无人机动力机1-3

现无级调速，调速范围广； （2）转矩特性优异，中、 低速转矩性好，启动转矩大，启动电
流小；过载能力强； （3）效率高，无刷直流电机相比交流电机没有励磁损，相比有
刷直流电机没有电刷摩擦损耗无火 花； （4）可靠性高，稳定性好，适应性强，保养简单； （5）体积小、重量轻、出力大； （6）节能省电，可节电20%～60%。
1.3 .1 活塞式发动机分类
☆ 按气缸数量分：
单缸式和多缸式。
☆ 按气缸布置形式分：
(a)直列式; (b) V形; (c)对置式; (d)W形; (e)星形（航空）内燃机等。
1.3 .2 活塞式发动机工作特点
☆ 优点：
1）热效率高：热效率高，即燃油消耗率低，经济 性好,尤其是柴油机，它是热效率最高的热机，最高有 效热效率巳达46％；
1.2.3 有刷直流电机的工作原理
1.2.3 有刷直流电机的优缺点
优点： （1） 起动和调速性能好，调速
范围广平滑，过载能力较 强，受电磁干扰影响小； （2）具有良好的启动特性和调 速特性； （3）有刷直流电机的转矩比较 大； （4）结构简单、成本低、维修 比较便宜。
两级两相有刷直流电机
1.2.3 有刷直流电机的优缺点
空心杯电机分为有刷和无刷两种。有刷空心杯电机转子 无铁芯，无刷空心杯电机定子无铁芯。
1.2.4 空心杯电机基本结构-有刷
有刷空心杯直流电机示意图
——有刷空心杯电机转子（绕组线圈）无铁芯。
1.2.4 空心杯电机基本结构-无刷
无刷空心杯直流电机示意图
——有刷空心杯电机定子（绕组线圈）无铁芯。具有： 结构紧凑，经济性好；可靠性及耐久性高；没有换向火 花，安全环保；没有磨损齿槽效应等优点。
固定主磁路的一部分 4、电刷装置 ：
引入或引出直流电压和直流电流。
1.2.3 有刷直流电机的工作原理
如下图所示：有刷直流电机的固定部分有壳体、磁铁和电 刷；转动部分有环形铁芯和绕在环形铁芯上的绕组线圈。线圈 的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，称为换向片。在 换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢通电时， 电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通，电枢磁极与磁铁磁 极永远处于排斥状态。电机就持续旋转起来了。
空心杯直流电机属于直流永磁电机，与普通有刷、无刷 直流电机的主要区别是采用无铁芯转子，也叫空心杯型转 子。该转子是直接采用导线绕制成的，没有任何其他的结 构支撑这些绕线，绕线本身做成杯状，就构成了转子的结 构。
1.2.4 空心杯电机的基本结构
这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造 成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减 少了转子自身的机械能损耗。不但节能，更为重要的是具 备了铁芯电动机所无法达到的操控特性。
高速，这是因为受限于转子磁轭与永磁体之间装配的机械 强度。
1.2.3 有刷直流电机
换向器
碳刷
转子组
定子
换向器
1.2.3 有刷直流电机的基本结构
1、定子：产生磁场、支撑电机。 2、转子：产生电磁转矩和感应电动势，进行能量转换。 1．主磁极：产生主磁场
主磁极铁心、励磁绕组。 2、换向极：改善换向 3、机座：
1.1 多旋翼无人机动力装置基本概念
星型活塞发动机
对置活塞发动机
涡轮轴发动机
电动发动机
涡扇发动机
1.1.1 多旋翼无人机常见发动机类型
1.1.1 发动机的分类、功用和要求
发动机的基本功用是为飞行器提供持续的、足够的 动力，以确保重于空气的飞行器能够持续、稳定和可控 地在空中飞行。对动力机构的基本要求如下：
1.2.1直流电动机的基本概念
直流电动机的工作特点是：进行直流电能与机械能 之间的 随意转换。直流电动机主要应用场合广泛，电动机起动性能好， 调速范围广、调速性能好以及调速特性平滑，过载能力大等 。 根据励磁方式不同，可分为下列几种类型：
1.2.2 无刷直流电机
1. 无刷直流电机基本结构 无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果
1.3 航空活塞式发动机
1.3.1 航空活塞式发动机的类型和结构 1.3.2 航空活塞式发动机的工作系统和原理 1.3.3 旋转活塞式发动机 1.3.4 航空活塞式发动机的工作特性
第一章 多旋翼无人机动力装置
1.1 多旋翼无人机动力装置基本概念
多旋翼无人机升空的首要条件也是必要条件就是动力，有了 动力才能驱动旋翼旋转，旋翼无人机才能产生足够的升力抵抗来 自地球的引力。因此，以多旋翼无人机以动力机为主的动力装置 的性能，就决定着旋翼无人机的飞行性能。
2）废气污染和噪声引起公害：由于内燃机已广泛 地应用在国民经济的各个领域中其产量和保有量极 大，对环境的污染也越来越严重；
3）结构较复杂，零部件加工精度要求较高。
1.3 .2 直列式活塞式发动机特点
☆发动机特点：各个气缸（4-8个）排成一列，一 般是垂直排列。
1.3 .2“V”形活塞式发动机特点
