本申請(qǐng)要求于2014年3月13日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/952,675，名稱(chēng)為“BATTERY AUGMENTATION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS(用于內(nèi)燃機(jī)的電池增大，以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益，以及要求于2014年8月14日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?2/037021，名稱(chēng)為“BATTERY AUGMENTATION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS(用于內(nèi)燃機(jī)的電池增大，以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益，以上兩者都通過(guò)引用以其整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)大體涉及用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直流(DC)電源，并尤其涉及用于具有多個(gè)旋翼的無(wú)人機(jī)(UAV)的直流電源。直流電源可被用于為各種無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，包括具有可變傾角的機(jī)翼和多個(gè)旋翼的組合的無(wú)人機(jī)。

背景技術(shù)：

常規(guī)的用于多旋翼無(wú)人機(jī)的電源通常是直流(DC)電池。然而，大多數(shù)電池具有有限的能量密度。因此，只有電池的電源提供有限的續(xù)航能力，并且對(duì)于無(wú)人機(jī)不能保持長(zhǎng)距離出行。由現(xiàn)有的多旋翼運(yùn)載工具(vehicles)使用的其它替代的動(dòng)力源引入了額外的問(wèn)題，如在提供給旋翼的功率中的不可預(yù)測(cè)的波動(dòng)，從而造成飛行的不穩(wěn)定。

概述

直流電源系統(tǒng)(例如，無(wú)人機(jī)的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng))被公開(kāi)，其利用高能量密度液體燃料以增加多旋翼運(yùn)載工具的行駛續(xù)航能力。所公開(kāi)的直流電源系統(tǒng)包括輕便和高功率的能量轉(zhuǎn)換管線以驅(qū)動(dòng)電子傳動(dòng)系統(tǒng)。能量轉(zhuǎn)換管線至少部分地由液體燃料提供動(dòng)力。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，能量轉(zhuǎn)換管線包括內(nèi)燃機(jī)(ICE)和無(wú)刷直流(BLDC)交流發(fā)電機(jī)。所公開(kāi)的直流電源系統(tǒng)的實(shí)施方式還包括具有一個(gè)或多個(gè)電池的電池模塊。所公開(kāi)的直流電源系統(tǒng)的實(shí)施方式提供了穩(wěn)定的直流電壓，以在各種操作模式下驅(qū)動(dòng)多個(gè)旋翼，包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式、僅有發(fā)電機(jī)模式、基于發(fā)電機(jī)的波動(dòng)緩和模式、具有自動(dòng)電池增大的發(fā)電機(jī)模式、具有輔助增大的發(fā)電機(jī)模式、僅有電池的模式，或它們的任意組合。

所公開(kāi)的直流電源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)使用內(nèi)燃機(jī)和一組電池的混合動(dòng)力運(yùn)載工具電源。此實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)的“串聯(lián)”的混合電源，其中內(nèi)燃機(jī)為電池充電，并且電機(jī)僅由電池供給的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種實(shí)現(xiàn)也優(yōu)于作為彼此的“替代品”操作的傳統(tǒng)的混合電源，即電機(jī)是由ICE驅(qū)動(dòng)或由電池驅(qū)動(dòng)。

本公開(kāi)的一些實(shí)施方式具有除了或替代以上所述的其它的方面、元素、特征和步驟。這些潛在的增加和替換中的若干在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中的其余部分中被描述。

附圖說(shuō)明

圖1A是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的多旋翼運(yùn)載工具的代表性系統(tǒng)的架構(gòu)的框圖。

圖1B是代表性的運(yùn)載工具的一部分的視圖，在其上可以安裝在此公開(kāi)的系統(tǒng)的實(shí)施方式。

圖2是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的運(yùn)載工具的航空電子子系統(tǒng)的代表性的系統(tǒng)架構(gòu)的框圖。

圖3是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的代表性的系統(tǒng)架構(gòu)的框圖。

圖4是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在地面發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。

圖5是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式下圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。

圖6是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在僅有發(fā)電機(jī)的模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的電流流動(dòng)的視圖。

圖7是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在波動(dòng)緩和模式或電池增大模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)中的電流流動(dòng)視圖。

圖8是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在僅有電池的模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。

圖9是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在電池充電子模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。

圖10是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器的代表性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。

圖11是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的相位控制器的第一代表性電路圖。

圖12是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的相位控制器的第二示例性電路圖。

圖13是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的增大控制器的第一代表性電路圖。

圖14是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的增大控制器的第二示例性電路圖。

圖15是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式被配置的具有與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的提升旋翼和軸向推力旋翼的運(yùn)載工具的部分示意性俯視圖。

圖16是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式的具有多個(gè)提升旋翼、牽引旋翼和動(dòng)態(tài)地可修改的機(jī)翼幾何形狀的車(chē)輛的運(yùn)載工具的部分示意性俯視圖。

圖17是具有通常類(lèi)似于上述參考圖16的配置，而不包括牽引旋翼的空中運(yùn)載工具的部分示意性俯視圖。

圖18是根據(jù)本技術(shù)的另一實(shí)施方式的具有動(dòng)態(tài)地可修改的機(jī)翼和提升旋翼吊艙的空中運(yùn)載工具的部分示意性俯視圖。

圖19是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式的具有與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的動(dòng)態(tài)地可修改的提升旋翼吊艙的空中運(yùn)載工具的部分示意性俯視圖。

圖20是根據(jù)本技術(shù)的又一實(shí)施方式的具有固定機(jī)翼和可移動(dòng)的旋翼吊桿的的空中運(yùn)載工具的部分示意性側(cè)視圖。

圖21是根據(jù)本技術(shù)的另一實(shí)施方式的具有可控制的提升旋翼吊艙的空中運(yùn)載工具的部分示意性頂部等距視圖。

圖22是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)相位控制器的第三示例性電路圖。

圖23是根據(jù)至少一些實(shí)施方式示出的健康監(jiān)控系統(tǒng)的框圖。

附圖描繪各種實(shí)施方式僅用于說(shuō)明的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地從以下討論中認(rèn)識(shí)到在此說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和方法的替代實(shí)施方式可以在不脫離在此描述的公開(kāi)的原理的情況下被采用。

具體實(shí)施例

本技術(shù)一般涉及無(wú)人機(jī)(UAV)配置和用于無(wú)人機(jī)內(nèi)燃機(jī)的電池增大。若干描述結(jié)構(gòu)和過(guò)程的細(xì)節(jié)是公知的并通常與這些類(lèi)型的系統(tǒng)和過(guò)程相關(guān)聯(lián)，但是其可能會(huì)不必要地模糊本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)的一些顯著方面，為了清楚起見(jiàn)其并未在以下描述中闡述。此外，盡管下面的公開(kāi)闡述了所公開(kāi)的技術(shù)的不同方面的若干實(shí)施方式，各種其它的實(shí)施方式可以具有相較于在本部分描述的不同的配置和/或不同的部件。因此，所公開(kāi)的技術(shù)可以包括具有額外的元素的其它實(shí)施方式，該額外的元素沒(méi)有在下面相對(duì)于圖1A-23被描述，和/或不具有在下面相對(duì)于圖1A-23描述的若干個(gè)元素。

下面描述的技術(shù)的若干實(shí)施方式可以采取計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的形式，包括由可編程計(jì)算機(jī)和/或控制器執(zhí)行的程序。例如，涉及供電、控制、飛行和/或其它操作UAV的方法的實(shí)施方式可以通過(guò)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被實(shí)施。相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，該技術(shù)可以在除了那些下面描述的計(jì)算機(jī)和/或控制器系統(tǒng)上實(shí)施。所公開(kāi)的技術(shù)可以在專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、控制器或?qū)ｉT(mén)編程的數(shù)據(jù)處理器中被體現(xiàn)，其被配置或構(gòu)造成執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。因此，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”和“控制器”是指任何合適的數(shù)據(jù)處理器并可以包括因特網(wǎng)設(shè)備和手持裝置(包括掌上型計(jì)算機(jī)、可穿戴計(jì)算機(jī)、蜂窩或移動(dòng)電話、多處理器系統(tǒng)、基于處理器的或可編程的消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)等等)。由這些計(jì)算機(jī)處理的信息可在任何合適的顯示介質(zhì)處被呈現(xiàn)。

技術(shù)還可以在分布式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，其中任務(wù)或模塊通過(guò)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)被鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行。例如，在根據(jù)本公開(kāi)的系統(tǒng)中的控制器可以與系統(tǒng)中的其它部件鏈接并控制系統(tǒng)中的其它部件。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊或子程序可以位于本地和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置中。下面描述的技術(shù)的各方面可被存儲(chǔ)或分布在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，包括磁性或光學(xué)可讀或可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤(pán)，以及電子分布在網(wǎng)絡(luò)上。

1.0概述

本公開(kāi)內(nèi)容描述了無(wú)人機(jī)配置和電源系統(tǒng)以向無(wú)人機(jī)使用的內(nèi)燃機(jī)提供電池增大。在一些實(shí)施方式中，所公開(kāi)的無(wú)人機(jī)配置包括電池增大系統(tǒng)，以及在其他實(shí)施方式中，所公開(kāi)的無(wú)人機(jī)配置不必包括所公開(kāi)的電池增大系統(tǒng)。同樣地，所公開(kāi)的電池增大系統(tǒng)可以在除以下描述以外的無(wú)人機(jī)配置上被實(shí)現(xiàn)。在一般情況下，本公開(kāi)的電池增大方面根據(jù)下面的標(biāo)題2.0-8.0被描述，并且進(jìn)一步的無(wú)人機(jī)配置是根據(jù)標(biāo)題9.0被描述。

2.0多旋翼運(yùn)載工具系統(tǒng)

圖1A是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的多旋翼運(yùn)載工具100的代表性系統(tǒng)的架構(gòu)的框圖。代表性的運(yùn)載工具平臺(tái)在圖1B中被示出。例如，多旋翼運(yùn)載工具可以是采用八個(gè)電驅(qū)動(dòng)的固定螺距的旋翼的旋轉(zhuǎn)翼。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“旋翼”被用于包括旋翼、螺旋槳和任何其它合適的旋轉(zhuǎn)葉片或葉片型結(jié)構(gòu)，其通過(guò)與周?chē)牧黧w介質(zhì)的相互作用向運(yùn)載工具施力。該多旋翼運(yùn)載工具可以包括多個(gè)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可以包括航空電子子系統(tǒng)102、發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)104、一個(gè)或多個(gè)電子速度控制器(ESC)106(例如，具有8個(gè)旋翼的運(yùn)載工具中的8個(gè)控制器)，以及驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)旋翼110(例如，螺旋槳)的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)108。在一些實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是“耦接”到旋翼/螺旋槳。即，驅(qū)動(dòng)電機(jī)適用于在能夠被耦接到旋翼/螺旋槳的結(jié)構(gòu)。

多旋翼運(yùn)載工具100可以包含一個(gè)或多個(gè)航空電子電池112和一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池114。一個(gè)或多個(gè)(例如，所有的)驅(qū)動(dòng)電機(jī)108和旋翼110的組合可以由專(zhuān)用電子速度控制器(ESC)106中的一個(gè)提供的三相交流(AC)電源供電。

ESC 106可以由共同的直流電源總線(以下稱(chēng)“直流電機(jī)總線116”)供電。該直流電機(jī)總線116是由發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)104供電的，其主要作用是通過(guò)微控制器管理的電機(jī)-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換管線以將液體燃料轉(zhuǎn)換為直流電力。發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)104可以包括微控制器來(lái)管理電機(jī)-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換管線。由每個(gè)ESC 106、驅(qū)動(dòng)電機(jī)108，和旋翼110的組合產(chǎn)生的推力可以通過(guò)使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)編碼的控制信號(hào)的專(zhuān)用的、單向串行鏈路被控制，被連接到航空電子子系統(tǒng)102。

圖1B是代表性的運(yùn)載工具的一部分的視圖，如多旋翼運(yùn)載工具100，在其上可以安裝在此公開(kāi)的系統(tǒng)的實(shí)施方式。

圖2是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的用于運(yùn)載工具(例如，圖1的多旋翼運(yùn)載工具100)的航空電子子系統(tǒng)200的代表性的系統(tǒng)架構(gòu)的框圖。例如，該航空電子子系統(tǒng)200可以是圖1A的航空電子子系統(tǒng)102，或者是圖1A的航空電子子系統(tǒng)102的一部分。

該航空電子子系統(tǒng)200可以便于遙控飛行控制和/或自主飛行控制。航空電子系統(tǒng)200可包括至少以下功能模塊：飛行控制器202、自動(dòng)駕駛模塊204、DC-DC轉(zhuǎn)換器206、微型飛行器鏈路(MAVLink)接口208、遙測(cè)收發(fā)器210、輔助遠(yuǎn)程控制接收器212、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器214、磁力計(jì)216、氣壓傳感器218，或它們的任意組合。

大多數(shù)多旋翼運(yùn)載工具既不是動(dòng)態(tài)地也不是靜態(tài)地穩(wěn)定，因此需要活動(dòng)的飛行穩(wěn)定性。飛行控制器(FC)202可以是包含在航空電子控制器220(例如，航空電子微控制器)的操作代碼內(nèi)的模塊。航空電子控制器220可以被連接到運(yùn)載工具的ESC，從而控制由每一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)/旋翼組合所產(chǎn)生的推力，并提供穩(wěn)定的飛行。

該飛行控制器202可以使用六軸加速計(jì)陣列222以確定每個(gè)電機(jī)/支撐物組合需要產(chǎn)生的特定的推力水平，以為了在三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)平移面上維持或改變所希望的加速度值。飛行控制器202也能夠保持預(yù)設(shè)運(yùn)載工具方位(即，跨所有三個(gè)軸線保持零速度)。飛行控制器202可以由地面引航員(全手動(dòng)遙控操作模式下)、自動(dòng)駕駛儀(自主操作模式下)被命令，或從來(lái)自地面引航員和基于自動(dòng)駕駛儀的增大(電子控制的操作模式下)的手動(dòng)命令的組合被命令。該飛行控制器202從命令源的任何單個(gè)或組合處接收控制信息，該控制信息取決于哪個(gè)模式是活動(dòng)的和/或是否航空電子子系統(tǒng)200正在使用主要的或備用的射頻(RF)控制鏈路。該命令源可以包括：遙感收發(fā)器210(例如，通過(guò)進(jìn)程間通信(TPC)的MAVLink接口208連接)；輔助遠(yuǎn)程控制接收器212(例如，PWM鏈路)；以及來(lái)自自動(dòng)駕駛模塊204的進(jìn)程間通信(IPC)鏈路。

