混动无人机启发的系统及装置的制作方法

1.本发明属于启发控制的技术领域，尤其涉及一种混动无人机启发的系统及装置。


背景技术：

2.油电混动系统最近几年在无人机系统中得到了充分的应用，其有效的解决了电动无人机续航里程短、负载能力弱等问题，尤其是在低温，高海拔等恶劣的环境下，电池的续航能力会大打折扣，混动系统的优势便进一步得到体现，混合动力无人机用微型混动系统主要由小排量二冲程活塞发动机与直流无刷启发电机构成。因为二冲程发动机本身功率不高，并且由于气缸数较少、工作方式较粗暴、混合气不够均匀、阻力矩波动大等原因。
3.对于目前大部分的混动无人机系统，其采用的启动和发电方式如下：
4.(1)启动时采用电调将直流电转换为三相交流电进行电机启动；
5.(2)启动完之后，将电调切除，系统进入发电模式(发动机启动，带动启发电机发电)；
6.(3)在发电模式采用另外一套系统(不控整流或者可控整流模块)实现交流到直流的转换，为无人机系统提供电能；
7.此种方式启动和发电采用两套功率回路，势必增加了系统的成本、重量和体积。
8.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种混动无人机启发的系统，至少解决现有技术中产品采用两套控制系统，致使控制成本较高的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
10.提供一种混动无人机启发的系统，适用于启发电机的控制，所述启发电机为双向电机，包括电源和三相桥式拓扑模块，所述电源通过所述三相桥式拓扑模块与所述启发电机连接，所述电源为直流电源，其中：
11.当所述电源的电动势高于所述启发电机时，所述三相桥式拓扑模块将所述电源的直流电转换为交流电，以启动启发电机正向旋转；
12.当所述启发电机反电动势整流之后的母线电压高于或等于所述电源的电压时，所述三相桥式拓扑模块将所述启发电机的提供的交流电转换为直流电，为所述电源充电。
13.与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
14.启动和发动采用本发明所设置三相桥式拓扑模块，同一套功率器件，很大程度降低了启发系统的体积、重量和成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为三相桥式拓扑模块控制示意图；
17.图2为电流法启动电机流程图；
18.图3为无人机混动装置示意图。
具体实施方式
19.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
21.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
22.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.针对无人机混动系统启动问题，现有技术中的cn111425324a，通过ecu获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号，驱动混动系统的电机反转预设角度，根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置，并驱动电机反转至确定位置，正常驱动电机，起动混动系统。
24.此种方法在一定程度上解决了混动无人机启动的问题，但此种方法控制比较复杂，且需要采用具有霍尔传感器的电机获取转子位置，在震动比较强烈的混动系统，过多的传感器势必会增加系统的故障率降低可靠性，所以采用不需要传感器的无感电机作为无人机混动系统的启启发电机是必然趋势。
25.因此，本发明提供一种设备，能够双向控制启发电机，满足启动和充电的功能。
26.如图1所示的混动无人机启发的系统，适用于启发电机的控制，启发电机为双向电机，包括电源和三相桥式拓扑模块，电源通过三相桥式拓扑模块与启发电机连接，电源为直流电源，启发电机，例如，为直流无刷电机或是永磁同步电机，可双向转动，其中：
27.当电源的电动势高于启发电机时，三相桥式拓扑模块将电源的直流电转换为交流电，以启动启发电机正向旋转；
28.当启发电机反电动势整流之后的母线电压高于或等于电源的电压时，三相桥式拓扑模块将启发电机的提供的交流电转换为直流电，为电源充电。
29.利用启发电机的电动势和电源之间的电势差进行控制，启发电机充当转动机时，将直流变为交流，此时，电源充当动力源以启动启发电机工作，反之，启发电机的电动势高时，进行反转，充当发电机的作用，将交流电变为直流电为电源进行充电，电源，优选的，为直流充、放电电池。
30.三相桥式拓扑模块与电源之间设置有稳压电容，避免电压的跳动，对器件造成损坏。
31.作为本案所提供的部分实施方式，三相桥式拓扑模块能够接受控制器的控制信号，并根据控制信号将直流电转为为交流电，或，将交流电转换为直流电。例如，pwm信号线进行控制。
32.进一步的，三相桥式拓扑模块包括六个导电臂，每两个导电臂以并联的方式对应的与启发电机的每根母线连接。启发电机为三项电，火线，零线和地线；
33.导电臂至少包括增强型p沟道mos管或igbt模块，每个增强型p沟道mos管的栅极接受控制器发送的高电平或低电平信号；
