油动飞行器启动发电一体化装置及旋翼飞行器的制作方法

本发明实施例涉及机械控制领域，尤其是一种油动飞行器启动发电一体化装置及旋翼飞行器。

背景技术：

多旋翼飞行器近年来逐步成为航空学术界研究的热点，它具有垂直起降、空中悬停、环境适应能力强等特点，应用前景广阔。

现有技术中，油动多旋翼飞行器启动方式除了手动启动，再有就是电机启动，电机启动一般外置电机启动和机载电机启动。为此多旋翼飞行器自身还配备有电路系统所以需要提供电池供给电路部分，机载启动装置是飞行器自身的一部分，使得多旋翼飞行器的电路部分和动力部分成为两个独立的系统，只有携带更重的电池才能保证多旋翼飞行器长时间飞行的电力自足，如何精简油动多旋翼飞行器电池以及发动机和电机的重量，是现阶段急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例主要解决的技术问题是，提供能够最低限度降低油动多旋翼飞行器发动机与供电系统重量的油动飞行器启动发电一体化装置。

为解决上述技术问题，本发明创造的实施例采用的一个技术方案是：提供一种油动飞行器启动发电一体化装置，包括：

发动机，所述发动机设置有转轴；

电机，所述电机的定子固定在所述发动机上，所述电机的转子套装在所述定子上，所述转子与所述转轴连接；

储能装置，所述储能装置与所述电机连接，所述转轴带动所述转子转动时所述储能装置存储所述电机产生的电能。

可选地，所述电机的转子上设有永磁体，所述电机的定子上设有线圈，所述转子通过螺钉固定在所述转轴上。

可选地，所述油动飞行器启动发电一体化装置还包括：整流电路；

所述整流电路的输入端与所述电机连接，所述转轴带动所述转子转动时所述整流电路将所述电机产生的交流电转换为直流电。

可选地，所述油动飞行器启动发电一体化装置还包括：稳压电路；

所述稳压电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述稳压电路的输出端与所述储能装置连接，所述稳压电路限定输入所述储能装置电流的电压值。

可选地，所述油动飞行器启动发电一体化装置还包括：开关控制电路；所述开关控制电路的输入端与所述电机连接，所述开关控制电路的输出端与所述整流电路的输入端连接。

可选地，所述开关控制电路包括：第一继电器、第二继电器和第三继电器；所述电机与所述第一继电器、第二继电器和第三继电器并联连接，所述整流电路与所述第一继电器、第二继电器和第三继电器并联连接。

可选地，所述油动飞行器启动发电一体化装置还包括：控制器；所述控制器的输入端与所述储能装置连接，所述控制器的输出端与所述发动机连接，所述控制器检测所述转轴的转速；

所述控制器的输出端还与所述开关控制电路连接，当所述控制器检测到所述转轴转速达到预设转速阈值时，控制所述开关控制电路切换所述电机的工作状态。

可选地，所述控制器包括：转速检测器；所述转速检测器设置在所述发动机和所述转子之间，通过检测所述转子的转速测算所述转轴的转速。

可选地，所述油动飞行器启动发电一体化装置还包括：电子调速器；

所述电子调速器的输入端与所述控制电路的输出端连接，所述电子调速器的输出端与所述开关控制电路连接，当所述转轴转速低于到预设转速阈值时，所述控制器控制所述开关控制电路接通所述电子调速器与电机的连接，使所述电池通过所述电子调速器向所述电机供电。

解决上述技术问题本发明实施例还提供一种旋翼飞行器，旋翼飞行器包括旋翼飞行器本体，所述飞行器本体上设有上述文件中所述的油动飞行器启动发电一体化装置。

本发明实施例的有益效果是：通过将发动机的转轴与电机转子直接连接，电机转子在发动转动的间隙，电机转子能够充当发动机转轴的飞轮，利用惯性带动发动机转轴继续进行转动，以此能够省去发动机飞轮重量，减轻多旋翼飞行器的负重。同时，由于发动机处于正常工作状态时，能够带动电机进行发电，给储能装置进行充电，因此即使使用较低容量的储能装置也能够满足多旋翼飞行器远距离飞行所需要的电能，降低了储能装置的重量，进一步的降低了多旋翼飞行器的负重。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例发动机与电机连接结构立体示意图；

