無人機配置和用於無人機內燃機的電池增大，以及相關的系統和方法與流程

2023-06-30 06:14:37

本申請要求於2014年3月13日提交的申請號為61/952,675，名稱為「BATTERY AUGMENTATION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS(用於內燃機的電池增大，以及相關的系統和方法)」的美國臨時專利申請的權益，以及要求於2014年8月14日提交的申請號為62/037021，名稱為「BATTERY AUGMENTATION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE，AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS(用於內燃機的電池增大，以及相關的系統和方法)」的美國臨時專利申請的權益，以上兩者都通過引用以其整體併入本文。

技術領域

本公開大體涉及用於驅動電機的直流(DC)電源，並尤其涉及用於具有多個旋翼的無人機(UAV)的直流電源。直流電源可被用於為各種無人機提供動力，包括具有可變傾角的機翼和多個旋翼的組合的無人機。

背景技術：

常規的用於多旋翼無人機的電源通常是直流(DC)電池。然而，大多數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航能力，並且對於無人機不能保持長距離出行。由現有的多旋翼運載工具(vehicles)使用的其它替代的動力源引入了額外的問題，如在提供給旋翼的功率中的不可預測的波動，從而造成飛行的不穩定。

概述

直流電源系統(例如，無人機的發電機組子系統)被公開，其利用高能量密度液體燃料以增加多旋翼運載工具的行駛續航能力。所公開的直流電源系統包括輕便和高功率的能量轉換管線以驅動電子傳動系統。能量轉換管線至少部分地由液體燃料提供動力。在至少一個實施方式中，能量轉換管線包括內燃機(ICE)和無刷直流(BLDC)交流發電機。所公開的直流電源系統的實施方式還包括具有一個或多個電池的電池模塊。所公開的直流電源系統的實施方式提供了穩定的直流電壓，以在各種操作模式下驅動多個旋翼，包括發動機啟動模式、僅有發電機模式、基於發電機的波動緩和模式、具有自動電池增大的發電機模式、具有輔助增大的發電機模式、僅有電池的模式，或它們的任意組合。

所公開的直流電源系統可以實現同時使用內燃機和一組電池的混合動力運載工具電源。此實現優於傳統的「串聯」的混合電源，其中內燃機為電池充電，並且電機僅由電池供給的電力來驅動。這種實現也優於作為彼此的「替代品」操作的傳統的混合電源，即電機是由ICE驅動或由電池驅動。

本公開的一些實施方式具有除了或替代以上所述的其它的方面、元素、特徵和步驟。這些潛在的增加和替換中的若干在整個說明書中的其餘部分中被描述。

附圖說明

圖1A是根據至少一些實施方式的多旋翼運載工具的代表性系統的架構的框圖。

圖1B是代表性的運載工具的一部分的視圖，在其上可以安裝在此公開的系統的實施方式。

圖2是根據至少一些實施方式的運載工具的航空電子子系統的代表性的系統架構的框圖。

圖3是根據至少一些實施方式的運載工具的發電機組子系統的代表性的系統架構的框圖。

圖4是根據至少一些實施方式的在地面發動機啟動模式下的圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。

圖5是根據至少一些實施方式的在飛行中發動機啟動模式下圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。

圖6是根據至少一些實施方式的在僅有發電機的模式下的圖3的發電機組子系統的電流流動的視圖。

圖7是根據至少一些實施方式的在波動緩和模式或電池增大模式下的圖3的發電機組子系統中的電流流動視圖。

圖8是根據至少一些實施方式的在僅有電池的模式下的圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。

圖9是根據至少一些實施方式的在電池充電子模式下的圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。

圖10是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機組子系統中的電機-發電機控制器的代表性的系統結構的框圖。

圖11是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統中的電機-發電機控制器內的相位控制器的第一代表性電路圖。

圖12是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內的相位控制器的第二示例性電路圖。

圖13是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內的增大控制器的第一代表性電路圖。

圖14是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統中的電機-發電機控制器內的增大控制器的第二示例性電路圖。

圖15是根據本技術的實施方式被配置的具有與發電系統結合的提升旋翼和軸向推力旋翼的運載工具的部分示意性俯視圖。

圖16是根據本技術的實施方式的具有多個提升旋翼、牽引旋翼和動態地可修改的機翼幾何形狀的車輛的運載工具的部分示意性俯視圖。

圖17是具有通常類似於上述參考圖16的配置，而不包括牽引旋翼的空中運載工具的部分示意性俯視圖。

圖18是根據本技術的另一實施方式的具有動態地可修改的機翼和提升旋翼吊艙的空中運載工具的部分示意性俯視圖。

圖19是根據本技術的實施方式的具有與發電系統結合的動態地可修改的提升旋翼吊艙的空中運載工具的部分示意性俯視圖。

圖20是根據本技術的又一實施方式的具有固定機翼和可移動的旋翼吊杆的的空中運載工具的部分示意性側視圖。

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

圖22是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內相位控制器的第三示例性電路圖。

圖23是根據至少一些實施方式示出的健康監控系統的框圖。

附圖描繪各種實施方式僅用於說明的目的。本領域技術人員將容易地從以下討論中認識到在此說明的結構和方法的替代實施方式可以在不脫離在此描述的公開的原理的情況下被採用。

具體實施例

本技術一般涉及無人機(UAV)配置和用於無人機內燃機的電池增大。若干描述結構和過程的細節是公知的並通常與這些類型的系統和過程相關聯，但是其可能會不必要地模糊本發明公開的技術的一些顯著方面，為了清楚起見其並未在以下描述中闡述。此外，儘管下面的公開闡述了所公開的技術的不同方面的若干實施方式，各種其它的實施方式可以具有相較於在本部分描述的不同的配置和/或不同的部件。因此，所公開的技術可以包括具有額外的元素的其它實施方式，該額外的元素沒有在下面相對於圖1A-23被描述，和/或不具有在下面相對於圖1A-23描述的若干個元素。

下面描述的技術的若干實施方式可以採取計算機可執行指令的形式，包括由可編程計算機和/或控制器執行的程序。例如，涉及供電、控制、飛行和/或其它操作UAV的方法的實施方式可以通過計算機可執行指令被實施。相關領域普通技術人員將理解，該技術可以在除了那些下面描述的計算機和/或控制器系統上實施。所公開的技術可以在專用計算機、控制器或專門編程的數據處理器中被體現，其被配置或構造成執行一個或多個計算機可執行指令。因此，在本文中使用的術語「計算機」和「控制器」是指任何合適的數據處理器並可以包括網際網路設備和手持裝置(包括掌上型計算機、可穿戴計算機、蜂窩或行動電話、多處理器系統、基於處理器的或可編程的消費電子產品、網絡計算機、小型計算機等等)。由這些計算機處理的信息可在任何合適的顯示介質處被呈現。

技術還可以在分布式環境中實現，其中任務或模塊通過經由通信網絡被連結的遠程處理裝置執行。例如，在根據本公開的系統中的控制器可以與系統中的其它部件連結並控制系統中的其它部件。在分布式計算環境中，程序模塊或子程序可以位於本地和遠程存儲器存儲裝置中。下面描述的技術的各方面可被存儲或分布在計算機可讀介質上，包括磁性或光學可讀或可移動計算機磁碟，以及電子分布在網絡上。

1.0概述

本公開內容描述了無人機配置和電源系統以向無人機使用的內燃機提供電池增大。在一些實施方式中，所公開的無人機配置包括電池增大系統，以及在其他實施方式中，所公開的無人機配置不必包括所公開的電池增大系統。同樣地，所公開的電池增大系統可以在除以下描述以外的無人機配置上被實現。在一般情況下，本公開的電池增大方面根據下面的標題2.0-8.0被描述，並且進一步的無人機配置是根據標題9.0被描述。

2.0多旋翼運載工具系統

圖1A是根據至少一些實施方式的多旋翼運載工具100的代表性系統的架構的框圖。代表性的運載工具平臺在圖1B中被示出。例如，多旋翼運載工具可以是採用八個電驅動的固定螺距的旋翼的旋轉翼。如本文所使用的，術語「旋翼」被用於包括旋翼、螺旋槳和任何其它合適的旋轉葉片或葉片型結構，其通過與周圍的流體介質的相互作用向運載工具施力。該多旋翼運載工具可以包括多個子系統。該子系統可以包括航空電子子系統102、發電機組子系統104、一個或多個電子速度控制器(ESC)106(例如，具有8個旋翼的運載工具中的8個控制器)，以及驅動一個或多個旋翼110(例如，螺旋槳)的一個或多個驅動電機108。在一些實施方式中，驅動電機是「耦接」到旋翼/螺旋槳。即，驅動電機適用於在能夠被耦接到旋翼/螺旋槳的結構。

多旋翼運載工具100可以包含一個或多個航空電子電池112和一個或多個運載工具電池114。一個或多個(例如，所有的)驅動電機108和旋翼110的組合可以由專用電子速度控制器(ESC)106中的一個提供的三相交流(AC)電源供電。

ESC 106可以由共同的直流電源總線(以下稱「直流電機總線116」)供電。該直流電機總線116是由發電機組子系統104供電的，其主要作用是通過微控制器管理的電機-發電機轉換管線以將液體燃料轉換為直流電力。發電機組子系統104可以包括微控制器來管理電機-發電機轉換管線。由每個ESC 106、驅動電機108，和旋翼110的組合產生的推力可以通過使用脈衝寬度調製(PWM)編碼的控制信號的專用的、單向串行鏈路被控制，被連接到航空電子子系統102。

圖1B是代表性的運載工具的一部分的視圖，如多旋翼運載工具100，在其上可以安裝在此公開的系統的實施方式。

圖2是根據至少一些實施方式的用於運載工具(例如，圖1的多旋翼運載工具100)的航空電子子系統200的代表性的系統架構的框圖。例如，該航空電子子系統200可以是圖1A的航空電子子系統102，或者是圖1A的航空電子子系統102的一部分。

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

大多數多旋翼運載工具既不是動態地也不是靜態地穩定，因此需要活動的飛行穩定性。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)的操作代碼內的模塊。航空電子控制器220可以被連接到運載工具的ESC，從而控制由每一個驅動電機/旋翼組合所產生的推力，並提供穩定的飛行。