自動(dòng)駕駛模塊204可以被包含在航空電子控制器220的操作代碼內(nèi)。自動(dòng)駕駛模塊204提供至少兩個(gè)功能，包括在自助飛行操作模式過(guò)程中存儲(chǔ)的飛行計(jì)劃的執(zhí)行，以及在線控飛行模式操作模式過(guò)程中的GPS、氣壓測(cè)高和磁力計(jì)數(shù)據(jù)的集成。

自動(dòng)駕駛模塊204可以被連接到GPS接收器214(例如，通過(guò)TTL串行鏈路)和磁力計(jì)216(例如，通過(guò)I2C鏈路)。自動(dòng)駕駛模塊204可以通過(guò)其IPC鏈路被連接到氣壓傳感器218。運(yùn)載工具外部，自動(dòng)駕駛模塊204還可以經(jīng)由MAVLink接口208(例如，IPC-連接接口)和遙測(cè)鏈路與控制站連接。自動(dòng)駕駛模塊204可以通過(guò)PWM鏈路經(jīng)由輔助遠(yuǎn)程控制接收器212(例如，無(wú)線電接收器)進(jìn)一步被連接到專(zhuān)用的遠(yuǎn)程手持飛行控制器。

在航空電子子系統(tǒng)200中的所有航空電子設(shè)備的功能可以通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器206(例如，專(zhuān)用的DC-DC轉(zhuǎn)換器)供電。該DC-DC轉(zhuǎn)換器206由運(yùn)載工具中的一個(gè)或多個(gè)航空電子電池供電?？商娲兀珼C-DC轉(zhuǎn)換器206也可以由發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)供電，如圖1A的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)104或圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)。DC-DC轉(zhuǎn)換器也可以從發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)接收備用電源或電源增大。

圖3是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的代表性的系統(tǒng)架構(gòu)的框圖(例如，圖1的多旋翼運(yùn)載工具100)。例如，發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300可以是圖1的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)104。發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300實(shí)現(xiàn)了所公開(kāi)的直流電源系統(tǒng)，其使得電池電源增大由內(nèi)燃機(jī)(ICE)302生成的動(dòng)力。在一些實(shí)施方式中，另一個(gè)基于燃料的動(dòng)力源可以代替ICE 302。例如，基于燃料的動(dòng)力源可以生成機(jī)械運(yùn)動(dòng)和將該機(jī)械運(yùn)動(dòng)輸入耦接至交流發(fā)電機(jī)306。

發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換管線，其通過(guò)ICE 302和交流發(fā)電機(jī)306(例如無(wú)刷DC交流發(fā)電機(jī))將液體燃料轉(zhuǎn)換成電能。交流發(fā)電機(jī)306可具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)輸入和多相交流電流輸出。能量轉(zhuǎn)換管線可以具有轉(zhuǎn)換管線重量相對(duì)于能量密度的的高比率。此比率被稱(chēng)為管線轉(zhuǎn)換效率(PCE)。發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300可以有利地使用由微控制器308實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的電源管理系統(tǒng)控制的輕量級(jí)硬件。微控制器308接收監(jiān)控傳感器鏈路以確定發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的狀態(tài)，并輸出各種控制鏈路，以調(diào)整發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的各種部件。圖3示出了顯示為陰影框的傳感器鏈路和控制器鏈路的示例。這種組合通過(guò)實(shí)施穩(wěn)定ICE 302的DC電源輸出的方式使得ICE 302得以使用。發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300能夠達(dá)到PCE的更高的水平，這統(tǒng)稱(chēng)是傳統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)所無(wú)法達(dá)到的。

所公開(kāi)的車(chē)用內(nèi)燃機(jī)302(例如，一個(gè)輕質(zhì)ICE)以機(jī)械地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)306。例如，交流發(fā)電機(jī)306可以是多相交流發(fā)電機(jī)(例如，經(jīng)由傳輸?shù)慕涣靼l(fā)電機(jī)306。在至少某些情況下，ICE 302和交流發(fā)電機(jī)306都不必定適合于為電驅(qū)動(dòng)多旋翼運(yùn)載工具供電，這是由于它們產(chǎn)生的動(dòng)力中的波動(dòng)。但是，對(duì)于將液體燃料轉(zhuǎn)化為原始電能，ICE 302和交流發(fā)電機(jī)306是屬于密度(例如，瓦每磅)最高的部件。

為了獲得這些部件的優(yōu)勢(shì)(例如，很高的轉(zhuǎn)換密度)，所公開(kāi)的運(yùn)載工具通過(guò)微控制器308實(shí)現(xiàn)控制模塊以仔細(xì)監(jiān)控和積極控制ICE 302和轉(zhuǎn)換管線中的其它部件。

能量轉(zhuǎn)換管線可以始于為ICE 302加入燃料。微控制器308可以實(shí)現(xiàn)DC電機(jī)總線調(diào)節(jié)(MBR)模塊310，其控制ICE 302的電源輸出和旋轉(zhuǎn)頻率(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM))。直流MBR模塊310可以是由微控制器308實(shí)現(xiàn)的模塊，其執(zhí)行存儲(chǔ)在微控制器308內(nèi)或外部的永久數(shù)字存儲(chǔ)器上的數(shù)字指令。直流MBR模塊310控制ICE 302的點(diǎn)火、節(jié)流和燃料/空氣混合物。直流MBR模塊310還監(jiān)控DC電機(jī)總線312和運(yùn)載工具電池總線314上的電流和電壓，例如當(dāng)啟動(dòng)ICE 302時(shí)。

傳動(dòng)器316可以機(jī)械地連接ICE 302和交流發(fā)電機(jī)306。交流發(fā)電機(jī)306可以是具有三個(gè)外相輸出的多相交流發(fā)電機(jī)，其名義上創(chuàng)建了三相交流電。每個(gè)外相連接可以被連接到交流發(fā)電機(jī)306內(nèi)的多個(gè)內(nèi)相。

交流發(fā)電機(jī)306的多相配置可以最大化交流發(fā)電機(jī)306的機(jī)械轉(zhuǎn)換效率(例如，根據(jù)瓦每單位轉(zhuǎn)矩)。但是，交流發(fā)電機(jī)306的這個(gè)配置可以產(chǎn)生AC電力，其包含高度復(fù)雜的波形，以及瞬態(tài)電感。

為了解決這些潛在的低效率，發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300通過(guò)主動(dòng)整流AC信號(hào)和通過(guò)電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器(MGC)318減少電感有關(guān)的電力調(diào)節(jié)缺陷，將AC供電轉(zhuǎn)換為DC電機(jī)總線312中的直流(DC)供電。MGC 318還可以補(bǔ)償在轉(zhuǎn)換的直流供電中的波動(dòng)。

發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300還可以通過(guò)使用交流發(fā)電機(jī)306作為ICE 302的啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行操作。為了便于操作的這個(gè)模式，交流發(fā)電機(jī)306的三個(gè)AC相被連接到MGC 318。MGC 318可以主動(dòng)地由微型控制器308控制。該MGC 318可以提供復(fù)雜的交流供電的無(wú)損整流成直流電機(jī)總線312上的直流供電。MGC 318還可以提供同步的電抗(例如，功率因數(shù)校正)的主動(dòng)和動(dòng)態(tài)的消除并向交流發(fā)電機(jī)306提供三相電源以在ICE 302的啟動(dòng)序列中驅(qū)動(dòng)該交流發(fā)電機(jī)306作為電機(jī)。在瞬時(shí)功率缺失過(guò)程中和在ICE 302或交流發(fā)電機(jī)306完全故障過(guò)程中，MGC 318可以進(jìn)一步使得運(yùn)載工具的電池電源的動(dòng)態(tài)集成成為可能(例如，運(yùn)載工具可以在僅有電池模式下操作，如果該操作是期望的，則其可以由地面操作者命令)。該MGC 318還可以進(jìn)一步提供早發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的DC輸出中的波動(dòng)的主動(dòng)緩和。

典型的無(wú)源整流器采用二極管，其在整流期間施加正向壓降。無(wú)源整流器的性質(zhì)“剪切”下AC輸入電壓的峰值正好為正向壓降的量。作為一個(gè)示例，如果具有峰-峰值電壓為20V的單相AC信號(hào)被引入到橋式整流器(例如，4個(gè)二極管被配置為反向AC信號(hào)的“負(fù)”側(cè))，所得的DC輸出的峰值將會(huì)是10V減去整流器中所使用的二極管的壓降。例如，對(duì)于典型的功率二極管，正向壓降為1.7V，或在上面的例子中的峰值電壓的17％的下降。功率一般與電壓的平方成比例。因此，例如，減少電壓至83％(即，下降17％)減小了功率到大約69％(即，0.83²)，導(dǎo)致約31％的功率損耗。這種效果在低電壓AC應(yīng)用中特別顯著(例如，來(lái)自交流發(fā)電機(jī)306產(chǎn)生的交流電力)。

在交流發(fā)電機(jī)306生成低壓AC的實(shí)施方式中，在MGC 318的無(wú)源整流器的實(shí)現(xiàn)將會(huì)造成功率的減小，并且將會(huì)產(chǎn)生在無(wú)源整流器中的潛在的散熱問(wèn)題(即，與二極管的壓降相關(guān)聯(lián)的功率損耗)。在這些實(shí)施方式中，MGC 318實(shí)現(xiàn)相位控制器以執(zhí)行有源整流。在若干實(shí)施方式中，具有有源整流，而不是采用功率二極管，晶體管在每個(gè)相控制器中被用作二極管以最小化正向壓降(例如，參見(jiàn)圖11和12)。例如，晶體管可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或雙極型晶體管。作為具體的示例，F(xiàn)ET可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。作為另一個(gè)具體的示例，雙極型晶體管可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。每個(gè)晶體管可包括“體二極管”。通過(guò)打開(kāi)晶體管(例如，向晶體管施加和是的柵極電壓)，MGC 318可降低電阻和體二極管的正向壓降。相位控制器的晶體管使得MGC 318能夠模仿基于二極管的整流器，而沒(méi)有功率損耗。在一些實(shí)施方式中，二極管仍作為相位控制器的一部分(例如，參見(jiàn)圖22)。

電阻的這種減少能夠通過(guò)每個(gè)FET中的N溝道的使用獲得，以消除FET的體二極管(例如，1.7V下降)的正向壓降。MGC 318在FET的體二極管導(dǎo)通的任何時(shí)候打開(kāi)相應(yīng)的FET的N溝道(通過(guò)向FET施加合適的柵極電壓)。MGC 318可以以至少兩種方式檢測(cè)體二極管是否導(dǎo)通。MGC 318可以包括在每個(gè)相位控制器中的電流分流器以感測(cè)體二極管的電流流動(dòng)以及局部地流動(dòng)(例如，在相位控制器內(nèi))。如果電流流動(dòng)指示體二極管導(dǎo)通，合適的柵極電壓被施加到相應(yīng)的FET以將FET轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。在其它實(shí)施方式中，交流發(fā)電機(jī)306的AC相位輸出由微控制器308監(jiān)控。至少部分基于來(lái)自交流發(fā)電機(jī)306的監(jiān)控的電壓，該微控制器308可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的FET的柵極電壓變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)(例如，通過(guò)確定所監(jiān)控的電壓相對(duì)于DC電機(jī)總線312是否會(huì)造成體二極管導(dǎo)通)。

由于飽和的FET能夠以非常低的功率損耗傳到電流，以上描述的整流過(guò)程可以被認(rèn)為是“無(wú)損耗整流”。這個(gè)特征是有利的，因?yàn)镕ET可以表現(xiàn)的像二極管，具有幾乎不可測(cè)量的低正向壓降，從而防止通過(guò)正向壓降所造成的功率損失。

發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300可以在不同的操作模式下進(jìn)行操作。例如，這些操作模式可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式、僅有發(fā)電機(jī)的模式、具有波動(dòng)緩和的發(fā)電機(jī)模式、具有電池增大的發(fā)電機(jī)模式以及僅有電池的模式。在交流發(fā)電機(jī)306正在產(chǎn)生電力的任何時(shí)候，電池充電子模式可以被激活。電池充電子模式可操作性地連同僅有發(fā)電機(jī)的模式、具有波動(dòng)緩和的發(fā)電機(jī)模式、以及具有電池增大的發(fā)電機(jī)模式以及僅有電池的模式。

在交流發(fā)電機(jī)306產(chǎn)生電力的任何時(shí)間(例如，僅有發(fā)電機(jī)的模式、具有波動(dòng)緩和的發(fā)電機(jī)模式、以及具有電池增大的發(fā)電機(jī)模式)，MGC318能夠提供來(lái)自交流發(fā)電機(jī)306的AC供電的整流。MGC 318可以在兩種整流模式下操作，包括自主整流模式和輔助整流模式。

該發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300還可以包括電機(jī)總線監(jiān)控器320、電池充電器322、燃料箱324、電池監(jiān)控器326，和電池總線開(kāi)關(guān)328。該電機(jī)總線監(jiān)控器320通過(guò)用于微控制器308的DC電機(jī)總線312監(jiān)控電壓和電流流動(dòng)。電池充電器322為運(yùn)載工具電池114充電并監(jiān)控運(yùn)載工具電池114。燃料箱324儲(chǔ)存燃料用于ICE 302。電池監(jiān)控器326通過(guò)用于微控制器308的DC電池總線314監(jiān)控電壓和電流。電池總線開(kāi)關(guān)328連接零個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池114到電池總線314(零表示沒(méi)有任何電池連接到電池總線314)。

圖4是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在地面發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。在此模式下，微控制器308起初監(jiān)控電池總線314(標(biāo)記為“VBATTERY”)和燃料水平(標(biāo)記為“LEVELFUEL”)，以確保兩者都足以讓ICE 302啟動(dòng)。

