电驱动动力伞动力装置和电驱动动力伞的制作方法

本发明属于航空运动器材技术领域，具体而言，本发明涉及一种电驱动动力伞动力装置和电驱动动力伞。

背景技术：

动力伞作为一种航空运动器材，适用于航空体验飞行、飞行表演、空中广告和航空拍摄等活动，是航空运动领域中广受欢迎的一种轻型动力飞行器。长期以来，动力伞一直使用内燃机作为动力来源。然而内燃机具有振动大、噪音大、排放污染大、体积大不便于携带等问题，严重影响了动力伞运动的娱乐性和舒适感，不利于动力伞航空运动的普及。

随着电池技术的迅猛发展，电力代替化石燃料成为主要能源的趋势越加明显。此外，目前的电池与电机技术已经能够为动力伞提供充足的动力，动力伞与电力驱动的结合成为趋势。

技术实现要素：

本发明提供了一种电驱动动力伞动力装置和电驱动动力伞，不仅能够解决现有技术中内燃机动力伞振动大、噪音大、污染大的技术问题，还能够解决现有技术中动力伞操控性差的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电驱动动力伞动力装置和电驱动动力伞，其技术方案如下：

一种电驱动动力伞动力装置，包括机体、动力电池系统、推进器系统和控制手柄；所述机体包括中心盘、支臂和护框；所述中心盘与所述支臂相连，所述支臂与所述护框相连；所述支臂沿所述机体径向的截面为气动翼型，用于产生抵消所述推进器系统反向力矩的力矩；所述动力电池系统和所述推进器系统安装在所述中心盘上，所述动力电池系统与所述推进器系统相连，所述推进器系统与所述控制手柄相连。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂为多个，多个所述支臂沿所述中心盘的圆周方向均匀分布；所述支臂与所述中心盘可转动连接，转动轴线沿所述中心盘的径向方向。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂沿所述机体径向截面的气动翼型为naca4112翼型。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂的转动角度范围为0°至45°。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂为可折叠支臂，所述支臂与所述护框活动连接；所述支臂通过第一弹簧铰链与所述中心盘相连，所述第一弹簧铰链用于实现所述支臂的折叠。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂折叠旋转的轴线沿所述中心盘的切线方向，所述支臂的折叠角度范围为60°至120°。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述护框呈环形，环形的轴线与所述推进器系统的轴线重合，所述护框包括多个框段，所述支臂与所述框段一一对应；所述支臂的端头呈t型，每个t型横向的两端分别与一个所述框段相连以连接多个所述框段构成所述护框。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述框段、所述支臂均为6个。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述支臂的端头和/或所述护框上设有伞绳导向架，所述伞绳导向架为两个，两个所述伞绳导向架呈对称设置，对称面为所述护框在竖直方式的对称面。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述伞绳导向架通过磁力吸附连接、螺栓连接、卡接连接的任一种连接方式与所述支臂的端头和/或所述护框相连，且连接位置可调。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述动力电池系统包括电池模组、电池管理系统和接触器单元；所述电池管理系统与所述电池模组相连，所述电池模组与所述接触器相连，所述接触器分别与所述控制手柄和所述推进器系统相连。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述电池管理系统还与扬声器相连，所述扬声器用于对所述电池模组的温度、荷电状态进行声音提示。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述电池模组采用锂离子电池，包括多个串联连接的电池单元。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述动力电池系统还包括可更换电池模组箱，所述可更换电池模组箱可拆卸的安装在所述中心盘上，用于容纳所述电池模组和所述电池管理系统的数据采集集线器、温度传感器；所述可更换电池模组箱上设有快接插头，所述快接插头的一端与所述电池模组相连，另一端与所述接触器相连。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述推进器系统包括电机控制器、电机和螺旋桨；所述电机安装在所述中心盘上，位于所述动力电池系统的上方，所述电机控制器和所述螺旋桨安装在所述电机上；所述电机控制器与所述电机相连，还与所述动力电池系统、所述控制手柄相连，用于监视、控制所述电机的工作状态。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：面向所述螺旋桨，所述螺旋桨逆时针转动时为所述机体提供前进动力，所述螺旋桨为两叶直桨或三叶螺旋桨，所述螺旋桨为碳纤维增强复合材料制成。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述电机为永磁同步电机，所述电机控制器与所述电机连接并成一体化结构。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述控制手柄内安装有霍尔位移传感器和电机调速pwm信号单元；所述控制手柄的油门按钮与所述霍尔位移传感器相连，所述霍尔位移传感器与所述电机调速pwm信号单元相连，所述电机调速pwm信号单元与所述推进器系统相连；所述霍尔位移传感器用于根据所述油门按钮的按压角度产生油门量信号，并将所述油门量信号输入所述电机调速pwm信号单元；所述电机调速pwm信号单元用于输出不同占空比的电机速度控制方波给所述推进器系统。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述控制手柄上还设有显示屏，所述显示屏分别与所述动力电池系统、所述霍尔位移传感器相连，用于显示所述动力电池系统和所述推进器系统的参数信息。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述参数信息包括荷电状态、油门量。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述机体上安装有霍尔位移传感器和电机调速pwm信号单元；所述控制手柄通过拉线与所述霍尔位移传感器相连，所述拉线用于将所述控制手柄的油门按钮的按压角度传递给所述霍尔位移传感器；所述霍尔位移传感器与所述电机调速pwm信号单元相连，所述电机调速pwm信号单元与所述推进器系统相连。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述机体上设有固定孔，所述固定孔用于固定座袋；所述中心盘与机脚、吊臂相连，所述机脚位于所述吊臂的下方，所述机脚用于保护所述推进器系统，所述吊臂同时连接伞绳和所述机体，用于在飞行中承载所述电驱动动力伞动力装置和操控者的重量。