該飛行控制器202可以使用六軸加速計陣列222以確定每個電機/支撐物組合需要產生的特定的推力水平，以為了在三個旋轉軸和三個平移面上維持或改變所希望的加速度值。飛行控制器202也能夠保持預設運載工具方位(即，跨所有三個軸線保持零速度)。飛行控制器202可以由地面引航員(全手動遙控操作模式下)、自動駕駛儀(自主操作模式下)被命令，或從來自地面引航員和基於自動駕駛儀的增大(電子控制的操作模式下)的手動命令的組合被命令。該飛行控制器202從命令源的任何單個或組合處接收控制信息，該控制信息取決於哪個模式是活動的和/或是否航空電子子系統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：遙感收發器210(例如，通過進程間通信(TPC)的MAVLink接口208連接)；輔助遠程控制接收器212(例如，PWM鏈路)；以及來自自動駕駛模塊204的進程間通信(IPC)鏈路。

自動駕駛模塊204可以被包含在航空電子控制器220的操作代碼內。自動駕駛模塊204提供至少兩個功能，包括在自助飛行操作模式過程中存儲的飛行計劃的執行，以及在線控飛行模式操作模式過程中的GPS、氣壓測高和磁力計數據的集成。

自動駕駛模塊204可以被連接到GPS接收器214(例如，通過TTL串行鏈路)和磁力計216(例如，通過I2C鏈路)。自動駕駛模塊204可以通過其IPC鏈路被連接到氣壓傳感器218。運載工具外部，自動駕駛模塊204還可以經由MAVLink接口208(例如，IPC-連接接口)和遙測鏈路與控制站連接。自動駕駛模塊204可以通過PWM鏈路經由輔助遠程控制接收器212(例如，無線電接收器)進一步被連接到專用的遠程手持飛行控制器。

在航空電子子系統200中的所有航空電子設備的功能可以通過DC-DC轉換器206(例如，專用的DC-DC轉換器)供電。該DC-DC轉換器206由運載工具中的一個或多個航空電子電池供電。可替代地，DC-DC轉換器206也可以由發電機組子系統供電，如圖1A的發電機組子系統104或圖3的發電機組子系統。DC-DC轉換器也可以從發電機組子系統接收備用電源或電源增大。

圖3是根據至少一些實施方式的運載工具的發電機組子系統300的代表性的系統架構的框圖(例如，圖1的多旋翼運載工具100)。例如，發電機組子系統300可以是圖1的發電機組子系統104。發電機組子系統300實現了所公開的直流電源系統，其使得電池電源增大由內燃機(ICE)302生成的動力。在一些實施方式中，另一個基於燃料的動力源可以代替ICE 302。例如，基於燃料的動力源可以生成機械運動和將該機械運動輸入耦接至交流發電機306。

發電機組子系統300實現了能量轉換管線，其通過ICE 302和交流發電機306(例如無刷DC交流發電機)將液體燃料轉換成電能。交流發電機306可具有機械運動輸入和多相交流電流輸出。能量轉換管線可以具有轉換管線重量相對於能量密度的的高比率。此比率被稱為管線轉換效率(PCE)。發電機組子系統300可以有利地使用由微控制器308實現的複雜的電源管理系統控制的輕量級硬體。微控制器308接收監控傳感器鏈路以確定發電機組子系統300的狀態，並輸出各種控制鏈路，以調整發電機組子系統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。這種組合通過實施穩定ICE 302的DC電源輸出的方式使得ICE 302得以使用。發電機組子系統300能夠達到PCE的更高的水平，這統稱是傳統的電源管理系統所無法達到的。

所公開的車用內燃機302(例如，一個輕質ICE)以機械地驅動發電機306。例如，交流發電機306可以是多相交流發電機(例如，經由傳輸的交流發電機306。在至少某些情況下，ICE 302和交流發電機306都不必定適合於為電驅動多旋翼運載工具供電，這是由於它們產生的動力中的波動。但是，對於將液體燃料轉化為原始電能，ICE 302和交流發電機306是屬於密度(例如，瓦每磅)最高的部件。

為了獲得這些部件的優勢(例如，很高的轉換密度)，所公開的運載工具通過微控制器308實現控制模塊以仔細監控和積極控制ICE 302和轉換管線中的其它部件。

能量轉換管線可以始於為ICE 302加入燃料。微控制器308可以實現DC電機總線調節(MBR)模塊310，其控制ICE 302的電源輸出和旋轉頻率(每分鐘轉數(RPM))。直流MBR模塊310可以是由微控制器308實現的模塊，其執行存儲在微控制器308內或外部的永久數字存儲器上的數字指令。直流MBR模塊310控制ICE 302的點火、節流和燃料/空氣混合物。直流MBR模塊310還監控DC電機總線312和運載工具電池總線314上的電流和電壓，例如當啟動ICE 302時。

傳動器316可以機械地連接ICE 302和交流發電機306。交流發電機306可以是具有三個外相輸出的多相交流發電機，其名義上創建了三相交流電。每個外相連接可以被連接到交流發電機306內的多個內相。

交流發電機306的多相配置可以最大化交流發電機306的機械轉換效率(例如，根據瓦每單位轉矩)。但是，交流發電機306的這個配置可以產生AC電力，其包含高度複雜的波形，以及瞬態電感。

為了解決這些潛在的低效率，發電機組子系統300通過主動整流AC信號和通過電機-發電機控制器(MGC)318減少電感有關的電力調節缺陷，將AC供電轉換為DC電機總線312中的直流(DC)供電。MGC 318還可以補償在轉換的直流供電中的波動。

發電機組子系統300還可以通過使用交流發電機306作為ICE 302的啟動電機進行操作。為了便於操作的這個模式，交流發電機306的三個AC相被連接到MGC 318。MGC 318可以主動地由微型控制器308控制。該MGC 318可以提供複雜的交流供電的無損整流成直流電機總線312上的直流供電。MGC 318還可以提供同步的電抗(例如，功率因數校正)的主動和動態的消除並向交流發電機306提供三相電源以在ICE 302的啟動序列中驅動該交流發電機306作為電機。在瞬時功率缺失過程中和在ICE 302或交流發電機306完全故障過程中，MGC 318可以進一步使得運載工具的電池電源的動態集成成為可能(例如，運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還可以進一步提供早發電機組子系統300的DC輸出中的波動的主動緩和。

典型的無源整流器採用二極體，其在整流期間施加正向壓降。無源整流器的性質「剪切」下AC輸入電壓的峰值正好為正向壓降的量。作為一個示例，如果具有峰-峰值電壓為20V的單相AC信號被引入到橋式整流器(例如，4個二極體被配置為反向AC信號的「負」側)，所得的DC輸出的峰值將會是10V減去整流器中所使用的二極體的壓降。例如，對於典型的功率二極體，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)，導致約31％的功率損耗。這種效果在低電壓AC應用中特別顯著(例如，來自交流發電機306產生的交流電力)。

在交流發電機306生成低壓AC的實施方式中，在MGC 318的無源整流器的實現將會造成功率的減小，並且將會產生在無源整流器中的潛在的散熱問題(即，與二極體的壓降相關聯的功率損耗)。在這些實施方式中，MGC 318實現相位控制器以執行有源整流。在若干實施方式中，具有有源整流，而不是採用功率二極體，電晶體在每個相控制器中被用作二極體以最小化正向壓降(例如，參見圖11和12)。例如，電晶體可以是場效應電晶體(FET)或雙極型電晶體。作為具體的示例，FET可以是金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。作為另一個具體的示例，雙極型電晶體可以是絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)。每個電晶體可包括「體二極體」。通過打開電晶體(例如，向電晶體施加和是的柵極電壓)，MGC 318可降低電阻和體二極體的正向壓降。相位控制器的電晶體使得MGC 318能夠模仿基於二極體的整流器，而沒有功率損耗。在一些實施方式中，二極體仍作為相位控制器的一部分(例如，參見圖22)。

電阻的這種減少能夠通過每個FET中的N溝道的使用獲得，以消除FET的體二極體(例如，1.7V下降)的正向壓降。MGC 318在FET的體二極體導通的任何時候打開相應的FET的N溝道(通過向FET施加合適的柵極電壓)。MGC 318可以以至少兩種方式檢測體二極體是否導通。MGC 318可以包括在每個相位控制器中的電流分流器以感測體二極體的電流流動以及局部地流動(例如，在相位控制器內)。如果電流流動指示體二極體導通，合適的柵極電壓被施加到相應的FET以將FET轉變為飽和狀態。在其它實施方式中，交流發電機306的AC相位輸出由微控制器308監控。至少部分基於來自交流發電機306的監控的電壓，該微控制器308可以驅動相應的FET的柵極電壓變為飽和狀態(例如，通過確定所監控的電壓相對於DC電機總線312是否會造成體二極體導通)。

由於飽和的FET能夠以非常低的功率損耗傳到電流，以上描述的整流過程可以被認為是「無損耗整流」。這個特徵是有利的，因為FET可以表現的像二極體，具有幾乎不可測量的低正向壓降，從而防止通過正向壓降所造成的功率損失。

發電機組子系統300可以在不同的操作模式下進行操作。例如，這些操作模式可以包括發動機啟動模式、僅有發電機的模式、具有波動緩和的發電機模式、具有電池增大的發電機模式以及僅有電池的模式。在交流發電機306正在產生電力的任何時候，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電機的模式、具有波動緩和的發電機模式、以及具有電池增大的發電機模式以及僅有電池的模式。

在交流發電機306產生電力的任何時間(例如，僅有發電機的模式、具有波動緩和的發電機模式、以及具有電池增大的發電機模式)，MGC318能夠提供來自交流發電機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。

該發電機組子系統300還可以包括電機總線監控器320、電池充電器322、燃料箱324、電池監控器326，和電池總線開關328。該電機總線監控器320通過用於微控制器308的DC電機總線312監控電壓和電流流動。電池充電器322為運載工具電池114充電並監控運載工具電池114。燃料箱324儲存燃料用於ICE 302。電池監控器326通過用於微控制器308的DC電池總線314監控電壓和電流。電池總線開關328連接零個或多個運載工具電池114到電池總線314(零表示沒有任何電池連接到電池總線314)。