然后微控制器308命令三相電源(換向直流)通過(guò)控制信號(hào)的組合(例如，控制電壓低信號(hào)和控制電壓高信號(hào)，被分別標(biāo)記為“CTRLVL”、“CTRLVH”)被引導(dǎo)向交流發(fā)電機(jī)306至MGC 318。為了響應(yīng)，MGC 318生成3相換向直流電源。微控制器308還通過(guò)到ICE 302的控制信號(hào)(分別標(biāo)記為“PWMTHROTTLE”和“PWMMIXTURE”)控制ICE 302的發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)和ICE 302的燃料混合物。

傳感器信號(hào)可以被反饋回微控制器308。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(例如，RPM，被標(biāo)記為“RPMENGINE”)、廢氣溫度(被標(biāo)記為“TEMPEGT”)、氣缸頭溫度(被標(biāo)記為“TEMPCHT”)，以及電池總線電流(標(biāo)記為“CBATTERY”)可以由微控制器308監(jiān)控。電池充電可以被用作ICE 302的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的代理。傳感器信號(hào)可以關(guān)閉ICE 302啟動(dòng)序列的反饋回路。

因?yàn)楫?dāng)運(yùn)載工具在地面上以及當(dāng)運(yùn)載工具在飛行時(shí)ICE 302可以被啟動(dòng)。圖4描繪了當(dāng)在地面上啟動(dòng)ICE 302時(shí)發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的電流流動(dòng)狀態(tài)。一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池(例如，運(yùn)載工具電池114)可在此模式下使用。圖5是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式下圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300內(nèi)的電流流動(dòng)的圖示。在這種模式下，直流電機(jī)總線312由MGC 318(例如，MGC 318的增大控制器)激勵(lì)。直流電機(jī)總線312提供動(dòng)力，從而使運(yùn)載工具的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(例如，驅(qū)動(dòng)電機(jī)108)推動(dòng)運(yùn)載工具。同時(shí)MGC 318可以換向功率至交流發(fā)電機(jī)306，使交流發(fā)電機(jī)306可以啟動(dòng)ICE 302。例如，被用于整流其它模式的來(lái)自交流發(fā)電機(jī)306的AC電力的相位控制器可以現(xiàn)在被用于傳送功率至交流發(fā)電機(jī)306。

3.0發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)操作模式

3.1僅有發(fā)電機(jī)的模式

圖6是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在僅有發(fā)電機(jī)的模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300的電流流動(dòng)的視圖。在僅有發(fā)電機(jī)的模式下，運(yùn)載工具的所有動(dòng)力均由交流發(fā)電機(jī)306提供。在此模式下，微控制器308可以主動(dòng)地管理ICE 302的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，以及MGC 318的各種功率調(diào)節(jié)功能。

微控制器308監(jiān)控DC電機(jī)總線312處的電壓(通過(guò)標(biāo)識(shí)為“VMOTOR”的傳感器鏈路)。該微控制器308還可以管理ICE 302的轉(zhuǎn)矩輸出(通過(guò)標(biāo)有“PWMTHROTTLE”的控制器鏈路)。微控制器308還管理ICE 302的效率，通過(guò)監(jiān)控廢氣溫度(通過(guò)標(biāo)記為“TEMPEGT”的傳感器鏈路)作為燃燒效率反饋回路來(lái)優(yōu)化混合物。通過(guò)交流發(fā)電機(jī)306提供的AC功率的整流由MGC 318提供，通過(guò)自主或輔助的模式提供。

圖7是在至少一些實(shí)施方式中的波動(dòng)緩和模式或電池增大模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300中的電流流動(dòng)視圖。

3.2具有波動(dòng)緩和模式的發(fā)電機(jī)

在波動(dòng)緩和模式下的操作可以等同于僅有發(fā)電機(jī)的模式，除了一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具的電池被MGC 318使用以在輸出到DC電機(jī)總線312之前從整流的輸出功率中去除波動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，增大控制器是可配置的，以防止當(dāng)DC電機(jī)總線312的第一電壓下降到低于電池總線314的第二電壓時(shí)來(lái)自DC電機(jī)總線312的直流電流流入到電池總線314中，并允許電流從電池總線314流到DC電機(jī)總線312。

此操作模式的一個(gè)特征是在MGC 318內(nèi)的增大控制器的功能的結(jié)合，以及微控制器308的交流發(fā)電機(jī)306的輸出的調(diào)節(jié)。在波動(dòng)緩和模式中，微控制器308監(jiān)控在電池總線314上的額定電壓并且利用那個(gè)來(lái)控制ICE 302的油門(mén)。通過(guò)ICE 302的油門(mén)控制，該微控制器308可以確保來(lái)自整流過(guò)程的DC波動(dòng)的峰值電壓(例如，通過(guò)MGC 318中的相位控制器)與電池總線314的額定總線電壓匹配。例如，增大控制器是可配置的以提供交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生比在電池組中的電池的額定電壓更少的電壓。

因此，在整流過(guò)程的輸出中的DC波動(dòng)中的瞬時(shí)低谷期間，增大控制器將電池總線314連接到DC電機(jī)總線312。這種連接有效地利用來(lái)自電池總線314的功率“填補(bǔ)”在DC輸出中的低谷，并且創(chuàng)建了從MGC 318到DC電機(jī)總線312的基本上沒(méi)有波動(dòng)的輸出。

標(biāo)記為“SELECTBAT”的控制鏈路允許微控制器308選擇哪個(gè)運(yùn)載工具電池應(yīng)該被用于這個(gè)模式。微控制器308可以選擇一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池。例如，微控制器308可以使用一個(gè)電池用于波動(dòng)緩和以及對(duì)另一個(gè)電池用來(lái)自DC電機(jī)總線312的DC功率進(jìn)行充電。

3.3具有電池增大模式的發(fā)電機(jī)

在這種模式下的操作可以等同于僅有發(fā)電機(jī)的模式，除了一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池114被MGC 318使用以增大由交流發(fā)電機(jī)306提供的功率。當(dāng)在此模式下操作時(shí)有兩個(gè)增大子模式，包括自動(dòng)增大和選擇增大。

3.3A自動(dòng)增大子模式

當(dāng)運(yùn)載工具需要的電力比交流發(fā)電機(jī)306可以提供的電力更多時(shí)，子模式被使用。這個(gè)子模式可以由ICE 302、傳動(dòng)器316，或交流發(fā)動(dòng)機(jī)306中的一些部件的毀滅性故障所觸發(fā)，或由于異常/極端飛行狀況而造成的瞬時(shí)功率不足所觸發(fā)。該子模式也可以從微控制器308被控制。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)在該子模式中，ICE 302的油門(mén)處于最大值，并且增大控制器調(diào)整功率從電池總線314到DC電機(jī)總線312的傳輸，從而用電池功率增大交流電動(dòng)機(jī)306的功率輸出。

該增大控制器可以實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)，通過(guò)利用DC電機(jī)總線312和電池總線314之間的電壓差以從電池調(diào)節(jié)增大，從而盡可能多的來(lái)自交流發(fā)電機(jī)306的功率由運(yùn)載工具驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用(例如，驅(qū)動(dòng)電機(jī)108)，因此船舶的電池使用被僅限在所需要的高于由交流發(fā)電機(jī)306提供的最大功率內(nèi)。

在具體的實(shí)施方式中，每當(dāng)在直流電機(jī)總線312上的電壓(例如，由交流發(fā)電機(jī)306和整流過(guò)程產(chǎn)生的均方根(RMS)電壓)下降到低于電池總線314的電壓時(shí)，該增大控制器引導(dǎo)功率從電池總線314到直流電機(jī)總線312。相反地，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載減小使得由交流發(fā)電機(jī)306和整流過(guò)程產(chǎn)生的RMS電壓上升到高于電池總線314的RMS電壓時(shí)，該增大控制器停止在直流電機(jī)總線上增大功率。

3.3B選擇增大子模式

這個(gè)子模式允許微控制器308來(lái)命令一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池114以貢獻(xiàn)電流的一設(shè)定量至直流電機(jī)總線312。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)ICE 302的熱量限制已經(jīng)達(dá)到時(shí)(例如，廢氣溫度限制或氣缸頭溫度限制)，這個(gè)子模式可以被用于減少在ICE 302上的功率負(fù)載。

此子模式結(jié)合了增大控制器的功能和微控制器308的電壓從交流發(fā)電機(jī)306輸出到整流過(guò)程的調(diào)節(jié)。當(dāng)在該子模式下操作時(shí)，微控制器308管理ICE 302的油門(mén)控制，例如，確保從電池總線314所測(cè)量的電流(通過(guò)標(biāo)記有“CBATTERY”的傳感器鏈路)保持在設(shè)定的電流貢獻(xiàn)水平。

如果“CBATTERY”下降到低于所選擇的設(shè)定點(diǎn)，ICE 302的油門(mén)被減小，從而減小到交流發(fā)電機(jī)306的轉(zhuǎn)矩。反過(guò)來(lái)，從整流過(guò)程到增大控制器的輸出的RMS電壓也被減小。這種減少增加了直流電動(dòng)機(jī)總線312和電池總線314之間的電壓失衡，最終使得在直流電機(jī)總線312處的電壓相對(duì)于在電池總線314處的電壓降低。直流電機(jī)總線312處的電壓的下降導(dǎo)致從電池總線314通過(guò)增大控制器到直流電機(jī)總線312的電流貢獻(xiàn)的增加。

相反，如果“CBATTERY”上升到高于選擇的設(shè)定點(diǎn)之上，ICE 302的油門(mén)被增大，從而增加從MGC 318中的整流過(guò)程輸出到增大控制器的RMS電壓。這增加了在直流電機(jī)總線312和電池總線314之間的電壓失衡，使得直流電機(jī)總線312相對(duì)于電池總線314上升。這種上升最終降低了從電池總線314通過(guò)增強(qiáng)控制器到直流電機(jī)總線312的電流貢獻(xiàn)。

3.4僅有電池的子模式

圖8是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在僅有電池的模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。這種模式可以被認(rèn)為是上述的自動(dòng)增加子模式的一種特殊情況，其是當(dāng)交流發(fā)電機(jī)306無(wú)電可用時(shí)使用。這種模式可以通過(guò)ICE 302、傳動(dòng)器316或交流發(fā)電機(jī)306中的部件的故障所觸發(fā)，或通過(guò)來(lái)自微控制器308的命令來(lái)觸發(fā)。

由于具有自動(dòng)增大子模式，當(dāng)在僅有電池的模式下時(shí)，增大控制電池總線314將電池總線314連接到直流電機(jī)總線312。這確保了電池總線314提供直流電機(jī)總線312所需的所有電能以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(例如，驅(qū)動(dòng)電機(jī)108)。

3.5電池充電子模式

圖9是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在電池充電子模式下的圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的電流流動(dòng)的視圖。在具體的實(shí)施方式中，在交流發(fā)電機(jī)306正在產(chǎn)生電力的任何時(shí)間，一個(gè)或多個(gè)運(yùn)載工具電池114可以被充電。當(dāng)所有的運(yùn)載工具電池114被充電時(shí)，無(wú)電池增大模式是可用的。

如果僅是運(yùn)載工具電池114的一個(gè)子集被充電，那么一個(gè)或多個(gè)其他電池可被用于使得任何電池增大模式啟用，并從而確保足夠的電池充電水平可以被維持。這使得電池充電發(fā)生在甚至是當(dāng)波動(dòng)抑制或電池增大是必要或有益時(shí)，充電過(guò)程中，即使期間出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，抑制或增大電池的必要或有益的。圖9描繪了發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300可用的許多電池充電模式排列中的一個(gè)。在這個(gè)示例中，第一電池被用于電池增大模式中的一個(gè)，第二電池正在被充電。

圖10是在至少一些實(shí)施方式中的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器(MGC)1000的代表性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。例如，電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器(MGC)1000可以是在發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300中的MGC 318。

MGC 1000提供交流發(fā)電機(jī)(例如，圖3的交流發(fā)電機(jī)306)的交流發(fā)電機(jī)相位1002和DC電機(jī)總線1014(標(biāo)記為“V_MOTOR”)和運(yùn)載工具的電池總線1012(標(biāo)記為“V_BATTERY”)的其中之一或兩者之間的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)內(nèi)的直接連接。交流發(fā)電機(jī)相位1002可作為來(lái)自交流發(fā)電機(jī)的輸入或輸出，這取決于發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的操作模式。

該MGC 1000至少包括耦接到交流發(fā)電機(jī)相位1002中的一個(gè)的相位檢測(cè)器1004。該相位檢測(cè)器1004可以將標(biāo)記為“PHASE_DETECT”的傳感器鏈接發(fā)射回發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的微傳感器(例如，圖3的微傳感器308)。傳感器鏈接可以報(bào)告來(lái)自交流發(fā)電機(jī)的或到交流發(fā)電機(jī)的AC相位的進(jìn)展。例如，由于交流發(fā)電機(jī)相位1002的相位差是恒定的，確定交流發(fā)電機(jī)相位1002的一個(gè)的AC相位使得微控制器能夠在任何給定時(shí)間確定其它交流發(fā)電機(jī)相位1002。相位檢測(cè)器1004向微控制器提供了交流發(fā)電機(jī)的旋翼的角參考點(diǎn)。

MGC 1000還具有多個(gè)相位控制器，其被耦接到交流發(fā)電機(jī)相位1002，例如兩個(gè)相位控制器每相位。對(duì)于三相交流發(fā)電機(jī)，MGC 1000可以包括六個(gè)相位控制器，包括高側(cè)相位控制器(例如，相位控制器1006a、1006b，和1006c，統(tǒng)稱(chēng)為“高側(cè)相位控制器1006”)和低側(cè)相位控制器(例如，相位控制器1008a、1008b，和1008c，統(tǒng)稱(chēng)為“低側(cè)相位控制器1008”)。

DC電機(jī)總線1014和電池總線1012可分別具有較高的電壓線和較低的電壓線。高側(cè)相位控制器1006的每一個(gè)可以被耦接到DC電機(jī)總線1014的較高電壓線，以及低側(cè)相位控制器1008可以被耦接到DC電機(jī)總線1014的較低電壓線。增大控制器1010可以被耦接至電池總線1012的一側(cè)，并且被耦接至DC電機(jī)總線1014的另一側(cè)，使一些DC電流從電池總線1012流至DC電機(jī)總線1014，在MGC 1000和/或發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的一些操作模式中。

