升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构制造技术

本发明专利技术公开了一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，它包括在电动多翼无人机垂直升降和各种姿态的飞行过程中提供升力以及保持机身平稳的两个升力桨组，两个升力桨组上下同轴设置并安装在机身的中心轴线上，升力桨组的外周均布有在空中飞行过程中对电动多翼无人机的飞行姿态进行控制的至少四个姿态控制桨组。两个升力桨组之间的转速相同、旋转方向相反，以互相抵消自旋力矩。相邻两个姿态控制桨组之间的旋转方向相反。本发明专利技术将电动多翼无人机所需的动力结构分解成功能分离、独立控制的升力桨与姿态控制桨，大大降低了电能消耗，在不衰减飞行能力和不增加电池容量的条件下，实现了大幅延长续航时间的目的。

Power structure of electric multi wing unmanned aerial vehicle with lift impeller and attitude control paddle

The invention discloses an electric multi wing propeller and propeller attitude control layout of the UAV dynamic separation structure, it includes the lifting flight of UAV vertical lift and pose in electric multi wing to provide and maintain a smooth body two lift impeller group, two lift paddle on coaxial setup and install in the central axis of the fuselage, lift the propeller group uniformly distributed at the periphery of at least four attitude control paddle control group in the air in the process of electric multi wing UAV flight attitude. The rotation speed of the two lifting impeller groups is the same, the rotation direction is opposite, in order to cancel the spin torque mutually. The rotation direction between the two adjacent attitude control paddle groups is opposite. The invention of electric power multi wing structure to disintegrate man-machine separation, independent control of the lift and pitch attitude control paddle, greatly reduce the consumption of electric energy in the attenuation of flight capacity and does not increase the battery capacity conditions, to achieve a significantly prolong the life time of the eye.

【技术实现步骤摘要】
升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构
本专利技术涉及一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，属于无人机

