阅读说明：本技术 一种基于电动多桨动力装置的动力伞 (Power umbrella based on electric multi-propeller power device ) 是由 高洪江 杜明洹 于 2019-12-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于电动多桨动力装置的动力伞,动力伞用电动多桨动力装置包括机体和安装在机体上的动力电池系统、推进系统和控制手柄。推进系统包括依次连接的电机控制器、驱动电机和螺旋桨；电机控制器、驱动电机、螺旋桨的数量均为偶数且一一对应；螺旋桨在电机控制器的控制下实现旋转并为动力伞提供动力；一半螺旋桨顺时针旋转,另一半螺旋桨逆时针旋转,顺时针旋转的螺旋桨的桨叶翼型与逆时针旋转的螺旋桨的桨叶翼型相反。本发明中动力伞用电动多桨动力装置利用电驱动技术,解决了现有内燃机动力伞噪音大、振动大、排放污染的问题；同时,消除了单桨动力装置带来的反向阻力。(The invention discloses a power umbrella based on an electric multi-paddle power device. The propulsion system comprises a motor controller, a driving motor and a propeller which are connected in sequence; the number of the motor controllers, the number of the driving motors and the number of the propellers are even and are in one-to-one correspondence; the propeller rotates under the control of the motor controller and provides power for the power umbrella; half of the propellers rotate clockwise, the other half of the propellers rotate anticlockwise, and blade profiles of the propellers rotating clockwise are opposite to blade profiles of the propellers rotating anticlockwise. The power umbrella utilizes the electric driving technology by the electric multi-propeller power device, and solves the problems of high noise, large vibration and pollution emission of the power umbrella of the existing internal combustion engine; meanwhile, the reverse resistance brought by a single-paddle power device is eliminated.)

一种基于电动多桨动力装置的动力伞

技术领域

本发明涉及动力伞技术领域，具体涉及一种基于电动多桨动力装置的动力伞。

背景技术

动力伞作为一种航空运功器材，具有易于操作、安全性高的特点，是一种广泛应用的航空运动器材；同时，动力伞还可以作为航拍、航测、广告宣传、应急勘测等飞行平台，具有一定的行业应用价值。长期以来，动力伞一直使用内燃机作驱动螺旋桨，作为动力装置。内燃机具有振动大、噪音大、排放污染大等问题，严重影响动力伞运动的娱乐性和舒适感。

随着二次电池技术的发展，出现了使用电力作为动力来源的动力伞。电动动力伞使用二次电池驱动电机，带动螺旋桨产生推力，可以解决内燃机作为动力伞动力装置的部分问题，但是仍然存在安全性、可靠性不高、不利于操控的问题。

同时无论是内燃机还是电力驱动的单桨动力伞，都存在驱动螺旋桨造成的反向力矩，往往通过动力装置的偏置安装、特殊飞行操作训练来解决这一难题，但是其效果并不理想。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于电动多桨动力装置的动力伞，能够至少解决现有动力伞振动大、噪音大、污染严重以及单桨电动动力伞存在的反向力矩大、不易操控等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电动多桨动力装置的动力伞，包括：

机体和安装在所述机体上的推进系统、动力电池系统、控制手柄；

所述推进系统用于为所述机体提供动力；所述动力电池系统与所述推进系统相连，用于向所述推进系统输送电力；所述控制手柄与所述推进系统相连，用于调整所述推进系统的动力；

所述推进系统包括依次连接的电机控制器、驱动电机和螺旋桨；所述电机控制器、所述驱动电机、所述螺旋桨的数量均为偶数且一一对应；所述螺旋桨用于在所述电机控制器的控制下实现旋转并为所述动力伞提供动力；一半所述螺旋桨顺时针旋转，另一半所述螺旋桨逆时针旋转，顺时针旋转的所述螺旋桨的桨叶翼型与逆时针旋转的所述螺旋桨的桨叶翼型相反。

