一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统

本发明属于系留装备制造与应用，具体涉及一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统。

背景技术：

1、目前，在系留装备制造与应用领域，系留缆收放线装置(简称系留箱)是系留装备的重要组成部分，出于便携和特殊用途的需要，要求该装置体积小、重量轻、智能化、无人值守、全天候使用。

2、本发明是针对一种紧凑型开放式系留箱的动力系统所做的改进。该系留箱如图1所示，其绕线滚筒动力系统5通过动力系统支架3内置于绕线滚筒4内部，该动力系统包括：电机驱动器5-1；无刷电机+减速器总成5-2；磁粉离合器5-3。其中磁粉离合器5-3的作用是在系留无人机处于巡航工况时(即悬停和一定范围内移动)，为使系留缆收放自如而采用的一种平衡系留箱与无人机之间张力的手段。其原理为：磁粉离合器5-3使电机与绕线滚筒4之间通过滚筒传动辐板6的传动为非刚性的，通过电控手段调整磁粉离合器5-3的张力可使传动接近或远离原动机转速。当系留无人机处于巡航工况时，使电机以一定转速和扭矩向收线方向转动，调节磁粉离合器5-3的张力，使悬停时系留无人机的牵引力与电机的扭力平衡，系留缆处于停滞状态；当系留无人机移动时，无人机牵引力将大于(或小于)该平衡张力，滚筒转向与电机转向相反(或相同)，系留缆呈放线(或收线)状态，从而实现巡航工况下系留缆的自由收放。这种采用磁粉离合器适应系留无人机巡航工况的动力系统是系留箱通常采用的驱动方式。这种方式存在三个问题(以本发明所涉实施例为例)：1、重量大、便携性差：磁粉离合器5-3重2.3kg，占系留箱总重量的11％以上，加上电机驱动器5-1(0.3kg)、无刷电机+减速器总成5-2(1.7kg)，绕线滚筒动力系统5总重4.3kg；2、可靠性差：巡航状态是系留无人机的常态工况，磁粉离合器长期在与电机不同步甚至反向的状态下工作，可靠性和使用寿命显著降低，严重影响系留无人机的滞空时间；3、磁粉离合器的磁粉因摩擦损耗要定期更换，维护工作量和成本增加。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统，旨在解决现有技术重量大、便携性差、可靠性差：巡航状态是系留无人机的常态工况，磁粉离合器长期在与电机不同步甚至反向的状态下工作，可靠性和使用寿命显著降低，严重影响系留无人机的滞空时间，磁粉离合器的磁粉因摩擦损耗要定期更换，维护工作量和成本增加。

3、(2)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统，包括系留箱本体外壳，所述系留箱本体外壳的侧壁安装有冷却风扇，所述系留箱本体外壳的内部居中处对应冷却风扇处设有绕线滚筒动力系统主体；

5、所述绕线滚筒动力系统主体包括电机驱动器、无刷电机减速器总成。

6、进一步的，所述绕线滚筒动力系统主体的外部设有动力系统支架。

7、更进一步的，绕线滚筒动力系统主体的外部设有绕线滚筒。

8、更进一步的，所述绕线滚筒动力系统主体远离冷却风扇的一端设有滚筒传动辐板，所述滚筒传动辐板位于绕线滚筒内部固定安装。

9、1、选用比系留箱所需转矩更大转矩的电机，使其在堵转时处于安全转矩和电流之下；

10、2、在供电电源和电机之间串联一个二极管，避免反向电动势和电流对供电电源的损害和防止保护机制动作；

11、3、监测供电总线上的电流(或电压)并加装一个大功率放电电阻，一旦监测到电流(或电压)超过限值，启动放电电阻，释放因被动反转发电形成的有害电流，保护电机和供电电源，并防止保护机制动作。