技术介绍
现有电动多翼无人机的动力结构由若干个功能、结构、外形尺寸和规格完全相同的动力单元组成，这些动力单元均匀对称分散式地布置在机身周边。每个动力单元由电机和螺旋浆组成，各动力单元自身同时兼具产生升力和控制飞行姿态的两大功能。因此，规格和参数的同一性以及功能兼顾性是现有电动多翼无人机的动力单元必须具备的基本技术特性。然而从大量试验和实际使用情况看来，这种动力单元的结构与功能模式会导致驱动螺旋浆的电机无法长时间地工作在高效率区段内，电机需要消耗很大的电能才能获取维持电动多翼无人机飞行所需的升力。目前，由于电动多翼无人机受到自身飞行器重量的严格限制，机载电池的容量十分有限，所以现有电动多翼无人机的飞行时间都很短，一般在15分钟～30分钟以内，这给无人机的各种专业应用带来了极大的不便。由此可见，飞行时间过短已成为制约电动多翼无人机发展的重大技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，此动力结构突破了现有电动多翼无人机的动力结构布局，将电动多翼无人机所需的动力结构分解成功能分离、独立控制的升力桨与姿态控制桨，大大降低了电动多翼无人机的电能消耗，使电动多翼无人机在不衰减飞行能力和不增加电池容量的条件下可实现大幅度延长续航时间的目的，是对电动多翼无人机动力结构的一次重大变革。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，其特征在于：它包括在电动多翼无人机垂直升降和各种姿态的飞行过程中提供升力以及保持机身平稳的两个升力桨组，两个升力桨组上下同轴设置并安装在机身的中心轴线上，升力桨组的外周均布有在空中飞行过程中对电动多翼无人机的飞行姿态进行控制的至少四个姿态控制桨组，其中：两个升力桨组之间的转速相同、旋转方向相反，以互相抵消自旋力矩；相邻两个姿态控制桨组之间的旋转方向相反；姿态控制桨组的个数为大于等于4的偶数个；升力桨组中的升力桨的升力螺旋桨叶的直径远远大于姿态控制桨组中的姿态控制桨的姿态控制螺旋桨叶的直径。本专利技术的优点是：本专利技术将电动多翼无人机所需的动力结构分解成功能分离、独立控制的升力桨与姿态控制桨，改变了现有电动多翼无人机的动力结构布局，大大降低了电动多翼无人机的电能消耗，在不衰减飞行能力和不增加电池容量的条件下，实现了大幅延长续航时间的目的。1、升力桨处于机身中心的集中式结构设计彻底改变了电动多翼无人机原有的动力分布，为优化升力电机的工作状态创造了所需的基本条件。经过大量试验证实，本专利技术中的两个升力浆组所产生的总升力不低于现有电动多翼无人机上分散式布置的多个动力单元所产生的升力总合。2、由于承担产生升力功能的升力桨和升力电机设置在电动多翼无人机的机身中心轴位置，因此它们具有较大的安装空间，这样，升力桨就可以采用大直径螺旋浆叶来实现，升力电机就可以采用大扭力低转速电机来实现，并且低KV值的大扭力电机、大直径螺旋浆叶等具有的高效能特性可被充分利用，从而使本专利技术可具有很高的工作效率。3、姿态控制浆不再承担升力功能，因此其可采用小直径螺旋浆叶来实现，其使用的姿态控制电机可采用小功率电机，并且姿态控制桨和姿态控制电机的数量可大大地减少。另外，姿态控制电机在飞行过程中处于间歇工作状态，可使能耗进一步降低。4、与现有电动多翼无人机相比，在产生相同升力的前提下，本专利技术动力结构所消耗的电量明显降低，升力电机可较多地工作在高效率区段，从而用较少的能耗便可获得较大的升力，以实现在不衰减飞行能力和不增加电池容量(不增加电能供应)的条件下大幅延长飞行时间的目的。附图说明图1是本专利技术电动多翼无人机动力结构的主视示意图。图2是图1的俯视示意图。图3是驱动控制系统的组成示意图。图4是升力桨组的一实施例示意图。图5是图4的仰视示意图。图6是升力桨组的另一实施例示意图。图7是图6的仰视示意图。具体实施方式如图1至图3，本专利技术升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构包括在电动多翼无人机垂直升降和各种姿态的飞行过程中提供升力以及保持机身平稳的两个升力桨组，两个升力桨组上下同轴设置并安装在机身的中心轴线上，即两个升力桨组的中心轴为机身的同一中心轴线，升力桨组的外周均布有在空中飞行过程中对电动多翼无人机的飞行姿态(如横滚、仰卧、偏航)进行控制的至少四个姿态控制桨组，所有姿态控制桨组处于同一水平面内，其中：两个升力桨组之间的转速相同、旋转方向相反，以互相抵消自旋力矩，即上面的升力桨组中的所有升力桨10的旋转方向与下面的升力桨组中的所有升力桨10的旋转方向相反(例如上面的升力桨组中的所有升力桨10的旋转方向为正转，而下面的升力桨组中的所有升力桨10的旋转方向为反转)但转速相同，这样的设计可使两个升力桨组各自产生的自旋力矩互相抵消，从而在空中飞行过程中保持机身平稳，避免产生自旋，在本专利技术中，升力浆组的转速只取决于对电动多翼无人机的升降要求，其不参与姿态控制；相邻两个姿态控制桨组之间的旋转方向相反，即各姿态控制桨组中的姿态控制桨50的转速相同或不同，但相邻的两个姿态控制桨组的姿态控制桨50之间的旋转方向相反(例如，一个姿态控制桨组的所有姿态控制桨50的旋转方向为正转，则这个姿态控制桨组相邻的姿态控制桨组中的所有姿态控制桨50的旋转方向为反转)，在本专利技术中，姿态控制桨组的转速只取决于对电动多翼无人机的飞行姿态要求，其不参与升降控制。在实际设计中，姿态控制桨组的个数可设计为大于等于4的偶数个，较优地，姿态控制桨组设计为4个。在实际设计中，每个升力桨组包括至少一个升力桨10，升力桨10由升力电机20带动旋转。对于每个升力桨组，每个升力桨10可由一个升力电机20带动旋转，或者两个或更多个或所有升力桨10共同由一个升力电机20带动旋转，又例如，可以设计两个升力电机20，每个升力电机20带动一个或多个升力桨10旋转。升力桨10包括均布的至少两个升力螺旋桨叶，图2中示出了两个升力螺旋桨叶构成升力桨10的情形。在实际设计中，每个姿态控制桨组包括姿态控制桨50，例如较佳地仅设计一个姿态控制桨50，姿态控制桨50由姿态控制电机60带动旋转。对于每个姿态控制桨组，每个姿态控制桨50由一个姿态控制电机60带动旋转。姿态控制桨50包括均布的至少两个姿态控制螺旋桨叶，图2中示出了两个姿态控制螺旋桨叶构成姿态控制桨50的情形。如图2，在实际设计中，升力桨10的升力螺旋桨叶的直径要远远大于姿态控制桨50的姿态控制螺旋桨叶的直径。升力螺旋桨叶为大直径桨叶，姿态控制螺旋桨叶为小直径桨叶。如图1，电动多翼无人机的机身包括上下结构的上机架70、下机架80，下机架80下面安装有起落架90，较佳地，两个升力桨组分别安装在机身的上、下机架70、80上，所有姿态控制桨组安装在上机架70或下机架80向外延伸的机臂上，其中：当挂载物(图中未示出，例如用于植物保护的喷洒药箱等物品)置于升力桨组的旋转半径之外时，安装在下机架80的升力桨组位于下机架80的下方且此升力桨组中的升力桨10的升力螺旋桨叶11直接与升力电机20的输出轴连接，如图4和图5所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，其特征在于：它包括在电动多翼无人机垂直升降和各种姿态的飞行过程中提供升力以及保持机身平稳的两个升力桨组，两个升力桨组上下同轴设置并安装在机身的中心轴线上，升力桨组的外周均布有在空中飞行过程中对电动多翼无人机的飞行姿态进行控制的至少四个姿态控制桨组，其中：两个升力桨组之间的转速相同、旋转方向相反，以互相抵消自旋力矩；相邻两个姿态控制桨组之间的旋转方向相反；姿态控制桨组的个数为大于等于4的偶数个；升力桨组中的升力桨的升力螺旋桨叶的直径远远大于姿态控制桨组中的姿态控制桨的姿态控制螺旋桨叶的直径。