基于上述，顺时针旋转的所述驱动电机与逆时针旋转的所述驱动电机按照转向交替周向安装在所述机体上，每个所述驱动电机的转子中心点与所述机体的中心点的距离相等。

基于上述，所述动力电池系统包括电池管理单元、电池模组和接触器，所述电池管理单元与所述电池模组相连，所述电池模组与所述接触器相连，所述接触器与所述电机控制器相连；

优选的，所述动力电池系统包括两个所述电池模组、两个所述电池管理单元以及两个所述接触器，所述电池模组、所述电池管理单元、所述接触器一一对应电连接，所述接触器连接至所述电机控制器。

基于上述，所述控制手柄上设置有开关按钮，所述开关按钮与所述接触器连接，用于控制所述接触器的开断从而实现所述电池模组的电力输出。

基于上述，所述控制手柄内安装有霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元；所述霍尔角度传感器用于根据手柄按压角度产生油门量信号，将所述油门量信号输入所述电机调速PWM信号单元；所述电机调速PWM信号单元用于与所述推进系统的电机控制器电连接并输出不同占空比的电机速度控制方波给电机控制器。

基于上述，所述控制手柄内安装有机械钢索，所述机体上设置有霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元；所述控制手柄的按压角度通过所述机械钢索传导至霍尔角度传感器，并由所述霍尔角度传感器产生油门量信号，并将所述油门量信号输入电机调速PWM信号单元；所述电机调速PWM信号单元与所述推进系统的电机控制器电连接并输出不同占空比的电机速度控制方波给电机控制器。

基于上述，所述控制手柄上设置有显示屏，所述显示屏通过总线连接所述电池管理单元，用于显示所述电池模组的荷电状态和油门量信号。

基于上述，所述驱动电机为四台或六台，其中一半驱动电机为顺时针旋转，另外一半驱动电机为逆时针旋转。

基于上述，所述电池模组设置有温度传感器，所述电池管理单元通过数据采集集线器连接对应的电池模组和所述温度传感器；所述电池管理单元连接有扬声器，用于对所述电池模组的温度、荷电状态进行声音提示。

基于上述，所述驱动电机为三相永磁同步电机；所述电机控制器与对应的驱动电机电连接并成一体化结构。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

一、本发明能够提供一种基于电动多桨动力装置的动力伞，采用二次电池模组，如锂离子电池作为电力来源，通过电机控制器进行电源变换后驱动电机，带动螺旋桨产生推力，有效解决了传统内燃式动力伞的振动、噪音和排放污染问题。

二、通过设置多个电池模组，提高了电动动力伞的安全水平，通过接触器实现电池模组并联输出电力，可以在其中一个电池模组出现放电故障、电池温度异常升高等问题后及时关闭，防止隐患进一步扩大；同时，可以在关闭一个电池模组后，利用二次电池模组放电功率大的特点，使用另外一个电池模组继续向电机提供电力，保障飞行安全。

三、采用多桨、对转设置的螺旋桨布局，可以消除电机的反向力矩，提高动力伞的操控性。安装电动多桨动力装置的动力伞，采用电机正反转、对应安装正反螺旋桨，产生向前的推力；同时，这种配置还可以使得每个电机的反向力矩进行抵消，消除驱动螺旋桨的反向力矩，极大地提高了动力伞的操控性。

附图说明

图1本发明实施例中动力伞用双电池模组四桨动力装置原理图；

图2本发明实施例中动力伞用单电池模组四桨动力装置原理图；

图3本发明实施例中动力伞用双电池模组六桨动力装置原理图；

图4本发明实施例中动力伞用单电池模组六桨动力装置原理图；

图5本发明实施例中控制手柄结构示意图一；

图6本发明实施例中控制手柄结构示意图二；

图7本发明实施例中动力伞用电动多桨动力装置机体正视图；

图8本发明实施例中动力伞用电动多桨动力装置机体后视图。

图中：1为机体；2为充电口；3为数据采集集线器；4为电池模组；5为温度传感器；6为接触器；7为霍尔电流传感器；

8为直流总线；9为控制手柄；10为开关按钮；11为显示器；12为电池管理单元；13为扬声器；14为CAN总线；

15至20均为电机控制器；21为数据采集集线器；22为电池模组；23为温度传感器；24为霍尔电流传感器；25为接触器；26为电池管理单元；

27为外圈；28为内圈；29为连接杆；30为驱动电机；31为安装环；32和33均为安装板；34为拉绳位移传感器；35为安装架；36为吊臂；37为手柄主体；38为按压手柄；39为安装箱体。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明中动力伞包括机体、动力电池系统、推进系统和控制手柄，动力电池系统包括二次电池模组、电池管理单元、接触器单元，用于向推进系统提供电力。

