一种无人直升机及其主旋翼驱动方法与流程

1.本发明涉及植保无人机领域，尤其涉及一种无人直升机，以及无人直升机的主旋翼驱动方法。


背景技术：

2.植保无人机是一种重要的农业机械化设备，被广泛用于农药喷洒等作业。
3.现有的植保无人机通常采用电动机作为动力装置。相比采用发动机作为动力装置的无人机，这种采用电动机驱动的植保无人机具有环保、节能、成本低、易维护等特点，但仍存在以下技术缺陷：载荷提升困难，主要体现为，电动机选型难，因为电动机的价格与功率的关系并非线性，而是功率越大，价格增幅越大，这严重制约了无人机载荷的提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种无人直升机，以解决相关技术存在的上述缺陷。
5.本发明进一步的目的是提供一种无人直升机的主旋翼驱动方法，以进一步解决双电动机驱动时电动机异常发热的问题。
6.为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种无人直升机，本无人直升机包括：
8.机身；
9.主旋翼，其配置于机身的上方，具有第一传动轴；以及
10.第一动力装置，其配置于机身，向主旋翼提供回转运动的动力；
11.其中：所述第一动力装置包括两个电动机、两个电子调速器(英文electronic speed control，简称esc，中文简称电调)、减速器以及同步带，所述同步带将所述两个电动机的动力输出部与所述减速器的动力输入部相连，所述减速器的动力输出部与所述第一传动轴相连，所述两个电子调速器与所述两个电动机对应电连接，用于调节两个电动机的转速；
12.所述机身配置有与所述两个电子调速器液路相连的第一液冷系统，以及与所述两个电动机液路相连的第二液冷系统。
13.在上述的无人直升机中，优选地，所述减速器包括：
14.第二传动轴；
15.第一同步带轮，其配置于第二传动轴，且配置为所述减速器的动力输入部；
16.第二同步带轮，其配置于第二传动轴，且齿数少于第一同步带轮的齿数；
17.第三同步带轮，其配置为所述减速器的动力输出部，且齿数大于第二同步带轮的齿数，第三同步带轮与第二同步带轮传动配合。
18.在上述的无人直升机中，优选地，所述第一传动轴、所述第二传动轴、以及所述两个电动机的转轴相互平行，且所述第一传动轴配置在所述第二传动轴与所述两个电动机的转轴之间。
19.在上述的无人直升机中，优选地，所述第一传动轴和所述第二传动轴配置于所述无人机的俯视中心线上，所述两个电动机关于所述俯视中心线对称。
20.在上述的无人直升机中，优选地，所述第一同步带轮的俯视投影和所述第三同步带轮的俯视投影具有重叠区域。
21.在上述的无人直升机中，优选地，所述第一动力装置还包括张紧轮，所述张紧轮配置于机身，用于张紧所述同步带。
22.在上述的无人直升机中，优选地，所述第一液冷系统包括：
23.第一散热器；
24.第一容器，其容装有冷却液；
25.第一泵；以及
26.第一管路，其将所述第一散热器、所述第一容器、所述第一泵和所述两个电子调速器相连，形成冷却回路。
27.在上述的无人直升机中，优选地，所述第二液冷系统包括：
28.第二散热器；
29.第二容器，其容装有冷却液；
30.第二泵；以及
31.第二管路，其将所述第二散热器、所述第二容器、所述第二泵和所述两个电动机相连，形成冷却回路。
32.在上述的无人直升机中，优选地，所述两个电动机的规格相同。
33.一种无人直升机的主旋翼驱动方法，其中，所述无人机为如上述任意一项所述的无人直升机；所述主旋翼驱动方法包括：一个所述电子调速器工作于转速负反馈闭环控制模式，使对应的电动机的转速保持在设定的转速；而且另一个所述电子调速器工作于转速开环控制模式。
34.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
35.由于采用双电动机驱动主旋翼，所以能够低成本地实现大载荷的无人直升机。
36.其电动机和电子调速器各自配置了独立的液冷系统，避免了热串扰，工作稳定性和可靠性较好。
37.由于将一个电子调速器工作于转速负反馈闭环控制模式，另一个电子调速器工作于转速开环控制模式，减少了两个电动机之间的速度干涉，大大减少了电动机的异常发热，进一步提高了无人机的稳定性和可靠性。