在圖示的例子中，存在總數(shù)為六個(gè)的相位控制器在MGC 1000中。每個(gè)交流發(fā)電機(jī)相位(例如，標(biāo)為“U”、“V”和“W”)被連接到一組相位控制器。這些交流發(fā)電機(jī)相位1002的每一個(gè)具有相位控制器(例如，高側(cè)相控制器1006中的一個(gè))，其被連接到DC電機(jī)總線1014的正側(cè)，以及相位控制器(例如，低側(cè)相位控制器1008中的一個(gè))被連接到DC電機(jī)總線1014的地面。

在具體的實(shí)施方式中，在交流發(fā)電機(jī)306產(chǎn)生功率的任何時(shí)間，發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300提供那個(gè)功率的整流，從而提供DC電源至運(yùn)載工具。所有的六個(gè)相位控制器1006和1008可以以至少三個(gè)模式中的至少一個(gè)在一起操作：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式、自動(dòng)整流模式，和輔助整流模式。發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)的微控制器可以經(jīng)由控制鏈路指示相位控制器處于特定的操作模式(例如，在圖10中標(biāo)注為“MODE_R”)。

3.6發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式中，每個(gè)相位控制器1006和1008作為高速和低阻抗開(kāi)關(guān)，使電流從其DC電機(jī)總線1014的其各自一側(cè)流到其各自的交流發(fā)電機(jī)相位。切換是由發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的微控制器通過(guò)單個(gè)的控制線1016控制的(例如，用于每個(gè)相位控制器1006和1008，標(biāo)記為“CTRL_UH”，“CTRL_UL”，“CTRL_VH結(jié)”，“CTRL_VL”，“CTRL_WH”和“CTRL_WL”)。

該控制線使發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的微控制器連接地面或任何發(fā)電機(jī)相位1002。通過(guò)這個(gè)，相位控制器1006和1008在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式過(guò)程中向交流發(fā)電機(jī)提供換向功率。

4.0相位控制器整流模式

4.1自主整流

相位控制器1006和1008的自主整流模式使來(lái)自交流發(fā)電機(jī)(例如，交流發(fā)電機(jī)306)的AC電源的整流，而無(wú)需外部控制流程。在這種模式下，每個(gè)相位控制器1006和1008作為具有非常低的正向壓降的二極管(例如，低于1毫伏)。其結(jié)果是，六個(gè)相位控制器1006和1008可以表現(xiàn)為類(lèi)似于或與三相橋式整流器相同，除了沒(méi)有任何有意義的壓降。

如二極管一樣，當(dāng)高側(cè)相位控制器1006感覺(jué)到在它們各自的交流發(fā)電機(jī)相位1002上的正斜率過(guò)零點(diǎn)時(shí)，高側(cè)相位控制器1006連接到各自的交流發(fā)電機(jī)相位1002至DC電機(jī)總線1014的正極側(cè)。以類(lèi)似的方式，當(dāng)?shù)蛡?cè)相位控制器1008感覺(jué)到它們各自的交流發(fā)電機(jī)相位1002上的負(fù)斜率過(guò)零點(diǎn)時(shí)，低側(cè)相位控制器1008連接到各自的交流發(fā)電機(jī)相位1002至DC電機(jī)總線1014的接地側(cè)。

4.2輔助整流

當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的特性和系統(tǒng)負(fù)載創(chuàng)建了超過(guò)了電子速度控制器的補(bǔ)償?shù)娜萘康耐诫娍?例如，由運(yùn)載工具的電子速度控制器，如圖1中ECS 106消耗的電壓和電流之間的相位差)時(shí)，此整流模式被使用。也就是說(shuō)，當(dāng)組合的負(fù)載的功率因數(shù)下降低于個(gè)體的功率因數(shù)太多時(shí)，微控制器指示相位控制器1006和1008執(zhí)行輔助的整流。

在此模式下，每個(gè)相位控制器1006和1008充當(dāng)高速和低阻抗開(kāi)關(guān)，使電流從DC電機(jī)總線1014的其各自的交流電動(dòng)機(jī)相位流到DC電機(jī)總線1014的其各自一側(cè)。切換是由發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的微控制器通過(guò)單個(gè)的控制線1016控制的。在輔助的整流過(guò)程中，微控制器可以使用來(lái)自相位檢測(cè)器1004的相位指示以確定所有的相位控制器切換的定時(shí)。

一旦微控制器確定相位控制器切換的定時(shí)，微控制器可以基于切換提供確切的“過(guò)零”。這種類(lèi)型的切換可以提供如自主整流模式一樣的整流特性。微控制器還可以實(shí)現(xiàn)“離軸”切換(例如，提前過(guò)零)。微控制器在功率因數(shù)校正模式過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“離軸”切換。

微控制器可以在過(guò)零之前選擇性地切換一些相位控制器1006和1008，以在瞬態(tài)感應(yīng)期間的過(guò)程中斷開(kāi)交流發(fā)電機(jī)相位1002(例如，在每個(gè)功率周期的后半部分期間星形連接的交流發(fā)電機(jī)架構(gòu)所發(fā)生的)。通過(guò)在呈現(xiàn)在相位中的感應(yīng)之前斷開(kāi)相位，相位純電感被減小。這種類(lèi)型的切換增加了相位的功率因數(shù)，從而減小了感應(yīng)電壓和電流相位增量。

5.0增大控制器模式

增大控制器1010可以在至少三個(gè)模式下工作，包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式、輔助增大模式和隔離模式。

5.1發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式

在這種模式下，增大控制器1010將DC電機(jī)總線1014直接連接到電池總線1012，使在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電池電源流動(dòng)通過(guò)各個(gè)相位控制器1006和1008至交流發(fā)電機(jī)(例如，通過(guò)交流發(fā)電機(jī)相位1002)。

5.2輔助增大

在這種模式下，增大控制器1010作為具有非常低的正向壓降的二極管(例如，低于1毫伏)，每當(dāng)在DC電機(jī)總線1014上的電壓下降到低于電池總線1012的電壓時(shí)，允許電流從電池總線1012流到DC電機(jī)總線1014。

微控制器可以選擇輔助增大模式用于增大控制器1010，當(dāng)發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)是在紋波緩和模式和電池增大模式下(例如，包括適用的子模式)。在這些發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)模式中，微控制器可以調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)的RMS電壓輸出(例如，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)中的ICE)作為其對(duì)于這些增大模式的主要的控制機(jī)制。例如，微控制器可以通過(guò)控制與交流發(fā)電機(jī)耦接的內(nèi)燃機(jī)的節(jié)流來(lái)調(diào)節(jié)RMS電壓輸出。

微控制器也可以把將增大控制器1010放置在輔助增大模式中，當(dāng)發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)處于僅有發(fā)電機(jī)模式下。這使得在來(lái)自交流發(fā)電機(jī)的電源輸出的突然喪失的事件中(例如，ICE故障、傳輸失敗，等)能夠進(jìn)行完全自主的電池備用。

5.3隔離模式

在此模式下，電池總線1012和DC電機(jī)總線1014彼此完全隔離。這種模式將僅在電池總線故障的情況下使用(例如，電池總線1012、一個(gè)或多個(gè)電池，或電池開(kāi)關(guān)的故障)。隔離模式禁用由輔助增大模式提供的自動(dòng)電池備用功能，并使得運(yùn)載工具易遭受功率損失事件。

6.0基于晶體管的相位控制器的示例

圖11是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的相位控制器1100的第一代表性電路圖。例如，電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器可以是在圖3的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)300內(nèi)的MGC 318。電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器可包括圖3的微控制器308。所示的一對(duì)相位控制器1100包括高側(cè)相位控制器和低側(cè)相位控制器。

該相位控制器1100被耦接到交流發(fā)電機(jī)相位1102，其被標(biāo)記為“BLDC MPhase”，DC電機(jī)總線1104被標(biāo)記為“VMotor_Bus”，電池總線1106被標(biāo)記為“VbatteryD”。交流發(fā)電機(jī)相位1102是雙向連接至來(lái)自交流發(fā)電機(jī)的相位中的一個(gè)。交流發(fā)電機(jī)相位1102可以是圖10的交流發(fā)電機(jī)相位1002中的一個(gè)。DC電機(jī)總線1104可以是圖3的DC電機(jī)總線312或圖10的DC電機(jī)總線1014。電池總線1106可以是圖3的電池總線314或提10的電池總線1012。

該相位控制器1100被進(jìn)一步連接到來(lái)自發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的微處理器的控制鏈路。例如，相位控制器1100可從微控制器接收輸入，包括高側(cè)相位控制鏈路1108、低側(cè)相位控制鏈路1110、高側(cè)功率因數(shù)校正(PFC)啟用鏈路1112，以及低側(cè)PFC啟用鏈路1114。

該相位控制器1100包括兩對(duì)電流開(kāi)關(guān)，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管，對(duì)應(yīng)于高側(cè)相位控制器和低側(cè)相位控制器。例如，高側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1116和高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118對(duì)應(yīng)于高側(cè)相位控制器，以及低側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1120和低側(cè)控制開(kāi)關(guān)1122對(duì)應(yīng)于低側(cè)相位控制器。

如上所述，相位控制器1100可在自主整流模式和輔助整流模式下操作。在自主整流模式中，微控制器可以保持高側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1116和低側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1120打開(kāi)。在輔助整流模式中，微控制器可以同時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉高側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1116和高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118，并且同時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉低側(cè)PFC開(kāi)關(guān)1120和低側(cè)控制開(kāi)關(guān)1122。

6.1用于基于晶體管的相位控制器的自主整流模式

該相位控制器1100包括耦接到交流發(fā)電機(jī)相位1102的電流檢測(cè)電路1124。該電流檢測(cè)電路1124確定是否高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118的體二極管正在流動(dòng)，或者是低側(cè)控制開(kāi)關(guān)的體二極管1122正在流動(dòng)，并指示哪個(gè)體二極管是流過(guò)標(biāo)記為“VGateAutoHi”和“VGateAutoLo”的電壓端。

門(mén)控制電路1126從電流檢測(cè)電路1124接收到這樣的指示。如果是高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118的體二極管，那么較高的電壓被施加到高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118的柵極，如果是低側(cè)控制開(kāi)關(guān)1122的體二極管，那么較高的電壓被施加到低側(cè)控制開(kāi)關(guān)1122的柵極。

6.2用于基于晶體管的相位控制器的輔助整流模式

輔助整流模式由PFC驅(qū)動(dòng)電路1128啟用。PFC驅(qū)動(dòng)電路1128通過(guò)高側(cè)PFC啟用鏈路1112和低側(cè)PFC啟用鏈路1114驅(qū)動(dòng)。這些控制鏈路允許微控制器在通過(guò)微控制器確定的瞬態(tài)感應(yīng)期間與交流發(fā)電機(jī)相位1102斷開(kāi)。通過(guò)在感應(yīng)被呈現(xiàn)之前斷開(kāi)交流發(fā)電機(jī)相位1102，交流發(fā)電機(jī)相位的凈電感減小。

6.3用于基于晶體管的相位控制器的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式

如圖10中所描述的，當(dāng)發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)處于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式時(shí)，電池總線1106被連接到相位控制器1100并提供電流到相位控制器1100。在此模式下，微控制器操縱各種相位控制鏈路，使得每對(duì)相位控制器1100發(fā)送換向的直流電源至交流發(fā)電機(jī)的三個(gè)相位的每一個(gè)。這使得相位控制器1100對(duì)能夠?qū)⒔涣靼l(fā)電機(jī)作為BLDC電機(jī)運(yùn)行。

圖12是在至少一些實(shí)施方式中的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的相位控制器1200的第二示例性電路圖。相位控制器1200類(lèi)似于圖11的相位控制器1100，除了電流檢測(cè)電路1124被第一電流檢測(cè)電路1224和第二電流檢測(cè)電路1225替代。第一電流檢測(cè)電路1224可以檢測(cè)通過(guò)高側(cè)控制開(kāi)關(guān)1118的體二極管的電流流動(dòng)，以及第二電流檢測(cè)電路1225可以檢測(cè)通過(guò)低側(cè)控制開(kāi)關(guān)1122的體二極管的電流流動(dòng)。電流檢測(cè)電路1224和1225可以分別由整流器芯片實(shí)現(xiàn)。每個(gè)整流器芯片可耦接到各自的控制開(kāi)關(guān)的漏極端和源極端，以確定體二極管是否是有效的。電流檢測(cè)電路1224和1225然后可以輸出哪個(gè)體二極管是有效的指示至柵極控制電路1126。

圖12也示出了相位輸出信號(hào)1250至發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的微控制器。相位輸出信號(hào)在圖12中被標(biāo)記為“BLDC Phase Out”。相位輸出信號(hào)是輸出到微控制器以指示交流發(fā)電機(jī)相位1102的相位，當(dāng)相位控制器1200在發(fā)電機(jī)模式下時(shí)。在一些實(shí)施方式中，只有三對(duì)相位控制器1200中的一對(duì)具有該輸出。例如，相位控制器的“U”形對(duì)具有此輸出。電壓定標(biāo)器可以被用來(lái)使相位輸出信號(hào)1250的峰值下降到5V最大輸入電壓由微控制器使用。相位輸出信號(hào)1250也可以供給到電壓比較器以向微控制器發(fā)送方形脈沖，每當(dāng)交流發(fā)電機(jī)相位1102經(jīng)過(guò)每30度旋轉(zhuǎn)的增量時(shí)。在任何一種情況下，相位輸出信號(hào)1250允許微控制器來(lái)感測(cè)在微控制器引導(dǎo)的“輔助整流模式”過(guò)程中，微控制器何時(shí)應(yīng)該為每對(duì)相位控制器1200切換各種相位控制器控制鏈路1108和1110。

7.0基于二極管的相位控制器的示例

圖22是在至少一些實(shí)施方式中的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)相位控制器2200的第三示例性電路圖。相位控制器2200具有與圖11的相位控制器1100和圖12的相位控制器1200類(lèi)似的功能。相位控制器2200包括電機(jī)總線端2202，ESC端2204(例如，分別被耦接到圖1的多個(gè)ESC 106)，交流發(fā)電機(jī)相端2206(例如，分別被耦接到永磁同步電機(jī)的不同相位，如圖11的交流發(fā)電機(jī)相位1102)，或者電池總線端2208。電機(jī)總線端2202被耦接到運(yùn)載工具的電機(jī)總線(例如，圖3的DC電機(jī)總線312)。電機(jī)總線端2202可并行耦接至三相整流電路2210。三相整流電路2210可以包括三組二極管對(duì)。相位控制器2200包括三個(gè)繼電器2212。如圖22所示，每個(gè)繼電器2212可以分別被耦接到ESC端2204，分別被耦接到交流發(fā)電機(jī)端2206，以及分別被耦接到三相整流電路2210的二極管對(duì)之間的節(jié)點(diǎn)。

