CN205679744U - 一种螺旋桨电机参数的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺旋桨电机参数的测量装置，包括支撑架、支撑底板、测量机构以及计算处理中心；支撑架的上端面与支撑底板连接；测量机构设置于支撑底板上。测量机构至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构，计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元。本实用新型能够实现比较全面的螺旋桨电机参数的测量，为多旋翼无人机提供比较全面的螺旋桨电机参数参考，且在测量过程依靠计算机控制，采集、记录、分析测量数据，大大减少人为干预，减轻测量人员的工作强度，提高装置的智能化程度。

Description

一种螺旋桨电机参数的测量装置

技术领域

本实用新型涉及多旋翼飞行器测量技术领域，尤其涉及一种螺旋桨电机参数的测量装置。

背景技术

近年来，多旋翼无人飞行器以其安全、体积小、应用灵活、作业效率高等优点被广泛应用于军事、科研、民用等各个领域，无人飞行器无论在民用领域还是军事领域都有着广阔的市场和应用前景，尤其在极为危险、恶劣的环境中更显示出了其应用价值。

多旋翼无人机的动力来源主要是螺旋桨在电机驱动下产生的推力，对于多旋翼无人机，由于其速度相对较低，外形的影响可以忽略，螺旋桨和电机的工作参数(包括螺旋桨推力值、电调开度、电调温度、电机供电电压、电机供电电流、电机转速、电机扭矩、电机温度等)是该类型无人机的核心设计依据和产品性能判断依据。

螺旋桨和电机参数的完整度和准确性，将直接影响多旋翼无人机的螺旋桨和电机的选型，以及后续的结构设计。目前，螺旋桨电机参数的测量，主要是对螺旋桨推力及电机扭矩的测量，其测量装置主要有螺旋桨推力测量装置和螺旋桨推力扭矩测量装置。其中，螺旋桨推力测量装置，利用两根相等且相互垂直的横管组成L型构件，横管相交处为L型构件旋转中心，竖直横管末端水平方向安装螺旋桨电机，水平横管末端安装触头，触头底面与电子称接触，依靠电子称读数测得螺旋桨推力；螺旋桨推力扭矩测量装置，通过把电机螺旋桨水平布置在两条平行滑轨上，利用一个水平拉压力传感器测量螺旋桨拉力，一组竖直放置的拉压力传感器组合测量螺旋桨扭矩，从而实现螺旋桨拉力和扭矩的 组合测量。

然而，通过上述方式对螺旋桨电机参数进行测量，由于测量参数比较单一，工程实践证明在多旋翼无人机设计过程中，除了螺旋桨推力参数外，还需要着重考虑电机的供电电压和供电电流，温度等参数，现有技术方案只能实现推力测量或者推力与扭矩的组合测量，因此不能为提高多旋翼无人机的飞行性能提供多方位参考。

综上，目前亟需一种螺旋桨电机参数的测量装置，能够较为完整地对螺旋桨电机参数进行测量，进而为提高多旋翼无人机的飞行性能提供多方位参考。

实用新型内容

本实用新型提供一种螺旋桨电机参数的测量装置，用以实现较为完整地对螺旋桨电机参数进行测量，进而为提高多旋翼无人机的飞行性能提供多方位参考。

本实用新型提供的一种螺旋桨电机参数的测量装置，所述测量装置包括：支撑架、支撑底板、测量机构以及计算处理中心；

所述支撑架的上端面与所述支撑底板连接；所述测量机构设置于所述支撑底板上；

所述测量机构至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构；所述电机机构包括螺旋桨、电机、电机座和扭矩传感器，所述电机座连接所述电机和所述扭矩传感器；所述水平拉压力和扭矩测量机构包括传力件、用于测量螺旋桨推力值的拉压力传感器、用于测量螺旋桨转速的转速传感器和用于测量电调温度的温度传感器；所述阻力补偿机构用于通过施加恒定的力作用于所述传力件上，以使所述拉压力传感器处于拉伸状态；

所述计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将测量机构中采集到的测量信息发送给数据分析单元；所述数据分析单元用于根据数据采集单元获取的测量信息进行运算和存储，获得螺旋桨电机参数的测 量结果。

