多旋翼无人机动力源专利技术发展分析

黄达飞

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心      江苏 苏州 215000

摘要：

多旋翼无人机作为时代的产物，在各个领域都有着重要应用。多旋翼无人机的动力源对于无人机的飞行以及续航及其重要，对多旋翼无人机动力源技术发展路线进行分析。

关键词：

多旋翼，无人机，动力，路线

前言

多旋翼无人机从能源的角度可分为采用电池、油、油电混合、太阳能和系留。其中多旋翼采用电池作为其动力源，主要原因在于多旋翼多采用电机作为动力输出，而电池则可直接提供电机旋转所需的电能。其次动力源分别为油动和油电混合，这主要是随着多旋翼技术的不断发展，多旋翼无人机的应用越来越广，采用电池的续航能力已无法满足应用需求。而近年来随着太阳能电池技术的发展，开始尝试采用太阳能作为多旋翼无人机的动力源，该技术尚未成熟，仍处于探索阶段。但不可否认，多旋翼无人机的续航能力一直是研究者和制造商所关心的问题，越来越多的新能源将被尝试用于多旋翼无人机，以求获得更长的续航时间。本文重点分析多旋翼无人机动力源技术发展路线。

一、 多旋翼无人机动力源发展路线

动力源作为多旋翼无人机飞行的驱动来源，为多旋翼无人机的飞行任务提供动力支持，是多旋翼发展中的重要一环，多旋翼无人机的续航能力很大一部分取决于其动力技术的优劣。

图1 多旋翼无人机动力源的发展路线图

1907年，世界上第一台四旋翼飞行器诞生，最早的四旋翼发明专利申请GB191100097A始于1911年，位于美国俄克拉荷马州的一位老师MADDEN EDWIN LYMAN在英国提交了发明名称为一种对飞行器的改进的专利申请，通过燃油发动机驱动位于四个对角上的螺旋桨。由于油动多旋翼无人机体积庞大，而在大尺寸方面，固定翼和直升机更适合发展，因此之后的数十年，多旋翼无人机并无太大进展。直到1999年，专利申请WO99/10235A1中出现了以电池为动力的三旋翼飞行器，改变了传统的油动模式，简化了多旋翼无人机的结构。之后的多旋翼无人机也多采用电池作为其能源。随着多旋翼技术的发展，人们对多旋翼无人机的续航能力提出了新的要求，而单纯采用电池作为能源的多旋翼无人机续航能力有限，且载重能力差，2012年，专利申请CN102514711A中出现了油电混合类多旋翼无人机，一定程度上提高了其续航能力，之后的专利申请CN104760696A中也采用了油电混合技术。随着电池技术的不断发展，电池的续航能力得以提高，而电动多旋翼无人机因其结构简单可靠安全，依然是多旋翼无人机的首选动力源；而在要求长航时大载重时，油动多旋翼无人机和油电混合多旋翼无人机成为人们的不二之选。

多旋翼无人机的续航能力一直是其发展过程中不断需要改进的方面，除了采用燃油技术以及不断提高电池容量外，另外一种解决办法是采用系留的方式，即将地面的电源通过线缆源源不断地输送给执行任务的多旋翼无人机。2006年，专利CN1830723A提出了通过系留电缆对其供电，潜艇中的军事人员可以通过飞行器观察水面情况。2014年，专利CN104118559A提出了通过系留电缆，多旋翼无人机携带光电传感器长时间悬停和侦查，实现多点探测、重点区域安防和远程监控。

系留作为解决多旋翼无人机长航时电能供给的重要手段，也存在一定的限制，譬如，系留无人机不适应大范围作业，系留缆绳的重量也制约了多旋翼的飞行高度。为解决这一问题，技术人员对其动力源进行了不断拓展，于是出现了太阳能多旋翼无人机。早在1988年，森敬就提出了一种收集阳光的飞行物GB2198550A，通过光缆把由阳光收集装置收集的阳光转换成驱动飞行物的能源。2012年，华南师范大学提出的发明专利CN102602540A中涉及到一种使用太阳能的直升机，采用太阳能板收集太阳能，转换到蓄电池内形成电能，供给电动直升机飞行的动力。2014年，陕西省的戴维发明了一种长航时垂直起降飞行器CN103770942A，其采用了一种薄太阳能电池组件，该电池组件表面积大，便于收集太阳能。2017年，深圳职业技术学院提出的发明专利CN206125413U中涉及一种远程航行的无人机，在太阳能电池板上涂覆特氟龙涂层、钛合金层、铝合金层、镀锌层、3M反光膜层，使机体整体耐腐蚀抗静电，保证了太阳能多旋翼无人机在空中飞行时的可靠性。在太阳能多旋翼无人机的发展进程中，考虑到太阳能仅能在白天收集，还需要设计能源管理装置，在可以收集太阳能时，一部分能量用于供给无人机飞行使用，另一部分可储存到蓄电池中，以保证太阳能多旋翼无人机在没有太阳光照时仍能顺利飞行。

二、结语

得益于电池技术的发展，绝大多数的多旋翼采用了电池作为其动力源，为多旋翼的电机提供电能，但电池的续航时间基本在15-30分钟。而随着用户对续航能力要求的不断提高，近年来也出现了采用油动和油电混合的技术，特别在民用领域，例如油电混合的多旋翼被应用于农业植保上。同时，新能源的出现也为多旋翼的动力源提供了另一个发展方向，太阳能电池技术的成熟可能成为提高多旋翼续航能力的重要手段。

参考文献

[1] 全权，解密多旋翼发展进程[J]，机器人产业，第2期，2015年，第72-83页

[2]代君等，多旋翼无人机研究现状与发展趋势探讨[J]，赤峰学院学报， 第16期，2016年，第22-24页