圖13是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的增大控制器1300的第一代表性電路圖。例如，電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器可以是在圖3的發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)300中的MGC 318。電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器可以包括微控制器，例如圖3的微控制器308。而在一些實(shí)施方式中增大控制器1300可以被建模為二極管，下面的第一示例性電路圖示出了容忍高電壓下降/瓦數(shù)耗散的增大控制器的實(shí)施方式(例如，5kA-6kA耗散)，而二極管將很容易在增大控制器1300的工作電流處損壞。第一示例性電路圖還使得當(dāng)增大控制器1300有效時(shí)能夠進(jìn)行檢測(cè)，以提供反饋至微控制器。

增大控制器1300被耦接到被標(biāo)記為“Vmotor”的DC電機(jī)總線1302、標(biāo)記為“Vbattery”的電池總線1304、被標(biāo)記為“active”的有效指示器控制鏈路1306。DC電機(jī)總線1302可以是圖3的DC電機(jī)東線312或圖10的DC電機(jī)總線1014。電池總線1304可以是圖3的電池總線314或圖10的電池總線1012。有效指示器控制鏈路1306在當(dāng)增大控制器1300是有效時(shí)保持電壓的第一范圍(例如，當(dāng)超過(guò)閾值(諸如零電流)的電流從電池總線1304流到DC電機(jī)總線1302時(shí))。有效指示器控制鏈路1306保持電壓的第二范圍，當(dāng)增大控制器1300是無(wú)效時(shí)。

電流開(kāi)關(guān)1308，例如晶體管，更具體的是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSEFT))，可被耦接在電池總線1304和DC電機(jī)總線1302之間。在一些實(shí)施方式中，電流開(kāi)關(guān)1308可以是雙極型晶體管，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。電流開(kāi)關(guān)1308可以包括體二極管，其使得當(dāng)電流開(kāi)關(guān)1308關(guān)閉時(shí)，一些電流從電池總線1304流至DC電機(jī)總線1302，但反之則不然。

該增大控制器1300包括電流檢測(cè)器電路1310。電流檢測(cè)器電路1310在這里被示為通過(guò)運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)的比較器。即，當(dāng)電流從電池總線1304流至DC電機(jī)總線1302時(shí)，跨電池總線1304上的電阻的壓降可以由比較器來(lái)檢測(cè)。因此，該比較器和電流檢測(cè)器電路1310可通過(guò)在其輸出端保持第三電壓范圍來(lái)指示活動(dòng)(即，電流從電池總線1304流過(guò))。因此，該比較器和電流檢測(cè)器電路1310可以通過(guò)在其輸出端保持第四電壓范圍來(lái)指示非活動(dòng)(即，沒(méi)有或很小的電流從電池總線1304流過(guò))。例如，第四電壓范圍低于第三電壓范圍。

電流檢測(cè)器電路1310的輸出饋入晶體管驅(qū)動(dòng)器電路1312。晶體管驅(qū)動(dòng)器電路1312施加電壓至電流開(kāi)關(guān)1308的柵極以打開(kāi)電流開(kāi)關(guān)1308，當(dāng)電流檢測(cè)器電路1310的輸出指示是活動(dòng)時(shí)允許更多的電流通過(guò)電流開(kāi)關(guān)1308。

電流檢測(cè)電路1310的輸出還被耦接到定時(shí)器電路1314。定時(shí)器電路1314也可以具有第二端，其被耦接到有效指示器控制鏈路1306。當(dāng)電流檢測(cè)器電路1310指示活動(dòng)時(shí)，定時(shí)器電路1314可在有效指示器控制鏈路1306處維持電壓的第一范圍。當(dāng)電流檢測(cè)電路1310指示非活動(dòng)時(shí)，定時(shí)器電路1314可以在有效指示器控制鏈路1306處保持電壓的第二范圍。當(dāng)電流檢測(cè)器電路1310以高于預(yù)設(shè)定的閾值的頻率(例如，約900Hz)在指示活動(dòng)和非活動(dòng)之間切換時(shí)，定時(shí)器電路1314可以在有效指示器控制鏈路1306處保持電壓的第一范圍。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)在波動(dòng)緩和模式下操作時(shí)，根據(jù)來(lái)自整流過(guò)程的電壓波動(dòng)的頻率，增大控制器1300和因此電流開(kāi)關(guān)1308可以被打開(kāi)和關(guān)閉。定時(shí)器電路1314向微處理器呈現(xiàn)“打開(kāi)”狀態(tài)，甚至是在波動(dòng)緩和模式過(guò)程中。

圖14是根據(jù)至少一些實(shí)施方式的在運(yùn)載工具的發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)中的電機(jī)-發(fā)電機(jī)控制器內(nèi)的增大控制器1400的第二示例性電路圖。電機(jī)一發(fā)電機(jī)控制器可包括微控制器，諸如圖3的微控制器308。增大控制器1400是類(lèi)似于圖3的增大控制器1300，除了增大控制器1400包括整流器芯片1410，而不是圖13的電流檢測(cè)器電路1310。增強(qiáng)控制器1400包括標(biāo)記為“Vmotor”的DC電機(jī)總線1402、被標(biāo)記為“Vbattery”的電池總線1404、被標(biāo)記為“active”的有效指示器控制鏈路1406。DC電機(jī)總線1402可以是圖3的DC電機(jī)總線或圖10的DC電機(jī)總線1014。電池總線1404可以是圖3的電池總線或圖10的電池總線1012。有效指示器控制鏈路1406是類(lèi)似于圖13的有效指示器控制鏈路1306。

電流開(kāi)關(guān)1408，例如晶體管，更具體的是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可被耦接在電池總線1404和DC電機(jī)總線1402之間。電流開(kāi)關(guān)1408可以包括體二極管，類(lèi)似于電流開(kāi)關(guān)1408，其使得當(dāng)電流開(kāi)關(guān)1408關(guān)閉時(shí)，一些電流從電池總線1404流至DC電機(jī)總線1402，但反之則不然。

整流器芯片1410可以分別被耦接到電流開(kāi)關(guān)1408源端和漏端。整流器芯片1410可以檢測(cè)電流開(kāi)關(guān)1408的體二極管是否是有效的，通過(guò)監(jiān)測(cè)源端和漏端。如果該體二極管是有效的，則整流器芯片1410輸出信號(hào)到晶體管驅(qū)動(dòng)電路1412，類(lèi)似于晶體管驅(qū)動(dòng)電路1312，以指示該晶體管驅(qū)動(dòng)電路1412到將導(dǎo)通電壓施加到電流開(kāi)關(guān)1408的柵極，從而降低來(lái)自源端和漏端的電阻。

8.0飛行控制

圖23是根據(jù)至少一些實(shí)施方式示出的健康監(jiān)控系統(tǒng)2300的框圖。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以在航空電子設(shè)備子系統(tǒng)200中實(shí)現(xiàn)，例如在飛行控制器202中。飛行控制器可以從自動(dòng)駕駛模塊接收命令(例如，自動(dòng)駕駛模塊204并將這些命令翻譯為信號(hào)至ESC(例如，圖1的ESC 106)。該飛行控制器可操作地被耦接到自動(dòng)駕駛模塊204和ESC 106的至少一個(gè)，以基于來(lái)自自動(dòng)駕駛模塊204的命令控制ESC。在至少一些實(shí)施方式中，飛行控制器也可以實(shí)施健康監(jiān)控系統(tǒng)2300以防止和/或從運(yùn)載工具的各種故障情形中恢復(fù)。

如果沒(méi)有健康監(jiān)控系統(tǒng)2300，自動(dòng)駕駛模塊可能沒(méi)有意識(shí)到故障(例如，在電機(jī)中或在其它控制電路中)已經(jīng)發(fā)生，直到開(kāi)始失去高度或開(kāi)始失控(例如，如方向上變化所表現(xiàn)出的)。在這些情況下，即使是對(duì)自動(dòng)駕駛模塊的10毫秒警告信息可以使得自動(dòng)駕駛模塊保持高度和從故障中恢復(fù)。來(lái)自健康監(jiān)控系統(tǒng)2300的預(yù)警的缺失，使得自動(dòng)駕駛模塊可能不能夠從故障中恢復(fù)。

故障情景可以包括螺旋槳/旋翼的損壞、電機(jī)的軸承的損壞、電氣故障(例如，ESC)，或它們的任意組合。為了檢測(cè)這些旋翼情景，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以耦接到溫度傳探針2302(例如，溫度探針2302a和溫度探針2302b，統(tǒng)稱(chēng)為“溫度探針2302”)，電探針2306(例如，電流探針2306a和電壓探針2306b，統(tǒng)稱(chēng)為“電探針2306”)，以及慣性傳感器2310。

例如，溫度探針2302a可以被附接在或基本上鄰近于電機(jī)的基底(例如，圖1的驅(qū)動(dòng)電機(jī)108)并且溫度探針2302b可被附接到或基本上鄰近于ESC(例如，ESC 106中的一個(gè))。在一些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以?xún)H包括單個(gè)溫度探針。在一些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以包括多于兩個(gè)溫度探針。在一些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)可以包括多對(duì)溫度探針，其中每對(duì)對(duì)應(yīng)于每一對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和ESC。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以使用來(lái)自溫度探針2302的度數(shù)以檢測(cè)至少一個(gè)ESC的電氣故障，或至少一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的軸承損壞。

例如，電流探針2306a和電壓探針2306b可被附接到ESC的電路。電流探針2306a可以監(jiān)控ESC的當(dāng)前使用和檢測(cè)短路。電壓探針2306b可以檢測(cè)線路故障(例如，開(kāi)路)。在一些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以包括多對(duì)電探針2306。例如，每對(duì)可對(duì)應(yīng)于圖1的ESC 106中的一個(gè)。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以使用來(lái)自電探針2306的度數(shù)來(lái)檢測(cè)在一個(gè)或多個(gè)ESC處的電故障。

慣性傳感器2310可以是用于檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)的傳感器。例如，慣性傳感器2310可以是加速計(jì)或其它類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)傳感器。慣性傳感器2310可以被附接到或基本上鄰近于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋翼/螺旋槳、旋翼的軸，或它們的任意組合。在一些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可包括在每一組旋翼/螺旋槳/電機(jī)中的至少一個(gè)慣性傳感器2310。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以使用來(lái)自慣性傳感器2310的度數(shù)來(lái)檢測(cè)異常振動(dòng)作為旋翼/螺旋槳/電機(jī)中的至少一個(gè)即將發(fā)生故障的先兆。例如，電機(jī)軸承的磨損或旋翼的損壞可能會(huì)導(dǎo)致異常的振動(dòng)。

健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以發(fā)送警告消息至自動(dòng)駕駛模塊，以響應(yīng)于檢測(cè)現(xiàn)有的或即將發(fā)生的故障。響應(yīng)于該警告消息，自動(dòng)駕駛模塊可以執(zhí)行預(yù)防措施。例如，自動(dòng)駕駛模塊可以關(guān)閉已被檢測(cè)到將已經(jīng)故障或?qū)⒁l(fā)生故障的螺旋槳/旋翼/電機(jī)/ESC組的一個(gè)或多個(gè)。對(duì)于另一示例，自動(dòng)駕駛模塊可以實(shí)現(xiàn)已經(jīng)被檢測(cè)到已經(jīng)故障或?qū)⒁l(fā)生故障的一個(gè)或多個(gè)螺旋槳/旋翼/電機(jī)/ESC組的功率減小。

健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以提供直接和即時(shí)的反饋至飛行控制器和/或自動(dòng)駕駛模塊，反饋其推進(jìn)系統(tǒng)(例如，一組螺旋槳/旋翼/電機(jī)/ESC)已經(jīng)發(fā)生故障。例如，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以確定單個(gè)旋翼操作、螺旋槳、電機(jī)和ESC的組合的某些部分已經(jīng)發(fā)生故障。然后，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300可以在飛行控制器和/或自動(dòng)駕駛模塊的飛行控制配置中實(shí)施使得從故障中更優(yōu)雅的恢復(fù)。

在幾個(gè)實(shí)施方式中，自動(dòng)駕駛模塊和/或飛行控制器可以在運(yùn)載工具的姿態(tài)降級(jí)之前(例如，從水平飛行出發(fā)，或以其它方式被控制的飛行)，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)(例如，沒(méi)有故障的推進(jìn)系統(tǒng))進(jìn)行電源調(diào)整。當(dāng)故障檢測(cè)依賴(lài)于高度或其他飛行數(shù)據(jù)時(shí)，這解決了飛行控制器無(wú)法恢復(fù)降級(jí)的飛行計(jì)劃的問(wèn)題。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300不僅可以感知推進(jìn)故障，也可以預(yù)測(cè)即將發(fā)生的推進(jìn)的故障(如，由慣性傳感器2310檢測(cè)到的振動(dòng))。健康監(jiān)控系統(tǒng)2300使飛行控制器和/或自動(dòng)駕駛模塊在危險(xiǎn)條件甚至是其發(fā)生前提前應(yīng)用飛行控制規(guī)律。這使得運(yùn)載工具有更多的時(shí)間計(jì)劃飛行恢復(fù)。作為一個(gè)示例，而不是等待直到推進(jìn)模塊出現(xiàn)故障，飛行控制器和/或自動(dòng)駕駛模塊可以被配置為降低提升功率，或者甚至關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)模塊，在災(zāi)難性故障之前。這些選項(xiàng)可以被激活，在預(yù)警的基礎(chǔ)上，響應(yīng)于潛在的或即將發(fā)生故障的檢測(cè)。

在這些實(shí)施方式中，健康監(jiān)控系統(tǒng)2300使得飛行控制器和/或自動(dòng)駕駛模塊避免對(duì)飛行控制進(jìn)行突然的(例如，并不總是成功的)調(diào)整，以補(bǔ)償故障。由健康監(jiān)控系統(tǒng)2300保護(hù)的運(yùn)載工具可以防止推進(jìn)模塊(例如，提升模塊)出現(xiàn)故障的二級(jí)效應(yīng)，其中包括可能的在飛機(jī)上的火災(zāi)、由于支撐物/電片碎片對(duì)運(yùn)載工具的損壞，和/或振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)損壞。