只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电 机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的 位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化 的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。
1.2.2 无刷直流电机
2. 无刷直流电机工作原理 如下图所示：各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功
1.1.2. 多旋翼无人机动力装置组成
3）燃油发动机及其附件和系统 多旋翼无人机的燃油发动机主要有：航空活塞发动机和涡轮 轴发动机两大类，组成多旋翼无人机动力机装置取决于发动机的 种类。组成发动机装置的主要系统有： （1）燃油发动机 将燃油的化学能转换为 机械能的动力装置，通过机 械传动装置带动旋翼旋转产 生升力。
4、能量密度特性：空心杯电动机的能量密度大幅度提高， 与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/3～1/2。
1.3 航空活塞发动机
1.3 .1活塞发动机概述
0
1.3 .1 机械动力机-蒸汽机时代
苏格兰发明家詹姆斯·瓦特于1776年发明蒸汽机，这是一 项伟大的发明。它直接拉开了第一次工业革命的序幕。
☆发动机特点：各个气缸（n个）组成以轴为中心 的放射形排列，一般呈多角形。
1.3 .2 活塞式发动机的基本结构
1.基本结构和常用术语：
（1）上止点（TDC）： 活塞离曲轴中心最大距离的
位置称为上止点； （2）下止点（BDC）：
活塞离曲轴中心最小距离的 位置称为下止点。
注意：在上、下止点时，活 塞的运动方向改变，同时它的 速度等于零。
率管的 G极接 12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三 个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈 也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子 也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理。
1.2.2 无刷直流电机
3. 无刷直流电机优缺点 优点： （1）具有直流电机优秀的线性机械特性，宽的调速范围，可实
1.1.2. 多旋翼无人机动力装置组成
2）空心杯有刷直流电机系统 微型多旋翼无人机采用空心杯电动机（伺服维特电机），彻 底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，使电机的运转特 性得到了极大改善。其动力装置包括以下几个： （1）空心杯有刷直流电机； （2）MOS：用作驱动电路； （3）电池：锂电池； （4）平衡充电器。
1.3 .1 活塞式动力机-蒸汽机
1.3 .1 内燃式动力机
• 特点： • 液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃
烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的 热力发动机。
1.3 .1 活塞燃油动力机-内燃机 燃油动力机原理
1.3.1航空活塞式发动机类型和结构
1.3 .1 活塞式发动机分类 ☆ 按照燃料种类分：
料的发动机 。
1.3 .1 活塞式发动机分类 ☆ 按照进气状态分：
有非增压（自然吸气）式（进气压力小于一个大气 压）和增压式（进气压力大于一个大气压）内燃机。
增压式发动机
1.3 .1 活塞式发动机分类
☆ 按气缸冷却方式分： 风冷式和液冷式。
☆ 按照着火方式分：
压燃式和点燃式。
压燃式发动机
火花塞点燃式发动机
缺点： （1） 有电刷，会导致磨损大，
清理和维护困难 ； （2）易发热，很难维持额定功
率，使用寿命短； （3）机械磨损和火花，使直流
电动机的故障多、可靠性 低； （4）效率低、耗电大、输出功 率小； （5）噪音高，干扰大。
两级三相有刷直流电机
1.2.4 空心杯电机
1.2.4 空心杯电机的基本结构
1.3 .1 活塞式发动机分类
1、汽油机：转速高，质量小，噪音小，起动容易，制 造成本低。
2、柴油机：压缩比大，热效率高 3、CNG发动机：压缩天然气的主要成分是甲烷，充分
燃烧后生成二氧化碳和水，非常环保。 4、LNG发动机：液化石油气具有热值高、热效率高，
燃烧充分的特点。 5、混合燃料发动机：同时使用电、气、液其中两种燃
《无人机发动机的调试与维护》
（职业教育）
主讲：郏志刚
课件目录
1.1 多旋翼无人机动力装置的基本概念
1.1.1 多旋翼无人机发动机的分类、功用和要求 1.1.2 多旋翼无人机动力装置的组成
1.2 直流电动机
1.2.1 直流电动机的基本概念 1.2.2 无刷直流电机 1.2.3 有刷直流电机 1.2.4 空心杯电机
1.2.2 无刷直流电机
3. 无刷直流电机优缺点 缺点： （1）成本：稀土永磁体比其他永磁体昂贵得多，故导致电动机
成本上升。 （2）恒功率范围：永磁无刷直流电动机不可能获得大于基速两
倍的最高转速。 （3）磁体退磁：永磁体可被大的反向磁动势和高温退磁。 （4）高速性能：永磁体采用表面安装方式的电动机不可能达到
（4）传动系统 燃油发动机所提供的旋转动力，由于力矩和位置等原因，大