圖4是根據至少一些實施方式的在地面發動機啟動模式下的圖3的發電機組子系統300內的電流流動的視圖。在此模式下，微控制器308起初監控電池總線314(標記為「VBATTERY」)和燃料水平(標記為「LEVELFUEL」)，以確保兩者都足以讓ICE 302啟動。

然後微控制器308命令三相電源(換向直流)通過控制信號的組合(例如，控制電壓低信號和控制電壓高信號，被分別標記為「CTRLVL」、「CTRLVH」)被引導向交流發電機306至MGC 318。為了響應，MGC 318生成3相換向直流電源。微控制器308還通過到ICE 302的控制信號(分別標記為「PWMTHROTTLE」和「PWMMIXTURE」)控制ICE 302的發動機油門和ICE 302的燃料混合物。

傳感器信號可以被反饋回微控制器308。例如，發動機轉速(例如，RPM，被標記為「RPMENGINE」)、廢氣溫度(被標記為「TEMPEGT」)、氣缸頭溫度(被標記為「TEMPCHT」)，以及電池總線電流(標記為「CBATTERY」)可以由微控制器308監控。電池充電可以被用作ICE 302的啟動轉矩的代理。傳感器信號可以關閉ICE 302啟動序列的反饋迴路。

因為當運載工具在地面上以及當運載工具在飛行時ICE 302可以被啟動。圖4描繪了當在地面上啟動ICE 302時發電機組子系統300的電流流動狀態。一個或多個運載工具電池(例如，運載工具電池114)可在此模式下使用。圖5是根據至少一些實施方式的在飛行中發動機啟動模式下圖3的發電機組子系統300內的電流流動的圖示。在這種模式下，直流電機總線312由MGC 318(例如，MGC 318的增大控制器)激勵。直流電機總線312提供動力，從而使運載工具的驅動電機(例如，驅動電機108)推動運載工具。同時MGC 318可以換向功率至交流發電機306，使交流發電機306可以啟動ICE 302。例如，被用於整流其它模式的來自交流發電機306的AC電力的相位控制器可以現在被用於傳送功率至交流發電機306。

3.0發電機組系統操作模式

3.1僅有發電機的模式

圖6是根據至少一些實施方式的在僅有發電機的模式下的圖3的發電機組子系統300的電流流動的視圖。在僅有發電機的模式下，運載工具的所有動力均由交流發電機306提供。在此模式下，微控制器308可以主動地管理ICE 302的轉矩產生，以及MGC 318的各種功率調節功能。

微控制器308監控DC電機總線312處的電壓(通過標識為「VMOTOR」的傳感器鏈路)。該微控制器308還可以管理ICE 302的轉矩輸出(通過標有「PWMTHROTTLE」的控制器鏈路)。微控制器308還管理ICE 302的效率，通過監控廢氣溫度(通過標記為「TEMPEGT」的傳感器鏈路)作為燃燒效率反饋迴路來優化混合物。通過交流發電機306提供的AC功率的整流由MGC 318提供，通過自主或輔助的模式提供。

圖7是在至少一些實施方式中的波動緩和模式或電池增大模式下的圖3的發電機組子系統300中的電流流動視圖。

3.2具有波動緩和模式的發電機

在波動緩和模式下的操作可以等同於僅有發電機的模式，除了一個或多個運載工具的電池被MGC 318使用以在輸出到DC電機總線312之前從整流的輸出功率中去除波動。在一些實施方式中，增大控制器是可配置的，以防止當DC電機總線312的第一電壓下降到低於電池總線314的第二電壓時來自DC電機總線312的直流電流流入到電池總線314中，並允許電流從電池總線314流到DC電機總線312。

此操作模式的一個特徵是在MGC 318內的增大控制器的功能的結合，以及微控制器308的交流發電機306的輸出的調節。在波動緩和模式中，微控制器308監控在電池總線314上的額定電壓並且利用那個來控制ICE 302的油門。通過ICE 302的油門控制，該微控制器308可以確保來自整流過程的DC波動的峰值電壓(例如，通過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電機產生比在電池組中的電池的額定電壓更少的電壓。

因此，在整流過程的輸出中的DC波動中的瞬時低谷期間，增大控制器將電池總線314連接到DC電機總線312。這種連接有效地利用來自電池總線314的功率「填補」在DC輸出中的低谷，並且創建了從MGC 318到DC電機總線312的基本上沒有波動的輸出。

標記為「SELECTBAT」的控制鏈路允許微控制器308選擇哪個運載工具電池應該被用於這個模式。微控制器308可以選擇一個或多個運載工具電池。例如，微控制器308可以使用一個電池用于波動緩和以及對另一個電池用來自DC電機總線312的DC功率進行充電。

3.3具有電池增大模式的發電機

在這種模式下的操作可以等同於僅有發電機的模式，除了一個或多個運載工具電池114被MGC 318使用以增大由交流發電機306提供的功率。當在此模式下操作時有兩個增大子模式，包括自動增大和選擇增大。

3.3A自動增大子模式

當運載工具需要的電力比交流發電機306可以提供的電力更多時，子模式被使用。這個子模式可以由ICE 302、傳動器316，或交流發動機306中的一些部件的毀滅性故障所觸發，或由於異常/極端飛行狀況而造成的瞬時功率不足所觸發。該子模式也可以從微控制器308被控制。在一些實施方式中，當在該子模式中，ICE 302的油門處於最大值，並且增大控制器調整功率從電池總線314到DC電機總線312的傳輸，從而用電池功率增大交流電動機306的功率輸出。

該增大控制器可以實現這種調節，通過利用DC電機總線312和電池總線314之間的電壓差以從電池調節增大，從而儘可能多的來自交流發電機306的功率由運載工具驅動電機使用(例如，驅動電機108)，因此船舶的電池使用被僅限在所需要的高於由交流發電機306提供的最大功率內。

在具體的實施方式中，每當在直流電機總線312上的電壓(例如，由交流發電機306和整流過程產生的均方根(RMS)電壓)下降到低於電池總線314的電壓時，該增大控制器引導功率從電池總線314到直流電機總線312。相反地，當系統負載減小使得由交流發電機306和整流過程產生的RMS電壓上升到高於電池總線314的RMS電壓時，該增大控制器停止在直流電機總線上增大功率。

3.3B選擇增大子模式

這個子模式允許微控制器308來命令一個或多個運載工具電池114以貢獻電流的一設定量至直流電機總線312。當一個或多個ICE 302的熱量限制已經達到時(例如，廢氣溫度限制或氣缸頭溫度限制)，這個子模式可以被用於減少在ICE 302上的功率負載。

此子模式結合了增大控制器的功能和微控制器308的電壓從交流發電機306輸出到整流過程的調節。當在該子模式下操作時，微控制器308管理ICE 302的油門控制，例如，確保從電池總線314所測量的電流(通過標記有「CBATTERY」的傳感器鏈路)保持在設定的電流貢獻水平。

如果「CBATTERY」下降到低於所選擇的設定點，ICE 302的油門被減小，從而減小到交流發電機306的轉矩。反過來，從整流過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機總線312和電池總線314之間的電壓失衡，最終使得在直流電機總線312處的電壓相對於在電池總線314處的電壓降低。直流電機總線312處的電壓的下降導致從電池總線314通過增大控制器到直流電機總線312的電流貢獻的增加。

相反，如果「CBATTERY」上升到高於選擇的設定點之上，ICE 302的油門被增大，從而增加從MGC 318中的整流過程輸出到增大控制器的RMS電壓。這增加了在直流電機總線312和電池總線314之間的電壓失衡，使得直流電機總線312相對於電池總線314上升。這種上升最終降低了從電池總線314通過增強控制器到直流電機總線312的電流貢獻。

3.4僅有電池的子模式

圖8是根據至少一些實施方式的在僅有電池的模式下的圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。這種模式可以被認為是上述的自動增加子模式的一種特殊情況，其是當交流發電機306無電可用時使用。這種模式可以通過ICE 302、傳動器316或交流發電機306中的部件的故障所觸發，或通過來自微控制器308的命令來觸發。

由於具有自動增大子模式，當在僅有電池的模式下時，增大控制電池總線314將電池總線314連接到直流電機總線312。這確保了電池總線314提供直流電機總線312所需的所有電能以驅動驅動電機(例如，驅動電機108)。

3.5電池充電子模式

圖9是根據至少一些實施方式的在電池充電子模式下的圖3的發電機組子系統內的電流流動的視圖。在具體的實施方式中，在交流發電機306正在產生電力的任何時間，一個或多個運載工具電池114可以被充電。當所有的運載工具電池114被充電時，無電池增大模式是可用的。

如果僅是運載工具電池114的一個子集被充電，那麼一個或多個其他電池可被用於使得任何電池增大模式啟用，並從而確保足夠的電池充電水平可以被維持。這使得電池充電發生在甚至是當波動抑制或電池增大是必要或有益時，充電過程中，即使期間出現波動時，抑制或增大電池的必要或有益的。圖9描繪了發電機組子系統300可用的許多電池充電模式排列中的一個。在這個示例中，第一電池被用於電池增大模式中的一個，第二電池正在被充電。

圖10是在至少一些實施方式中的在運載工具的發電機組子系統中的電機-發電機控制器(MGC)1000的代表性的系統結構的框圖。例如，電機-發電機控制器(MGC)1000可以是在發電機組子系統300中的MGC 318。

MGC 1000提供交流發電機(例如，圖3的交流發電機306)的交流發電機相位1002和DC電機總線1014(標記為「VMOTOR」)和運載工具的電池總線1012(標記為「VBATTERY」)的其中之一或兩者之間的發電機組子系統內的直接連接。交流發電機相位1002可作為來自交流發電機的輸入或輸出，這取決於發電機組子系統的操作模式。

