相连通；所述氢气罐（10）的第二输出口处连接有供气总管（13），该输出口处的供气总管（13）同样连接有三根柔性供气管道（12），并且三根柔性供气管道（12）分别与第二燃料电池（18）、第四燃料电池（20）、第六燃料电池（22）相连通；

所述氧气罐（11）的第一输出口分别与第一燃料电池（16）、第三燃料电池（19）、第五燃料电池（21）相连通，所述氧气罐（11）的第二输出口分别与第二燃料电池（18）、第四燃料电池（20）、第六燃料电池（22）相连通；

所述氢气罐（10）的第一输出口的供气总管（13）上安装有第一电磁阀（14），所述氢气罐（10）的第二输出口的供气总管（13）上安装有第二电磁阀（15），所述氧气罐（11）的第一输出口上安装有第三电磁阀（17），所述氧气罐（11）的第二输出口上安装有第四电磁阀（24）；每个燃料电池上均设置有电量监测模块和断电保护模块，其中电量监测模块中包含有低电量检测单元；每个燃料电池上的电量监测模块、断电保护模块均与相对应的电磁阀电连接；

所述第一燃料电池（16）的壳体中间填充有离子交换膜（23），所述离子交换膜（23）的一侧形成有阳极（28），所述离子交换膜（23）的另一侧形成有阴极（29），所述阳极（28）、阴极（29）均向上延伸凸出电池壳体外部，所述第一燃料电池（16）的外壳一侧底部形成有氢气入口（31），顶部形成有多余氢气出口（30），所述第一燃料电池（16）的外壳另一侧底部形成有氧气入口（32），顶部形成有多余氧气出口（33）。

2.根据权利要求1所述的一种提升续航能力的无人机，其特征在于，所述第一螺旋桨（4）包括螺旋桨支撑臂（43）和防护盖（42），所述螺旋桨支撑臂（43）内部呈空腔结构，并且所述螺旋桨支撑臂（43）的内部安设有电机（25），所述防护盖（42）的顶部呈一字型分布有两个桨叶（41），所述防护盖（42）内部中心处形成有空心状的轴套（27），所述电机（25）输出的驱动轴（26）固定嵌套至所述轴套（27）内，所述防护盖（42）的内壁与所述螺旋桨支撑臂（43）的外壁转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种提升续航能力的无人机，其特征在于，所述螺旋桨支撑臂（43）顶部的圆周面沿径向向内延伸形成有台阶，该台阶上呈环形均匀的分布有多个滚珠（44），所述防护盖（42）的内壁上对应所述滚珠（44）的位置处开设有一圆圈状的滑槽（45），所述防护盖（42）通过滚珠（44）嵌套至滑槽（45）内与所述螺旋桨支撑臂（43）转动连接。

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