如上述的电驱动动力伞动力装置，进一步优选为：所述机脚与所述中心盘铰接、所述吊臂与所述动力电池系统铰接，可随所述支臂一同折叠。

一种电驱动动力伞，包括伞绳和分别与所述伞绳两端相连的伞体、所述电驱动动力伞动力装置。

如上述的电驱动动力伞，进一步优选为：所述伞体的上表面覆盖有柔性光伏薄膜板，所述柔性光伏薄膜板通过电线与所述动力电池系统相连，电线一端与所述柔性光伏薄膜板相连，顺着所述伞绳向下延伸，另一端与所述电池模组相连，用于利用太阳能为所述动力电池系统充电。

分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

本发明与现有技术相比，采用电驱动的方式作为动力，能够解决现有内燃机动力伞噪音大、振动大、污染环境的问题；同时，本发明通过对机体的支臂的外形进行设计，利用支臂的气动翼型产生力矩抵消或部分抵消推进器系统对机体的反向力矩，还能够改善电驱动动力伞的操控性能。

同时，本发明的支臂的迎风面面积可调节，便于调节支臂产生的力矩；支臂为可折叠支臂且与护框之间可拆卸，能够减小机体的体积，便于收纳和使用；本发明还设有位置可调的伞绳导向架，便于起伞；采用电池模组供电，并采用可更换电池模组箱容纳电池模组，便于电池模组的更换维护；在布置零部件时，霍尔位移传感器与电机调速pwm信号单元安装位置可以为机体，也可以为控制手柄，布置形式多样。

附图说明

图1为本发明的电驱动动力伞动力装置的结构示意图一。

图2为本发明的电驱动动力伞动力装置的结构示意图二。

图3为本发明的电驱动动力伞动力装置的折叠状态示意图。

图4为本发明的第一弹簧铰链与支臂的连接示意图。

图5为本发明的第一弹簧铰链的基座与弹簧片的连接示意图。

图6为本发明的第一弹簧铰链的连接体的结构示意图。

图7为本发明的电驱动动力伞动力装置的连接示意图。

图8为本发明的框段的结构示意图。

图9为本发明的控制手柄的结构示意图。

图10为本发明的支臂与连接体的连接示意图。

图中：1-护框；2-伞绳导向架；3-支臂；4-螺旋桨；5-动力电池系统；6-机脚；7-电机；8-第一弹簧铰链；81-基座；82-弹簧片；83-连接体；9-吊臂；10-中心盘；11-框段；12-控制手柄；121-显示屏；13-柱销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图10，其中，图1为本发明的电驱动动力伞动力装置的结构示意图一；图2为本发明的电驱动动力伞动力装置的结构示意图二；图3为本发明的电驱动动力伞动力装置的折叠状态示意图；图4为本发明的第一弹簧铰链与支臂的连接示意图；图5为本发明的第一弹簧铰链的基座与弹簧片的连接示意图；图6为本发明的第一弹簧铰链的连接体的结构示意图；图7为本发明的电驱动动力伞动力装置的连接示意图；图8为本发明的框段的结构示意图；图9为本发明的控制手柄的结构示意图；图10为本发明的支臂与连接体的连接示意图。

