一种电动飞行器动力系统综合测试器的制作方法

本实用新型涉及动力系统测试领域，更具体地说涉及一种电动飞行器动力系统的综合测试器。

背景技术：

目前，随着微型无刷电机、无刷调速器以及锂电池的发展，以电力为能源的动力系统被微型、小型无人机飞行器广泛采用。其对动力系统也提出了更高的要求。要系统地分析动力系统，至少需要六个物理量，公知的电动飞行器动力系统测试器仅能对动力系统做简单的测试，测试参数不全、可分析的数据有限，不能对动力系统做系统性分析，对动力系统的测试过于笼统，不能单独测试电机、螺旋桨的性能、不能测试螺旋桨的动拉力以及效率，不能知道电机与螺旋桨是否匹配，测量结果的意义非常有限。由于现有的电动飞行器动力系统测试器采用机载显示器显示数据或者数据线传输数据，测试人员必须在测试台附近工作，承受巨大的噪音以及风险。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是：提供一种电动飞行器动力系统综合测试台用油电混合动力系统，可以采集动力系统的六个主要参数：供电电压、供电电流、电机扭矩、电机转速、动力系统拉力、来流速度，并且可以采集油门位置、电机温度、环境温度等辅助参数。通过这些参数可以分析计算得出电机效率、动力系统效率、电机力效、动力系统力效、螺旋桨力效、螺旋桨效率等动力系统参数。使得使用者可以直观得出动力系统的各项指标，方便使用者选配电机以及螺旋桨。采用无线方式传输数据，相对于以往有更远的传输距离，测试人员可以在远离测试台噪音较小且安全的环境中时间对动力系统的测试。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：本实用新型包括三大组件:核心测控组件、必备传感器、选配传感器。核心控制组件包含：控制器、测力专用放大数模转换模块、无线数据传输模块，必备传感器包含：电压传感器、电流传感器、扭矩传感器、转速传感器、拉力传感器、来流速度传感器，选配传感器包含：油门位置采集接口电机温度传感器、环境温度传感器以及油门控制输出接口。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型选配传感器可以根据需要进行增减。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型所述的传感器可以是一个也可以是多个。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型测试器不限定安装台架机械结构，可以根据需要安装与不同结构的台架之上。

本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器的有益效果为：

本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器，可以全面测试动力系统效率相关参数，通过这些参数可以分析计算得出电机效率、动力系统效率、电机力效、动力系统力效、螺旋桨力效、螺旋桨效率等动力系统参数。使得使用者可以直观得出动力系统的各项指标，方便使用者选配电机以及螺旋桨。采用无线方式传输数据，相对于以往有更远的传输距离，测试人员可以在远离测试台噪音较小且安全的环境中时间对动力系统的测试。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器的逻辑结构示意图。

图2为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器电路总图原理图。

图3为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器电压传感器电路接线原理图。

图4为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器电流传感器、转速传感器、来流速度传感器电路接线原理图。

图5为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器拉力、扭矩采集模块电路接线原理图。

图6为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器油门采集接口、油门输出接口电路接线原理图。

图7为本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器温度采集模块无线数据传输模块电路接线原理图。

图中：2核心测控组件、1必备传感器、3选配传感器/接口、4拉力传感器、5电压传感器、6电流传感器、7转速传感器、8来流速度传感器、9扭矩传感器、10拉力放大数模转换模块、11控制器、12扭矩放大数模转换模块、13无线数据传输模块、14油门位置采集接口、15电机温度传感器、环境温度16传感器、17油门控制输出接口。

具体实施方式

具体实施方式一：

下面结合图1~7说明本实施方式。本实用新型一种电动飞行器动力系统综合测试器，包括三大组件:核心测控组件2、必备传感器1、选配传感器/接口3。核心控制组件2包含：控制器11、拉力放大数模转换模块10、扭矩放大数模转换模块12、无线数据传输模块13，必备传感器1包含：拉力传感器4、电压传感器5、电流传感器6、转速传感器7、来流速度传感器8、扭矩传感器9，选配传感器/接口3包含：油门位置采集接口14、电机温度传感器15、环境温度传感器16以及油门控制输出接口17构成。使得使用者可以直观得出动力系统的各项指标，方便使用者选配电机以及螺旋桨。

必备传感器1是测试器必须搭载的传感器，其中拉力传感器4与拉力放大数模转换模块10相连，拉力放大数模转换模块连接电源以及控制器11的数字接口；扭矩传感器9连接扭矩放大数模转换模块12，扭矩放大数模转换模块连接至控制器11的数字接口；转速传感器7输出端接入控制器11的一个数字接口；电压传感器5分为基准电压源和采集电压电路，基准电压源正负极接入电源，输出端接入控制器的一个A/D转换接口，采集电路是一个分压电路，输入端接动力系统输入电源的正负极，输出端接入控制器11的一个A/D转换接口；电压传感器5正负极接入电源，输出端接入控制器11的一个A/D转换接口；来流速度传感器8电流采集模块正负极接入电源，输出端接入入控制器11的一个A/D转换接口；油门控制输出接口17由信号线和地线构成，信号线接控制器11的一个数字接口，该接口要求能够输出PWM波；油门位置采集接口14由信号线和地线构成，信号线接控制器11的一个数字接口；电机温度传感器15以及环境温度传感器16封装在一个模块中，正负极接入电源，输出接入控制器11的两个数字接口。无线数据传输模块13正负极连接电源，数据输入接口连接控制器11数据输出接口，其数据输出接口连接控制器11的数据输入接口。