附图说明
38.图1为无人直升机的结构示意图；
39.图2为第一动力装置的立体状态示意图；
40.图3为第一动力装置的侧视状态示意图；
41.图4为第一动力装置的俯视状态示意图；
42.附图标记：
43.1、主旋翼；
44.2、第一传动轴；
45.3、机身；
46.4、第一动力装置；
47.41、电动机；411、第四同步带轮；412、转轴；
48.42、电子调速器；
49.43、第二液冷系统；431、第二管路；432、第二散热器；433、第二泵；
50.44、第一液冷系统；441、第一管路；442、第一散热器；443、第一泵；
51.45、张紧轮；
52.46、同步带；
53.47、减速器；471、第二传动轴；472、第一同步带轮；473、第二同步带轮；474、传动带；475、第三同步带轮；
54.5、尾翼；
55.6、俯视中心线。
具体实施方式
56.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
57.请参照图1，本无人直升机包括：机身3、主旋翼1和尾翼5，机身3底部设置有起落架，主旋翼1配置在机身3的上方，在机身3配置有第一动力装置4，第一动力装置4通过第一传动轴2与主旋翼1相连，向主旋翼1提供回转运动的动力，尾翼5配置在机尾部，在机尾部配置有第二动力装置，向尾翼5提供回转运动的动力。
58.图2至图4中示出了第一动力装置4的构造。请参照图2、图3和图4，第一动力装置4包括两个电动机41，还包括减速器47和同步带46。
59.其中，电动机41的转轴412上固装有第四同步带轮411，第四同步带轮411作为电动机41的动力输出部。两个电动机41优选同规格的电动机41。
60.其中，减速器47包括第二传动轴471、第一同步带轮472、第二同步带轮473和第三同步带轮475，第一同步带轮472固定在第二传动轴471，第一同步带轮472作为减速器47的动力输入部。第二同步带轮473固定在第二传动轴471，第二同步带轮473的齿数少于第一同步带轮472的齿数。第三同步带轮475的齿数大于第二同步带轮473的齿数，第三同步带轮475与第二同步带轮473通过传动带474相连，第三同步带轮475作为减速器47的动力输出部，第三同步带轮475固定在第一传动轴2，以此实现减速器47到第一传动轴2的动力传递。其中，第一同步带轮472、第二同步带轮473和第三同步带轮475的更具体的齿数，可根据实际应用中减速器47需要的减速比，而灵活进行设计。
61.同步带46将两个电动机41的动力输出部与减速器47的动力输入部相连，以此实现两个电动机41的动力融合，并传递给减速器47。此外，还包括张紧轮45，张紧轮45安装于机身3，并与同步带46接触配合，张紧轮45的位置可调，通过张紧轮45的位置调节，实现同步带46的张紧调节，保证两个电动机41到减速器47的动力传递。
62.应当指出，第二同步带轮473和第三同步带轮475也可以不用传动带474相连，而是将第二同步带轮473和第三同步带轮475直接啮合，或者通过一个或多个中间同步带轮将第二同步带轮473和第三同步带轮475啮合，实现二者间的动力传递。
63.上述的两个电动机41分别配置有电子调速器42，可对两个电动机41的转速分别调
节，实现主旋翼1转速的控制。
64.请再次参照图1，在机身3还配置有第一液冷系统44和第二液冷系统43。图1中用虚线表示液体的管路。
65.其中，第一液冷系统44与所述两个电子调速器42液路相连，实现对两个电子调速器42的冷却。第一液冷系统44具体包括：第一散热器442，第一容器，第一泵443和第一管路441，第一散热器442优选高导热率的金属散热器，第一容器用于容装冷却液，第一管路441将所述第一散热器442、所述第一容器、所述第一泵443和所述两个电子调速器42相连，形成冷却回路，第一泵443提供冷却液在冷却回路流动的动力。
66.其中，第二液冷系统43与所述两个电动机41液路相连，实现对两个电动机41的冷却。第二液冷系统43具体包括：第二散热器432，第二容器，第二泵433和第二管路431，第二散热器432优选高导热率的金属散热器，第二容器用于容装冷却液，第二管路431将所述第二散热器432、所述第二容器、所述第二泵433和所述两个电动机41相连，形成冷却回路，第二泵433提供冷却液在冷却回路流动的动力。
