CN104875897A - 大功率新能源无人机动力*** - Google Patents

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张鸿忠
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Abstract

本发明公开了一种大功率新能源无人机动力***，包括电机，其根据不同的功率配置有配套的螺旋桨；与电机相匹配的电子调速器，用于驱动电机的运作；飞控***，其通过电子调速器的加力信号线与其连接，用于控制动力***使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作。本动力***，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，填补目前大功率新能源无人机动力***产品领域的空白。

Description

大功率新能源无人机动力***
技术领域
本发明涉及无人机动力***技术，具体为大功率新能源无人机动力***。
背景技术
目前，无人机广泛采用的动力***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***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***。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***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***，功率小，承载轻，无法满足无人机行业的发展需要。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种大功率新能源无人机动力***，其具备功率大、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，填补目前大功率新能源无人机动力***产品领域的空白。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
大功率新能源无人机动力***，包括
电机，其根据不同的功率配置有配套的螺旋桨；
与电机相匹配的电子调速器，用于驱动电机的运作；
飞控***，其与所述电子调速器通信连接，用于控制动力***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***包括信号接收器。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，所述电子调速器连接有高储电量的锂电池，其可为动力***进行供电，且可多次重复充电使用。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，所述飞控***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。
作为上述技术方案的改进，所述电子调速器通过加力信号线与飞控***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。
作为上述技术方案的改进，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。
作为上述技术方案的改进，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***输出功率使其怠速运行。
本发明带来的有益效果有：
本发明的动力***主要针对由电池驱动的大中型实用型无人机飞行器而设计，其优点在于：
1、全电动，本动力***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***，本方案维修方便，动力更强，加速更快；
2、功率大，本发明的单套动力***功率可达到5KW-30KW，单套动力***载重可达25KG-120KG，当采用本动力***架设起四轴无人机时，整机起飞载重可达到100KG-400KG；
3、重量轻，单套动力***装置重量小于10KG，整套动力***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***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。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，
附图1是本发明的***结构示意图；
附图2是本发明的电机结构示意图；
附图3是本发明的电子调速器工作原理示意图；
附图4是本发明的调速电路结构示意图。
具体实施方式
本发明所研发设计制造的大功率新能源无人机动力***，主要应用在农业喷洒、救援运输、消防救灾、森林巡防、高空架线等重要实用领域无人机上，该动力***的创新推出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起大中型新能源无人机用于各方面的需要，能更快生产出各式大中型新能源无人机，填补目前大功率新能源无人机动力***产品领域的空白，并加快推动和促进整个新能源无人机行业的发展。
具体的，参照附图1，本大功率新能源无人机动力***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***，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***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***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2主要功能即为驱动无刷电机的运作。其中，电子调速器2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1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1的运转速度越高；PWM调速信号占空比越小，电机1的运转速度也相应越低。
在附图3中，电子调速器2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2。
附图4为本发明的调速电路结构示意图。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***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2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2一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2的设计带来比较大的挑战。高达300A的电流对电子调速器2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2的散热又是另外一个技术难点。比如27KW的功率，对应95%的***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2散热不及时，极可能将整个***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***变得更为稳定可靠；二是精心选取电子调速器2在***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***的输出功率，使其怠速运行，不至于将整个***烧毁。
在附图1中，电子调速器2连接有高储电量的锂电池22，其为本动力***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2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22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***包括信号接收器31及与信号接收器31配套使用的遥控器，用于设定部分电子调速器2参数及无人机的远程控制，信号接收器31与电调的加力信号线21连接，通过遥控器即可以控制整套动力***达到飞起，加速，减速，停机等动作。电子调速器2的加力信号线21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2加力信号线21通过USB线连接至电脑，用于所有电子调速器2参数的设定。
本发明的动力***主要针对由电池驱动的大中型实用型无人机飞行器而设计，其优点在于：
1、全电动，本动力***由高储电量锂电池22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***，本方案维修方便，动力更强，加速更快；
2、功率大，本发明的单套动力***功率可达到5KW-30KW，单套动力***载重可达25KG-120KG，当采用本动力***架设起四轴无人机时，整机起飞载重可达到100KG-400KG；
3、重量轻，单套动力***装置重量小于10KG，整套动力***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***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。
最后，本发明在选取不同型号电机1时，所对应动力***的功率与载重也会有所不同。其中，可采用的SANGAIR A5系列/SANGAIR A6系列电机1是大功率外转子电机，均按汽油机安装螺旋桨的结构设计，可以将100-200cc汽油机模型改成电动模型，可采用的SANGAIR A7系列电机1是大功率外转子电机，其功率20KW-40KW，按汽油机安装螺旋桨的结构设计，可以将100-300cc汽油机模型改成电动飞机。
需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.大功率新能源无人机动力***，其特征在于：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***，其与所述电子调速器（2）通信连接，用于控制动力***使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作，
其中，所述电机（1）为无刷电机，所述电子调速器（2）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（1）的运作，所述飞控***包括信号接收器（31）。
2.根据权利要求1所述的大功率新能源无人机动力***，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所述的大功率新能源无人机动力***，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所述的大功率新能源无人机动力***，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所述的大功率新能源无人机动力***，其特征在于：所述电子调速器（2）连接有高储电量的锂电池（22），其可为动力***进行供电，且可多次重复充电使用。
6.根据权利要求5所述的大功率新能源无人机动力***，其特征在于：所述电子调速器（2）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（22）负极连接。
7.根据权利要求1所述的大功率新能源无人机动力***，其特征在于：所述飞控***包括与信号接收器（31）配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器（2）参数及无人机的远程控制。
8.根据权利要求1所述的大功率新能源无人机动力***，其特征在于：所述电子调速器（2）通过加力信号线（21）与飞控***通信连接，所述加力信号线（21）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。
9.根据权利要求8所述的大功率新能源无人机动力***，其特征在于：所述加力信号线（21）通过USB线可连接电脑，用于所有电子调速器（2）参数的设定。
10.根据权利要求2所述的大功率新能源无人机动力***，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***输出功率使其怠速运行。
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