无人机的机身导电结构及其机身框架的制作方法与流程

本发明涉及一种无人机的机身导电结构及其机身框架的制作方法。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机 、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。

现有常见的电动多旋翼无人机均采用锂电池供电，供电系统在向机臂最外缘的动力电机供电时，要连接长而粗的动力导线，加上机身框架结构件多，导致在传统机身结构上难以避免自重大的问题，在任务载荷重量不变的情况下，无人机自重大成为制约其续航时间的关键瓶颈。

有鉴于此，本发明人通过优化多旋翼无人机机身结构与供电系统，研制出一种有效减轻自重、结构强度合理的无人机机身导电结构作为供电电路和机身框架结构件，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无人机的机身导电结构及其机身框架的制作方法，结构有效减轻自重、结构强度合理，解决了传统多旋翼无人机机身框架结构相对复杂、电气线路多、自重较大的问题，将机身结构组件与其内部电气线路结合为一体，在确保电气线路载体的结构强度同时，实现大电流的稳定输出和结构重量的有效下降，提高了续航时间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

无人机的机身导电结构，包括电池包、机身组件和桨翼电机供电导线；

所述电池包包括锂电池包本体和供电电路板，锂电池包本体的正、负极输出端均焊接单排直插式的香蕉插口，供电电路板为双面板，供电电路板的一面对应香蕉插口设置香蕉插头，通过香蕉插口垂直插入并焊接在两对香蕉插头上，使电池包本体安装在供电电路板上；

所述机身组件由两块机身框架和两根机身横梁组成，所述机身框架与机身横梁均采用双面印刷有导电层的加厚型双面敷铜板制成，机身框架分设在机身舱体中的三等分截面处，机身框架上形成π字型支撑结构，机身横梁两端分别固定在两块机身框架的π字型支撑结构上，电池包的供电电路板架放在两根机身横梁上，供电电路板的正极输出端连接至一根机身横梁的两面导电层，供电电路板的负极输出端连接至另一根机身横梁的两面导电层使两根机身横梁分别输出正、负极电流；所述机身框架的双面导电层分别与两根机身横梁的导电层电气桥接，使机身框架一面导电层输出正极电流，另一面导电层输出负极电流；所述机身框架上还设置与其导电层连接的香蕉插口，若干组桨翼电机供电导线的一端通过香蕉插头插接在机身框架的供电香蕉插口上。

所述电池包还包括电源开关模块和扎带，锂电池包本体由锂电池、电路衬底骨架和电流输出铜板组成；电源开关模块安装在供电电路板背面；

所述电路衬底骨架贴放在靠在锂电池正负极输出端的对应一侧，电路衬底骨架采用轻质型亚克力板镂空雕刻而成，且其内侧开设形成浅槽；所述电流输出铜板包括正极铜板和负极铜板，正极铜板和负极铜板均嵌放在所述电路衬底骨架的浅槽中，且正极铜板焊接至锂电池正极输出端，负极铜板焊接至锂电池负极输出端；所述电路衬底骨架下端开设若干个嵌槽，两对香蕉插口嵌放在嵌槽中，且一对香蕉插口焊接接至正极铜板，另一对香蕉插口焊接至负极铜板，焊接后电流输出铜板与锂电池一起嵌放在电路衬底骨架的一侧，并采用热缩管将电流输出铜板、锂电池及电路衬底骨架封装成一体式的锂电池包本体；所述供电电路板上设有若干贯通孔和沿贯通孔周缘形成的两面焊盘，两对香蕉插头定位于贯通孔且焊接在两面焊盘上，两对香蕉插头还与供电电路板垂直，通过两对橡胶插头与两对香蕉插口的插接配合将所述锂电池包本体安装在供电电路板正面；所述扎带将锂电池包本体与供电电路板捆扎成一个整体。

所述双面印刷有导电层的加厚型双面敷铜板包括PCB板基层、两层铜箔层、两层导线层和两层绝缘层，其中两层铜箔层分别敷于PCB板基层两面，两层导线层分别敷于两层铜箔层上，两层绝缘层分别覆于两层导线层上；

所述机身框架的PCB基层的周缘还相对于铜箔层、导电层以及绝缘层的周缘凸起形成绝缘保护圈，所述机身横梁的PCB板基层顶部还相对于铜箔层、导电层以及绝缘层的周缘凸起的绝缘保护层。

所述PCB板基层厚度为2-3mm，铜箔层厚度为35-70μm。

所述导电层由搪锡层和搪焊大直径导线层组成。

所述π字型支撑结构上方开设两处用于嵌放机身横梁的榫槽，在榫槽内与对应机身横梁极性相反的机身框架的一面导电层上覆盖绝缘层形成绝缘保护缺口，机身框架上与对应机身横梁极性相同的一面导电层设有电气桥接焊盘；

