CN204903726U - 一种适于无人机电机-桨的效率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适于无人机电机-桨的效率测试装置，该测试装置包括测试架、电子推/拉力计、控制系统、测温仪及外部防护网罩，所述测试架包括底板、立柱和上部支架，其中，所述立柱下端固定在底板上，所述上部支架的外端通过套筒连接在立柱上形成竖向滑动机构；所述电子推/拉力计的底部固定在底板上，上部连接在上部支架的下侧；所述电机固定在上部支架的上侧，所述桨反装在电机主轴上；所述控制系统包括电子调速器、电子调速控制器、工作状态显示器以及电源；所述测温仪设置在外部防护网罩上的一侧，用于检测电机的温度。采用本实用新型的测试装置能使所测电机-桨效率的数据准确度高、数据全面，且安全性好。

Description

一种适于无人机电机-桨的效率测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试设备，具体涉及一种适于无人机电机-桨的效率测试装置。

背景技术

近年来，无人机的应用和研究广泛受到各方面的重视。而由于无人机具有机械结构简单、稳定可靠、容易操控等优点，无人机已经逐步从其它无人机种类中脱颖而出，在现在的军事、科研、民用、农业等各个领域被广泛应用。无人机主要由多个电机-桨组合运转而提供升力，完成任务载荷。随着无人机的广泛应用，越来越多的电机和桨出现在市场上，其电机-桨(本实用新型所述的“电机-桨”是指电机和桨组合成的整体)的效率越来越受到重视，不同的电机和不同的桨组合在一起使用会具有不同的效率，什么样的电机配什么样的桨才能获得最好的效率成为人们普遍关注的问题，为此在选用电机和桨时，需要对电机-桨的效率进行测试。

无人机在我国是近年来才逐渐兴起，市场上现有的适于无人机电机-桨效率测试设备非常少见，且较所测数据准确度不高、不够全面。首先，一般的拉力测试都是通过拉动固定的表盘拉力计来读取数字，由于电机-桨运转拉动弹簧时很难达到稳定状态，因此导致读取的拉力值不够准确；其次，现有的测试设备绝大部分都只考虑到电机-桨提供的最大拉力，而很少关注其效率，在不同油门开度时，电机所耗功率及电机温度很少被人们关注，导致所测数据不够全面，说服力不够。

因此，设计一种数据准确度高、数据全面、使用安全的适于无人机电机-桨的效率测试装置具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适于无人机电机-桨的效率测试装置，采用该测试装置能使所测电机-桨效率的数据准确度高、数据全面，并且操作安全。

本实用新型的另外一个目的在于提供一种应用上述无人机电机-桨的效率测试实现的无人机电机-桨的效率测试方法。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，包括测试架、电子推/拉力计、控制系统、测温仪及外部防护网罩，其中：

所述测试架包括底板、立柱和上部支架，其中，所述立柱下端固定在底板上，所述上部支架的外端通过套筒连接在立柱上形成竖向滑动机构；所述电子推/拉力计的底部固定在底板上，上部连接在上部支架的下侧；所述电机固定在上部支架的上侧，所述桨反装在电机主轴上；

所述控制系统包括电子调速器、电子调速控制器、工作状态显示器以及电源，其中，所述电子调速控制器用于生成控制指令，根据所测电机的预期输出转速及工作电流输出控制量输送给电子调速器；所述电子调速器与电子调速控制器连接，用于根据电子调速控制器输出的控制量来控制电机-桨不同的转速；所述工作状态指示器与电子调速器连接，用于采集和显示电机的实时工作电流值；所述电源用于给电机及控制系统供电；

所述测温仪设置在在外部防护网罩上的一侧，用于检测电机的温度。

本实用新型的一个优选方案，其中，上部支架包括“十”字支架和设在“十”字支架上部中央的电机基板，所述电机固定安装在电机基板上；所述“十”字支架底部中央设有用于与电子推/拉力计连接的连接孔。采用上述结构的上部支架不但结构简单，而且便于与电机和电子推/拉力计连接。