該MGC 1000至少包括耦接到交流發電機相位1002中的一個的相位檢測器1004。該相位檢測器1004可以將標記為「PHASEDETECT」的傳感器連結發射回發電機組子系統的微傳感器(例如，圖3的微傳感器308)。傳感器連結可以報告來自交流發電機的或到交流發電機的AC相位的進展。例如，由於交流發電機相位1002的相位差是恆定的，確定交流發電機相位1002的一個的AC相位使得微控制器能夠在任何給定時間確定其它交流發電機相位1002。相位檢測器1004向微控制器提供了交流發電機的旋翼的角參考點。

MGC 1000還具有多個相位控制器，其被耦接到交流發電機相位1002，例如兩個相位控制器每相位。對於三相交流發電機，MGC 1000可以包括六個相位控制器，包括高側相位控制器(例如，相位控制器1006a、1006b，和1006c，統稱為「高側相位控制器1006」)和低側相位控制器(例如，相位控制器1008a、1008b，和1008c，統稱為「低側相位控制器1008」)。

DC電機總線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。高側相位控制器1006的每一個可以被耦接到DC電機總線1014的較高電壓線，以及低側相位控制器1008可以被耦接到DC電機總線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，並且被耦接至DC電機總線1014的另一側，使一些DC電流從電池總線1012流至DC電機總線1014，在MGC 1000和/或發電機組子系統的一些操作模式中。

在圖示的例子中，存在總數為六個的相位控制器在MGC 1000中。每個交流發電機相位(例如，標為「U」、「V」和「W」)被連接到一組相位控制器。這些交流發電機相位1002的每一個具有相位控制器(例如，高側相控制器1006中的一個)，其被連接到DC電機總線1014的正側，以及相位控制器(例如，低側相位控制器1008中的一個)被連接到DC電機總線1014的地面。

在具體的實施方式中，在交流發電機306產生功率的任何時間，發電機組子系統300提供那個功率的整流，從而提供DC電源至運載工具。所有的六個相位控制器1006和1008可以以至少三個模式中的至少一個在一起操作：發動機起動模式、自動整流模式，和輔助整流模式。發電機組子系統的微控制器可以經由控制鏈路指示相位控制器處於特定的操作模式(例如，在圖10中標註為「MODER」)。

3.6發動機啟動模式

在發動機起動模式中，每個相位控制器1006和1008作為高速和低阻抗開關，使電流從其DC電機總線1014的其各自一側流到其各自的交流發電機相位。切換是由發電機子系統的微控制器通過單個的控制線1016控制的(例如，用於每個相位控制器1006和1008，標記為「CTRLUH」，「CTRLUL」，「CTRLVH結」，「CTRLVL」，「CTRLWH」和「CTRLWL」)。

該控制線使發電機子系統的微控制器連接地面或任何發電機相位1002。通過這個，相位控制器1006和1008在發動機啟動模式過程中向交流發電機提供換向功率。

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自交流發電機(例如，交流發電機306)的AC電源的整流，而無需外部控制流程。在這種模式下，每個相位控制器1006和1008作為具有非常低的正向壓降的二極體(例如，低於1毫伏)。其結果是，六個相位控制器1006和1008可以表現為類似於或與三相橋式整流器相同，除了沒有任何有意義的壓降。

如二極體一樣，當高側相位控制器1006感覺到在它們各自的交流發電機相位1002上的正斜率過零點時，高側相位控制器1006連接到各自的交流發電機相位1002至DC電機總線1014的正極側。以類似的方式，當低側相位控制器1008感覺到它們各自的交流發電機相位1002上的負斜率過零點時，低側相位控制器1008連接到各自的交流發電機相位1002至DC電機總線1014的接地側。

4.2輔助整流

當交流發電機的特性和系統負載創建了超過了電子速度控制器的補償的容量的同步電抗(例如，由運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，此整流模式被使用。也就是說，當組合的負載的功率因數下降低於個體的功率因數太多時，微控制器指示相位控制器1006和1008執行輔助的整流。

在此模式下，每個相位控制器1006和1008充當高速和低阻抗開關，使電流從DC電機總線1014的其各自的交流電動機相位流到DC電機總線1014的其各自一側。切換是由發電機子系統的微控制器通過單個的控制線1016控制的。在輔助的整流過程中，微控制器可以使用來自相位檢測器1004的相位指示以確定所有的相位控制器切換的定時。

一旦微控制器確定相位控制器切換的定時，微控制器可以基於切換提供確切的「過零」。這種類型的切換可以提供如自主整流模式一樣的整流特性。微控制器還可以實現「離軸」切換(例如，提前過零)。微控制器在功率因數校正模式過程中實現「離軸」切換。

微控制器可以在過零之前選擇性地切換一些相位控制器1006和1008，以在瞬態感應期間的過程中斷開交流發電機相位1002(例如，在每個功率周期的後半部分期間星形連接的交流發電機架構所發生的)。通過在呈現在相位中的感應之前斷開相位，相位純電感被減小。這種類型的切換增加了相位的功率因數，從而減小了感應電壓和電流相位增量。

5.0增大控制器模式

增大控制器1010可以在至少三個模式下工作，包括發動機啟動模式、輔助增大模式和隔離模式。

5.1發動機啟動模式

在這種模式下，增大控制器1010將DC電機總線1014直接連接到電池總線1012，使在發動機啟動過程中電池電源流動通過各個相位控制器1006和1008至交流發電機(例如，通過交流發電機相位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體(例如，低於1毫伏)，每當在DC電機總線1014上的電壓下降到低於電池總線1012的電壓時，允許電流從電池總線1012流到DC電機總線1014。

微控制器可以選擇輔助增大模式用於增大控制器1010，當發電機組子系統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)。在這些發電機組子系統模式中，微控制器可以調節交流發電機的RMS電壓輸出(例如，通過控制發電機子系統中的ICE)作為其對於這些增大模式的主要的控制機制。例如，微控制器可以通過控制與交流發電機耦接的內燃機的節流來調節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，當發電機組子系統處於僅有發電機模式下。這使得在來自交流發電機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、一個或多個電池，或電池開關的故障)。隔離模式禁用由輔助增大模式提供的自動電池備用功能，並使得運載工具易遭受功率損失事件。

6.0基於電晶體的相位控制器的示例

圖11是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統中的電機-發電機控制器內的相位控制器1100的第一代表性電路圖。例如，電機-發電機控制器可以是在圖3的發電機子系統300內的MGC 318。電機-發電機控制器可包括圖3的微控制器308。所示的一對相位控制器1100包括高側相位控制器和低側相位控制器。

該相位控制器1100被耦接到交流發電機相位1102，其被標記為「BLDC MPhase」，DC電機總線1104被標記為「VMotor_Bus」，電池總線1106被標記為「VbatteryD」。交流發電機相位1102是雙向連接至來自交流發電機的相位中的一個。交流發電機相位1102可以是圖10的交流發電機相位1002中的一個。DC電機總線1104可以是圖3的DC電機總線312或圖10的DC電機總線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被進一步連接到來自發電機子系統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，包括高側相位控制鏈路1108、低側相位控制鏈路1110、高側功率因數校正(PFC)啟用鏈路1112，以及低側PFC啟用鏈路1114。

該相位控制器1100包括兩對電流開關，例如場效應電晶體，對應於高側相位控制器和低側相位控制器。例如，高側PFC開關1116和高側控制開關1118對應於高側相位控制器，以及低側PFC開關1120和低側控制開關1122對應於低側相位控制器。

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PFC開關1116和低側PFC開關1120打開。在輔助整流模式中，微控制器可以同時打開和關閉高側PFC開關1116和高側控制開關1118，並且同時打開和關閉低側PFC開關1120和低側控制開關1122。

6.1用於基於電晶體的相位控制器的自主整流模式

該相位控制器1100包括耦接到交流發電機相位1102的電流檢測電路1124。該電流檢測電路1124確定是否高側控制開關1118的體二極體正在流動，或者是低側控制開關的體二極體1122正在流動，並指示哪個體二極體是流過標記為「VGateAutoHi」和「VGateAutoLo」的電壓端。

門控制電路1126從電流檢測電路1124接收到這樣的指示。如果是高側控制開關1118的體二極體，那麼較高的電壓被施加到高側控制開關1118的柵極，如果是低側控制開關1122的體二極體，那麼較高的電壓被施加到低側控制開關1122的柵極。

6.2用於基於電晶體的相位控制器的輔助整流模式

輔助整流模式由PFC驅動電路1128啟用。PFC驅動電路1128通過高側PFC啟用鏈路1112和低側PFC啟用鏈路1114驅動。這些控制鏈路允許微控制器在通過微控制器確定的瞬態感應期間與交流發電機相位1102斷開。通過在感應被呈現之前斷開交流發電機相位1102，交流發電機相位的淨電感減小。

6.3用於基於電晶體的相位控制器的發動機啟動模式

如圖10中所描述的，當發電機組子系統處於發動機啟動模式時，電池總線1106被連接到相位控制器1100並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，使得每對相位控制器1100發送換向的直流電源至交流發電機的三個相位的每一個。這使得相位控制器1100對能夠將交流發電機作為BLDC電機運行。

圖12是在至少一些實施方式中的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內的相位控制器1200的第二示例性電路圖。相位控制器1200類似於圖11的相位控制器1100，除了電流檢測電路1124被第一電流檢測電路1224和第二電流檢測電路1225替代。第一電流檢測電路1224可以檢測通過高側控制開關1118的體二極體的電流流動，以及第二電流檢測電路1225可以檢測通過低側控制開關1122的體二極體的電流流動。電流檢測電路1224和1225可以分別由整流器晶片實現。每個整流器晶片可耦接到各自的控制開關的漏極端和源極端，以確定體二極體是否是有效的。電流檢測電路1224和1225然後可以輸出哪個體二極體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1250至發電機組系統的微控制器。相位輸出信號在圖12中被標記為「BLDC Phase Out」。相位輸出信號是輸出到微控制器以指示交流發電機相位1102的相位，當相位控制器1200在發電機模式下時。在一些實施方式中，只有三對相位控制器1200中的一對具有該輸出。例如，相位控制器的「U」形對具有此輸出。電壓定標器可以被用來使相位輸出信號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1250也可以供給到電壓比較器以向微控制器發送方形脈衝，每當交流發電機相位1102經過每30度旋轉的增量時。在任何一種情況下，相位輸出信號1250允許微控制器來感測在微控制器引導的「輔助整流模式」過程中，微控制器何時應該為每對相位控制器1200切換各種相位控制器控制鏈路1108和1110。