所述供电电路板与机身横梁之间、机身横梁与机身框架之间均使用L型镀银铜片进行电气桥接，L型镀银铜片的两端设有用于电气桥的镀银埋头螺丝，在所述供电电路板的正、负极输出端、机身横梁两端、机身框架π字型支撑结构上的榫槽旁以及L型镀银铜片两端，均开设供镀银埋头螺丝旋合的螺丝孔；L型镀银铜片一端的镀银埋头螺丝在机身横梁的螺丝孔旋合而另一端的镀银埋头螺丝在供电电路板的正、负极输出端螺丝孔旋和，使机身横梁双面导电层导通形成同极性层；

所述电气桥接焊盘形成于机身框架螺丝孔的周缘，在所述机身框架上与电气桥接焊盘对应的另一面导电层设置绝缘保护圈；L型镀银铜片一端的镀银埋头螺丝在输出正或负极电流的机身横梁的螺丝孔旋合，而另一端的镀银埋头螺丝在机身框架螺丝孔旋合且只与机身框架一面的电气桥接焊盘导通，使机身框架的两面导电层分别输出正极电流和负极电流。

所述供电电路板与机身横梁之间还通过L型尼龙构件进行固定连接，L型尼龙构件的两端均开孔并旋合一尼龙埋头螺丝，供电电路板与机身横梁上均开设供尼龙埋头螺丝旋合的螺丝孔。

所述机身框架上开设若干组通孔，在通孔的两面周缘均形成绝缘焊盘，香蕉插口插入通孔并焊接在绝缘焊盘上，其中用于输出正极电流的香蕉插口与机身框架通孔内带正极电流的导电层连接，用于输出负极电流的香蕉插口与机身框架通孔内带负极电流的导电层连接，若干组桨翼电机供电导线一端通过香蕉插头插接至机身框架上的香蕉插口。

所述桨翼电机供电导线另一端沿机翼延伸并连接至机翼上的桨翼动力电机，桨翼电机供电导线上接入电子调速器。

上述机身框架的制作方法，包括以下步骤：

A.取双面覆有铜箔层的PCB基板，激光雕刻出框架外形，同时在框架上雕刻出通孔和榫槽，在所述通孔的周缘雕刻形成焊盘；

B.将框架与机壳接触的周缘部分的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘保护圈，将榫槽内侧的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘保护缺口，将焊盘上的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘焊盘；

C.将香蕉插口插入通孔，且将香蕉插口一端与绝缘焊盘焊接；

D.在机身框架两侧的铜箔层上分别搪锡和搪焊大直径导线，形成两层导线层，导线层与香蕉插口连接；

E.在两侧导线层上分别喷涂绝缘材料形成两层绝缘层，完成机身框架制作。

采用上述技术方案后，本发明工作原理如下：

电池包中锂电池包本体通过香蕉插口将电流输出至供电电路板，供电电路板的正极输出端连接至一根机身横梁的两面导电层使该机身横梁输出两面导电层均输出正极电流，同理供电电路板的负极极输出端连接至另一根机身横梁的两面导电层，另一根机身横梁输出负极电流。机身框架的双面导电层分别与两根机身横梁的导电层电气桥接，使机身框架一面导电层输出正极电流，另一面导电层输出负极电流。若干组桨翼电机供电导线的一端通过香蕉插头插接在机身框架的供电香蕉插口上，最终桨翼动力电机获得所需的动力电流。

本发明设计优点如下：

一、锂电池包本体可快速从供电电路板拆下和安装，便于更换，而且电流输出稳定，可输出大电流；

二、将用于支撑无人机机壳的机身框架作为导电结构，并采用双面印刷有导电层的加厚型双面敷铜板制成作为机身框架材料，实现电流沿机身导通至机翼，能够过大电流。

三、将电池包搭设在机身横梁上，不仅利于电路导通，还在横梁下方留下空间供无人机的其他设备（如通信设备、控制设备等）安装和放置。

四、减少了机身内部供电构件，减轻无人机整体重量，有利于提高无人机续航时间。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一的爆炸图；