优选地，所述“十”字支架的四个外端上分别设置一个套筒，该套筒内设有滚珠；相应地，所述立柱为四根，该立柱为直线光轴，每个套筒分别套在一根立柱上；每根立柱通过连接基座固定在底板上。采用上述四个套筒和立柱相配合对电机-桨的竖向运动进行导向，具有结构稳定、导向精度高等优点。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述电子推/拉力计的底部固定在底板的中央，所述底板上设有用于固定电子推/拉力计的固定座，该固定座为由底座和竖板连接而成的“L”形，所述底座上设有用于与电子推/拉力计连接的连接孔；所述电子推/拉力计的底部固定在底座上，侧面贴紧在所述竖板上。通过上述结构，使得电子推/拉力计获得牢固的且可装拆的连接。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述底座由方形钢板制成，该底座的四个侧边与所述外部防护网罩连接。

优选地，所述底板的四个侧面上设有螺钉孔；所述外部防护网罩的下边缘连接有金属薄片，该金属薄片上设有与底板侧面上的螺钉孔相吻合的连接孔，所述金属薄片通过螺钉固定在底板的四个侧面上。采用该优选方案具有连接方便、可靠的优点。

优选地，所述外部防护网罩的其中一个侧面设置成可开合结构，外部防护网罩可开合的侧面上设有把手。这样便于更换电机和桨叶。

一种一种应用上述无人机电机-桨的效率测试实现的无人机电机-桨的效率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将被测试的电机-桨装于测试架上，设定好电源电压值V并连接好电源及其它控制回路，将电子推/拉力计去皮归零；

b.控制电子调速控制器给定一个开度值，记录此时电子推/拉力计的推力值F1，电流值I1，并保持运转1min后用测温仪测量电机温度值T1；

c.重复步骤b，控制电子调速控制器给定其它若干个开度值，分别相应记录在不同开度值时电子推/拉力计的推力值F2、F3……，电流值I2、I3……，并保持运转1min后用测温仪测量其电机温度值T2、T3……；

d.用以下公式计算被测试电机-桨在各个开度值时的效率值E(g/w)＝F/(I*V)(克/瓦)，从而可评价所测试的电机-桨的效率；并结合所述温度值T评价电机-桨工作时是否存在温度异常。

本实用新型的工作原理是：设定好电源电压值V，控制电子调速控制器给定一个开度值，由电子调速器控制电机-桨在该开度值下进行运转，由于桨反装在电机主轴上，因此电机-桨对上部支架产生向下的推力，该推力作用在电子推/拉力计上，从而获得电机-桨所产生的向下的推力F；此外，通过工作状态指示器获得电机的实时工作电流I，再通过测温仪获得电机运转过程中的温度变化。最终利用上述获得的电压值V、电机-桨推力F、工作电流I进行计算以获得评价电机-桨工作效率的指标，该指标的计算方法是：工作效率E＝F/(V*I)，单位为g/w(即克/瓦)；从而可评价所测试的电机-桨的效率，并观察电机温度T判断是否存在温度异常情况，例如是否存在温度过高或者升温过快等情况。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有效益效果：

1.本实用新型采用桨叶反装于电机之上的技术方案，通过测量电机-桨的推力来替代拉力，因而可以消除因旋翼旋转而引起的地面效应(“地面效应”是指直升机在接近地面的高度工作时，旋翼拍向地面的气流受到地面的阻挡，从而影响旋翼空气动力的一种现象。)而引起的测试数据不准确的问题(当采用拉力模式时，电子推/拉力上显示的拉力是电机-桨产生的拉力与上部支架、电机-桨的重力组合在一起的合力，因此电机-桨产生的实际拉力要剔除重力部分的影响，因此计算复杂，精度差；而采用本实用新型的推力模式时，将电机-桨处于静止时电子推/拉力上显示的力为基准值，而电机-桨工作时电子推/拉力上显示的力与上述基准值之间的差值即为电机-桨实际产生的推力，该计算过程简单且准确)。

2.本实用新型采用电子推/拉力计替代现有技术中通常采用的弹簧拉力计，从而可以更加准确地测量得测试过程中电机/桨的推力；而且本实用新型的测量方法中引入了电机运转过程中的实时电流值及温度值这两个因素，更为全面地、科学地衡量所测电机/桨效率的高低。