较佳地，所述支撑架为双立面口字型结构；所述支撑架的双立面、上端面和下端面分别设置有圆孔。

较佳地，所述测量机构中的至少部分部件沿轴线呈一字型线型布局；所述轴线为所述电机和所述螺旋桨的旋转轴。

较佳地，所述电机机构还包括接触式温度传感器；

所述接触式温度传感器安装于所述电机座和所述电机接触面的安装槽内。

较佳地，所述水平拉压力和扭矩测量机构还包括滑轨、滑块和第一L接头；

所述滑轨和所述第一L接头固定在所述支撑底板上，所述滑块安装在所述滑轨上；所述滑块和所述滑轨之间设置有滚柱。

较佳地，所述水平拉压力和扭矩测量机构还包括第二L接头和第三L接头；

所述传力件固定在所述滑块上，所述传力件的一端与第二L接头相连接，另一端与第二L接头相连接；

所述扭矩传感器安装于所述第二L接头上；所述转速传感器安装于所述传力件的表面。

较佳地，所述阻力补偿机构包括整流罩、导引杆、重物块、滑轮、滑轮座和拉力绳；

所述滑轮座安装于所述支撑底板上，所述滑轮安装于所述滑轮座上；所述重物块通过所述导引杆安装于所述整流罩内，所述拉力绳连接在所述重物块上并穿过所述整流罩的中间孔，经过所述滑轮后固定在所述传力件上。

较佳地，所述传力件为工字型传力件。

本实用新型中的螺旋桨电机参数的测量装置包括支撑架、支撑底板、测量机构以及计算处理中心；支撑架的上端面与支撑底板连接；测量机构设置于支撑底板上。测量机构至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构。其中，电机机构包括螺旋桨、电机、电机座和扭矩传感器，电机座连接电机和扭矩传感器；水平拉压力和扭矩测量机构包括传力件、用于测量螺旋 桨推力值的拉压力传感器、用于测量螺旋桨转速的转速传感器和用于测量电调温度的温度传感器；阻力补偿机构用于通过施加恒定的力作用于传力件上，以使拉压力传感器处于拉伸状态；计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将测量机构中采集到的测量信息发送给数据分析单元；数据分析单元用于根据数据采集单元获取的测量信息进行运算和存储，获得螺旋桨电机参数的测量结果。

本实用新型中，通过扭矩传感器实现对扭矩的测量，相比于现有技术中使用四个竖直放置的拉压力传感器，经公式计算后获得测量扭矩值，结构较为简单，结果较为准确且容易测量；本实用新型中的测量装置集成设计了多种传感器，能够实现比较全面的螺旋桨电机参数(包括螺旋桨推力值、电调温度、电机转速、电机扭矩等)的测量，为多旋翼无人机提供比较全面的螺旋桨电机参数参考；本实用新型在测量过程依靠计算机控制，采集、记录、分析测量数据，大大减少人为干预，减轻测量人员的工作强度，提高装置的智能化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种螺旋桨电机参数的测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型中的支撑架的结构示意图；

图3为本实用新型中的测量机构的具体结构示意图；

图4为本实用新型中的电机座的结构示意图；

图5为本实用新型中的阻力补偿机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型提供的一种螺旋桨电机参数的测量装置的结构示意图，所述测量装置包括：支撑架101、支撑底板102、测量机构103以及计算处理中心104；

所述支撑架101的上端面与所述支撑底板102连接；所述测量机构103设置于所述支撑底板102上；

所述测量机构103至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构；所述电机机构包括螺旋桨、电机、电机座和扭矩传感器，所述电机座连接所述电机和所述扭矩传感器；所述水平拉压力和扭矩测量机构包括传力件、用于测量螺旋桨推力值的拉压力传感器、用于测量螺旋桨转速的转速传感器和用于测量电调温度的温度传感器；所述阻力补偿机构用于通过施加恒定的力作用于所述传力件上，以使所述拉压力传感器处于拉伸状态；

所述计算处理中心104包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将测量机构中采集到的测量信息发送给数据分析单元；所述数据分析单元用于根据数据采集单元获取的测量信息进行运算和存储，获得螺旋桨电机参数的测量结果。

本实用新型中，通过扭矩传感器实现对扭矩的测量，相比于现有技术中使用四个竖直放置的拉压力传感器，经公式计算后获得测量扭矩值，结构较为简单，结果较为准确且容易测量；本实用新型中的测量装置集成设计了多种传感器，能够实现比较全面的螺旋桨电机参数(包括螺旋桨推力值、电调温度、电机转速、电机扭矩等)的测量，为多旋翼无人机提供比较全面的螺旋桨电机参数参考；本实用新型在测量过程依靠计算机控制，采集、记录、分析测量数据， 大大减少人为干预，减轻测量人员的工作强度，提高装置的智能化程度。

