无人机配置和用于无人机内燃机的电池增大，以及相关的系统和方法技术方案

无人机配置和用于无人机内燃机的电池增大，以及相关联的系统和方法被描述。代表性的配置包括机身，被耦接到机身并相对于机身枢转的第一和第二机翼，以及有机身装载的多个提升旋翼。代表性的电池增大布置包括直流供电的电机、电子速度控制器，以及发电机组子系统，其被耦接至电子速度控制器。该发电机组子系统包括电池组、交流发电机，以及电机‑发电机控制器，其具有相位控制电路，其可配置为整流来自交流发电机的多相交流电输出，以产生整流的直流馈入至直流供电的电机。电机‑发电机控制器被配置为从电池组提取直流功率以产生经整流的直流馈入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉引用本申请要求于2014年3月13日提交的申请号为61/952,675，名称为“BATTERYAUGMENTATIONFORINTERNALCOMBUSTIONENGINE，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS(用于内燃机的电池增大，以及相关的系统和方法)”的美国临时专利申请的权益，以及要求于2014年8月14日提交的申请号为62/037021，名称为“BATTERYAUGMENTATIONFORINTERNALCOMBUSTIONENGINE，ANDASSOCIATEDSYSTEMSANDMETHODS(用于内燃机的电池增大，以及相关的系统和方法)”的美国临时专利申请的权益，以上两者都通过引用以其整体并入本文。
本公开大体涉及用于驱动电机的直流(DC)电源，并尤其涉及用于具有多个旋翼的无人机(UAV)的直流电源。直流电源可被用于为各种无人机提供动力，包括具有可变倾角的机翼和多个旋翼的组合的无人机。
技术介绍
常规的用于多旋翼无人机的电源通常是直流(DC)电池。然而，大多数电池具有有限的能量密度。因此，只有电池的电源提供有限的续航能力，并且对于无人机不能保持长距离出行。由现有的多旋翼运载工具(vehicles)使用的其它替代的动力源引入了额外的问题，如在提供给旋翼的功率中的不可预测的波动，从而造成飞行的不稳定。概述直流电源系统(例如，无人机的发电机组子系统)被公开，其利用高能量密度液体燃料以增加多旋翼运载工具的行驶续航能力。所公开的直流电源系统包括轻便和高功率的能量转换管线以驱动电子传动系统。能量转换管线至少部分地由液体燃料提供动力。在至少一个实施方式中，能量转换管线包括内燃机(ICE)和无刷直流(BLDC)交流发电机。所公开的直流电源系统的实施方式还包括具有一个或多个电池的电池模块。所公开的直流电源系统的实施方式提供了稳定的直流电压，以在各种操作模式下驱动多个旋翼，包括发动机启动模式、仅有发电机模式、基于发电机的波动缓和模式、具有自动电池增大的发电机模式、具有辅助增大的发电机模式、仅有电池的模式，或它们的任意组合。所公开的直流电源系统可以实现同时使用内燃机和一组电池的混合动力运载工具电源。此实现优于传统的“串联”的混合电源，其中内燃机为电池充电，并且电机仅由电池供给的电力来驱动。这种实现也优于作为彼此的“替代品”操作的传统的混合电源，即电机是由ICE驱动或由电池驱动。本公开的一些实施方式具有除了或替代以上所述的其它的方面、元素、特征和步骤。这些潜在的增加和替换中的若干在整个说明书中的其余部分中被描述。附图说明图1A是根据至少一些实施方式的多旋翼运载工具的代表性系统的架构的框图。图1B是代表性的运载工具的一部分的视图，在其上可以安装在此公开的系统的实施方式。图2是根据至少一些实施方式的运载工具的航空电子子系统的代表性的系统架构的框图。图3是根据至少一些实施方式的运载工具的发电机组子系统的代表性的系统架构的框图。图4是根据至少一些实施方式的在地面发动机启动模式下的图3的发电机组子系统内的电流流动的视图。图5是根据至少一些实施方式的在飞行中发动机启动模式下图3的发电机组子系统内的电流流动的视图。图6是根据至少一些实施方式的在仅有发电机的模式下的图3的发电机组子系统的电流流动的视图。图7是根据至少一些实施方式的在波动缓和模式或电池增大模式下的图3的发电机组子系统中的电流流动视图。图8是根据至少一些实施方式的在仅有电池的模式下的图3的发电机组子系统内的电流流动的视图。图9是根据至少一些实施方式的在电池充电子模式下的图3的发电机组子系统内的电流流动的视图。图10是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机组子系统中的电机-发电机控制器的代表性的系统结构的框图。图11是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机子系统中的电机-发电机控制器内的相位控制器的第一代表性电路图。图12是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机子系统的电机-发电机控制器内的相位控制器的第二示例性电路图。图13是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机子系统的电机-发电机控制器内的增大控制器的第一代表性电路图。图14是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机子系统中的电机-发电机控制器内的增大控制器的第二示例性电路图。