12、采用一种市售盘式、外转子、高集成度、无刷电机取代原系留箱的绕线滚筒动力系统，利用电机的定子与转子之间的电磁制动原理实现系留无人机巡航工况时系留缆的自由收放功能，从而取消了原有的磁粉离合器，该电机的特点为：1、多级扁平化设计和外转子结构可提供相同体积(或重量)下的更大转矩；2、驱动器、减速器、编码器与电机集成为一体，体积小、重量轻。该电机目前多用于机器人的关节驱动。

13、采用该方案将使电机长期处于部分堵转(自由收线时)、堵转(悬停时)和被动反转(自由放线时)状态，需要解决的问题是：

14、1、堵转是电机的非设计工况，需避免其所带来的损害；

15、2、被动反转通常是电机的不允许工况，此时电机相当于一个与供电电源反向的发电机，所产生的反向电动势和电流对电机和供电电源都会构成损害，一旦发生，高性能的电源和电机自带的保护机制均会动作，使系留箱终止工作。

16、(3)有益效果

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、1、绕线滚筒动力系统重量由4.3kg降低到0.76kg，减重82％以上，并且内部空间增大，可内置筒内更多部件，进一步缩小系留箱整体体积，使整机便携性显著提高；

19、2、减少一个易损转动部件，使整机可靠性提高、维护量及维护成本下降；

20、3、由于扁平电机布置在动力系统支架的里侧一端，腾出轴线方向通风通道，在动力系统支架外侧一端布置一个冷却风扇，冷却风可直达绕线滚筒内布置的电机和其它电控部件，冷却效率显著提高，可减少一个风扇，使重量、成本、耗电进一步减少；

21、4、利用堵转现象实现系留缆自由收放，属于非接触式磁力制动，没有磨损，可靠性相对磁粉离合器大幅提高；

22、5、改造仅对动力系统支架实施，不影响系留箱整体结构，加工量明显减少，工艺简单易行，造价显著降低；

23、6、因改造后的电机动力输出轴与绕线滚筒同步，可采用电机集成的编码器反馈滚筒转速，从而实现放线速度和长度的在线监测，取消原有为达此目的而设置的测速编码器，进一步降低造价和提高可靠性。

24、综上，本发明使系留箱的便携性、可靠性大幅提高、制造维护成本显著降低，具有较好的应用前景。

技术特征：

1.一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统，包括系留箱本体外壳(2)，其特征在于，所述系留箱本体外壳(2)的侧壁安装有冷却风扇(1)，所述系留箱本体外壳(2)的内部居中处对应冷却风扇(1)处设有绕线滚筒动力系统主体(5)；

2.根据权利要求1所述的一种取消离合器的系留箱绕线滚筒(4)动力系统，其特征在于，所述绕线滚筒动力系统主体(5)的外部设有动力系统支架(3)。

3.根据权利要求2所述的一种取消离合器的系留箱绕线滚筒(4)动力系统，其特征在于，绕线滚筒动力系统主体(5)的外部设有绕线滚筒(4)。

4.根据权利要求3所述的一种取消离合器的系留箱绕线滚筒(4)动力系统，其特征在于，所述绕线滚筒动力系统主体(5)远离冷却风扇(1)的一端设有滚筒传动辐板(6)，所述滚筒传动辐板(6)位于绕线滚筒(4)内部固定安装。

技术总结
本发明公开了一种取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统，属于系留装备制造与应用技术领域，旨在解决现有技术重量大、便携性差、可靠性差，磁粉离合器的磁粉因摩擦损耗要定期更换，维护工作量和成本增加。包括系留箱本体外壳，系留箱本体外壳的侧壁安装有冷却风扇，系留箱本体外壳的内部居中处对应冷却风扇处设有绕线滚筒动力系统主体；绕线滚筒动力系统主体包括电机驱动器，无刷电机减速器总成，电机的定子与转子电磁制动，将系留无人机巡航工况时系留缆自由收放，绕线滚筒动力系统主体的外部设有动力系统支架。该取消离合器的系留箱绕线滚筒动力系统，减少一个易损转动部件，使整机可靠性提高、维护量及维护成本下降。

技术研发人员：王强,郝忠虎,马潇,王金铭
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13