再次參看圖1-3和圖23，與其相關(guān)的部件和/或模塊的部分的每一個(gè)可以以專(zhuān)用電路的形式被實(shí)現(xiàn)，或者以一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)編程的可編程處理器的形式，或它們的組合。例如，所描述的模塊可被實(shí)現(xiàn)為在能夠有處理器或控制器執(zhí)行的有型存儲(chǔ)存儲(chǔ)器上的指令。有形存儲(chǔ)存儲(chǔ)器可以是易失性或非易失性存儲(chǔ)器。在一些實(shí)施方式中，易失性存儲(chǔ)器可以被認(rèn)為是“非暫時(shí)性的”，表示它不是暫時(shí)的信號(hào)。模塊可以是可操作的，當(dāng)由處理器或其他計(jì)算設(shè)備執(zhí)行時(shí)，例如，單板芯片、應(yīng)用專(zhuān)用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程字段陣列、能夠使用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算設(shè)備、虛擬機(jī)終端裝置、基于云的計(jì)算終端裝置，或任何其組合。在圖中的存儲(chǔ)空間和存儲(chǔ)器可以用有形存儲(chǔ)存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括易失性或非易失性存儲(chǔ)器。

每個(gè)模塊和/或組件可單獨(dú)地和獨(dú)立于其它模塊或部件操作。模塊的一些或全部可以在同一主機(jī)裝置上或在單獨(dú)的裝置上執(zhí)行。單獨(dú)的裝置可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通信通道被耦接在一起(例如，無(wú)線或有線通道)以協(xié)調(diào)它們的操作。一些或所有的部件和/或模塊可以被組合為一個(gè)部件或模塊。

單個(gè)部件或模塊可以被分成子模塊或子部件，每個(gè)子模塊或子部件執(zhí)行單個(gè)部件或模塊的單獨(dú)的方法步驟或方法步驟。在一些實(shí)施方式中，至少一些模塊和/或部件共享到存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)。例如，一個(gè)模塊或組件可以訪問(wèn)由其他模塊或部件訪問(wèn)或轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。模塊或部件可以被認(rèn)為是“耦接”到另一個(gè)，如果它們共享物理連接或虛擬連接，直接或間接地，能允許從一個(gè)模塊或部件訪問(wèn)或修改的數(shù)據(jù)在另一個(gè)模塊或部件中被訪問(wèn)。在一些實(shí)施方式中，至少一些模塊可以被遠(yuǎn)程地升級(jí)或修改。在圖中所描述的系統(tǒng)可以包括額外的、更少的或不同的模塊用于各種應(yīng)用。

所公開(kāi)的技術(shù)的具體實(shí)施方式的一個(gè)特征是，它們可以包括一組相位控制器，用于將來(lái)自交流發(fā)電機(jī)的多個(gè)AC相位整流為單個(gè)直流電壓。此特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，相位控制器使得雙向的交流到直流的轉(zhuǎn)換。即，相位控制器可以將交流相位轉(zhuǎn)換成直流電壓，或者通過(guò)使用從電池提供的直流電壓對(duì)交流發(fā)電機(jī)換向。這一特征的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在整流過(guò)程中提供的交流相位的定時(shí)的斷開(kāi)的能力，其允許外部的微控制器在整流過(guò)程中提供功率因數(shù)校正。另一個(gè)特征是，該實(shí)施方式包括增大控制器。此特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加被提供到空中運(yùn)載工具的電機(jī)總線的直流電壓的能力，通過(guò)將從相位控制器輸出的整流的電壓與電池的直流電壓輸出結(jié)合。這一特征的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，從來(lái)自相位控制器的整流的電壓輸出中移除電壓波動(dòng)的能力。又一特征是該實(shí)施方式包括ICE以提供直流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)多旋翼運(yùn)載工具的旋翼。此特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，ICE通過(guò)利用高能量密度的液體燃料延長(zhǎng)了多旋翼運(yùn)載工具的耐力。

9.0無(wú)人機(jī)配置

圖1B，如上面所討論的，示出了代表性的運(yùn)載工具，在其上根據(jù)圖1A和2-4的發(fā)電系統(tǒng)可以被安裝。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，這樣的發(fā)電系統(tǒng)可被安裝在具有其它配置的空中運(yùn)載工具上。例如，這種發(fā)電系統(tǒng)可以被安裝在具有四旋翼(而非八旋翼)的配置中。在更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，配置可以被實(shí)施，而不必然包括以上參考圖1A和2-14所描述的類(lèi)型的發(fā)電系統(tǒng)，而可以包括其它發(fā)電系統(tǒng)。代表性的配置能夠在懸停和巡航模式下提供長(zhǎng)航時(shí)飛行，并提供強(qiáng)大的垂直起飛和著陸的能力，并參考圖15-20描述如下。

圖15示出了具有載有機(jī)翼1520和尾部或尾翼1540的機(jī)身1510的空中運(yùn)載工具1500。尾部1540可以包括被裝載在響應(yīng)的尾部臂架上的雙垂直安定面1542，以及在垂直安定面1542之間延伸的水平安定面1532。雖然在圖15中未示出，但是機(jī)翼1520可以包括合適的前緣裝置、后緣裝置、襟翼，和/或副翼，并且尾部表面可包括合適的控制表面，例如，升降表面、方向舵，和/或調(diào)整片。

運(yùn)載工具1500可以包括多個(gè)螺旋槳或旋翼1532，其包括多個(gè)提升旋翼1532a，其可被用于向運(yùn)載工具1500提供垂直起飛和著陸的能力。每個(gè)提升旋翼1532a(圖15中示出4個(gè))可通過(guò)相應(yīng)的電動(dòng)電機(jī)1531驅(qū)動(dòng)，并且可以通過(guò)相應(yīng)的旋翼吊桿1533裝載。電機(jī)1531可經(jīng)由發(fā)電系統(tǒng)1530供電。在特定的實(shí)施方式中，發(fā)電系統(tǒng)1530可以包括大體上類(lèi)似于任何那些以上參考圖1A和2-14描述的配置，并且可以相應(yīng)地包括被耦接到交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)，其又轉(zhuǎn)而被耦接到一個(gè)或多個(gè)電機(jī)/發(fā)電機(jī)控制器、電池，和/或其它相關(guān)聯(lián)的特征。

運(yùn)載工具1500還可以包括一個(gè)或多個(gè)額外的旋翼，例如，尾部安裝的推進(jìn)器旋翼1532b和/或機(jī)頭安裝的牽引旋翼1532c。在特定的實(shí)施方式中，所有上述旋翼是由電動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，具有由發(fā)電系統(tǒng)1530提供的電源。在這種布置的相對(duì)簡(jiǎn)單的的實(shí)施方式中，每個(gè)旋翼1532具有一個(gè)固定的幾何形狀，例如，固定螺距。

在操作中，提升旋翼1532a被激活用于垂直起飛。一旦運(yùn)載工具1500已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了合適的高度，運(yùn)載工具1500過(guò)渡到水平飛行。這可以通過(guò)增加由在船尾的一對(duì)提升旋翼1532a提供的推力和/或減小由正向的一對(duì)提升旋翼1532a提供的推力來(lái)實(shí)現(xiàn)。此過(guò)程使得飛機(jī)向前和向下傾斜，并使各提升旋翼1532a的推力包括水平分量。同時(shí)，推進(jìn)旋翼1532b和牽引旋翼1532c被激活，以提供額外的向前推力分量。當(dāng)運(yùn)載工具1500在向前方向獲得加速，機(jī)翼1520提供升力。當(dāng)機(jī)翼1520提供的升力增加時(shí)，提升旋翼1532a所需的升力降低。當(dāng)提升旋翼1532a被停止時(shí)(例如，具有旋翼與飛行方向?qū)R使得減少拖拽)，當(dāng)機(jī)翼1520提供所有所需的升力，以及牽引旋翼1532c和/或推進(jìn)旋翼1532b提供所有所需的推力時(shí)，到向前飛行的轉(zhuǎn)換可以被完成。當(dāng)空中運(yùn)載工具1500從向前飛行轉(zhuǎn)換為懸停，然后從懸停轉(zhuǎn)換為垂直著陸時(shí)，前述步驟被顛倒。

在至少一些實(shí)施方式中，上述結(jié)構(gòu)對(duì)于在垂直和水平飛行之間的轉(zhuǎn)換的過(guò)程中進(jìn)行控制可以是困難的。特別是，當(dāng)運(yùn)載工具從垂直起飛轉(zhuǎn)換到水平向前飛行時(shí)，運(yùn)載工具向前傾斜，以允許提升旋翼1532a在向前的方向提供推力矢量分量。然而，將運(yùn)載工具1500向前傾斜減少了機(jī)翼1520的迎角，從而剛好在當(dāng)機(jī)翼1520有望增加它們所提供的升力的時(shí)候減小了機(jī)翼1520生成升力的能力。相反地，在從向前飛行轉(zhuǎn)換到懸停的過(guò)程中(在準(zhǔn)備垂直降落)，典型的步驟是切斷到任何軸向推力旋翼的電源(例如，推動(dòng)旋翼1532b和/或牽引旋翼1532c)，并允許該運(yùn)載工具的空速降低到該提升旋翼1532a可被激活的點(diǎn)?？罩羞\(yùn)載工具所需的將速度充分減小的時(shí)間和距離可以是難以預(yù)測(cè)和/或調(diào)整的(例如，在改變機(jī)翼?xiàng)l件中)，并且可以相應(yīng)地使飛行器難以在不進(jìn)行多次嘗試的情況下在預(yù)定的目標(biāo)處精準(zhǔn)地著陸。在其它實(shí)施方式中，下面進(jìn)一步參照?qǐng)D16-18進(jìn)行描述，該配置可以包括機(jī)翼的幾何形狀可以是動(dòng)態(tài)修改的、可變的，和/或可配置的，以解決上述缺點(diǎn)。

圖16示出了具有機(jī)翼1620、機(jī)身1610、尾部1640，和發(fā)電系統(tǒng)1630的空中運(yùn)載工具1600。發(fā)電系統(tǒng)1630提供功率給牽引旋翼1632c和多個(gè)提升旋翼1632a。

在該實(shí)施方案的一個(gè)特定方面中，機(jī)翼1620可以被配置為改變方向和/或幾何形狀，以一種當(dāng)空中運(yùn)載工具1600在垂直和水平飛行之間轉(zhuǎn)換時(shí)考慮空中運(yùn)載工具1600的不同傾斜姿態(tài)的方式。具體地，每個(gè)機(jī)翼1620可通過(guò)機(jī)翼接頭1621被耦接至機(jī)身1610，其允許機(jī)翼1620相對(duì)于機(jī)身1610移動(dòng)。在一個(gè)具體實(shí)施方式中，機(jī)翼接頭1621是樞轉(zhuǎn)接頭并且可以相應(yīng)地包括軸1623，其允許機(jī)翼1620相對(duì)機(jī)身1610旋轉(zhuǎn)，如箭頭W1和W2所示。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)在一些實(shí)施方式中可以是在大約機(jī)翼1620的中間弦處，并且在其它實(shí)施方案中可以是在其它位置。機(jī)翼樞轉(zhuǎn)電機(jī)1622，其可以從發(fā)電系統(tǒng)1630接收電力，以適當(dāng)?shù)姆较蛐D(zhuǎn)機(jī)翼1620。

在操作中，隨著空中運(yùn)載工具1600從懸停轉(zhuǎn)換到水平飛行，飛行器向前傾斜(機(jī)頭朝下)，使得提升旋翼1632a沿著水平軸生成推力分量，如以上參照?qǐng)D15所描述的。同時(shí)，機(jī)翼1620可在尾部方向樞轉(zhuǎn)，如箭頭W1所指示的，使得提供和/或保持適當(dāng)?shù)母哂?，甚至?dāng)機(jī)身1610向前傾斜時(shí)。其結(jié)果是，當(dāng)牽引旋翼1632c被激活時(shí)，機(jī)翼1620將比它們被固定時(shí)更快地提供升力，并且以上述參考圖15所描述的方式向下傾斜。

當(dāng)空中運(yùn)載工具1600從向前飛行轉(zhuǎn)換到懸停時(shí)，前述的操作可以被顛倒。牽引旋翼1632c可以被停止，并且，隨著向前的空速下降，前方的一對(duì)提升旋翼1632a可以比在后方的提升旋翼1632a接收更多的能量。這將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)載工具將機(jī)頭向上傾斜，以及提供反向推力矢量，使得更快地為空中運(yùn)載工具1600減速。此時(shí)，機(jī)翼1620可以向前傾斜，如箭頭W2所示，以避免失速，盡管機(jī)身1610有相對(duì)高的迎角。其結(jié)果是，運(yùn)載工具1600可以以一種比參考圖15所述的方式更塊的和更可預(yù)測(cè)的方式減速并轉(zhuǎn)換到懸停。

在一個(gè)特定的實(shí)施方式中，空中運(yùn)載工具1600的尾翼或尾部1640可以被特別配置成考慮機(jī)翼1620的各種安裝角。特別是，尾部1640可以包括固定的垂直安定面1642和可旋轉(zhuǎn)的平尾1643，而不是具有可移動(dòng)的升降舵的固定水平的安定面。因此，當(dāng)機(jī)身1610在從水平飛行轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換到水平飛行過(guò)程中向上和向下傾斜，整個(gè)水平安定表面的迎角可以在很寬的角度范圍內(nèi)被調(diào)整。特別是，每個(gè)平尾1643可被耦接到機(jī)身1610或具有軸的尾翼1644，并且可以通過(guò)相應(yīng)的電機(jī)被驅(qū)動(dòng)(沒(méi)有在圖16示出)，其反過(guò)來(lái)由發(fā)電系統(tǒng)1630供電。因此，平尾1643可以在飛行器的相對(duì)高的向上傾斜和向下傾斜偏移過(guò)程中提供充分的升降控制權(quán)限。