如图1至图3、图9所示，本发明提供了一种电驱动动力伞动力装置，主要包括机体、动力电池系统5、推进器系统和控制手柄12。机体包括中心盘10、支臂3和护框1；中心盘10与支臂3的一端相连，支臂3的另一端与护框1相连。支臂3沿机体径向的截面为气动翼型，能够产生抵消推进器系统反向力矩的力矩；动力电池系统5和推进器系统安装在中心盘10上，动力电池系统5与推进器系统相连，推进器系统与控制手柄12相连。

具体而言，本发明的电驱动动力伞动力装置通过机体提供安装位置，动力电池系统5、推进器系统安装在机体的中心盘10上，动力电池系统5能够为推进器系统的运行提供电力支持，推进器系统能够产生机体前进的推力，为电驱动动力伞的运行提供动力。同时，本发明的机体包括中心盘10、支臂3和护框1，中心盘10能够提供动力电池系统5、推进器系统的安装位置；护框1能够保护推进器系统，防止伞绳缠入推进器系统的螺旋桨4中而发生危险。在推进器系统运行时，推进器系统的螺旋桨4顺时针或逆时针旋转，单方向旋转能够为机体提供推力，但机体会受到螺旋桨4绕转轴施加的一个反向力矩，此反向力矩影响电驱动动力伞的操控性，而本发明的支臂3沿机体径向的截面为气动翼型，空气流经支臂3两侧时能够产生压力差，从而产生力矩，能够抵消或部分抵消螺旋桨4为机体施加的反向力矩，从而改善操控性能。本发明与现有技术相比，采用电驱动的方式作为动力，能够解决现有内燃机动力伞噪音大、振动大、污染环境的问题；同时，本发明通过对机体的支臂3的外形进行设计，利用支臂3的气动翼型产生力矩抵消或部分抵消推进器系统对机体的反向力矩，还能够改善电驱动动力伞的操控性能，使电驱动动力伞便于操作。

进一步的，如图1、图4至图6所示，在本发明中，支臂3为多个，多个支臂3沿中心盘10的圆周方向均匀分布，能够使机体受到的力矩更为均衡。支臂3与中心盘10可转动连接，转动轴线沿中心盘10的径向方向，从而能够调节支臂3的迎风面面积，从而调节支臂3产生的力矩值。作为优选，支臂3数量为六个，沿中心盘10的圆周方向均匀分布，支臂3沿机体径向截面的气动翼型为naca4112翼型，转动角度范围为0°至45°。

进一步的，如图所示，在本发明中，支臂3为可折叠支臂，支臂3与护框1活动连接。具体的，支臂3通过第一弹簧铰链8与中心盘10相连，从而通过第一弹簧铰链8实现支臂3的折叠，以减小机体的体积，便于电驱动动力伞动力装置的收纳。在折叠时，支臂3折叠旋转的轴线沿中心盘10的切线方向，支臂3的折叠角度范围为60°至120°，优选为90°，折叠后的电驱动动力伞动力装置近似于圆柱体，体积小、便于携带、使用方便。

如图4至图6所示，在本发明中，第一弹簧铰链8通过螺栓安装在中心盘10上，且第一弹簧铰链8与支臂3活动连接。第一弹簧铰链8包括基座81、弹簧片82和连接体83；基座81安装在中心盘10上，能够为弹簧片82和连接体83提供安装位置；弹簧片82安装在基座81上，且与连接体83的底部相抵；连接体83上设有转轴和连接轴，转轴与基座81相连，可在基座81上沿转轴的轴线转动，连接轴与支臂3的一端活动连接，支臂3可绕连接轴的轴线转动。