7.0基於二極體的相位控制器的示例

圖22是在至少一些實施方式中的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內相位控制器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類似的功能。相位控制器2200包括電機總線端2202，ESC端2204(例如，分別被耦接到圖1的多個ESC 106)，交流發電機相端2206(例如，分別被耦接到永磁同步電機的不同相位，如圖11的交流發電機相位1102)，或者電池總線端2208。電機總線端2202被耦接到運載工具的電機總線(例如，圖3的DC電機總線312)。電機總線端2202可並行耦接至三相整流電路2210。三相整流電路2210可以包括三組二極體對。相位控制器2200包括三個繼電器2212。如圖22所示，每個繼電器2212可以分別被耦接到ESC端2204，分別被耦接到交流發電機端2206，以及分別被耦接到三相整流電路2210的二極體對之間的節點。

圖13是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統的電機-發電機控制器內的增大控制器1300的第一代表性電路圖。例如，電動機-發電機控制器可以是在圖3的發電機組子系統300中的MGC 318。電機-發電機控制器可以包括微控制器，例如圖3的微控制器308。而在一些實施方式中增大控制器1300可以被建模為二極體，下面的第一示例性電路圖示出了容忍高電壓下降/瓦數耗散的增大控制器的實施方式(例如，5kA-6kA耗散)，而二極體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增大控制器1300有效時能夠進行檢測，以提供反饋至微控制器。

增大控制器1300被耦接到被標記為「Vmotor」的DC電機總線1302、標記為「Vbattery」的電池總線1304、被標記為「active」的有效指示器控制鏈路1306。DC電機總線1302可以是圖3的DC電機東線312或圖10的DC電機總線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在當增大控制器1300是有效時保持電壓的第一範圍(例如，當超過閾值(諸如零電流)的電流從電池總線1304流到DC電機總線1302時)。有效指示器控制鏈路1306保持電壓的第二範圍，當增大控制器1300是無效時。

電流開關1308，例如電晶體，更具體的是場效應電晶體(例如，金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSEFT))，可被耦接在電池總線1304和DC電機總線1302之間。在一些實施方式中，電流開關1308可以是雙極型電晶體，例如絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)。電流開關1308可以包括體二極體，其使得當電流開關1308關閉時，一些電流從電池總線1304流至DC電機總線1302，但反之則不然。

該增大控制器1300包括電流檢測器電路1310。電流檢測器電路1310在這裡被示為通過運算放大器來實現的比較器。即，當電流從電池總線1304流至DC電機總線1302時，跨電池總線1304上的電阻的壓降可以由比較器來檢測。因此，該比較器和電流檢測器電路1310可通過在其輸出端保持第三電壓範圍來指示活動(即，電流從電池總線1304流過)。因此，該比較器和電流檢測器電路1310可以通過在其輸出端保持第四電壓範圍來指示非活動(即，沒有或很小的電流從電池總線1304流過)。例如，第四電壓範圍低於第三電壓範圍。

電流檢測器電路1310的輸出饋入電晶體驅動器電路1312。電晶體驅動器電路1312施加電壓至電流開關1308的柵極以打開電流開關1308，當電流檢測器電路1310的輸出指示是活動時允許更多的電流通過電流開關1308。

電流檢測電路1310的輸出還被耦接到定時器電路1314。定時器電路1314也可以具有第二端，其被耦接到有效指示器控制鏈路1306。當電流檢測器電路1310指示活動時，定時器電路1314可在有效指示器控制鏈路1306處維持電壓的第一範圍。當電流檢測電路1310指示非活動時，定時器電路1314可以在有效指示器控制鏈路1306處保持電壓的第二範圍。當電流檢測器電路1310以高於預設定的閾值的頻率(例如，約900Hz)在指示活動和非活動之間切換時，定時器電路1314可以在有效指示器控制鏈路1306處保持電壓的第一範圍。例如，當發電機子系統在波動緩和模式下操作時，根據來自整流過程的電壓波動的頻率，增大控制器1300和因此電流開關1308可以被打開和關閉。定時器電路1314向微處理器呈現「打開」狀態，甚至是在波動緩和模式過程中。

圖14是根據至少一些實施方式的在運載工具的發電機子系統中的電機-發電機控制器內的增大控制器1400的第二示例性電路圖。電機一發電機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是類似於圖3的增大控制器1300，除了增大控制器1400包括整流器晶片1410，而不是圖13的電流檢測器電路1310。增強控制器1400包括標記為「Vmotor」的DC電機總線1402、被標記為「Vbattery」的電池總線1404、被標記為「active」的有效指示器控制鏈路1406。DC電機總線1402可以是圖3的DC電機總線或圖10的DC電機總線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是類似於圖13的有效指示器控制鏈路1306。

電流開關1408，例如電晶體，更具體的是場效應電晶體，可被耦接在電池總線1404和DC電機總線1402之間。電流開關1408可以包括體二極體，類似於電流開關1408，其使得當電流開關1408關閉時，一些電流從電池總線1404流至DC電機總線1402，但反之則不然。

整流器晶片1410可以分別被耦接到電流開關1408源端和漏端。整流器晶片1410可以檢測電流開關1408的體二極體是否是有效的，通過監測源端和漏端。如果該體二極體是有效的，則整流器晶片1410輸出信號到電晶體驅動電路1412，類似於電晶體驅動電路1312，以指示該電晶體驅動電路1412到將導通電壓施加到電流開關1408的柵極，從而降低來自源端和漏端的電阻。

8.0飛行控制

圖23是根據至少一些實施方式示出的健康監控系統2300的框圖。健康監控系統2300可以在航空電子設備子系統200中實現，例如在飛行控制器202中。飛行控制器可以從自動駕駛模塊接收命令(例如，自動駕駛模塊204並將這些命令翻譯為信號至ESC(例如，圖1的ESC 106)。該飛行控制器可操作地被耦接到自動駕駛模塊204和ESC 106的至少一個，以基於來自自動駕駛模塊204的命令控制ESC。在至少一些實施方式中，飛行控制器也可以實施健康監控系統2300以防止和/或從運載工具的各種故障情形中恢復。

如果沒有健康監控系統2300，自動駕駛模塊可能沒有意識到故障(例如，在電機中或在其它控制電路中)已經發生，直到開始失去高度或開始失控(例如，如方向上變化所表現出的)。在這些情況下，即使是對自動駕駛模塊的10毫秒警告信息可以使得自動駕駛模塊保持高度和從故障中恢復。來自健康監控系統2300的預警的缺失，使得自動駕駛模塊可能不能夠從故障中恢復。

故障情景可以包括螺旋槳/旋翼的損壞、電機的軸承的損壞、電氣故障(例如，ESC)，或它們的任意組合。為了檢測這些旋翼情景，健康監控系統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，統稱為「溫度探針2302」)，電探針2306(例如，電流探針2306a和電壓探針2306b，統稱為「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於電機的基底(例如，圖1的驅動電機108)並且溫度探針2302b可被附接到或基本上鄰近於ESC(例如，ESC 106中的一個)。在一些實施方式中，健康監控系統2300可以僅包括單個溫度探針。在一些實施方式中，健康監控系統2300可以包括多於兩個溫度探針。在一些實施方式中，健康監控系統可以包括多對溫度探針，其中每對對應於每一對電機驅動器和ESC。健康監控系統2300可以使用來自溫度探針2302的度數以檢測至少一個ESC的電氣故障，或至少一個電機驅動器的軸承損壞。

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可以監控ESC的當前使用和檢測短路。電壓探針2306b可以檢測線路故障(例如，開路)。在一些實施方式中，健康監控系統2300可以包括多對電探針2306。例如，每對可對應於圖1的ESC 106中的一個。健康監控系統2300可以使用來自電探針2306的度數來檢測在一個或多個ESC處的電故障。

慣性傳感器2310可以是用於檢測機械振動的傳感器。例如，慣性傳感器2310可以是加速計或其它類型的運動傳感器。慣性傳感器2310可以被附接到或基本上鄰近於電機驅動器、旋翼/螺旋槳、旋翼的軸，或它們的任意組合。在一些實施方式中，健康監控系統2300可包括在每一組旋翼/螺旋槳/電機中的至少一個慣性傳感器2310。健康監控系統2300可以使用來自慣性傳感器2310的度數來檢測異常振動作為旋翼/螺旋槳/電機中的至少一個即將發生故障的先兆。例如，電機軸承的磨損或旋翼的損壞可能會導致異常的振動。

健康監控系統2300可以發送警告消息至自動駕駛模塊，以響應於檢測現有的或即將發生的故障。響應於該警告消息，自動駕駛模塊可以執行預防措施。例如，自動駕駛模塊可以關閉已被檢測到將已經故障或將要發生故障的螺旋槳/旋翼/電機/ESC組的一個或多個。對於另一示例，自動駕駛模塊可以實現已經被檢測到已經故障或將要發生故障的一個或多個螺旋槳/旋翼/電機/ESC組的功率減小。

健康監控系統2300可以提供直接和即時的反饋至飛行控制器和/或自動駕駛模塊，反饋其推進系統(例如，一組螺旋槳/旋翼/電機/ESC)已經發生故障。例如，健康監控系統2300可以確定單個旋翼操作、螺旋槳、電機和ESC的組合的某些部分已經發生故障。然後，健康監控系統2300可以在飛行控制器和/或自動駕駛模塊的飛行控制配置中實施使得從故障中更優雅的恢復。