67.本实施例中采用液冷系统，保证了电动机和电子调速器具有较佳的冷却效果，从而使得本无人机在大载荷下能够长时间稳定作业。并且，采用两个液冷系统，对电动机41和电子调速器42分别进行冷却，可以防止电动机41和电子调速器42的热串扰，使得电动机41和电子调速器42能够更加稳定和可靠地工作。
68.请再次参照图3，本实施例中，进一步将所述第一传动轴2、所述第二传动轴471、以及所述两个电动机41的转轴412相互平行配置，且所述第一传动轴2配置在所述第二传动轴471与所述两个电动机41的转轴412之间。该轴间位置关系，使得第一动力装置4占用空间较小，有利于无人机的小型化。
69.请再次参照图4，本实施例中，进一步将所述第一传动轴2和所述第二传动轴471配置于所述无人机的俯视中心线6上，所述两个电动机41关于所述俯视中心线6对称。该第一传动轴2、第二传动轴471及两个电动机41的位置，使得第一动力装置4对机身3的重心影响较小，有利于无人机稳定飞行。
70.请再次参照图4，本实施例中，所述第一同步带轮472的俯视投影和所述第三同步带轮475的俯视投影具有重叠区域。该同步带轮位置关系，进一步减小了第一动力装置4的体积，有利于无人机的小型化。
71.上述无人机的主旋翼1驱动方法包括：
72.两个电动机41工作，通过同步带46将两个电动机41的动力融合后，输入减速器47，减速后驱动第一传动轴2，进而驱动主旋翼1回转运动。
73.另一方面，第一泵443工作，驱动冷却液在冷却系统中循环，实现对两个电子调速器42的冷却。第二泵433工作，驱动冷却液在冷却系统中循环，实现对两个电动机41的冷却。
74.由于制造工艺、生产误差等各种因素的影响，相同型号、相同批次的电动机、以及电子调速器也可能出现差异。这些因素导致，上述的两个电动机41虽然设定的转速相同，但在使用中，转速仍可能出现差异，当两个电动机41的转速出现差异后，则会发生干涉的现象，即两个电动机41之间发生速度干涉，这不但会增加电能消耗，而且会引起电动机41异常发热。
75.为了解决该问题，对上述无人机的主旋翼驱动方法做了进一步的改进，具体包括：
一个所述电子调速器42工作于转速负反馈闭环控制模式，使对应的电动机41的转速保持在设定的转速；而且另一个所述电子调速器42工作于转速开环控制模式。该方案有效减少了两个电动机41之间的速度干涉，大大减小了电动机41的异常发热，进一步提高了无人机的稳定性和可靠性。
76.本实施例至少具备以下优点：
77.采用两个电动机41，通过同步带46将两个电动机41的动力融合后，共同驱动无人机的主旋翼1，不但有利于提高无人机的载荷，而且可以选用较小的电动机41，能够低成本地实现大载荷的无人直升机；
78.采用液冷系统对电动机41和电子调速器42冷却，冷却效果好，可提高无人机的稳定性和可靠性；
79.对电子调速器42和电动机41分别配置液冷系统，有效阻隔了热串扰，进一步提高了无人机的稳定性和可靠性；
80.对减速器47中的第二传动轴471、主旋翼1的第一传动轴2、电动机41的转轴412的位置的特别设计，减小了主旋翼动力装置的占用空间，有利于无人机的小型化；
81.对减速器47中的第二传动轴471、主旋翼1的第一传动轴2、两个电动机41的位置的特别设计，减少了主旋翼1动力装置对机身3重心的影响，有利于飞行控制；
82.对减速器47中的同步带轮位置的特别设计，进一步减小了主旋翼动力装置的占用空间，有利于无人机的小型化；
83.对主旋翼驱动方法的特别设计，减少了两个电动机41之间的速度干涉，大大减小了电动机41的异常发热，进一步提高了无人机的稳定性和可靠性。