图15是根据本技术的实施方式被配置的具有与发电系统结合的提升旋翼和轴向推力旋翼的运载工具的部分示意性俯视图。图16是根据本技术的实施方式的具有多个提升旋翼、牵引旋翼和动态地可修改的机翼几何形状的车辆的运载工具的部分示意性俯视图。图17是具有通常类似于上述参考图16的配置，而不包括牵引旋翼的空中运载工具的部分示意性俯视图。图18是根据本技术的另一实施方式的具有动态地可修改的机翼和提升旋翼吊舱的空中运载工具的部分示意性俯视图。图19是根据本技术的实施方式的具有与发电系统结合的动态地可修改的提升旋翼吊舱的空中运载工具的部分示意性俯视图。图20是根据本技术的又一实施方式的具有固定机翼和可移动的旋翼吊杆的的空中运载工具的部分示意性侧视图。图21是根据本技术的另一实施方式的具有可控制的提升旋翼吊舱的空中运载工具的部分示意性顶部等距视图。图22是根据至少一些实施方式的在运载工具的发电机子系统的电机-发电机控制器内相位控制器的第三示例性电路图。图23是根据至少一些实施方式示出的健康监控系统的框图。附图描绘各种实施方式仅用于说明的目的。本领域技术人员将容易地从以下讨论中认识到在此说明的结构和方法的替代实施方式可以在不脱离在此描述的公开的原理的情况下被采用。具体实施例本技术一般涉及无人机(UAV)配置和用于无人机内燃机的电池增大。若干描述结构和过程的细节是公知的并通常与这些类型的系统和过程相关联，但是其可能会不必要地模糊本专利技术公开的技术的一些显著方面，为了清楚起见其并未在以下描述中阐述。此外，尽管下面的公开阐述了所公开的技术的不同方面的若干实施方式，各种其它的实施方式可以具有相较于在本部分描述的不同的配置和/或不同的部件。因此，所公开的技术可以包括具有额外的元素的其它实施方式，该额外的元素没有在下面相对于图1A-23被描述，和/或不具有在下面相对于图1A-23描述的若干个元素。下面描述的技术的若干实施方式可以采取计算机可执行指令的形式，包括由可编程计算机和/或控制器执行的程序。例如，涉及供电、控制、飞行和/或其它操作UAV的方法的实施方式可以通过计算机可执行指令被实施。相关领域普通技术人员将理解，该技术可以在除了那些下面描述的计算机和/或控制器系统上实施。所公开的技术可以在专用计算机、控制器或专门编程的数据处理器中被体现，其被配置或构造成执行一个或多个计算机可执行指令。因此，在本文中使用的术语“计算机”和“控制器”是指任何合适的数据处理器并可以包括因特网设备和手持装置(包括掌上型计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理器系统、基于处理器的或可编程的消费电子产品、网络计算机、小型计算机等等)。由这些计算机处理的信息可在任何合适的显示介质处被呈现。技术还可以在分布式环境中实现，其中任务或模块通过经由通信网络被链接的远程处理装置执行。例如，在根据本公开的系统中的控制器可以与系统中的其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼运载工具系统，包括：直流(DC)供电的电机，其被耦接至旋翼；电子速度控制器，其被耦接至所述直流供电的电机，以通过调节提供到所述直流供电的电机的电流控制所述直流供电的电机的速度；以及发电机组子系统，其被耦接至所述电子速度控制器，以通过直流电机总线为所述电子速度控制器供电，其中所述发电机组子系统包括：电池组，其包括一个或多个电池；交流发电机，其具有机械运动输入和多相交流电(AC)输出；以及电机—发电机控制器，其具有相位控制电路，其可配置为整流所述交流发电机的所述多相交流电输出，以产生整流的直流馈入至所述直流供电的电机；以及其中所述电机—发电机控制器被配置为从所述电池组提取直流功率以产生经整流的直流馈入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.13 US 61/952,675;2014.08.13 US 62/037,0211.一种多旋翼运载工具系统，包括：直流(DC)供电的电机，其被耦接至旋翼；电子速度控制器，其被耦接至所述直流供电的电机，以通过调节提供到所述直流供电的电机的电流控制所述直流供电的电机的速度；以及发电机组子系统，其被耦接至所述电子速度控制器，以通过直流电机总线为所述电子速度控制器供电，其中所述发电机组子系统包括：电池组，其包括一个或多个电池；交流发电机，其具有机械运动输入和多相交流电(AC)输出；以及电机—发电机控制器，其具有相位控制电路，其可配置为整流所述交流发电机的所述多相交流电输出，以产生整流的直流馈入至所述直流供电的电机；以及其中所述电机—发电机控制器被配置为从所述电池组提取直流功率以产生经整流的直流馈入。2.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中所述电机—发电机控制器被配置为通过将直流功率从所述电池组中的至少一个电池中提取出来以对所述交流发电机换向。3.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中所述电机—发电机被配置为将所述直流功率仅从所述电池组中的所述电池的子集中提取出来。4.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中所述交流发电机是无刷直流(BLDC)交流发电机。5.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中所述发电机组子系统进一步包括：增大控制器，其被配置为通过使用来自所述电池组的所述直流功率填补来自所述相位控制电路的所整流的直流馈入中的电压波动。