在幾個實施方式中，自動駕駛模塊和/或飛行控制器可以在運載工具的姿態降級之前(例如，從水平飛行出發，或以其它方式被控制的飛行)，對推進系統(例如，沒有故障的推進系統)進行電源調整。當故障檢測依賴於高度或其他飛行數據時，這解決了飛行控制器無法恢復降級的飛行計劃的問題。健康監控系統2300不僅可以感知推進故障，也可以預測即將發生的推進的故障(如，由慣性傳感器2310檢測到的振動)。健康監控系統2300使飛行控制器和/或自動駕駛模塊在危險條件甚至是其發生前提前應用飛行控制規律。這使得運載工具有更多的時間計劃飛行恢復。作為一個示例，而不是等待直到推進模塊出現故障，飛行控制器和/或自動駕駛模塊可以被配置為降低提升功率，或者甚至關閉一個或多個推進模塊，在災難性故障之前。這些選項可以被激活，在預警的基礎上，響應於潛在的或即將發生故障的檢測。

在這些實施方式中，健康監控系統2300使得飛行控制器和/或自動駕駛模塊避免對飛行控制進行突然的(例如，並不總是成功的)調整，以補償故障。由健康監控系統2300保護的運載工具可以防止推進模塊(例如，提升模塊)出現故障的二級效應，其中包括可能的在飛機上的火災、由於支撐物/電片碎片對運載工具的損壞，和/或振動引起的結構損壞。

再次參看圖1-3和圖23，與其相關的部件和/或模塊的部分的每一個可以以專用電路的形式被實現，或者以一個或多個適當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現為在能夠有處理器或控制器執行的有型存儲存儲器上的指令。有形存儲存儲器可以是易失性或非易失性存儲器。在一些實施方式中，易失性存儲器可以被認為是「非暫時性的」，表示它不是暫時的信號。模塊可以是可操作的，當由處理器或其他計算設備執行時，例如，單板晶片、應用專用集成電路、現場可編程欄位陣列、能夠使用網絡的計算設備、虛擬機終端裝置、基於雲的計算終端裝置，或任何其組合。在圖中的存儲空間和存儲器可以用有形存儲存儲器來實現，包括易失性或非易失性存儲器。

每個模塊和/或組件可單獨地和獨立於其它模塊或部件操作。模塊的一些或全部可以在同一主機裝置上或在單獨的裝置上執行。單獨的裝置可以通過一個或多個通信通道被耦接在一起(例如，無線或有線通道)以協調它們的操作。一些或所有的部件和/或模塊可以被組合為一個部件或模塊。

單個部件或模塊可以被分成子模塊或子部件，每個子模塊或子部件執行單個部件或模塊的單獨的方法步驟或方法步驟。在一些實施方式中，至少一些模塊和/或部件共享到存儲空間的訪問。例如，一個模塊或組件可以訪問由其他模塊或部件訪問或轉換的數據。模塊或部件可以被認為是「耦接」到另一個，如果它們共享物理連接或虛擬連接，直接或間接地，能允許從一個模塊或部件訪問或修改的數據在另一個模塊或部件中被訪問。在一些實施方式中，至少一些模塊可以被遠程地升級或修改。在圖中所描述的系統可以包括額外的、更少的或不同的模塊用於各種應用。

所公開的技術的具體實施方式的一個特徵是，它們可以包括一組相位控制器，用於將來自交流發電機的多個AC相位整流為單個直流電壓。此特徵的一個優點是，相位控制器使得雙向的交流到直流的轉換。即，相位控制器可以將交流相位轉換成直流電壓，或者通過使用從電池提供的直流電壓對交流發電機換向。這一特徵的另一個優點是在整流過程中提供的交流相位的定時的斷開的能力，其允許外部的微控制器在整流過程中提供功率因數校正。另一個特徵是，該實施方式包括增大控制器。此特徵的一個優點是增加被提供到空中運載工具的電機總線的直流電壓的能力，通過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合。這一特徵的另一個優點是，從來自相位控制器的整流的電壓輸出中移除電壓波動的能力。又一特徵是該實施方式包括ICE以提供直流電源來驅動多旋翼運載工具的旋翼。此特徵的一個優點是，ICE通過利用高能量密度的液體燃料延長了多旋翼運載工具的耐力。

9.0無人機配置

圖1B，如上面所討論的，示出了代表性的運載工具，在其上根據圖1A和2-4的發電系統可以被安裝。在進一步的實施方式中，這樣的發電系統可被安裝在具有其它配置的空中運載工具上。例如，這種發電系統可以被安裝在具有四旋翼(而非八旋翼)的配置中。在更進一步的實施方式中，配置可以被實施，而不必然包括以上參考圖1A和2-14所描述的類型的發電系統，而可以包括其它發電系統。代表性的配置能夠在懸停和巡航模式下提供長航時飛行，並提供強大的垂直起飛和著陸的能力，並參考圖15-20描述如下。

圖15示出了具有載有機翼1520和尾部或尾翼1540的機身1510的空中運載工具1500。尾部1540可以包括被裝載在響應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，但是機翼1520可以包括合適的前緣裝置、後緣裝置、襟翼，和/或副翼，並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/或調整片。

運載工具1500可以包括多個螺旋槳或旋翼1532，其包括多個提升旋翼1532a，其可被用於向運載工具1500提供垂直起飛和著陸的能力。每個提升旋翼1532a(圖15中示出4個)可通過相應的電動電機1531驅動，並且可以通過相應的旋翼吊杆1533裝載。電機1531可經由發電系統1530供電。在特定的實施方式中，發電系統1530可以包括大體上類似於任何那些以上參考圖1A和2-14描述的配置，並且可以相應地包括被耦接到交流發電機的內燃機，其又轉而被耦接到一個或多個電機/發電機控制器、電池，和/或其它相關聯的特徵。

運載工具1500還可以包括一個或多個額外的旋翼，例如，尾部安裝的推進器旋翼1532b和/或機頭安裝的牽引旋翼1532c。在特定的實施方式中，所有上述旋翼是由電動電機驅動的，具有由發電系統1530提供的電源。在這種布置的相對簡單的的實施方式中，每個旋翼1532具有一個固定的幾何形狀，例如，固定螺距。

在操作中，提升旋翼1532a被激活用於垂直起飛。一旦運載工具1500已經實現了合適的高度，運載工具1500過渡到水平飛行。這可以通過增加由在船尾的一對提升旋翼1532a提供的推力和/或減小由正向的一對提升旋翼1532a提供的推力來實現。此過程使得飛機向前和向下傾斜，並使各提升旋翼1532a的推力包括水平分量。同時，推進旋翼1532b和牽引旋翼1532c被激活，以提供額外的向前推力分量。當運載工具1500在向前方向獲得加速，機翼1520提供升力。當機翼1520提供的升力增加時，提升旋翼1532a所需的升力降低。當提升旋翼1532a被停止時(例如，具有旋翼與飛行方向對齊使得減少拖拽)，當機翼1520提供所有所需的升力，以及牽引旋翼1532c和/或推進旋翼1532b提供所有所需的推力時，到向前飛行的轉換可以被完成。當空中運載工具1500從向前飛行轉換為懸停，然後從懸停轉換為垂直著陸時，前述步驟被顛倒。

在至少一些實施方式中，上述結構對於在垂直和水平飛行之間的轉換的過程中進行控制可以是困難的。特別是，當運載工具從垂直起飛轉換到水平向前飛行時，運載工具向前傾斜，以允許提升旋翼1532a在向前的方向提供推力矢量分量。然而，將運載工具1500向前傾斜減少了機翼1520的迎角，從而剛好在當機翼1520有望增加它們所提供的升力的時候減小了機翼1520生成升力的能力。相反地，在從向前飛行轉換到懸停的過程中(在準備垂直降落)，典型的步驟是切斷到任何軸向推力旋翼的電源(例如，推動旋翼1532b和/或牽引旋翼1532c)，並允許該運載工具的空速降低到該提升旋翼1532a可被激活的點。空中運載工具所需的將速度充分減小的時間和距離可以是難以預測和/或調整的(例如，在改變機翼條件中)，並且可以相應地使飛行器難以在不進行多次嘗試的情況下在預定的目標處精準地著陸。在其它實施方式中，下面進一步參照圖16-18進行描述，該配置可以包括機翼的幾何形狀可以是動態修改的、可變的，和/或可配置的，以解決上述缺點。

圖16示出了具有機翼1620、機身1610、尾部1640，和發電系統1630的空中運載工具1600。發電系統1630提供功率給牽引旋翼1632c和多個提升旋翼1632a。

在該實施方案的一個特定方面中，機翼1620可以被配置為改變方向和/或幾何形狀，以一種當空中運載工具1600在垂直和水平飛行之間轉換時考慮空中運載工具1600的不同傾斜姿態的方式。具體地，每個機翼1620可通過機翼接頭1621被耦接至機身1610，其允許機翼1620相對於機身1610移動。在一個具體實施方式中，機翼接頭1621是樞轉接頭並且可以相應地包括軸1623，其允許機翼1620相對機身1610旋轉，如箭頭W1和W2所示。樞轉點在一些實施方式中可以是在大約機翼1620的中間弦處，並且在其它實施方案中可以是在其它位置。機翼樞轉電機1622，其可以從發電系統1630接收電力，以適當的方向旋轉機翼1620。

在操作中，隨著空中運載工具1600從懸停轉換到水平飛行，飛行器向前傾斜(機頭朝下)，使得提升旋翼1632a沿著水平軸生成推力分量，如以上參照圖15所描述的。同時，機翼1620可在尾部方向樞轉，如箭頭W1所指示的，使得提供和/或保持適當的高迎角，甚至當機身1610向前傾斜時。其結果是，當牽引旋翼1632c被激活時，機翼1620將比它們被固定時更快地提供升力，並且以上述參考圖15所描述的方式向下傾斜。

當空中運載工具1600從向前飛行轉換到懸停時，前述的操作可以被顛倒。牽引旋翼1632c可以被停止，並且，隨著向前的空速下降，前方的一對提升旋翼1632a可以比在後方的提升旋翼1632a接收更多的能量。這將會導致運載工具將機頭向上傾斜，以及提供反向推力矢量，使得更快地為空中運載工具1600減速。此時，機翼1620可以向前傾斜，如箭頭W2所示，以避免失速，儘管機身1610有相對高的迎角。其結果是，運載工具1600可以以一種比參考圖15所述的方式更塊的和更可預測的方式減速並轉換到懸停。