【技术特征摘要】
1.一种升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，其特征在于：它包括在电动多翼无人机垂直升降和各种姿态的飞行过程中提供升力以及保持机身平稳的两个升力桨组，两个升力桨组上下同轴设置并安装在机身的中心轴线上，升力桨组的外周均布有在空中飞行过程中对电动多翼无人机的飞行姿态进行控制的至少四个姿态控制桨组，其中：两个升力桨组之间的转速相同、旋转方向相反，以互相抵消自旋力矩；相邻两个姿态控制桨组之间的旋转方向相反；姿态控制桨组的个数为大于等于4的偶数个；升力桨组中的升力桨的升力螺旋桨叶的直径远远大于姿态控制桨组中的姿态控制桨的姿态控制螺旋桨叶的直径。2.如权利要求1所述的升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，其特征在于：所述升力桨组包括至少一个所述升力桨，所述升力桨由升力电机带动旋转，所述升力桨包括均布的至少两个升力螺旋桨叶；所述姿态控制桨组包括一个所述姿态控制桨，所述姿态控制桨由姿态控制电机带动旋转，所述姿态控制桨包括均布的至少两个姿态控制螺旋桨叶。3.如权利要求2所述的升力桨与姿态控制桨分离布局的电动多翼无人机动力结构，其特征在于：两个所述升力桨组分别安装在所述机身的上、下机架上，所有所述姿态控制桨组安装在上机架或下机架向外延伸的机臂上，其中：当挂载物置于所述升力桨组的旋转半径之外时，安装在下机架的所述升力桨组位于下机架的下方且所述升力桨组中的所述升力桨的所述升力螺旋桨叶直接与所述升力电机的输出轴连接；当挂载物置于下机架下方时，安装在下机架的所述升力桨组位于下机架的上方且所述升力桨组中的所述升力桨的所述升力螺旋桨叶通过减压连接杆与所述升力电机的输出轴连接。4.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘森磊，
申请(专利权)人：刘森磊，刘欣，
类型：发明
国别省市：北京,11