3、测试过程中电机-桨沿竖向运动，因此上部支架与立柱之间产生的竖向摩擦力小，因此该摩擦力对测得的电机-桨推力的影响小，使得总体测试结构更加精确。

4、本实用新型通过设置外部防护网罩，可以防止当人靠近调速及读数时高速旋转的桨叶残片飞出而受伤，具有很好的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的适于无人机电机/桨效率的测试装置的一个具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1所示实施方式中底部结构示意图。

图3为图1所示实施方式中上部支架的结构示意图。

图4～图6为图1所示实施方式中套筒的结构示意图，其中，图4为主视图，图5为图4的A-A剖视图，图6为立体图。

图7为图1所示实施方式中控制系统的电原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图1～图7，本实用新型的适于无人机电机-桨的效率测试装置包括测试架1、电子推/拉力计107、控制系统2、测温仪和外部防护网罩。其中：

所述测试架1包括底板101、立柱102和上部支架103，其中，所述立柱102下端固定在底板101上，所述上部支架103的外端通过套筒105连接在立柱102上形成竖向滑动机构；所述电子推/拉力计107的底部固定在底板101上，上部连接在上部支架103的下侧；所述电机固定在上部支架103的上侧，所述桨反装在电机主轴上。

所述控制系统2包括电子调速器202、电子调速控制器201、工作状态显示器以及电源203，其中，所述电子调速控制器201用于生成控制指令，根据所测电机的预期输出转速及工作电流输出控制量输送给电子调速器202；所述电子调速器202与电子调速控制器201连接，用于根据电子调速控制器201输出的控制量来控制电机-桨104不同的转速；所述工作状态指示器与电子调速器连接，用于采集和显示电机的实时工作电流值；所述电源203用于给电机及控制系统2供电。

所述测温仪在设置在在外部防护网罩上的一侧，用于检测电机的温度。

参见图1和图3，上部支架103包括“十”字支架和设在“十”字支架上部中央的电机基板108，所述电机固定安装在电机基板108上；所述“十”字支架底部中央设有用于与电子推/拉力计107连接的连接孔112。采用上述结构的上部支架103不但结构简单，而且便于与电机和电子推/拉力计107连接。

参见图1～图6，所述“十”字支架的四个外端上分别设置一个套筒105，该套筒105内设有滚珠106；相应地，所述立柱102为四根，该立柱102为直线光轴，每个套筒105分别套在一根立柱102上；每根立柱102通过连接基座109固定在底板101上。采用上述四个套筒105和立柱102相配合对电机-桨104的竖向运动进行导向，具有结构稳定、导向精度高等优点。

参见1～图3，所述电子推/拉力计107的底部固定在底板101的中央，所述底板101上设有用于固定电子推/拉力计107的固定座，该固定座为由底座111和竖板110连接而成的“L”形，所述底座111上设有用于与电子推/拉力计107连接的连接孔；所述电子推/拉力计107的底部固定在底座111上，侧面贴紧在所述竖板110上。通过上述结构，使得电子推/拉力计107获得牢固的且可装拆的连接。

参见图1和图2，所述底座111由方形钢板制成，该底座111的四个侧边上连接有外部防护网罩(图中未显示该网罩)。通过设置外部防护网罩，可以防止当人靠近调速及读数时高速旋转的桨叶残片飞出而受伤，具有很好的安全性。

参见图1和图2，所述底板101的四个侧面上设有螺钉孔113；所述外部防护网罩的下边缘连接有金属薄片，该金属薄片上设有与底板101侧面上的螺钉孔113相吻合的连接孔，所述金属薄片通过螺钉固定在底板101的四个侧面上。采用该优选方案具有连接方便、可靠的优点。