在一個特定的實施方式中，空中運載工具1600的尾翼或尾部1640可以被特別配置成考慮機翼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和可旋轉的平尾1643，而不是具有可移動的升降舵的固定水平的安定面。因此，當機身1610在從水平飛行轉換和轉換到水平飛行過程中向上和向下傾斜，整個水平安定表面的迎角可以在很寬的角度範圍內被調整。特別是，每個平尾1643可被耦接到機身1610或具有軸的尾翼1644，並且可以通過相應的電機被驅動(沒有在圖16示出)，其反過來由發電系統1630供電。因此，平尾1643可以在飛行器的相對高的向上傾斜和向下傾斜偏移過程中提供充分的升降控制權限。

圖17是根據本技術的另一個實施方式配置的空中運載工具1700的部分示意性俯視圖。在該實施方式的一個具體的方面中，空中運載工具1700具有大致類似於參考上述圖16所述的結構，但缺少牽引旋翼1632c。相反，空中運載工具1700包括提升/推力旋翼1632d。這些旋翼可以具有通常類似於上面參考圖15和16所討論的結構，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。為了實現這個結果，機身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。機翼1620向後方樞轉，如箭頭W1示出的，以便提供提升，儘管機身1610的向下的傾斜姿態。

圖17所示的結構的一個預期優點是，它可以消除對牽引旋翼或推動旋翼的需要，同時仍然提供垂直起飛、垂直降落，並向前飛行的能力。相反地，如上參照圖16所述的結構的一個預期優點是，牽引旋翼1632c(和/或推進旋翼)可產生更大的向前的空速，這是由於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/或航時也可以通過減少阻力被增加，這可能是由圖17所示的機身1710的向前傾斜的姿態所導致的。

上述參照圖15-17所述的提升旋翼具有旋轉軸(即，旋翼旋轉所圍繞的軸)，其相對於無人機的機身是固定的。在其它實施方式中，旋轉軸相對於機身是移動。例如，圖18是根據本技術的進一步的實施方式被配置的具有可樞轉的或可移動的或可配置的旋轉吊艙1834的空中運載工具1800的部分示意性俯視圖。運載工具1800包括機身1810，其裝載了旋翼吊艙1834，除了機翼1820和尾部1840。旋翼吊艙1834的每個可包括提升/推力旋翼1832d對，其從發電系統1830接收電力，該發電系統1830類似於以上所述的那些。在具體的實施方式中，空中運載工具1800可以包括牽引旋翼1832c(和/或推進旋翼，在圖18中未示出)，並且在其它實施方式中，空中運載工具1800不包括任何牽引旋翼1832c或推進旋翼，如將在下面進一步討論的。

旋翼吊艙1834和機翼1820被配置為彼此獨立地轉動。例如，旋翼吊艙1834在相應的吊艙接頭1837處可移動地被耦接至機身1810。每個吊艙接頭1837可以包括吊艙樞轉軸1835，其由相應的吊艙樞轉馬達1836驅動用於在向後方向(由箭頭P1指示)以及向前方向(由箭頭P2指示)旋轉相應的提升旋翼吊艙1834。機翼1820也可以是可樞轉的。相應地，

每個機翼1820可通過使用機翼接頭1821被耦接到相應的提升旋翼吊艙1834。機翼接頭1821可以包括機翼旋轉軸1823，其由機翼樞轉電機1822驅動，用於在向後方向(由箭頭W1指示)以及向前方向(由箭頭W2指示)相對於提升旋翼吊艙1834旋轉每個機翼1820。

在操作中，升降旋轉吊艙1834和機翼1820可以彼此獨立地被旋轉(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過渡。在該實施方式的另一個方面，一旦向前飛行被實現，該提升旋翼吊艙1834可被向前樞轉約90°，如箭頭P2所示，使得提升/推力旋翼1832d直接面朝前並且向空中運載工具1800提供所有需要的向前的推力，而機翼1820提供所需的升力。在這樣的實施方式中，牽引旋翼1832c可以被移除。在又一個進一步的實施方式中，提升旋轉吊艙1834的旋轉可以消除機翼1820進行旋轉的需要，如接下來將會參考圖19所描述的。

繼續參照圖18，空中運載工具1800可以包括具有可旋轉的平尾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限，甚至是在高傾斜角的情況下。在其他實施方式中，平尾的布置可以被固定水平的安定面布置所替代，例如，當提升旋翼吊艙1834和機翼的獨立旋轉消除了對高飛行器傾斜角的需要時。

在另一個實施方式中，圖18所示的結構可被簡化，例如，通過消除機翼樞轉電機122。本實施方式的其他方面可以包括將機翼樞轉軸1823與吊艙旋轉軸1835結合，使得(在機身1810的每一側)單個軸從機身1810延伸，通過旋翼吊艙1834至機翼1820。在本實施方式的另一方面，旋翼吊艙1834然後在軸上自由樞轉。與此基準配置中，樞轉電機1836(先前被描述為驅動旋翼吊艙1834)轉而驅動機翼1834，如箭頭W1和W2所示。繞軸的旋翼吊艙1834的旋轉位置是由常規動態的提升力確定的，該提升力是由前方和後方的旋翼1832d提供的。例如，如果後方的旋翼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(傾斜)。對於傳統的提升、懸停和著陸機動，在每個旋翼吊艙1834上的兩個提升旋翼1832d可以提供組合的提升力，其將控制運載工具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一步的簡化中，吊艙樞轉電機1836可以被可釋放的制動器替代。當鎖定時，制動器可以防止旋翼吊艙1834相對於機身1810旋轉。當制動器被解鎖時，旋翼吊艙1834可相對於機身1810自由旋轉。在任一模式下，機翼1820可以保持在相對於機身1810固定的位置。在起飛過程中，制動器防止機身1810(其可以是機頭重)向前傾斜。一旦空中運載工具1810達到足夠的前進速度，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限以允許制動器釋放。在一個實施方式中，制動器能由機身1810裝載，並且在其它實施方式中，制動器可以由旋翼吊艙1834裝載。

在又一實施方式中，旋翼吊艙1834可被置於沿著機翼1820的長度進一步遠離機身1810。因此，旋翼吊艙1834不直接被連接到機身1810，而是將被連接在機翼1820的內側部分和機翼1820的外側部分之間。在此配置中，吊艙1834可以根據上述參考圖18所描述的任何實施方式被固定或旋轉。

圖19示出了根據本技術的進一步的實施方式被配置的空中運載工具1900。在這個實施方式的一方面，該運載工具1900包括機翼1920，其被固定到相應的機身1910。提升旋翼1932a由旋翼吊艙1934裝載，其位於機翼1920的外側端。旋翼吊艙1934可以相對於機翼1920被旋轉(如箭頭P1和P2所指示)，通過相應的吊艙樞轉電機1936和吊艙樞轉軸1935。提升旋翼1932a由發電系統1930供電，其還可以為可選的推進旋翼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。在其它實施方式中，尾部1940可以具有其它配置。在一些配置中，空中運載工具1900可以包括推進旋翼1932b，以及在其它配置中，推進旋翼1932b可以被移除。

圖18所示的配置相較於圖19中所示的配置的一個潛在優點是，旋翼吊艙更接近機身，因此減少了對機翼的彎曲負荷。相反地，在圖19中的布置相對於在圖18中示出的布置的優點在於樞轉接頭的數量被減少。

圖20是根據本技術的另一實施方式的具有可移動的、可改變的和/或其它可配置的提升旋翼臂架的空中運載工具2000的部分示意性側視圖。在該實施方式的一個方面，空中運載工具2000包括兩個提升旋翼臂架2034(其中一個是在圖20中可見的)，其每一個裝載了一對提升旋翼2032a。每個臂架2034通過臂架接頭2037可被耦接到機身2010。在一個具體的實施方式中，臂架接頭2037可包括臂架樞轉軸2035，其允許提升旋翼臂架2034順時針和逆時針相對於機身2010樞轉。空中運載工具2000還可以包括固定的機翼2020。在本實施方式的特定方面，機翼2020具有高機翼配置，以便增加機翼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通過合適的角度樞轉而不幹擾機翼。

在操作中，提升旋翼臂架2034可以在垂直起飛(和著陸)機動過程中以在圖20所示的大體上水平的定向被放置。為了轉換到水平飛行，提升旋翼臂架2034逆時針旋轉使得提升旋翼2032a被定位成向空中運載工具2000提供向前的推力分量。因為空中運載工具2000不需要向下傾斜以將提升旋翼2032a置於這樣的定向，所以機翼2020可以保持相對於機身2010固定。在本實施方式的特定方面中，空中運載工具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(相對於升降舵)，能提供足夠的控制權限，以處理可能由移動提升旋翼臂架2034引起的傾斜時刻。

在圖20中所示的配置的一個特徵是旋轉提升旋翼臂架2034可以消除對移動的機翼的需要。其結果是，機翼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經過的樞轉角足以從提升旋翼2032a引導向前的推力，而無需推進或牽引旋翼。

圖21是根據本技術的又一實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的提升旋翼的空中運載工具的部分示意性頂部等距視圖。在該實施方式的一個方面，空中運載工具2100包括機身2110、從機身2110想歪延伸的機翼2120，以及置於在機翼2120後方的尾部或尾翼2140。尾翼2140可以包括運載工具水平安定面2143和運載工具垂直安定面2142。水平安定面2143可以包括垂直方向舵2145，用於控制運載工具偏航，以及水平安定面2143可以包括運載工具升降舵2144。該運載工具升降舵2144可以被激活以控制空中運載工具2100的整體的傾斜姿態。

空中運載工具2100可進一步包括多個傾斜旋翼2132，其可被用來提升空中運載工具2100和/或提供向前的推力用於空中運載工具2100，這取決於包括旋翼2132的定向在內的因素。因此，旋翼2132的旋轉軸可以相對於空中運載工具的飛行的方向而重新定向。在一個具體的實施方式中，旋翼2132可以通過相應的旋翼吊艙2134被裝載。在圖21所示的實施方式中，旋翼吊艙2134可以朝向機翼2120的端部來裝載，在其它實施方式中可以被裝載在其它位置。在任何這些實施方式中，旋翼吊艙2134可相對於機翼2120和/或機身2110旋轉，並且可以在相應的吊艙接頭2137處被耦接至機翼2120。因此，每個旋轉吊艙2134可朝向面向前的位置旋轉(由箭頭F指示)並且可以以相反的方向，即朝向面向上的定向旋轉，由箭頭U示出。