本实用新型一种无人飞行器用油电混合动力系统的工作原理：

电机效率、动力系统效率、动力系统力效、螺旋桨力效、螺旋桨效率是涉及动力系统效率最主要的几个参数。

电动飞行器动力系统由三个主要部件组成:螺旋桨、电动机、电子调速器。电子调速器用于调节电机转速、功率，正常运行情况下效率极高，一般不考虑其损耗。电动机将电能转化为旋转状态的机械能 并输出给螺旋桨，螺旋桨将来自电机的机械能转化为推力。动力系统输入电压与输入电流的乘积为动力系统的输入功率，由于电子调速器损耗极少可以忽略不计，因此也是电机的输入功率，电机转速与电机输出扭矩乘积为电机输出功率，螺旋桨拉力与来流速度的乘积为螺旋桨输出功率，也是整个动力系统的输出功率。动力系统的效率等于动力系统输出功率除以动力系统输入功率，电机效率等于电机输出功率除以动力系统输入功率，螺旋桨效率等于螺旋桨输出功率除以电机输出功率，动力系统力效等于动力系统拉力除以动力系统输入功率，螺旋桨力效等于动力系统拉力除以螺旋桨输入功率。因此使用电压传感器5测出供电电压、电流传感器6测出供电电流、扭矩传感器9测出电机扭矩、转速传感器7测出电机转速、拉力传感器4测出动力系统拉力、来流速度传感器8测出来流速度即可计算得出电机效率、动力系统效率、动力系统力效、螺旋桨力效、螺旋桨效率这5个动力系统主要效率参数。

电压传感器5由基准电压源和采集电压电路构成，电压采集电路是分压电路，由于控制器11能输入的电压往往小于动力系统供电电压，所以需要分压测量；基准电压源输出的是高精度的稳定电压，采集到的电压与基准电压送入控制器的A/D转换口转换为数字信号进行对比即可得出高精度的采集电压值。

电流传感器6为模拟信号传感器，接入电源后，输出的是模拟信号，送入控制器11的A/D转换口转换为数字信号即可。

来流速度传感器8为模拟信号传感器，接入电源后，输出的是模拟信号，送入控制器11的A/D转换口转换为数字信号即可。

转速传感器7输出的为数字信号，输入控制器11的数字接口。

转速传感器7通过检测电机换向频率或者螺旋桨转动频率将其转换为频率信号输送至控制器11的模拟接口。

拉力传感器4、扭矩传感器9采用应变变式传感器，其输出信号为模拟电压信号，相对于控制器11能采集的型号强度太弱无法直接采集，因此分别接入拉力放大数模转换模块10、扭矩放大数模转换模块12。将信号放大并转换为数字信号，再输送到控制器11。

为了使本实用新型一种电动飞行器动力系统的综合测试器更好实用，增加一些选用传感器。

由于电动飞行器动力系统是通过PWM波控制油门位置的，因此油门位置采集接口14采集PWM波再根据其对应函数关系即可得出油门当前值；同理，油门控制输出接口17用其对应函数关系即可将需要的油门值转换为PWM波从而控制动力系统油门。

电动飞行器动力系统往往采用外转子无刷电机，在运转过程中不便于接触式测量，因此，电机温度采用红外温度传感器进行非接触采集。环境温度采用接触式温度传感器，亦可用于测量电子调速器等可接触测量的部件。

控制器11将来自传感器的数据按照一定的函数关系转换、滤波并打包发送给无线数据传输模块13，传输至计算机，同时，计算机油门信号通过无线数据传输模块13传输至控制器11，转换为PWM信号输送到油门控制输出接口17用于控制动力系统油门。

具体实施方式二：

下面结合图1~7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述的来流速度传感器8可以是模拟信号传感器也可以是数字信号传感器。

具体实施方式三：

下面结合图1~7说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述的控制器11可以是单片机也可以是PLC、FPGA。

本实用新型最大的创新之处在于同时采集了输入电压、输入电流、扭矩、电机转速、动力系统拉力、来流速度，使得测试人员可以系统、全面的分析动力系统各部分的效率。并且可以根据需要在选配传感器/接口上增加检测电机温度、环境温度、油门采集以及控制。具有以上功能的无人机动力系统测试器是本专利保护的范围。当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。