推进系统的驱动电机、螺旋桨、电机控制器的数量均为偶数，优选偶数为大于2的偶数，一个驱动电机与一个电机控制器电连接并驱动一个螺旋桨；在偶数个驱动电机中，一半数量的驱动电机为顺时针旋转，另外一半数量的驱动电机为逆时针旋转；本发明中螺旋桨数量也为偶数，均为推力螺旋桨，安装在顺时针旋转的驱动电机上的螺旋桨的翼型同安装在逆时针旋转的驱动电机上的螺旋桨的翼型相反。

动力电池系统设置有可更换电池模组，电池模组连接电池管理单元，并通过与接触器单元电连接输出电力。

控制手柄与推进系统的偶数个电机控制器电连接，电机控制器根据控制手柄的动作情况调整驱动电机的转速。

控制手柄安装有开关按钮并与动力电池系统电连接，通过控制接触器单元，断开任何一组可更换电池模组的电力输出。控制手柄通过总线连接电池管理单元，在控制手柄上还安装有显示屏，用于显示电池模组的荷电状态和油门比例。

本发明中控制手柄为一体化设计时，控制手柄内安装有霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元；霍尔角度传感器根据手柄按压角度产生油门量信号，并输入电机调速PWM信号单元；电机调速PWM信号单元与推进系统的电机控制器电连接。

另一种形式的控制手柄，即控制手柄内安装有机械钢索，霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元设置在机体上；控制手柄的按压角度通过钢索机械传导至霍尔角度传感器，并由霍尔角度传感器产生油门量信号，输入电机调速PWM信号单元；电机调速PWM信号单元与推进系统的电机控制器电连接。

电池管理单元通过扬声器对电池模组的温度、荷电状态进行声音提示。

根据螺旋桨数量和电池模组数量的不同，下面给出四个具体的实施例。

实施例一

本实施例中驱动电机为四个，安装于机体的竖直平面内，驱动电机轴线水平；四个驱动电机呈360度周向均布。驱动电机与电机控制器一一对应连接，电机控制器安装于机体上，并与驱动电机电连接。

另一种形式的电机控制器，在结构上同驱动电机一体化，例如可以选用好盈X8型号的驱动电机；电机控制器安装在驱动电机的后部，成一体化结构。驱动电机与电机控制器一一对应连接，电机控制器与驱动电机电连接。

具体而言，如图1所示，通过控制手柄9上的开关按钮10，接通动力电池系统中接触器6、接触器25，电池模组4、电池模组22同时向直流总线8输出直流电；按压控制手柄9，控制手柄9上的霍尔角度传感器将控制手柄9的按压输入量转换为0-5V电压，输入位于控制手柄9内的电机调速PWM信号发生器，PWM输出不同占空比的电机速度控制方波给电机控制器15至18，由电机控制器输出三相交流电至电机M1至M4，电机带动螺旋桨产生推力。

为消除单桨驱动方式带来的反向力矩，驱动电机的数量为偶数，转速相同，并沿着机体周向均布；周向相邻两个电机转向相反、所安装的螺旋桨气动外形相反，即翼型相反。

在飞行的不同阶段，飞行员可以通过按压控制手柄9，调整推进系统的推力，保证不同的姿态。在控制手柄9上安装有显示器11，并与电池管理单元的数据总线连接，实时显示可更换电池模组的电压、荷电量、电池最高温度、电池最低温度。

随着飞行时间的增加，电池电量不断下降，在任一电池模组荷电量低于30％时，电池管理单元输出信号给扬声器，通过位于机身的扬声器13，对飞行员进行低电量语音提示，提示周期为60s。在低电量报警后，飞行员应尽快寻找动力伞降落条件并尽快落地，以保证飞行安全。