旋翼2132可包括前旋翼2132a，其被置於後旋翼2132b的前方，當相應的旋翼吊艙2134處於大體上平行的、面相上的位置時。在至少一些多旋翼飛行器中，旋翼吊艙2134通過增加在後旋翼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。例如，如果後旋翼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的後部，使得旋翼吊艙2134以向前的方向旋轉，如箭頭F所示出的。為了在相反的方向上(由箭頭U示出)旋轉旋翼吊艙2134，力的差值顛倒，具有前旋翼2132a比後旋翼2132b提供更多的力。

在至少某些實施方式中，當空中運載工具2100具有由氣流作用在機翼2120上所提供的其提升的顯著部分時，後旋翼2132b和前旋翼2132a之間可用的力的差值可以相對較小。因此，當空中運載工具2100具有顯著的向前速度時，轉動旋翼吊艙2134可能是困難的。為了解決這一潛在的問題，空中運載工具2100的實施方式可包括一個或多個吊艙升降舵2134，其可被驅動以改變旋翼吊艙2134的傾斜角，進而改變旋翼2132的定向，甚至是處在相對高的向前空速時。特別是，旋翼吊艙2134可以依靠相對較高的向前空速，以提供被用於在箭頭F和V所指示的方向上傾斜旋翼吊艙2134的空氣動力。例如，在代表性的實施方式中，旋翼吊艙2134的每一個包括裝載吊艙升降舵2134的吊艙水平安定面2133。為了向前旋轉旋翼吊艙和旋翼2132，如箭頭F所指示的，吊艙升降舵2134相對於吊艙水平安定面2133向下旋轉，如箭頭A指示的。為了在相反的方向上旋轉旋翼吊艙2134，如箭頭U所指示的，吊艙升降舵2134向上旋轉，如箭頭B所指示的。

在上述參考圖21所述的實施方式的一個方面中，該系統可以包括特徵，以防止或抑制荷蘭滾。在一個實施方式中，該系統可包括轉矩管，其延伸通過機翼2120以連接吊艙2134並與吊艙的運動同步。在另一個實施方式中，吊艙2134可以被鎖定，例如，在低速運轉過程中(這是荷蘭滾通常發生的地方)，以防止或減少荷蘭滾。吊艙2134然後可以在更高的速度被解鎖，在那時荷蘭滾發生的可能性較小。在又一實施方式中，升降舵控制可以與驅動吊艙2134的驅動器替換，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所述的特徵的一個優點是吊艙升降舵2134可以改進懸臂2132以相對高的運載工具空速時旋轉的能力。特別是，以這樣的空速，旋翼僅基於在前和後旋翼2132a，2132b之間可獲得的力的差值來改變定向可以是困難的。

以上參考圖15-20描述的若干實施方式的一個特徵是，他們可以包括包括發電系統，其通過耦接到交流發電機、電池和相關聯的切換特徵的內燃機來提供電源至一個或多個旋翼。因此，上述發電布置、特徵和技術不需要被限制於八旋翼飛行器，可以被應用到各種無人駕駛的空中運載工具配置。

至少一些前述配置的另一特徵是它們可以包括一個或多個提升旋翼，其與一個或多個牽引/推進旋翼相結合。所有的這些可以是用與交流發電機、電池和相關聯的切換特徵結合的燃燒機提供的電功率進行電驅動的。一個關聯的特徵是，電功率可以是任何螺旋槳或旋翼在任何時間可獲得的，獨立於飛行器的飛行模式(例如，獨立於飛行器是否正在起飛、巡航、懸停、降落或者參與另一機動)。與此級別的靈活性相關聯的優點是，它可以提高在一個模式和另一個模式之間的轉換的平滑度、速度，和/或效率。另一個優點是，它允許操作員(人和/或自動化控制系統)從升力的多個可能的組合中進行選擇。因此，操作者可以選擇提供了用於給定任務和/或給定任務的一部分所需的性能特徵的組合。性能特徵可以包括航時、速度、起飛和著陸周期數，和/或其他措施。對於任何這些特徵，控制升力的哪一部分是由機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性能特徵。例如，由於從提升旋翼所獲得的升力，上述配置可支持以小於固定機翼飛行器可能允許的速度進行長航時向前飛行。航時也可以大於基礎的四旋翼運載工具可以獲得的航時，這是由於有機翼提供的升力。

前述的實施方式的至少一些的另一特徵是機翼可以具有各種幾何形狀和/或配置。特徵的一個優點是其可以改進水平和垂直飛行之間的轉換，例如，通過減少進行轉換所需的時間的量，通過使得轉換更加平滑，和/或通過使得轉換更加可預測的和可複製的，從而改進飛行器可以被引導的準確性。具體的實施方式在以上樞轉機翼的上下文中被描述，例如，整個弦樞轉機翼，以改變機翼的迎角，而不是傳統的樞轉前和/或後緣。在其它實施方式中，機翼可具有其他布置，包括機翼翹曲布置，和/或前和/後緣裝置的布置，以允許機翼的迎角和升力的中心動態地被改變。前述的實施方式不同於可展開的前和後緣裝置的常規布置。這種傳統的裝置可轉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/或後緣裝置上的空氣動力的最終結果，如果這些力沒有被抵消。更進一步的實施方式包括前述特徵的任何合適的組合(例如，可變幾何形狀的機翼、可變安裝角或迎角機翼，和/或改變升力的中的前/後緣裝置)。根據任何前述實施方式的配置可以包括相同或合適的不同數量的垂直提升旋翼、牽引旋翼和/或推進旋翼。

前述特徵單獨的和/或與在此描述的其他特徵組合，可以提供若干優點，相較於現有的四軸旋翼或四軸飛行器結構。例如，僅僅依賴於由機載電池產生的電力通常具有相對較短的範圍，至少部分是因為提升旋翼使用大量的功率並且沒有利用由空氣在固定提升表面(例如，機翼)上的流動所產生的升力。典型的固定旋翼運載工具可以具有顯著的限定的向前飛行速度和範圍，並且，由於保持懸停配置所需的功率，可遭受較差的懸停續航。此外，在續航能力上的限制通常將此類配置限制為一次起飛和一次著陸周期每電池充電。

常規的混合的四軸旋翼，除了提升旋翼之外具有機翼，通常使用電動電機用於橫向的運動和提升，或電動電機用於提升以及為氣體驅動的電機用於橫向運動。兩種配置可以比全電動多旋翼運載工具提供更多的航時。例如，傳統的混合四軸旋翼可以起降不止一次。然而，這種傳統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，具有限制的機載功率供應。此外，這種運載工具可以具有有限的航時，因為提升旋翼在向前飛行時對向前推力沒有顯著貢獻，反而在向前飛行時通常被停止。

根據在此公開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的運載工具的確定。特別是，這種飛行器可以實現在向前飛行模式中的長航時和在懸停模式中的長航時。這種飛行器可以起降多次，因此可能適合於需要和/或受益於這種性能的任務(例如，包裹遞送)。此外，這種運載工具可以在慢速前進時操作，例如，低於正常的機翼失速速度，通過使用提升旋翼可獲得的增大的升力，和/或調整機翼的迎角使得機翼不失速或保持在低於臨界迎角之下的迎角，甚至是在低速前進時。

進一步的實施方式可以提供附加的優點。例如，許多這裡所描述的配置被設計為垂直起飛和降落，因此可能不包括常規的起落架。相反，這種運載工具可以包括起落橇。然而，在特定實施方式中，運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。通常情況下，這樣的運載工具將包括襟翼以增加在低速時的升力。根據本技術的實施方式的運載工具不需要包括護襟翼，而是在進場和著陸過程中可以依靠提升旋翼在低速行進時提供升力。在一個實例中這樣的性能可能是有利的，如果提升旋翼的一個(例如四個提升旋翼中的一個)在著陸時發生故障。在這樣的情況下，運載工具不能在懸停中容易地被控制並且特別地，不可操作的旋翼減小了可用的偏航權限，在所控制的垂直降落是困難或不可能的點。然而，根據以上所述的配置，剩下的有效的提升旋翼可以被重新定向(例如，被樞轉)以提供在運載工具的尾部表面上的空氣流動以提供穩定性並圍繞偏航軸控制。除了或代替上述情況，可變傾角機翼可以允許運載工具在低空速前進時著陸，而無需襟翼。在前述實施方式的特定方面中，提升旋翼的額外的一個可以是故意停止(例如，在四旋翼配置中使得只有兩個提升旋翼是有效的，具有一個旋翼因發生故障而無效，以及另一個被有意關閉)以提供對稱配置。

從前述內容可以理解，用於說明的目的的所公開的技術的具體的實施方式已經在此被描述，但是各種修改可以在不脫離該技術的情況下作出。例如，交流發電機AC相位的數量可以僅有兩個相位或可以多於四個相位。在特定實施方式的上下文中描述的發明的某些方面可以在其它實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。單個電機和/或驅動器可以為多個裝置供電，例如，多個旋轉機翼。特定的實施方式在具有四個提升旋翼的運載工具的上下文中在上面被描述。在其他實施方式中，運載工具可以包括多個旋翼，例如，在四個兩排的布置中的八個旋翼，或四對共軸，反向旋轉的提升旋翼。前述實施方式的各方面已經在無人機的上下文中一般地被描述。在其他實施方式中，具有類似於那些上述的配置和/或電池增大電源系統的空中運載工具可以用於載人飛行。此外，雖然所公開的技術的某些實施方式相關聯的優點已經在那些實施方式的上下文中進行了描述，其他實施方式也可以表現出這些優點，並且不是所有的實施方式必須要展現這樣的優點才落入本技術的範圍。因此，本公開和相關聯的技術可以包括在這裡沒有明示或描述的其他實施方式。