圖17是根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式配置的空中運(yùn)載工具1700的部分示意性俯視圖。在該實(shí)施方式的一個(gè)具體的方面中，空中運(yùn)載工具1700具有大致類(lèi)似于參考上述圖16所述的結(jié)構(gòu)，但缺少牽引旋翼1632c。相反，空中運(yùn)載工具1700包括提升/推力旋翼1632d。這些旋翼可以具有通常類(lèi)似于上面參考圖15和16所討論的結(jié)構(gòu)，但不是在水平飛行期間停止，提升/推力旋翼1632d可以在向前飛行期間保持有效。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果，機(jī)身1610向前傾斜足以允許由提升/推力旋翼1632d提供的推力的分量是在向前的方向。機(jī)翼1620向后方樞轉(zhuǎn)，如箭頭W1示出的，以便提供提升，盡管機(jī)身1610的向下的傾斜姿態(tài)。

圖17所示的結(jié)構(gòu)的一個(gè)預(yù)期優(yōu)點(diǎn)是，它可以消除對(duì)牽引旋翼或推動(dòng)旋翼的需要，同時(shí)仍然提供垂直起飛、垂直降落，并向前飛行的能力。相反地，如上參照?qǐng)D16所述的結(jié)構(gòu)的一個(gè)預(yù)期優(yōu)點(diǎn)是，牽引旋翼1632c(和/或推進(jìn)旋翼)可產(chǎn)生更大的向前的空速，這是由于由這種旋翼所提供的增加的向前的推力。這種配置的速度和/或航時(shí)也可以通過(guò)減少阻力被增加，這可能是由圖17所示的機(jī)身1710的向前傾斜的姿態(tài)所導(dǎo)致的。

上述參照?qǐng)D15-17所述的提升旋翼具有旋轉(zhuǎn)軸(即，旋翼旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸)，其相對(duì)于無(wú)人機(jī)的機(jī)身是固定的。在其它實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于機(jī)身是移動(dòng)。例如，圖18是根據(jù)本技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的具有可樞轉(zhuǎn)的或可移動(dòng)的或可配置的旋轉(zhuǎn)吊艙1834的空中運(yùn)載工具1800的部分示意性俯視圖。運(yùn)載工具1800包括機(jī)身1810，其裝載了旋翼吊艙1834，除了機(jī)翼1820和尾部1840。旋翼吊艙1834的每個(gè)可包括提升/推力旋翼1832d對(duì)，其從發(fā)電系統(tǒng)1830接收電力，該發(fā)電系統(tǒng)1830類(lèi)似于以上所述的那些。在具體的實(shí)施方式中，空中運(yùn)載工具1800可以包括牽引旋翼1832c(和/或推進(jìn)旋翼，在圖18中未示出)，并且在其它實(shí)施方式中，空中運(yùn)載工具1800不包括任何牽引旋翼1832c或推進(jìn)旋翼，如將在下面進(jìn)一步討論的。

旋翼吊艙1834和機(jī)翼1820被配置為彼此獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，旋翼吊艙1834在相應(yīng)的吊艙接頭1837處可移動(dòng)地被耦接至機(jī)身1810。每個(gè)吊艙接頭1837可以包括吊艙樞轉(zhuǎn)軸1835，其由相應(yīng)的吊艙樞轉(zhuǎn)馬達(dá)1836驅(qū)動(dòng)用于在向后方向(由箭頭P1指示)以及向前方向(由箭頭P2指示)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的提升旋翼吊艙1834。機(jī)翼1820也可以是可樞轉(zhuǎn)的。相應(yīng)地，

每個(gè)機(jī)翼1820可通過(guò)使用機(jī)翼接頭1821被耦接到相應(yīng)的提升旋翼吊艙1834。機(jī)翼接頭1821可以包括機(jī)翼旋轉(zhuǎn)軸1823，其由機(jī)翼樞轉(zhuǎn)電機(jī)1822驅(qū)動(dòng)，用于在向后方向(由箭頭W1指示)以及向前方向(由箭頭W2指示)相對(duì)于提升旋翼吊艙1834旋轉(zhuǎn)每個(gè)機(jī)翼1820。

在操作中，升降旋轉(zhuǎn)吊艙1834和機(jī)翼1820可以彼此獨(dú)立地被旋轉(zhuǎn)(例如，在方向上彼此相反)，以允許從懸停到水平飛行以及返回的平穩(wěn)過(guò)渡。在該實(shí)施方式的另一個(gè)方面，一旦向前飛行被實(shí)現(xiàn)，該提升旋翼吊艙1834可被向前樞轉(zhuǎn)約90°，如箭頭P2所示，使得提升/推力旋翼1832d直接面朝前并且向空中運(yùn)載工具1800提供所有需要的向前的推力，而機(jī)翼1820提供所需的升力。在這樣的實(shí)施方式中，牽引旋翼1832c可以被移除。在又一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，提升旋轉(zhuǎn)吊艙1834的旋轉(zhuǎn)可以消除機(jī)翼1820進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的需要，如接下來(lái)將會(huì)參考圖19所描述的。

繼續(xù)參照?qǐng)D18，空中運(yùn)載工具1800可以包括具有可旋轉(zhuǎn)的平尾1843和固定的垂直安定面1842的尾部1840。如以上參考圖17所討論的，平尾的布置可以提供足夠的控制權(quán)限，甚至是在高傾斜角的情況下。在其他實(shí)施方式中，平尾的布置可以被固定水平的安定面布置所替代，例如，當(dāng)提升旋翼吊艙1834和機(jī)翼的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)消除了對(duì)高飛行器傾斜角的需要時(shí)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，圖18所示的結(jié)構(gòu)可被簡(jiǎn)化，例如，通過(guò)消除機(jī)翼樞轉(zhuǎn)電機(jī)122。本實(shí)施方式的其他方面可以包括將機(jī)翼樞轉(zhuǎn)軸1823與吊艙旋轉(zhuǎn)軸1835結(jié)合，使得(在機(jī)身1810的每一側(cè))單個(gè)軸從機(jī)身1810延伸，通過(guò)旋翼吊艙1834至機(jī)翼1820。在本實(shí)施方式的另一方面，旋翼吊艙1834然后在軸上自由樞轉(zhuǎn)。與此基準(zhǔn)配置中，樞轉(zhuǎn)電機(jī)1836(先前被描述為驅(qū)動(dòng)旋翼吊艙1834)轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)翼1834，如箭頭W1和W2所示。繞軸的旋翼吊艙1834的旋轉(zhuǎn)位置是由常規(guī)動(dòng)態(tài)的提升力確定的，該提升力是由前方和后方的旋翼1832d提供的。例如，如果后方的旋翼1832d提供比前方的旋翼1832d更大的提升力，則旋翼吊艙1834將向前旋轉(zhuǎn)(傾斜)。對(duì)于傳統(tǒng)的提升、懸停和著陸機(jī)動(dòng)，在每個(gè)旋翼吊艙1834上的兩個(gè)提升旋翼1832d可以提供組合的提升力，其將控制運(yùn)載工具1800保持在大致水平的方向。

在上面剛剛描述的布置的又一進(jìn)一步的簡(jiǎn)化中，吊艙樞轉(zhuǎn)電機(jī)1836可以被可釋放的制動(dòng)器替代。當(dāng)鎖定時(shí)，制動(dòng)器可以防止旋翼吊艙1834相對(duì)于機(jī)身1810旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制動(dòng)器被解鎖時(shí)，旋翼吊艙1834可相對(duì)于機(jī)身1810自由旋轉(zhuǎn)。在任一模式下，機(jī)翼1820可以保持在相對(duì)于機(jī)身1810固定的位置。在起飛過(guò)程中，制動(dòng)器防止機(jī)身1810(其可以是機(jī)頭重)向前傾斜。一旦空中運(yùn)載工具1810達(dá)到足夠的前進(jìn)速度，和/或牽引旋翼1832c在平尾1843上提供足夠的氣流，平尾1843可以提供足夠的傾斜控制權(quán)限以允許制動(dòng)器釋放。在一個(gè)實(shí)施方式中，制動(dòng)器能由機(jī)身1810裝載，并且在其它實(shí)施方式中，制動(dòng)器可以由旋翼吊艙1834裝載。

在又一實(shí)施方式中，旋翼吊艙1834可被置于沿著機(jī)翼1820的長(zhǎng)度進(jìn)一步遠(yuǎn)離機(jī)身1810。因此，旋翼吊艙1834不直接被連接到機(jī)身1810，而是將被連接在機(jī)翼1820的內(nèi)側(cè)部分和機(jī)翼1820的外側(cè)部分之間。在此配置中，吊艙1834可以根據(jù)上述參考圖18所描述的任何實(shí)施方式被固定或旋轉(zhuǎn)。

圖19示出了根據(jù)本技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的空中運(yùn)載工具1900。在這個(gè)實(shí)施方式的一方面，該運(yùn)載工具1900包括機(jī)翼1920，其被固定到相應(yīng)的機(jī)身1910。提升旋翼1932a由旋翼吊艙1934裝載，其位于機(jī)翼1920的外側(cè)端。旋翼吊艙1934可以相對(duì)于機(jī)翼1920被旋轉(zhuǎn)(如箭頭P1和P2所指示)，通過(guò)相應(yīng)的吊艙樞轉(zhuǎn)電機(jī)1936和吊艙樞轉(zhuǎn)軸1935。提升旋翼1932a由發(fā)電系統(tǒng)1930供電，其還可以為可選的推進(jìn)旋翼1932b或牽引旋翼供電(在圖19中未示出)。尾部1940可包括雙臂架1941，各裝載了垂直安定面1942，具有由垂直安定面1942裝載的水平安定面1934。在其它實(shí)施方式中，尾部1940可以具有其它配置。在一些配置中，空中運(yùn)載工具1900可以包括推進(jìn)旋翼1932b，以及在其它配置中，推進(jìn)旋翼1932b可以被移除。

圖18所示的配置相較于圖19中所示的配置的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是，旋翼吊艙更接近機(jī)身，因此減少了對(duì)機(jī)翼的彎曲負(fù)荷。相反地，在圖19中的布置相對(duì)于在圖18中示出的布置的優(yōu)點(diǎn)在于樞轉(zhuǎn)接頭的數(shù)量被減少。

圖20是根據(jù)本技術(shù)的另一實(shí)施方式的具有可移動(dòng)的、可改變的和/或其它可配置的提升旋翼臂架的空中運(yùn)載工具2000的部分示意性側(cè)視圖。在該實(shí)施方式的一個(gè)方面，空中運(yùn)載工具2000包括兩個(gè)提升旋翼臂架2034(其中一個(gè)是在圖20中可見(jiàn)的)，其每一個(gè)裝載了一對(duì)提升旋翼2032a。每個(gè)臂架2034通過(guò)臂架接頭2037可被耦接到機(jī)身2010。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，臂架接頭2037可包括臂架樞轉(zhuǎn)軸2035，其允許提升旋翼臂架2034順時(shí)針和逆時(shí)針相對(duì)于機(jī)身2010樞轉(zhuǎn)?？罩羞\(yùn)載工具2000還可以包括固定的機(jī)翼2020。在本實(shí)施方式的特定方面，機(jī)翼2020具有高機(jī)翼配置，以便增加機(jī)翼2020和臂架接頭2037之間的空間。這種布置允許提升旋翼臂架2034通過(guò)合適的角度樞轉(zhuǎn)而不干擾機(jī)翼。

在操作中，提升旋翼臂架2034可以在垂直起飛(和著陸)機(jī)動(dòng)過(guò)程中以在圖20所示的大體上水平的定向被放置。為了轉(zhuǎn)換到水平飛行，提升旋翼臂架2034逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使得提升旋翼2032a被定位成向空中運(yùn)載工具2000提供向前的推力分量。因?yàn)榭罩羞\(yùn)載工具2000不需要向下傾斜以將提升旋翼2032a置于這樣的定向，所以機(jī)翼2020可以保持相對(duì)于機(jī)身2010固定。在本實(shí)施方式的特定方面中，空中運(yùn)載工具2000可以包括具有垂直安定面2042和水平平尾2043的尾部或尾翼2040。平尾2043(相對(duì)于升降舵)，能提供足夠的控制權(quán)限，以處理可能由移動(dòng)提升旋翼臂架2034引起的傾斜時(shí)刻。

在圖20中所示的配置的一個(gè)特征是旋轉(zhuǎn)提升旋翼臂架2034可以消除對(duì)移動(dòng)的機(jī)翼的需要。其結(jié)果是，機(jī)翼2020能夠提供合適的提升，而不改變其安裝角。此外，提升旋翼臂架2034經(jīng)過(guò)的樞轉(zhuǎn)角足以從提升旋翼2032a引導(dǎo)向前的推力，而無(wú)需推進(jìn)或牽引旋翼。

圖21是根據(jù)本技術(shù)的又一實(shí)施方式的具有可以在大體上面朝前的位置和大體上面朝上的位置之間旋轉(zhuǎn)的提升旋翼的空中運(yùn)載工具的部分示意性頂部等距視圖。在該實(shí)施方式的一個(gè)方面，空中運(yùn)載工具2100包括機(jī)身2110、從機(jī)身2110想歪延伸的機(jī)翼2120，以及置于在機(jī)翼2120后方的尾部或尾翼2140。尾翼2140可以包括運(yùn)載工具水平安定面2143和運(yùn)載工具垂直安定面2142。水平安定面2143可以包括垂直方向舵2145，用于控制運(yùn)載工具偏航，以及水平安定面2143可以包括運(yùn)載工具升降舵2144。該運(yùn)載工具升降舵2144可以被激活以控制空中運(yùn)載工具2100的整體的傾斜姿態(tài)。

空中運(yùn)載工具2100可進(jìn)一步包括多個(gè)傾斜旋翼2132，其可被用來(lái)提升空中運(yùn)載工具2100和/或提供向前的推力用于空中運(yùn)載工具2100，這取決于包括旋翼2132的定向在內(nèi)的因素。因此，旋翼2132的旋轉(zhuǎn)軸可以相對(duì)于空中運(yùn)載工具的飛行的方向而重新定向。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，旋翼2132可以通過(guò)相應(yīng)的旋翼吊艙2134被裝載。在圖21所示的實(shí)施方式中，旋翼吊艙2134可以朝向機(jī)翼2120的端部來(lái)裝載，在其它實(shí)施方式中可以被裝載在其它位置。在任何這些實(shí)施方式中，旋翼吊艙2134可相對(duì)于機(jī)翼2120和/或機(jī)身2110旋轉(zhuǎn)，并且可以在相應(yīng)的吊艙接頭2137處被耦接至機(jī)翼2120。因此，每個(gè)旋轉(zhuǎn)吊艙2134可朝向面向前的位置旋轉(zhuǎn)(由箭頭F指示)并且可以以相反的方向，即朝向面向上的定向旋轉(zhuǎn)，由箭頭U示出。