图2为本发明实施例发动机与电机连接结构及电机的半抛示意图；

图3为本发明实施例油动飞行器启动发电一体化装置电路结构示意图。

附图标记说明：100、发动机；110、转轴；200、电机；210、转子；220、定子；300、储能装置；310、开关控制电路；320、整流电路；330、稳压电路；340、控制器；350、电子调速器。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本实施例发动机与电机连接结构立体示意图。

如图1所示，一种油动飞行器启动发电一体化装置，包括：发动机100、电机200和储能装置300。其中，所述发动机设置有转轴110；电机200的定子220固定在发动机上，电机200的转子210套装在定子220上，转子210与转轴110连接；储能装置300与电机200连接，转轴110带动转子210转动时储能装置300存储电机200产生的电能。

上述实施方式，通过将发动机100的转轴110与电机200转子210直接连接，电机200转子210在发动转动的间隙，电机200转子210能够充当发动机100转轴110的飞轮，利用惯性带动发动机100转轴110继续进行转动，以此能够省去发动机100飞轮重量，减轻多旋翼飞行器的负重。同时，由于发动机100处于正常工作状态时，能够带动电机200进行发电，给储能装置300进行充电，因此即使使用较低容量的储能装置300也能够满足多旋翼飞行器远距离飞行所需要的电能，降低了储能装置300的重量，进一步的降低了多旋翼飞行器的负重。

请参阅图2，图2为本实施例发动机与电机连接结构及电机的半抛示意图。

如图2所示，发动机100具体为油动发动机100，本实施方式中，发动机100为双缸二冲程的油动发动机100，本实施方式的发动机100具有两个活塞，两个活塞均与转轴110连接，且两个活塞工作时处于相反状态，即当其中一个活塞位于往复运动的最上方时，另一活塞位于往复运动的最下方，因此，当两个活塞位于同一运动位置时，活塞对于转轴110的驱动力为零，此时属于转轴110的驱动间隙，需要电机200的转子210依靠其惯性带动转轴110继续进行运动。本实施例中，发动机100的型号不局限于双缸发动机100，根据具体应用场景的不同，发动机100能够为(不限于)：四缸、六缸、八缸或者更多缸，发动机100缸数与旋翼飞行器需要驱动力的大小直接相关。

电机200具体为无刷电机200，无刷直流电机200由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机200那样在转子210上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。无刷电机200在在发动机100转轴110的带动下能够成为发电机200进行发电，当外接电源向无刷电机200进行供电时，无刷电机200带动发动进行启动。在一些选择性实施例中，无刷直流电动机的永磁体采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料，采用该材料的无刷电机200比同容量的其他无刷电机200体积更小，进一步减轻多旋翼飞行器的负重。本实施方式中，将电机200的定子220固定在发动机上，且在电机的定子220上设置线圈(未标识)，将电机的转子210套设在电机定子上，发动机启动时电机的转子210绕电机定子旋转带动发动机进行启动，由于电机转子套装在电机的定子220上，转子210旋转时，更接近于发动机的飞轮旋转，能够更加方便的带动发动机进行启动，相比于传统领域以永磁铁芯作为电机转子，在电机定子内部进行转动的电机相比，本实施方式中的电机，能够提供更大的周向运动的扭力，减小转轴在启动时作用在电机转子上的扭力矩，降低电机的启动功率。

储能装置300为充电电池，充电电池在发动机100带动电机200进行转动时，由电机200对其进行充电，当发动机100处于启动状态时，充电电池向电机200进行供电，使电机200带动发动机100进行启动。

请参阅图3，图3为本实施例油动飞行器启动发电一体化装置电路结构示意图。

在一些选择性实施例中，油动飞行器启动发电一体化装置还包括：整流电路320；整流电路320的输入端与电机200连接，转轴110带动转子210转动时整流电路320将电机200产生的交流电转换为直流电。整流电路320的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电。本实施方式中采用三相整流电路320。