84.上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种无人直升机，包括：机身(3)；主旋翼(1)，其配置于机身(3)的上方，具有第一传动轴(2)；以及第一动力装置(4)，其配置于机身(3)，向主旋翼(1)提供回转运动的动力；其特征在于：所述第一动力装置(4)包括两个电动机(41)、两个电子调速器(42)、减速器(47)以及同步带(46)，所述同步带(46)将所述两个电动机(41)的动力输出部与所述减速器(47)的动力输入部相连，所述减速器(47)的动力输出部与所述第一传动轴(2)相连，所述两个电子调速器(42)与所述两个电动机(41)对应电连接，用于调节两个电动机(41)的转速；所述机身(3)配置有与所述两个电子调速器(42)液路相连的第一液冷系统(44)，以及与所述两个电动机(41)液路相连的第二液冷系统(43)。2.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述减速器(47)包括：第二传动轴(471)；第一同步带轮(472)，其配置于第二传动轴(471)，且配置为所述减速器(47)的动力输入部；第二同步带轮(473)，其配置于第二传动轴(471)，且齿数少于第一同步带轮(472)的齿数；第三同步带轮(475)，其配置为所述减速器(47)的动力输出部，且齿数大于第二同步带轮(473)的齿数，第三同步带轮(475)与第二同步带轮(473)传动配合。3.根据权利要求2所述的无人直升机，其特征在于，所述第一传动轴(2)、所述第二传动轴(471)、以及所述两个电动机(41)的转轴(412)相互平行，且所述第一传动轴(2)配置在所述第二传动轴(471)与所述两个电动机(41)的转轴(412)之间。4.根据权利要求3所述的无人直升机，其特征在于，所述第一传动轴(2)和所述第二传动轴(471)配置于所述无人机的俯视中心线(6)上，所述两个电动机(41)关于所述俯视中心线(6)对称。5.根据权利要求4所述的无人直升机，其特征在于，所述第一同步带轮(472)的俯视投影和所述第三同步带轮(475)的俯视投影具有重叠区域。6.根据权利要求2所述的无人直升机，其特征在于，所述第一动力装置(4)还包括张紧轮(45)，所述张紧轮(45)配置于机身(3)，用于张紧所述同步带(46)。7.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述第一液冷系统(44)包括：第一散热器(442)；第一容器，其容装有冷却液；第一泵(443)；以及第一管路(441)，其将所述第一散热器(442)、所述第一容器、所述第一泵(443)和所述两个电子调速器(42)相连，形成冷却回路。8.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述第二液冷系统(43)包括：第二散热器(432)；第二容器，其容装有冷却液；第二泵(433)；以及
第二管路(431)，其将所述第二散热器(432)、所述第二容器、所述第二泵(433)和所述两个电动机(41)相连，形成冷却回路。9.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述两个电动机(41)的规格相同。10.一种无人直升机的主旋翼驱动方法，其特征在于：所述无人机为如权利要求1至9中任意一项所述的无人直升机；所述主旋翼驱动方法包括：一个所述电子调速器(42)工作于转速负反馈闭环控制模式，使对应的电动机(41)的转速保持在设定的转速；而且另一个所述电子调速器(42)工作于转速开环控制模式。

技术总结
本发明公开了一种无人直升机及其主旋翼驱动方法，本无人机包括：机身，主旋翼，向主旋翼提供动力的第一动力装置，第一动力装置包括两个电动机、两个电子调速器、减速器以及同步带，同步带将两个电动机的动力输出部与减速器的动力输入部相连，减速器的动力输出部与主旋翼的传动轴相连，两个电子调速器与两个电动机对应电连接；机身配置有与两个电子调速器液路相连的第一液冷系统，以及与两个电动机液路相连的第二液冷系统。本主旋翼驱动方法包括：将一个电子调速器工作于转速负反馈闭环控制模式，而且另一个电子调速器工作于转速开环控制模式。本发明能够低成本地实现大载荷的无人直升机，还可以避免热串扰，可以减少两个电动机之间的速度干涉。之间的速度干涉。之间的速度干涉。


技术研发人员：赵刚 张刚 刘克勤 陆高鸿
受保护的技术使用者：北京一键智农科技有限公司
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2023/4/21