旋翼2132可包括前旋翼2132a，其被置于后旋翼2132b的前方，當(dāng)相應(yīng)的旋翼吊艙2134處于大體上平行的、面相上的位置時(shí)。在至少一些多旋翼飛行器中，旋翼吊艙2134通過(guò)增加在后旋翼2134提供的力和前方旋翼2132a提供的力之間的力的差值而被旋轉(zhuǎn)。例如，如果后旋翼2132b被供電以比在2132a的前旋翼提供更多的力，則它提升旋翼吊艙2134的后部，使得旋翼吊艙2134以向前的方向旋轉(zhuǎn)，如箭頭F所示出的。為了在相反的方向上(由箭頭U示出)旋轉(zhuǎn)旋翼吊艙2134，力的差值顛倒，具有前旋翼2132a比后旋翼2132b提供更多的力。

在至少某些實(shí)施方式中，當(dāng)空中運(yùn)載工具2100具有由氣流作用在機(jī)翼2120上所提供的其提升的顯著部分時(shí)，后旋翼2132b和前旋翼2132a之間可用的力的差值可以相對(duì)較小。因此，當(dāng)空中運(yùn)載工具2100具有顯著的向前速度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼吊艙2134可能是困難的。為了解決這一潛在的問(wèn)題，空中運(yùn)載工具2100的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)吊艙升降舵2134，其可被驅(qū)動(dòng)以改變旋翼吊艙2134的傾斜角，進(jìn)而改變旋翼2132的定向，甚至是處在相對(duì)高的向前空速時(shí)。特別是，旋翼吊艙2134可以依靠相對(duì)較高的向前空速，以提供被用于在箭頭F和V所指示的方向上傾斜旋翼吊艙2134的空氣動(dòng)力。例如，在代表性的實(shí)施方式中，旋翼吊艙2134的每一個(gè)包括裝載吊艙升降舵2134的吊艙水平安定面2133。為了向前旋轉(zhuǎn)旋翼吊艙和旋翼2132，如箭頭F所指示的，吊艙升降舵2134相對(duì)于吊艙水平安定面2133向下旋轉(zhuǎn)，如箭頭A指示的。為了在相反的方向上旋轉(zhuǎn)旋翼吊艙2134，如箭頭U所指示的，吊艙升降舵2134向上旋轉(zhuǎn)，如箭頭B所指示的。

在上述參考圖21所述的實(shí)施方式的一個(gè)方面中，該系統(tǒng)可以包括特征，以防止或抑制荷蘭滾。在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可包括轉(zhuǎn)矩管，其延伸通過(guò)機(jī)翼2120以連接吊艙2134并與吊艙的運(yùn)動(dòng)同步。在另一個(gè)實(shí)施方式中，吊艙2134可以被鎖定，例如，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中(這是荷蘭滾通常發(fā)生的地方)，以防止或減少荷蘭滾。吊艙2134然后可以在更高的速度被解鎖，在那時(shí)荷蘭滾發(fā)生的可能性較小。在又一實(shí)施方式中，升降舵控制可以與驅(qū)動(dòng)吊艙2134的驅(qū)動(dòng)器替換，大體上以上面參考圖19所述的方式。

至少一些以上參考圖21所述的特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是吊艙升降舵2134可以改進(jìn)懸臂2132以相對(duì)高的運(yùn)載工具空速時(shí)旋轉(zhuǎn)的能力。特別是，以這樣的空速，旋翼僅基于在前和后旋翼2132a，2132b之間可獲得的力的差值來(lái)改變定向可以是困難的。

以上參考圖15-20描述的若干實(shí)施方式的一個(gè)特征是，他們可以包括包括發(fā)電系統(tǒng)，其通過(guò)耦接到交流發(fā)電機(jī)、電池和相關(guān)聯(lián)的切換特征的內(nèi)燃機(jī)來(lái)提供電源至一個(gè)或多個(gè)旋翼。因此，上述發(fā)電布置、特征和技術(shù)不需要被限制于八旋翼飛行器，可以被應(yīng)用到各種無(wú)人駕駛的空中運(yùn)載工具配置。

至少一些前述配置的另一特征是它們可以包括一個(gè)或多個(gè)提升旋翼，其與一個(gè)或多個(gè)牽引/推進(jìn)旋翼相結(jié)合。所有的這些可以是用與交流發(fā)電機(jī)、電池和相關(guān)聯(lián)的切換特征結(jié)合的燃燒機(jī)提供的電功率進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)的。一個(gè)關(guān)聯(lián)的特征是，電功率可以是任何螺旋槳或旋翼在任何時(shí)間可獲得的，獨(dú)立于飛行器的飛行模式(例如，獨(dú)立于飛行器是否正在起飛、巡航、懸停、降落或者參與另一機(jī)動(dòng))。與此級(jí)別的靈活性相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是，它可以提高在一個(gè)模式和另一個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)換的平滑度、速度，和/或效率。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它允許操作員(人和/或自動(dòng)化控制系統(tǒng))從升力的多個(gè)可能的組合中進(jìn)行選擇。因此，操作者可以選擇提供了用于給定任務(wù)和/或給定任務(wù)的一部分所需的性能特征的組合。性能特征可以包括航時(shí)、速度、起飛和著陸周期數(shù)，和/或其他措施。對(duì)于任何這些特征，控制升力的哪一部分是由機(jī)翼提供的以及哪一部分是由提升旋翼提供的能力可以改進(jìn)性能特征。例如，由于從提升旋翼所獲得的升力，上述配置可支持以小于固定機(jī)翼飛行器可能允許的速度進(jìn)行長(zhǎng)航時(shí)向前飛行。航時(shí)也可以大于基礎(chǔ)的四旋翼運(yùn)載工具可以獲得的航時(shí)，這是由于有機(jī)翼提供的升力。

前述的實(shí)施方式的至少一些的另一特征是機(jī)翼可以具有各種幾何形狀和/或配置。特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其可以改進(jìn)水平和垂直飛行之間的轉(zhuǎn)換，例如，通過(guò)減少進(jìn)行轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的量，通過(guò)使得轉(zhuǎn)換更加平滑，和/或通過(guò)使得轉(zhuǎn)換更加可預(yù)測(cè)的和可復(fù)制的，從而改進(jìn)飛行器可以被引導(dǎo)的準(zhǔn)確性。具體的實(shí)施方式在以上樞轉(zhuǎn)機(jī)翼的上下文中被描述，例如，整個(gè)弦樞轉(zhuǎn)機(jī)翼，以改變機(jī)翼的迎角，而不是傳統(tǒng)的樞轉(zhuǎn)前和/或后緣。在其它實(shí)施方式中，機(jī)翼可具有其他布置，包括機(jī)翼翹曲布置，和/或前和/后緣裝置的布置，以允許機(jī)翼的迎角和升力的中心動(dòng)態(tài)地被改變。前述的實(shí)施方式不同于可展開(kāi)的前和后緣裝置的常規(guī)布置。這種傳統(tǒng)的裝置可轉(zhuǎn)移翼面的升力的中心，但不直接地改變翼面的迎角—一相反，翼面的迎角可以改變作為作用在前和/或后緣裝置上的空氣動(dòng)力的最終結(jié)果，如果這些力沒(méi)有被抵消。更進(jìn)一步的實(shí)施方式包括前述特征的任何合適的組合(例如，可變幾何形狀的機(jī)翼、可變安裝角或迎角機(jī)翼，和/或改變升力的中的前/后緣裝置)。根據(jù)任何前述實(shí)施方式的配置可以包括相同或合適的不同數(shù)量的垂直提升旋翼、牽引旋翼和/或推進(jìn)旋翼。

前述特征單獨(dú)的和/或與在此描述的其他特征組合，可以提供若干優(yōu)點(diǎn)，相較于現(xiàn)有的四軸旋翼或四軸飛行器結(jié)構(gòu)。例如，僅僅依賴(lài)于由機(jī)載電池產(chǎn)生的電力通常具有相對(duì)較短的范圍，至少部分是因?yàn)樘嵘硎褂么罅康墓β什⑶覜](méi)有利用由空氣在固定提升表面(例如，機(jī)翼)上的流動(dòng)所產(chǎn)生的升力。典型的固定旋翼運(yùn)載工具可以具有顯著的限定的向前飛行速度和范圍，并且，由于保持懸停配置所需的功率，可遭受較差的懸停續(xù)航。此外，在續(xù)航能力上的限制通常將此類(lèi)配置限制為一次起飛和一次著陸周期每電池充電。

常規(guī)的混合的四軸旋翼，除了提升旋翼之外具有機(jī)翼，通常使用電動(dòng)電機(jī)用于橫向的運(yùn)動(dòng)和提升，或電動(dòng)電機(jī)用于提升以及為氣體驅(qū)動(dòng)的電機(jī)用于橫向運(yùn)動(dòng)。兩種配置可以比全電動(dòng)多旋翼運(yùn)載工具提供更多的航時(shí)。例如，傳統(tǒng)的混合四軸旋翼可以起降不止一次。然而，這種傳統(tǒng)的混合旋翼仍在它們可以完成的起飛和著陸周期上被限制，具有限制的機(jī)載功率供應(yīng)。此外，這種運(yùn)載工具可以具有有限的航時(shí)，因?yàn)樘嵘碓谙蚯帮w行時(shí)對(duì)向前推力沒(méi)有顯著貢獻(xiàn)，反而在向前飛行時(shí)通常被停止。

根據(jù)在此公開(kāi)的若干配置的飛行器可以克服以上描述的一些或所有傳統(tǒng)的運(yùn)載工具的確定。特別是，這種飛行器可以實(shí)現(xiàn)在向前飛行模式中的長(zhǎng)航時(shí)和在懸停模式中的長(zhǎng)航時(shí)。這種飛行器可以起降多次，因此可能適合于需要和/或受益于這種性能的任務(wù)(例如，包裹遞送)。此外，這種運(yùn)載工具可以在慢速前進(jìn)時(shí)操作，例如，低于正常的機(jī)翼失速速度，通過(guò)使用提升旋翼可獲得的增大的升力，和/或調(diào)整機(jī)翼的迎角使得機(jī)翼不失速或保持在低于臨界迎角之下的迎角，甚至是在低速前進(jìn)時(shí)。

進(jìn)一步的實(shí)施方式可以提供附加的優(yōu)點(diǎn)。例如，許多這里所描述的配置被設(shè)計(jì)為垂直起飛和降落，因此可能不包括常規(guī)的起落架。相反，這種運(yùn)載工具可以包括起落橇。然而，在特定實(shí)施方式中，運(yùn)載工具可以被配置成包括輪式起落架或其它起落架，其允許起飛和/或著陸滾轉(zhuǎn)。通常情況下，這樣的運(yùn)載工具將包括襟翼以增加在低速時(shí)的升力。根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式的運(yùn)載工具不需要包括護(hù)襟翼，而是在進(jìn)場(chǎng)和著陸過(guò)程中可以依靠提升旋翼在低速行進(jìn)時(shí)提供升力。在一個(gè)實(shí)例中這樣的性能可能是有利的，如果提升旋翼的一個(gè)(例如四個(gè)提升旋翼中的一個(gè))在著陸時(shí)發(fā)生故障。在這樣的情況下，運(yùn)載工具不能在懸停中容易地被控制并且特別地，不可操作的旋翼減小了可用的偏航權(quán)限，在所控制的垂直降落是困難或不可能的點(diǎn)。然而，根據(jù)以上所述的配置，剩下的有效的提升旋翼可以被重新定向(例如，被樞轉(zhuǎn))以提供在運(yùn)載工具的尾部表面上的空氣流動(dòng)以提供穩(wěn)定性并圍繞偏航軸控制。除了或代替上述情況，可變傾角機(jī)翼可以允許運(yùn)載工具在低空速前進(jìn)時(shí)著陸，而無(wú)需襟翼。在前述實(shí)施方式的特定方面中，提升旋翼的額外的一個(gè)可以是故意停止(例如，在四旋翼配置中使得只有兩個(gè)提升旋翼是有效的，具有一個(gè)旋翼因發(fā)生故障而無(wú)效，以及另一個(gè)被有意關(guān)閉)以提供對(duì)稱(chēng)配置。

從前述內(nèi)容可以理解，用于說(shuō)明的目的的所公開(kāi)的技術(shù)的具體的實(shí)施方式已經(jīng)在此被描述，但是各種修改可以在不脫離該技術(shù)的情況下作出。例如，交流發(fā)電機(jī)AC相位的數(shù)量可以?xún)H有兩個(gè)相位或可以多于四個(gè)相位。在特定實(shí)施方式的上下文中描述的發(fā)明的某些方面可以在其它實(shí)施方式中被組合或移除。例如，微控制器、增大控制器以及相位控制器可以被組合成集成電路。單個(gè)電機(jī)和/或驅(qū)動(dòng)器可以為多個(gè)裝置供電，例如，多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)翼。特定的實(shí)施方式在具有四個(gè)提升旋翼的運(yùn)載工具的上下文中在上面被描述。在其他實(shí)施方式中，運(yùn)載工具可以包括多個(gè)旋翼，例如，在四個(gè)兩排的布置中的八個(gè)旋翼，或四對(duì)共軸，反向旋轉(zhuǎn)的提升旋翼。前述實(shí)施方式的各方面已經(jīng)在無(wú)人機(jī)的上下文中一般地被描述。在其他實(shí)施方式中，具有類(lèi)似于那些上述的配置和/或電池增大電源系統(tǒng)的空中運(yùn)載工具可以用于載人飛行。此外，雖然所公開(kāi)的技術(shù)的某些實(shí)施方式相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在那些實(shí)施方式的上下文中進(jìn)行了描述，其他實(shí)施方式也可以表現(xiàn)出這些優(yōu)點(diǎn)，并且不是所有的實(shí)施方式必須要展現(xiàn)這樣的優(yōu)點(diǎn)才落入本技術(shù)的范圍。因此，本公開(kāi)和相關(guān)聯(lián)的技術(shù)可以包括在這里沒(méi)有明示或描述的其他實(shí)施方式。