34.每个导电臂还包括二极管，且二极管的阳、阴极分别与增强型p沟道mos管的漏极和源级连接，二极管用于导电臂的整流，降低系统的损耗，栅极接控制器的控制信号，具体的，
35.启发电机输入或输出的火线上采用两个导电臂进行并联，如，t1和t2的并联，t1接电源正极，t2接负极；零线，t3和t4的并联，t3接电源正极，t4接负极；地线，t5和t6的并联，t5接电源正极，t6接负极；
36.初始时，电源为启发电机供电，通过t1、t2、和t3,或是，t1、t2和t4的逆变作用，将直流电转为交流电；当启发电机发转时，t5、t6、和t3,或是，t5、t6和t4的逆变作用，将交流电转为直流电，为电源进行充电。
37.如图1所示：三相桥式拓扑模块由t1-t6 6个mos管和d1-d6 6个二极管组成，工作原理：
38.(1)在启动时，三相桥式拓扑模块按照启动程序，控制驱动t1-t6 6个mos管高频开关，将直流电转化为交流电拖动启发电机进行旋转；
39.(2)在发电模式，发动机带动启发电机进行旋转，当电机的反电动势整流之后的母线电压高于电池电压时，系统进入发电模式，如果仅用二极管进行不控整流，势必会增加系统的损耗，降低效率。利用mos管的反向导通性，当流过二极管的电流大于5a时，将二极管对应的mos管打开(例如，当电流流过d1的电流超过5a时，打开mos管t1)，切换为mos管整流，由于mos管的导通损耗远小于二极管，相比于二极管不控整流，其损耗大幅度减低，三相桥式
拓扑模块的温升与损耗成正比，损耗越大温升越高，因此采用mos管整流可以很大程度减低三相桥式拓扑模块的温升，所有电子产品的可靠性与温度息息相关，温度越高可靠性越差，降低三相桥式拓扑模块的温升进一步提升了启发系统的可靠性。
40.8.根据权利要求7的系统，其特征在于，启发电机为直流无刷电机，采用脉冲注入来检测无刷电机在静止状态时转子位置，并依次向定子绕组注入预设的脉冲，通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。
41.如图2所示为电流法启动电机的方法：
42.(1)在启动之前，通过三相桥式拓扑模块确定非止点位置所需要的最小启动电流il，(止点位置的阻力转矩非常大，其启动和旋转所需的电流是正常电流的5-10倍以上。)
43.(2)三相桥式拓扑模块在输出电流为il的情况下拖动电机正向旋转，由于止点位置阻力非常大，电流il产生的转矩不足以带动电机通过止点，当电机旋转到某个位置堵转时也就是到达了一个止点的位置；
44.(3)到达止点位置之后，三相桥式拓扑模块在输出电流为il的情况下再拖动电机反向旋转，当电机到达另外一个位置堵转时也就是到达了另外一个止点的位置。此位置为电机启动的最佳位置；
45.(4)三相桥式拓扑模块以其允许的最大电流启动电机，并拖动发动机正向旋转，利用机械惯性和三相桥式拓扑模块最大电流所产生的转矩冲过止点，实现发动机的可靠启动。由于机械惯性的存在，采用此种方法通过止点位置的所需要的转矩远小于其止点位置的静态扭矩，所以降低了发动机启动失败的风险过止点位置的所需要的转矩远小于其止点位置的静态扭矩，所以降低了发动机启动失败的风险。
46.其次提供一种装置，采用上述的系统，电源为电池；三相桥式拓扑模块通过将直流转化为三相交流控制启发电机的旋转；启发电机通过机械同心轴与发动机相连，两者始终保持同一转速；
47.三相桥式拓扑模块通过控制器发送的pwm信号线与舵机相连，控制舵机的旋转角度；舵机与油门相连控制油门的开度，舵机旋转角度变化通过机械连接的方式控制油门的大小，具体的：
48.如图3所示，电池与三相桥式拓扑模块相连，三相桥式拓扑模块与启启发电机相连，启启发电机通过机械同心轴与发动机相连，三相桥式拓扑模块通过pwm信号线与舵机相连，舵机与油门相连，油箱通过油门与发动机相连。
49.在发动机转速低于预设转速(例如2000r/min)之前，启发系统工作在启动状态时，电池为三相桥式拓扑模块提供直流电能，三相桥式拓扑模块将直流电转化为交流电驱动电机转动，同时带动发动机旋转，发动机转速达到预设转速之后，发动机点火启动。
50.发动机启动后，三相桥式拓扑模块通过内部程序转换为发电模式，发动机带动启发电机旋转，启发电机发出三相交流电，三相交流电通过三相桥式拓扑模块转化为直流电为电池充电。当电池电压变低时，三相桥式拓扑模块通过pwm信号控制舵机增大开度，舵机与油门机械相连，油门也增大，发动机转速上升，启发电机转速上升，启发电机通过三相桥式拓扑模块发出的电能增加，电池电压上升。当电池电压过高时，三相桥式拓扑模块通过pwm信号控制舵机减小开度，油门变小，发动机转速下降，启发电机转速下降，启发电机通过三相桥式拓扑模块发出的电能减小，甚至停止发电(也就是发动机工作在怠速状态)，采用
此种控制方式可以实时的控制动力电池工作在稳定的电压状态。
51.本专利采用无感电机作为启动和发电电机，提高了系统的可靠性；采用电流法实现发动机止点位置和启动位置的确定，不仅能够提高系统的启动的可靠性而且进一步简化了启动位置确定的识别过程；启动和发动采用同一套功率器件，很大程度降低了启发系统的体积、重量和成本。
52.以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。