图2为本实用新型中的支撑架的结构示意图。如图2所示，支撑架101为双立面口字型结构，从而既能保证支撑架101的刚度，又利于螺旋桨气流的流通，提高螺旋桨推力测试的准确性。支撑架101的双立面上分别设置有圆孔，用于各类传感器导线、电源线的固定；支撑架101的上端面设置有圆孔，用于与支撑底板102连接；支撑架101的下端面同样设置有圆孔，用于支撑架101的固定。本实用新型中，支撑架101与支撑底板102之间的连接可以为多种连接形式，例如螺纹连接、铆接、焊接等连接形式。

本实用新型中，测量结构103为螺旋桨电机参数的测量装置的核心结构。图3示例性示出了本实用新型中的测量机构的具体示意图。下面结合图3对本实用新型中的测量机构进行详细介绍。

如图3所示，测量机构包括：螺旋桨201、电机202、电机座203、扭矩传感器204、第三L接头205、阻力补偿机构206、电调207、滑块208、第二L接头209、拉压力传感器210、水平拉压力和扭矩测量机构211、第一L接头212、滑轨213、工字型传力件214、转速传感器215。

本实用新型中，测量机构中的至少部分部件沿轴线呈一字型线型布局；所述轴线为所述电机和所述螺旋桨的旋转轴，具体地，沿轴线呈一字型线型布局的部件可包括电机座203、扭矩传感器204、第三L接头205、转速传感器215、电调207、滑块208、第二L接头209、拉压力传感器210、第一L接头212、滑轨213、工字型传力件214。通过将上述各个部件沿轴线呈一字型线型布局，能够有效地减少因螺旋桨气流流通不畅对测量结果的影响，提高测量螺旋桨推力的精度和准确度。

具体地，电机座203连接电机202和扭矩传感器204。图4为本实用新型中的电机座的结构示意图。如图4所示，电机座203上设置有螺纹孔，用于与扭矩传感器204的连接。本实用新型中可在电机座203中间预先设置圆孔，从而避免电机202安装后，电机转子与电机座203干涉；进一步地，为满足安装不同尺寸的 电机，电机座203上可预先设置多种尺寸(例如两种)的沉头安装孔，且设置沉头安装孔能够有效避免固定电机的螺钉与扭矩传感器的干涉；同时，在电机座203与电机202的接触面设置有温度传感器的安装槽，可用于安装接触式温度传感器，实现对电机工作温度的测量。

具体地，水平拉压力和扭矩测量机构211安装于支撑底板102上，包括滑轨213、滑块208、扭矩传感器204、转速传感器215、拉压力传感器210、第一L接头212、第二L接头209、第三L接头205和工字型传力件214。

水平拉压力和扭矩测量机构211中的各个部件呈一字型线性布局，利用滑块、滑轨的单自由度滑动方式在水平方向上实现对拉压力和扭矩的测量，并通过合理布局转速传感器实现对螺旋桨转速的测量，同时还可以设置温度传感器，实现对电调温度的测量。

本实用新型中，滑轨213和第一L接头212固定在支撑底板102上，滑块208安装在滑轨213上；滑块208和滑轨213之间设置有滚柱，从而能够使滑轨承受更大的螺旋桨扭矩，滑块在滑轨上的滑动阻力更小，进而使得拉压力传感器测得的螺旋桨推力值受滑动阻力的影响更小。

工字型传力件214固定在滑块208上，工字型传力件214的一端与第二L接头209相连接，另一端与第三L接头205相连接，同时保证第二L接头209与第一L接头212上的拉力传感器安装孔轴线处于同一水平线上，使拉压力传感器只受拉力方向的影响。扭矩传感器204安装在L接头上，温度传感器安装在工字型传力件上后将电调安装在对应位置，便于测量电调工作温度；转速传感器安装在工字型传力件214的表面，用于测量螺旋桨的转速。

由于螺旋桨的推力通过滑块上的传力件施加在拉压力传感器上，滑块和滑轨之间存在的静摩擦力会影响拉压力传感器的测量结果，即螺旋桨推力值。为避免这一问题，本实用新型中设置有阻力补偿机构，阻力补偿机构旨在给传力件施加一个外力(大于滑块、滑轨间的静摩擦力，多余的外力通过软件方式给予动态补偿，初始状态下拉压力传感器读数零)，使滑块、滑轨处于动摩擦状 态，以减小静摩擦力对拉压力传感器测量值的影响，从而使测得的螺旋桨推力值更准确。

图5为本实用新型中的阻力补偿机构的结构示意图。如图5所示，阻力补偿机构中包括整流罩401、导引杆402、重物块403、滑轮404、滑轮座405和拉力绳406。其中，所述重物块403为具有一定质量的物体。