在一些选择性实施例中，油动飞行器启动发电一体化装置还包括：稳压电路330；稳压电路330的输入端与整流电路320的输出端连接，稳压电路330的输出端与储能装置300连接，稳压电路330限定输入储能装置300电流的电压值。由于发动机100的转速经常发生变化，电机200在发动机100的带动下产生的电流的电压值因此也时长发生变化，电压值不稳定的电流不能够直接对储能装置300进行充电，因此需要采用稳压电路330，将电机200产生的电流进行稳压后再对储能装置300进行充电。

在一些选择性实施例中，油动飞行器启动发电一体化装置还包括：开关控制电路310；开关控制电路310的输入端与电机200连接，开关控制电路310的输出端与整流电路320的输入端连接。开关控制电路310包括：第一继电器、第二继电器和第三继电器；电机200与第一继电器、第二继电器和第三继电器并联连接，整流电路320与第一继电器、第二继电器和第三继电器并联连接。具体地，第一继电器、第二继电器和第三继电器均为单刀双掷继电器，单刀双掷继电器在受控的工作状态下，能够在发动机100带动电机200进行发电时，接通电池的充电电路，使电机200产生的电流对储能装置300进行储能，当发动机100处于启动状态时，单刀双掷继电器能够断开储能装置300的充电电路，接通储能装置300与电机200连接的供电电路，由储能装置300直接向电机200进行供电，使电机200带动发动机100进行启动，这样形成两路三相线，而且两路三相线每次只能一路工作，实现了分路管制，形成互不干扰的启动电路和发电整流电路320。

在一些选择性实施例中，油动飞行器启动发电一体化装置还包括：控制器340；控制器340的输入端与储能装置300连接，控制器340的输出端与发动机100连接，控制器340检测转轴110的转速；控制器340的输出端还与开关控制电路310连接，当控制器340检测到转轴110转速达到预设转速阈值时，控制开关控制电路310切换电机200的工作状态。控制器340主要是由微型控制器340以及其附属启动电路组成，本实施方式中，控制器340还包括：转速测量器(图未示)，转速测量器检测发动机100转轴110的转速，控制器340内预设发动机100启动完成转速阈值，当检测到发动机100转轴110的转速等于或者大于该阈值时，控制器340即认定发动机100已经处于正常的工作状态，无需电机200进行进一步的驱动，此时，控制器340控制第一继电器、第二继电器和第三继电器接通储能装置300的储能电路，断开储能装置300与电机200的启动电路，将电机200产生的电能进行存储。当检测到发动机100转轴110的转速小于该阈值时，控制器340认定发动机100处于待启动状态，并控制第一继电器、第二继电器和第三继电器接通储能装置300与电机200的启动电路，由电机200带动发动机100进行启动。

具体地，控制器包括：转速检测器；转速检测器设置在发动机和转子之间，通过检测转子的转速测算转轴的转速。

油动飞行器启动发电一体化装置还包括：电子调速器350；电子调速器350的输入端与控制电路的输出端连接，电子调速器350的输出端与开关控制电路310连接，当转轴110转速低于到预设转速阈值时，控制器340控制开关控制电路310接通电子调速器350与电机200的连接，使电池通过电子调速器350向电机200供电。电子调速器350是控制电机200启动转速的电子装置，能够根据预设的电机200启动转速，控制电机200达到该预设启动转速。

实施例2

一种旋翼飞行器，旋翼飞行器包括旋翼飞行器本体，旋翼飞行器本体上设置有实施例1表述的油动飞行器启动发电一体化装置。

使用实施例1中表述的油动飞行器启动发电一体化装置得多旋翼飞行器，通过将发动机的转轴与电机转子直接连接，电机转子在发动转动的间隙，电机转子能够充当发动机转轴的飞轮，利用惯性带动发动机转轴继续进行转动，以此能够省去发动机飞轮重量，减轻多旋翼飞行器的负重。同时，由于发动机处于正常工作状态时，能够带动电机进行发电，给储能装置进行充电，因此即使使用较低容量的储能装置也能够满足多旋翼飞行器远距离飞行所需要的电能，降低了储能装置的重量，进一步的降低了多旋翼飞行器的负重。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。