进一步的，如图1至图4、图8、图10所示，在本发明中，护框1呈环形，环形的轴线与推进器系统的螺旋桨4的旋转轴线重合，能够在保护螺旋桨4的同时精简机体的体积。为了便于护框1的拆解，在设计护框1与支臂3的连接形式时，护框1与支臂3为插接设置，并在结合部位安装定位珠固定相对连接位置。具体的，护框1包括多个框段11，优选为六个，框段11数量与支臂3数量一一对应。支臂3的一端与第一弹簧铰链8活动连接，支臂3的另一端端头呈t型，每个t型横向的两端分别与一个框段11相连以连接多个框段11构成护框1，便于框段11的插拔，框段11的内表面上设有半球形凹槽，支臂3上用于与框段11连接的地方的外表面内设有定位珠，在框段11与支臂3连接时，定位珠恰位于半球形凹槽内。在本发明的一个实施例中，t型的横向(弧线段)与竖向(气动翼型)均为碳纤维材质，可通过高强度胶粘接。在气动翼型的角度调节完成后能够实现弧线段与气动翼型之间的紧固。(t型横向和竖向为粘接固定，支臂3在第一弹簧铰链8上通过柱销13定位；对于一定推力的电机，其定位角度不同；实际使用过程中，此角度不可调)。

进一步的，如图1和图2所示，在本发明中，支臂3的端头和/或护框1上设有伞绳导向架2，伞绳导向架2为两个，两个伞绳导向架2呈对称设置，对称面为护框1在竖直方式的对称面。在起飞前将两条或两组伞绳分别放入对应的伞绳导向架2内，便于起伞。

进一步的，如图1和图2所示，为了便于根据实际使用情况调节伞绳导向架2的安装位置，在本发明中，伞绳导向架2的安装位置可调节。伞绳导向架2可以通过磁力吸附连接、螺栓连接、卡接连接的任一种连接方式与支臂3的端头和/或护框1相连。其中，连接方式采用磁力吸附连接时，支臂3的端头和/或护框1上预埋多个永磁材料，通过永磁材料吸附伞绳导向架2，永磁材料优选钕铁硼；连接方式采用螺栓连接连接时，支臂3的端头和/或护框1上预开设多个螺栓孔，伞绳导向架2上开设一个或多个螺栓孔，通过螺栓实现伞绳导向架2与支臂3的端头和/或护框1的紧固；连接方式采用卡接连接时，支臂3的端头和/或护框1上预设多个卡槽，伞绳导向架2卡装在卡槽内实现伞绳导向架2的安装与调节。

进一步的，在本发明中，动力电池系统5包括电池模组、电池管理系统和接触器单元。电池管理系统与电池模组相连，能够管理电池模组的运行状态；电池模组与接触器相连，能够为推进器系统供电；接触器分别与控制手柄12和推进器系统相连。作为优选，电池模组采用锂离子电池，包括多个串联连接的电池单元。在本发明的一个实施例中，电池模组可以采用一个包括24个电池单元串联连接的50ah的大单体锂离子电池。

进一步的，在本发明中，电池管理系统还与扬声器相连，扬声器能够对电池模组的温度、荷电状态进行声音提示。

进一步的，如图1和图2所示，在本发明中，动力电池系统5还包括可更换电池模组箱。可更换电池模组箱可拆卸的安装(例如通过螺栓紧固)在中心盘10上，能够为电池模组和电池管理系统的数据采集集线器、温度传感器提供安装空间。可更换电池模组箱上设有快接插头，电池模组和电池管理系统的数据采集集线器、温度传感器安装在可更换电池模组箱内，电池模组与快接插头相连，并通过快接插头与接触器相连，快接插头与接触器之间的连接可拆卸，从而便于电池模组从动力电池系统5中拆出，方便电池模组的更换和维护。

进一步的，如图1所示，在本发明中，推进器系统包括电机控制器、电机7和螺旋桨4。电机7安装在中心盘10上，位于动力电池系统5的可更换电池模组箱的上方，电机控制器和螺旋桨4安装在电机7上。电机控制器与电机7相连，还与动力电池系统5、控制手柄12相连，控制手柄12与电机控制器通过线连接进行信号传输(控制手柄12在使用时把握在操控者手中，控制手柄12不用时安装在机体上，或者控制手柄12独立设置，与电机控制器通过无线连接的方式相连)，能够监视、控制电机7的工作状态。在本发明的可实施方式中，优选为面向螺旋桨4时，螺旋桨4逆时针转动为机体提供前进动力，螺旋桨4选型可以为多样，例如螺旋桨4为两叶直桨或三叶螺旋桨。电机7优选永磁同步电机，电机控制器与电机连接并成一体化结构。