图3和本发明实施例一电池包的爆炸图；

图4和本发明实施例一电池包的立体结构示意图；

图5是本发明实施例一机身框架的分解图；

图6是本发明实施例一的正视图；

图7是本发明实施例一的俯视图；

图8和9是本发明实施例一的侧视图。

标号说明

电池包1、锂电池包本体11，锂电池111，正极输出端111a，负极输出端111b，电路衬底骨架112，嵌槽112a，浅槽112b，电流输出铜板113，正极铜板113a，负极铜板113b，供电电路板12，贯通孔121，焊盘122，螺丝孔123、124，电源开关模块13，扎带14，香蕉插头15，香蕉插口16，机身组件2，机身框架21，π字型支撑结构211，榫槽212，绝缘保护缺口213，螺丝孔214，通孔215，绝缘焊盘216，机身横梁22，螺丝孔221，桨翼电机供电导线3，香蕉插头31，香蕉插口32，加厚型双面敷铜板4，PCB板基层41，两层铜箔层42、两层导线层43，两绝缘层44，绝缘保护圈45，绝缘保护层46，L型镀银铜片5，镀银埋头螺丝51，L型尼龙构件6，尼龙埋头螺丝61，桨翼动力电机7，电子调速器8。

具体实施方式

如图1-9所示，本发明的实施例一揭示的无人机的机身导电结构，包括电池包1、机身组件2和桨翼电机供电导线3；

电池包1包括锂电池包本体11和供电电路板12，锂电池包本体11的正、负极输出端均焊接单排直插式的香蕉插口14，供电电路板12为双面板，供电电路板12的一面对应香蕉插口设置香蕉插头15，通过香蕉插口14垂直插入并焊接在两对香蕉插头15上，使电池包11本体安装在供电电路板12上；

机身组件2由两块机身框架21和两根机身横梁22组成，机身框架21与机身横梁22均采用双面印刷有导电层的加厚型双面敷铜板4制成，机身框架21分设在机身舱体中的三等分截面处，以使机身受力平衡，机身框架21上形成π字型支撑结构211，机身横梁22两端分别固定在两块机身框架的π字型支撑结构211上，电池包的供电电路板12架放在两根机身横梁22上，供电电路板12的正极输出端连接至一根机身横梁22的两面导电层，供电电路板12的负极输出端连接至另一根机身横梁22的两面导电层使两根机身横梁22分别输出正、负极电流；所述机身框架21的双面导电层分别与两根机身横梁22的导电层电气桥接，使机身框架21一面导电层输出正极电流，另一面导电层输出负极电流；所述机身框架1上还设置与其导电层连接的香蕉插口32，若干组桨翼电机供电导线3的一端通过香蕉插头31插接在机身框架的供电香蕉插口32上，桨翼电机供电导线3另一端沿机翼延伸并连接至机翼上的桨翼动力电机7，桨翼电机供电导线上接入电子调速器8。

参见图3和4，上述电池包1还包括电源开关模块13和扎带14，锂电池包本体11由锂电池111、电路衬底骨架112和电流输出铜板113组成；电源开关模块13安装在供电电路板12背面；

在锂电池包本体11中，电路衬底骨架112贴放在靠在锂电池111正负极输出端的对应一侧，电路衬底骨架111采用轻质型亚克力板镂空雕刻而成，且其内侧开设形成浅槽112b；电流输出铜板113包括正极铜板113a和负极铜板113b，正极铜板113a和负极铜板113b均嵌放在电路衬底骨架112的浅槽112b中，且正极铜板113a焊接至锂电池正极输出端111a，负极铜板113a焊接至锂电池负极输出端113b；电路衬底骨架112下端开设若干个嵌槽112a，两对香蕉插口16嵌放在嵌槽112a中，且一对香蕉插口16焊接接至正极铜板113a，另一对香蕉插口16焊接至负极铜板113b，焊接后电流输出铜板113与锂电池111一起嵌放在电路衬底骨架112的一侧，并采用热缩管（图中未示出）将电流输出铜板113、锂电池111及电路衬底骨架112封装成一体式的锂电池包本体11；供电电路板12上设有若干贯通孔121和沿贯通孔周缘形成的两面焊盘122，两对香蕉插头15定位于贯通孔121且焊接在两面焊盘122上，两对香蕉插头15还与供电电路板12垂直，通过两对橡胶插头15与两对香蕉插口16的插接配合将所述锂电池包本体11安装在供电电路板12正面；扎带14将锂电池包本体11与供电电路板12捆扎成一个整体，具体是热缩管封装好后在热缩管开设导电孔，使香蕉插口16穿过导电孔插接在供电电路板12的香蕉插头15上，并用扎带14固定牢。

如图5所示，本实施例所采用的双面印刷有导电层的加厚型双面敷铜板4包括PCB板基层41、两层铜箔层42、两层导线层43和两层绝缘层44，其中两层铜箔层42分别敷于PCB板基层1两面，两层导线层43分别敷于两层铜箔层42上，两层绝缘层44分别覆于两层导线层43上；