在飞行过程中，某一可更换电池模组最高温度、最低温度超过阈值，或放电电流异常，电池管理单元通过扬声器进行语音报警；飞行员通过位于控制手柄的组合开关，切断超标电池模组。

电池模组4、电池模组22均选用高倍率放电能力的6个20Ah三元锂电池单元串联而成，温度传感器5和23分别监测两个电池单元的温度；保证在一组电池模组失效后，另一组可以继续保证安全飞行。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于只设置了一个电池模组4和一个电池管理单元12，对应的，也只设置了一个温度传感器5、一个接触器6和一个霍尔电流传感器7。基于单电池模组电动四桨动力装置的动力伞，包括机体、动力电池系统、推进系统、控制手柄。

动力电池系统由二次锂离子电池模组、电池管理单元、接触器单元组成，向推进系统提供电力。

推进系统由四个电机、四个螺旋桨、四个电机控制器组成；每个电机分别与一个电机控制器电连接，并分别驱动一个螺旋桨；四个电机中，两个为顺时针旋转，另外两个为逆时针旋转，例如图2中驱动电机M1和M3为顺时针旋转，M2和M4为逆时针旋转；四个螺旋桨均为推力螺旋桨，安装在顺时针旋转电机上的两个螺旋桨的翼型同另外两个螺旋桨的翼型相反。

控制手柄9与推进系统的四个电机控制器15至18电连接，用于调整电机的转速。可更换电池模组4连接电池管理单元12从而构成一个电池包，通过与接触器6电连接，向四个电机控制器、四台电机输出电力。

电池管理单元安装于机体。

控制手柄9安装有开关按钮10与电池包电连接，通过控制接触器6断开电池模组4的电力输出。控制手柄9安装有显示屏11，显示电池包荷电状态和油门量信号。

手柄的结构有两种形式，第一种手柄，内部安装有霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元；霍尔角度传感器根据手柄按压角度产生油门量信号，并输入电机调速PWM信号单元；电机调速PWM信号单元与推进系统电连接。

第二种手柄，控制手柄内安装有机械钢索，霍尔角度传感器和电机调速PWM信号单元设置在机体上；控制手柄的按压角度通过钢索机械传导至霍尔角度传感器，并由霍尔角度传感器产生油门量信号，输入安装于机体上的电机调速PWM信号单元；电机调速PWM信号单元与推进器系统电连接。

动力电池系统中的电池管理单元12通过扬声器13对电池模组4的温度、荷电状态进行声音提示。电机数量为四个，安装于机体竖直平面内，电机轴线水平；电机转子中心点距离机体中心点距离相等；四个电机呈360度周向均匀布置。

电机与电机控制器一一对应连接，电机控制器安装于机体上。

具体而言，通过控制手柄9上的开关按钮10，接通动力电池系统的接触器6，电池模组4向直流总线8输出直流电；按压控制手柄9，控制手柄9上的霍尔角度传感器将控制手柄9的按压输入量转换为0-5V电压，输入位于控制手柄9内的电机调速PWM信号发生器，PWM输出不同占空比的电机速度控制方波给电机控制器，由电机控制器输出三相交流电至电机，调整电机转速并带动螺旋桨产生推力。

为消除单桨驱动方式带来的反向力矩，四个电机的转速相同，并沿着机体周向均布；周向相邻两个电机转向相反、所安装的螺旋桨气动外形相反。

针对上述实施例一和实施例二，如图5和图6所示为两个实施例中控制手柄的结构示意图，控制手柄9包括手柄主体37和按压手柄38，通过按压控制手柄9上的按压手柄38，使按压手柄38动作，霍尔角度传感器将按压手柄38的按压输入量转换为电压信号；显示屏11和开关按钮10在手柄主体37上的位置如图中所示。

如图7所示为两个实施例中动力伞用电动多桨动力装置机体的正视图，图7中机体包括外圈27与内圈28，外圈27与内圈28的相对位置设置为同轴不同心，在外圈27和内圈28之间设置有四个连接杆29，连接杆29设置有弧度从而连接外圈27和内圈28；四个连接杆29上分别设置有驱动电机30，四个连接杆的位置设置为使四个驱动电机呈360度周向均布，每个驱动电机上设置有对应的螺旋桨(图中未画出)。在内圈28上设置有安装板32，在安装板32上设置有四个驱动电机的电机控制器，图7中标出了一个电机控制器15。