6.根据权利要求5所述的多旋翼运载工具，其中所述增大控制器可被配置为提供所述交流发电机产生比在所述电池组中的电池的标称电压更小的电压。7.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中所述相位控制电路进一步包括由晶体管来实现的相位控制器，从而能够无损整流。8.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，其中，所述相位控制电路进一步包括二极管。9.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，进一步包括：基于燃料的功率源，其产生机械运动并且被耦接至所述交流发电机的所述机械运动输入端。10.根据权利要求9所述的多旋翼运载工具，其中所述基于燃料的功率源是内燃机。11.根据权利要求1所述的多旋翼运载工具，还包括：自动驾驶模块，以为所述多旋翼运载工具执行飞行计划用于；以及飞行控制器，其可操作地耦接至所述自动驾驶模块和所述电子速度控制器，以基于来自所述自动驾驶模块的命令控制电子速度控制器。12.根据权利要求11所述的多旋翼运载工具，还包括：传感器，其被耦接至所述电子速度控制器或所述直流供电的电机；以及其中所述飞行控制器实施健康监控系统，其基于至少是所述传感器的读数来检测故障或即将发生的故障。13.根据权利要求12所述的多旋翼运载工具，其中所述传感器是耦接至所述电子速度控制器的电流传感器、电压传感器，或温度传感器中的至少一个。14.根据权利要求12所述的多旋翼运载工具，其中所述传感器至少是耦接到所述直流供电的电机的温度传感器或惯性传感器中的至少一个。15.一种直流(DC)供电系统，包括：电池总线，其被耦接到电池；内燃机；交流发电机，其被耦接到所述内燃机以将所述内燃机的机械运动转换为至少是通过交流发电机相位端提供的交流电；电机—发电机控制器，包括：相位控制器，其被耦接至所述交流发电机相位端，可配置为在输出电机总线处将所述交流电整流为直流电；以及增大控制器，可配置为防止来自所述电机总线的所述直流电流入所述电池总线，并且当所述电机总线的第一电压下降到低于所述电池总线的第二电压时允许电流从所述电池总线流到所述电机总线；以及微控制器，其被配置为节流所述内燃机以保持所整流的直流电低于在所述电池总线处的额定电压。16.根据权利要求15所述的直流供电系统，其中所述微控制器被配置为将所述电机—发电机控制器从第一模式切换到第二模式。17.根据权利要求16所述的直流供电系统，其中所述第一模式和所述第二模式从以下模式中选择：地面发动机起动模式中、空中发动机起动模式、仅有发电机模式，具有波动缓和的发电机模式、具有电池增大的发电机模式，以及仅有电池的模式。18.根据权利要求17所述的直流供电系统，其中所述仅有发电机模式、具有波动缓和的发电机模式、具有电池增大的发电机模式是可操作的以在电池充电的子模式下操作，其中，由所述相位控制器产生的所述直流电被用于对所述电池充电。19.根据权利要求16所述的直流供电系统，还包括在所述内燃机处的传感器，并且其中所述微控制器被配置为至少基于来自所述传感器的传感器读数来控制所述内燃机。20.根据权利要求19所述的直流供电系统，其中所述传感器被配置为监控发动机转速、废气温度、气缸头温度，以及电池总线电流。21.根据权利要求19所述的直流供电系统，其中所述微控制器被配置为当节流所述内燃机时，控制所述内燃机的功率输出和旋转频率。22.根据权利要求19所述的直流供电系统，其中所述微控制器被配置成控制所述内燃机的点火、节流、燃料/空气混合物，或它们的任何组合。23.根据权利要求15所述的直流供电系统，还包括在所述输出电机总线处的传感器，以测量在所述输出电机总线的电流或电压，并且其中所述微控制器被耦接至所述传感器并被配置为基于来自所述传感器的传感器读数来控制所述内燃机或所述电机—发电机控制器的至少一个。24.根据权利要求15所述的直流供电系统，还包括在所述电池总线处的传感器，以测量在所述电池总线的电流或电压，并且其中所述微控制器被耦接至所述传感器并被配置为基于来自所述传感器的传感器读数来控制所述内燃机或所述电机—发电机控制器的至少一个。25.一种直流(DC)供电系统，包括：电池总线，其被耦接到电池；第一交流发电机相位端，其被电耦接到来自交流发电机的交流电的相位；以及电机—发电机控制器，包括：相位控制器，其被耦接至所述第一交流发电机相位端，可配置为将所述交流电整流为直流电用于输出到电机总线；以及增大控制器，可配置为防止来自所述电机总线的所述直流电流入所述电池总线，并且当所述电机总线的第一电压下降到低于所述电池总线的第二电压时允许电流从所述电池总线流到所述电机总线。26.根据权利要求25所述的直流供电系统，其中所述相位控制器被配置为提供来自被输出到所述电机总线的所述直流电的同步电抗的有效的和动态的消除。27.根据权利要求25所述的直流供电系统，还包括两个额外的交流发电机相位端，并且其中所述交流发电机相位端，包括所述第一交流发电机相位端，适合于运送功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·莱昂纳德·麦卡杜，
申请(专利权)人：多韧系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US