为了加强机身保护，机身框架的PCB基层41的周缘还相对于铜箔层42、导电层43以及绝缘层44的周缘凸起形成绝缘保护圈45，参见图2，机身横梁21的PCB板基层41顶部还相对于铜箔层42、导电层43以及绝缘层44的周缘凸起的绝缘保护层46，上述导电层43由搪锡层和搪焊大直径导线层组成，搪锡、搪焊导线都能够增大导线层43的横截面积，作用在于导通大电流，本实施例的PCB板基层41厚度为2-3mm，铜箔层42厚度为35-70μm。

上述π字型支撑结构211上方开设两处用于嵌放机身横梁的榫槽212，在榫槽212内与对应机身横梁极性相反的机身框架的一面导电层上覆盖绝缘层形成绝缘保护缺口213，机身框架上与对应机身横梁极性相同的一面导电层设有电气桥接焊盘（图中未示出）；

供电电路板12与机身横梁22之间、机身横梁22与机身框架21之间均使用L型镀银铜片5进行电气桥接，L型镀银铜片5的两端设有用于电气桥的镀银埋头螺丝51，电器桥接具体如下：在供电电路板12的正、负极输出端、机身横梁22两端、机身框架π字型支撑结构211上的榫槽212旁均开设供镀银埋头螺丝51旋合的螺丝孔；L型镀银铜片5一端的镀银埋头螺丝51在机身横梁的螺丝孔221旋合而另一端的镀银埋头螺丝在供电电路板12的正、负极输出端螺丝孔123旋和，使机身横梁22双面导电层导通形成同极性层；连接规则是其中一根机身横梁22通过L型镀银铜片5连接电流输出铜板正极输出端，另一个连接负极负极输出端，即一根横梁带正电，另一根带负电；

电气桥接焊盘形成于机身框架螺丝孔214的周缘，在机身框架21上与电气桥接焊盘对应的另一面导电层设置绝缘保护缺口；L型镀银铜片5一端的镀银埋头螺丝51在输出正或负极电流的机身横梁22的螺丝孔221旋合，而另一端的镀银埋头螺丝51在机身框架螺丝孔214旋合且只与机身框架一面的电气桥接焊盘导通，使机身框架21的两面导电层分别输出正极电流和负极电流。

供电电路板12与机身横梁22之间还通过L型尼龙构件6进行固定连接，L型尼龙构件6的两端均开孔并旋合一尼龙埋头螺丝61，供电电路板12与机身横梁22上均开设供尼龙埋头螺丝旋合的螺丝孔124、221。

机身框架21上开设若干组通孔215，在通孔215的两面周缘均形成绝缘焊盘216，香蕉插口32插入通孔并焊接在绝缘焊盘216上，其中用于输出正极电流的香蕉插口32与机身框架通孔215内带正极电流的导电层连接，用于输出负极电流的香蕉插口32与机身框架通孔215内带负极电流的导电层连接，若干组桨翼电机供电导线3一端通过香蕉插头31插接至机身框架21上的香蕉插口32。

本发明供电原理如下：电池包中锂电池包本体11通过香蕉插口16将电流输出至供电电路板12，供电电路板12的正极输出端连接至一根机身横梁22的两面导电层使该机身横梁22输出两面导电层均输出正极电流，同理供电电路板12的负极极输出端连接至另一根机身横梁22的两面导电层，另一根机身横梁22输出负极电流。机身框架21的双面导电层分别与两根机身横梁22的导电层电气桥接，使机身框架21一面导电层输出正极电流，另一面导电层输出负极电流。若干组桨翼电机3供电导线的一端通过香蕉插头31插接在机身框架的供电香蕉插口32上，最终桨翼动力电机7获得所需的动力电流。

本发明还揭示了上述机身框架的制作方法，包括以下步骤：

A.取双面覆有铜箔层的PCB基板，激光雕刻出框架外形，同时在框架上雕刻出通孔和榫槽，在所述通孔的周缘雕刻形成焊盘；

B.将框架与机壳接触的周缘部分的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘保护圈，将榫槽内侧的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘保护缺口，将焊盘上的铜箔层蚀刻掉，形成绝缘焊盘；

C.将香蕉插口插入通孔，且将香蕉插口一端与绝缘焊盘焊接；

D.在机身框架两侧的铜箔层上分别搪锡和搪焊大直径导线，形成两层导线层，导线层与香蕉插口连接；

E.在两层导线层上分别喷涂绝缘材料形成两层绝缘层，完成机身框架制作。

以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。

凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。