本实用新型中，通过利用重物块在工字型传力件上预施加一个恒定的力(重物块的重力)，该力的方向与螺旋桨的推力方向一致，从而使得拉压力传感器处于拉伸状态，以减小滑块与滑轨间摩擦力对螺旋桨推力测量值的影响

具体地，滑轮座安装于支撑底板上，滑轮安装于滑轮座上；重物块通过导引杆安装于所述整流罩内，且重物块可以沿导引杆自由上下滑动，从而保证重物块在螺旋桨气流的影响下不摆动，避免影响拉压力传感器测量精度；拉力绳连接在重物块上，并穿过整流罩的中间孔，经过所述滑轮后固定在工字型传力件上。通过设置整流罩，可以有效避免重物块直接受螺旋桨气流的冲击，并对气流进行分流。

从上述内容可以看出：本实用新型中的螺旋桨电机参数的测量装置包括支撑架、支撑底板、测量机构以及计算处理中心；支撑架的上端面与支撑底板连接；测量机构设置于支撑底板上。测量机构至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构。其中，电机机构包括螺旋桨、电机、电机座和扭矩传感器，电机座连接电机和扭矩传感器；水平拉压力和扭矩测量机构包括传力件、用于测量螺旋桨推力值的拉压力传感器、用于测量螺旋桨转速的转速传感器和用于测量电调温度的温度传感器；阻力补偿机构用于通过施加恒定的力作用于传力件上，以使拉压力传感器处于拉伸状态；计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将测量机构中采集到的测量信息发送给数据分析单元；数据分析单元用于根据数据采集单元获取的测量信息进行运算和存储，获得螺旋桨电机参数的测量结果。

本实用新型中，通过扭矩传感器实现对扭矩的测量，相比于现有技术中使 用四个竖直放置的拉压力传感器，经公式计算后获得测量扭矩值，结构较为简单，结果较为准确且容易测量；本实用新型中的测量装置集成设计了多种传感器，能够实现比较全面的螺旋桨电机参数(包括螺旋桨推力值、电调温度、电机转速、电机扭矩等)的测量，为多旋翼无人机提供比较全面的螺旋桨电机参数参考；本实用新型在测量过程依靠计算机控制，采集、记录、分析测量数据，大大减少人为干预，减轻测量人员的工作强度，提高装置的智能化程度。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种螺旋桨电机参数的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：支撑架、支撑底板、测量机构以及计算处理中心；

所述支撑架的上端面与所述支撑底板连接；所述测量机构设置于所述支撑底板上；

所述测量机构至少包括电机机构、水平拉压力和扭矩测量机构、阻力补偿机构；所述电机机构包括螺旋桨、电机、电机座和扭矩传感器，所述电机座连接所述电机和所述扭矩传感器；所述水平拉压力和扭矩测量机构包括传力件、用于测量螺旋桨推力值的拉压力传感器、用于测量螺旋桨转速的转速传感器和用于测量电调温度的温度传感器；所述阻力补偿机构用于通过施加恒定的力作用于所述传力件上，以使所述拉压力传感器处于拉伸状态；

所述计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将测量机构中采集到的测量信息发送给数据分析单元；所述数据分析单元用于根据数据采集单元获取的测量信息进行运算和存储，获得螺旋桨电机参数的测量结果。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述支撑架为双立面口字型结构；所述支撑架的双立面、上端面和下端面分别设置有圆孔。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述测量机构中的至少部分部件沿轴线呈一字型线型布局；所述轴线为所述电机和所述螺旋桨的旋转轴。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述电机机构还包括接触式温度传感器；

所述接触式温度传感器安装于所述电机座和所述电机接触面的安装槽内。

5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述水平拉压力和扭矩测量机构还包括滑轨、滑块和第一L接头；

所述滑轨和所述第一L接头固定在所述支撑底板上，所述滑块安装在所述滑轨上；所述滑块和所述滑轨之间设置有滚柱。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述水平拉压力和扭矩测量机构还包括第二L接头和第三L接头；

所述传力件固定在所述滑块上，所述传力件的一端与第二L接头相连接，另一端与第二L接头相连接；

所述扭矩传感器安装于所述第二L接头上；所述转速传感器安装于所述传力件的表面。

7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述阻力补偿机构包括整流罩、导引杆、重物块、滑轮、滑轮座和拉力绳；

所述滑轮座安装于所述支撑底板上，所述滑轮安装于所述滑轮座上；所述重物块通过所述导引杆安装于所述整流罩内，所述拉力绳连接在所述重物块上并穿过所述整流罩的中间孔，经过所述滑轮后固定在所述传力件上。

8.如权利要求1-7中任一项所述装置，其特征在于，所述传力件为工字型传力件。