进一步的，在发明中，控制手柄12的油门按钮与霍尔位移传感器相连，霍尔位移传感器与电机调速pwm信号单元相连，电机调速pwm信号单元与推进器系统的电机控制器相连。霍尔位移传感器能够根据油门按钮的按压角度产生油门量信号，并将油门量信号输入电机调速pwm信号单元。电机调速pwm信号单元能够输出不同占空比的电机速度控制方波给推进器系统的电机控制器，从而驱动电机7转动。

进一步的，为了丰富本发明的布置形式，在本发明中，霍尔位移传感器和电机调速pwm信号单元的安装位置可分为两处。其一，霍尔位移传感器和电机调速pwm信号单元安装在控制手柄12内；其二，霍尔位移传感器和电机调速pwm信号单元安装在机体上，此时，控制手柄12通过拉线与霍尔位移传感器相连，拉线能够将控制手柄12的油门按钮的按压角度传递给霍尔位移传感器。

进一步的，如图9所示，在本发明中，控制手柄12上还设有显示屏121，显示屏121分别与电池管理系统、霍尔位移传感器相连，能够显示动力电池系统5和推进器系统的参数信息。其中，参数信息包括但不限于油门量、电池模组的荷电状态。

进一步的，如图1和图2所示，在本发明中，机体上还设有固定孔，固定孔能够固定座袋(图中未示出)，在飞行时，操控者坐在座袋内进行操控。机体的中心盘10与机脚6、动力电池系统5相连。机脚6位于吊臂9的下方，中心盘10与动力电池系统5的箱体固定连接，动力电池系统5的箱体内安装可拆装电池模组，机脚6能够保护推进器系统的螺旋桨4，吊臂9同时连接伞绳和机体，能够在飞行中承载电驱动动力伞动力装置和操控者的重量。作为优选，机脚6与中心盘10铰接、吊臂9与动力电池系统5的箱体铰接，可随支臂3一同折叠，在本发明的一个实施例中，铰接连接时，动力电池系统5的箱体上安装有螺栓，吊臂9上设有光孔，光孔套在螺栓上，可与螺栓转动配合，从而实现吊臂9的转动(折叠)；铰接连接时，机脚6通过第二弹簧铰链与中心盘10相连，第二弹簧铰链的结构与第一弹簧铰链8的结构相同，在机脚6与第二弹簧铰链连接时，机脚6与第二弹簧铰链的连接体焊接连接。

进一步的，如图1至图6所示，在实施时，中心盘10、伞绳导向架2、机脚6、吊臂9优选为铝合金材质；支臂3、护框1、螺旋桨4优选为碳纤维增强复合材料材质。

同时，本发明还提供了一种电驱动动力伞，包括伞绳和分别与伞绳两端相连的伞体、电驱动动力伞动力装置。本发明的电驱动动力伞使用本发明的电驱动动力伞动力装置作为推进动力，相对于内燃机动力伞而言具有振动小、噪音小、排放污染小，便于操控的特点。

进一步的，在本发明的一个实施例中，伞体的上表面还可以覆盖有柔性光伏薄膜板，柔性光伏薄膜板通过电线与动力电池系统5相连，电线一端与柔性光伏薄膜板相连，顺着伞绳向下延伸，另一端与电池模组相连，能够利用太阳能为动力电池系统5充电，节约能耗。

综上所述，本发明的优点和有益效果为：

本发明与现有技术相比，采用电驱动的方式作为动力，能够解决现有内燃机动力伞噪音大、振动大、污染环境的问题；同时，本发明通过对机体的支臂3的外形进行设计，利用支臂3的气动翼型产生力矩抵消或部分抵消推进器系统对机体的反向力矩，还能够改善电驱动动力伞的操控性能。

同时，本发明的支臂3的迎风面面积可调节，便于调节支臂3产生的力矩；支臂3为可折叠支臂3且与护框1之间可拆卸，能够减小机体的体积，便于收纳和使用；本发明还设有位置可调的伞绳导向架2，便于起伞；采用电池模组供电，并采用可更换电池模组箱容纳电池模组，便于电池模组的更换维护；在布置零部件时，霍尔位移传感器与电机调速pwm信号单元安装位置可以为机体，也可以为控制手柄12，布置形式多样。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。