在内圈28的外侧设置有安装环31，安装环31与内圈28同轴同心设置且安装环31的直径大于内圈28的直径，在其他实施方式中，安装环31与内圈28的位置可以进行适当调整，例如不同心但同轴。安装环31与外圈27之间设置有防护网(图中未画出)，防止螺旋桨伤人，防止衣服、杂物吸入螺旋桨。

如图8所示为两个实施例中动力伞用电动多桨动力装置机体的后视图，通过图8可以看出，从机体的背面观察，内圈28上设置有安装板33，安装板33上设置有扬声器13和与拉线连接的拉绳位移传感器34。内圈28的下部设置在安装架35上，在安装架35上设置有安装箱体39，在安装箱体39中设置电池模组、数据采集集线器、电池管理单元以及相关线路，在安装箱体39的两侧分别设置有动力伞伞具吊臂36，两个吊臂可以绕固定轴在安装箱体39的两侧旋转。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于设置了六个螺旋桨，对应的在机体1上设置有六个驱动电机M1至M6，以及六个电机控制器15至20，如图3所示，图3中六个电机中的三个为顺时针旋转，另外三个为逆时针旋转，例如图3中M1、M3、M5为顺时针旋转，M2、M4、M6为逆时针旋转。

实施例四

本实施例与实施例二的区别在于设置了六个螺旋桨，对应的在机体1上设置有六个驱动电机M1至M6，以及六个电机控制器15至20，如图3所示，图3中六个电机中的三个为顺时针旋转，另外三个为逆时针旋转，例如图3中M1、M3、M5为顺时针旋转，M2、M4、M6为逆时针旋转。

对于上述实施例，在飞行的不同阶段，飞行员可以通过按压控制手柄，调整推进系统的推力，保证不同的姿态。在控制手柄上安装有显示器，并与电池包数据总线连接，实时显示电池模组的电压、荷电量、电池最高温度、电池最低温度。

随着飞行时间的增加，电池包内电量不断下降，在电池包任一电池单元荷电量低于30％时，电池管理单元输出信号给扬声器，通过位于机身的扬声器，对飞行员进行低电量语音提示，提示周期为60s。在低电量报警后，飞行员应尽快寻找动力伞降落条件并尽快落地，以保证飞行安全。

在飞行过程中，某一电池单元的最高温度、最低温度超过阈值，以三元锂电池模组为例，电池正常工作范围为零下10摄氏度到零上55摄氏度，电池管理单元通过扬声器进行语音报警；飞行员通过位于控制手柄的组合开关，切断电池模组电力输出。

电池模组选用高放电倍率的6个80Ah三元锂电池单元串联而成，温度传感器监测每一个电池单元的温度。电池模组直流输出母线安装霍尔传感器，检测输出电流并将测量值输出给电池管理单元，用于估算可用剩余工作时间。

可更换电池模组为快速换装结构，6个80Ah的单体电池串联，并与电池管理单元的数据采集集线器、温度传感器共同安装于可更换电池模组内。可更换电池模组通过连接器与安装于机体上的电池管理单元电连接。

可更换电池模组外壳为铝合金结构，防护等级为IP67；

电机为最大持续功率2800w的三相永磁同步电机，180RPM/v。

控制器为最大电流为80A的三相永磁同步电机控制器，输入电压22V，重量180g。

螺旋桨为直径22寸的双叶螺旋桨。

本发明中动力伞的机体包括护框、防护网、辐板、中心板、伞头吊臂、座袋、底座支架；机体优选为碳纤维增强复合材料结构，机体护框与内框之间安装防护网，防止飞行过程中其他物品飞入。

进一步的，电池模组为集成化插接结构：电池管理单元的数据采集集线器、温度传感器共同安装于可更换电池模组内，通过可更换电池模组接口与接触器单元电连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里记载的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本申请旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据本申请的保护范围来确定技术性范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的代表保护范围的内容来限制。