参见图1和图2，所述外部防护网罩的其中一个侧面设置成可开合结构，外部防护网罩可开合的侧面上设有把手。这样便于更换电机和桨叶。

参见图1和图7，一种应用上述无人机电机-桨效率的测试装置实现的无人机电机-桨效率的测试方法，包括以下步骤：

a.将被测试的电机-桨104装于测试架1上，设定好电源203电压值V并连接好电源203及其它控制回路，将电子推/拉力计107去皮归零；

b.控制电子调速控制器201给定一个开度值，记录此时电子推/拉力计107的推力值F1，电流值I1，并保持运转1min后用测温仪测量电机温度值T1；

c.重复步骤b，控制电子调速控制器201给定其它若干个开度值，分别相应记录在不同开度值时电子推/拉力计107的推力值F2、F3……，电流值I2、I3……，并保持运转1min后用测温仪测量其电机温度值T2、T3……；

d.用以下公式计算被测试电机-桨104在各个开度值时的效率值E(g/w)＝F/(I*V)，从而可评价所测试的电机-桨104的效率；并结合所述温度值T评价电机-桨104工作时是否存在温度异常。

本实用新型的工作原理是：设定好电源203电压值V，控制电子调速控制器201给定一个开度值，由电子调速器202控制电机-桨104在该开度值下进行运转，由于桨反装在电机主轴上，因此电机-桨104对上部支架103产生向下的推力，该推力作用在电子推/拉力计107上，从而获得电机-桨104所产生的向下的推力F；此外，通过工作状态指示器获得电机的实时工作电流I，再通过测温仪获得电机运转过程中的温度变化。最终利用上述获得的电压值V、电机-桨104推力F、工作电流I进行计算以获得评价电机-桨104工作效率的指标，该指标的计算方法是：工作效率E＝F/(V*I)，单位为g/w(即克/瓦)；从而可评价所测试的电机-桨的效率，并观察电机温度T判断是否存在温度异常情况，例如是否存在温度过高或者升温过快等情况。实际应用中，可通过本实用新型的效率测试装置和方法比较不同电机-桨的效率，以便能够选择使用效率最优电机-桨。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，包括测试架、电子推/拉力计、控制系统、测温仪及外部防护网罩，其中：

所述测试架包括底板、立柱和上部支架，其中，所述立柱下端固定在底板上，所述上部支架的外端通过套筒连接在立柱上形成竖向滑动机构；所述电子推/拉力计的底部固定在底板上，上部连接在上部支架的下侧；所述电机固定在上部支架的上侧，所述桨反装在电机主轴上；

所述控制系统包括电子调速器、电子调速控制器、工作状态显示器以及电源，其中，所述电子调速控制器用于生成控制指令，根据所测电机的预期输出转速及工作电流输出控制量输送给电子调速器；所述电子调速器与电子调速控制器连接，用于根据电子调速控制器输出的控制量来控制电机-桨不同的转速；所述工作状态指示器与电子调速控制器连接，用于采集和显示电机的实时工作电流值；所述电源用于给电机及控制系统供电；

所述测温仪设置在外部防护网罩上的一侧，用于检测电机的温度。

2.根据权利要求1所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，上部支架包括“十”字支架和设在“十”字支架上部中央的电机基板，所述电机固定安装在电机基板上；所述“十”字支架底部中央设有用于与电子推/拉力计连接的连接孔。

3.根据权利要求2所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，所述“十”字支架的四个外端上分别设置一个套筒，该套筒内设有滚珠；相应地，所述立柱为四根，该立柱为直线光轴，每个套筒分别套在一根立柱上；每根立柱通过连接基座固定在底板上。

4.根据权利要求2或3所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，所述电子推/拉力计的底部固定在底板的中央，所述底板上设有用于固定电子推/拉力计的固定座，该固定座为由底座和竖板连接而成的“L”形，所述底座上设有用于与电子推/拉力计连接的连接孔；所述电子推/拉力计的底部固定在底座上，侧面贴紧在所述竖板上。

5.根据权利要求4所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，所述底座由方形钢板制成，该底座的四个侧边与所述外部防护网罩连接。

6.根据权利要求5所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，所述底板的四个侧面上设有螺钉孔；所述外部防护网罩的下边缘连接有金属薄片，该金属薄片上设有与底板侧面上的螺钉孔相吻合的连接孔，所述金属薄片通过螺钉固定在底板的四个侧面上。

7.根据权利要求6所述的适于无人机电机-桨的效率测试装置，其特征在于，所述外部防护网罩的其中一个侧面设置成可开合结构，外部防护网罩可开合的侧面上设有把手。