一种用于油电混合式无人机的发电系统的制作方法

本实用新型涉及无人机供电技术领域，尤其涉及一种用于油电混合式无人机的发电系统。

背景技术：

目前大多数小型无人机通常都是采用单一动力系统供电，如采用锂电池或采用甲醇、汽油等燃料的内燃机给无人机供电。而采用锂电池供电，由于无人机本身要求载重重量尽可能小，因而对电池的重量具有一定限制，小重量的电池能提供的能量非常有限，使得无人机供电的续航时间短，无法满足无人机长时间、长距离续航的需求；采用汽油、甲醇等内燃机的油动无人机，内燃机通过燃油转化提供机械能，带动桨叶旋转而提供升力，但是装置的体积重量大、响应速度慢，还会产生较大的噪声，且通常仅能用于固定翼无人机上，难以适用于旋翼及倾转翼无人机中。

为解决上述问题，有从业者提出使用电池与燃油两套动力系统结合的方式为无人机供电，但是通常都是将两套动力系统分别独立使用，使得既有电动供电系统，又有油动系统。如中国专利申请CN204264457U，通过将燃油发动机作为主动力系统，电动机、锂电池作为副动力系统，主旋翼使用主动力系统驱动，副旋翼使用副动力系统供电；以及中国专利申请CN206968978U公开一种混合动力倾转机翼无人机，通过在无人机起飞、降落阶段，使用电动系统，在平飞状态时由油动力系统驱动无人机飞行。

但是采用上述无人机，仅仅是电动供电与油动驱动两种模式的混合使用，由于是独立使用电动供电系统、油动系统驱动，无法实现两套系统的充分利用，其使用电动供电系统供电时，仍然存在上述续航时间短等问题，而油动系统也仍然存在上述体积重量大、响应速度慢以及噪声大等问题，并未实现真正的油电混合供电。同时上述电动无人机或混合使用电动、油动的无人机中发电机产生的电压通常较大，不能直接提供给无人机供电，必须设置降压模块来对发电机产生的电压进行降压处理，而降压模块的设置会增加无人机的载重量，且上述发电机通常都是使用有刷电机，由于有刷电机是使用机械的电刷装置，必须配置电刷-换向器，因而电机的体积、重量都较大，也会增加无人机的载重量而影响无人机的续航能力。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、体积小、重量轻、发电效率高的用于油电混合式无人机的发电系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种用于油电混合式无人机的发电系统，包括：

燃油发动机，用于将燃油的化学能转换为动能，提供给交流无刷电机；

交流无刷电机，用于将所述燃油发动机提供的动能转换为所需的交流电，输出给电能转换模块；

电能转换模块，包括整流电路，用于将所述交流无刷电机输出的交流电转换为直流电提供给无人机供电。

作为本实用新型的进一步改进：所述交流无刷电机包括外壳、上端盖、内定子、磁极阵列、转动轴以及底座，所述内定子包括绕有线圈绕组的硅钢叠片，所述内定子固定在所述底座上，所述磁极阵列通过所述转动轴与外壳固定连接以形成外转子，所述转动轴通过轴承穿过所述内定子的中部。

作为本实用新型的进一步改进：所述交流无刷电机输出45~55V或22~28V大小的交流电。

作为本实用新型的进一步改进：所述交流无刷电机输出45~55V交流电时，电机转速为0~10000转/min，且所述线圈绕组中每圈匝数为10~13，每匝根数为8~11，输出功率为0~1900 w，或所述线圈绕组中每圈匝数为5~8，每匝根数为15~18，输出功率为0~3800w；或所述交流无刷电机输出22~28V 交流电时，电机转速为0~10000转/min，所述线圈绕组中所述线圈绕组中每轮匝数为3~6，每匝根数为17~20。

作为本实用新型的进一步改进：所述磁极阵列的磁极数为26~32，所述硅钢叠片的槽数为22~26。

作为本实用新型的进一步改进：所述线圈绕组中线圈的线径为0.15~0.4mm。

作为本实用新型的进一步改进：所述线圈绕组中线圈采用镀银线。

作为本实用新型的进一步改进：所述上端盖中设有散热叶片。

作为本实用新型的进一步改进：所述电能转换模块还包括设置在所述整流电路输出端的滤波电路、稳压电路，所述整流电路转换得到的直流电经过所述滤波电路滤波后，输出给稳压电路，由所述稳压电路进行稳压后，输出稳定的直流电给无人机供电。

作为本实用新型的进一步改进：还包括与所述电能转换模块连接的电池模块，用于将所述电能转换模块输出的电能进行稳压后储存以及将储存的电能提供给无人机供电。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型用于油电混合式无人机的发电系统，通过由燃油发动机、交流无刷电机以及电能转换模块构成一套油电混合供电系统，能够结合油动、电动方式给无人机提供持续供电，实现真正的油电混合发电，有效提高无人机续航时间，同时使用无刷电机，电机的体积、重量小且能耗小、发电效率高，且无需设置降压模块进行降压处理，能够进一步减少无人机的载重量而延长无人机的续航时间。

附图说明

图1是本实施例用于油电混合式无人机的发电系统的结构原理示意图。

图2是本实施例中交流无刷电机的结构示意图（不带上端盖）。

图3是本实施例中交流无刷电机的结构示意图（带上端盖）。

图4本实施例中交流无刷电机的分解结构示意图。

图例说明：1、燃油发动机；2、交流无刷电机；21、外壳；22、上端盖；23、磁极阵列；24、转动轴；25、底座；26、线圈绕组；27、硅钢叠片；28、轴承；3、电能转换模块；31、整流电路；32、滤波电路；33、稳压电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1～4所示，本实施例用于油电混合式无人机的发电系统，包括：

燃油发动机1，用于将燃油的化学能转换为动能，提供给交流无刷电机2；

交流无刷电机2，用于将燃油发动机1提供的动能转换为所需的交流电，输出给电能转换模块3；

电能转换模块3，包括整流电路31，用于将交流无刷电机2输出的交流电转换为直流电提供给无人机供电。

本实施例由燃油发动机1、交流无刷电机2以及电能转换模块构3成一套油电混合供电系统，由燃油发动机1提供动能给交流无刷电机2，交流无刷电机2转换为交流电后通过电能转换模块3转换为直流电，使得由燃油最终转换为电能进行供电，能够结合油动、电动方式给无人机提供持续供电，相比于传统的混合使用油电两种供电方式，能够实现真正的油电混合发电，有效提高无人机续航时间；同时使用无刷电机作为发电机，电机的体积、重量小且能耗小、发电效率高，交流无刷电机2直接输出无人机所需大小的交流电，无需设置降压模块进行降压处理，交流无刷电机2输出的交流电直接经过整流电路31整流后提供给无人机供电，能够进一步减少无人机的载重量而延长无人机的续航时间。

如图2、3、4所示，本实施例中交流无刷电机2包括外壳21、上端盖22、内定子、磁极阵列23、转动轴24以及底座25，内定子包括绕有线圈绕组26的硅钢叠片27，内定子固定在底座25上，磁极阵列23还包括磁轭，磁极阵列23通过转动轴24与外壳21固定连接以形成外转子，转动轴24通过轴承28穿过内定子的中部。由于转子的主要质量集中在外壳21上，本实施例通过采用外转子无刷电机结构，能产生相比于传统的内转子无刷电机大的多的转动惯量，因而转速较慢，可以避免停机时如传统的内转子无刷电机产生较大的扭力而损伤发电机。

本实施例中，交流无刷电机2具体可根据实际需求配置为输出45~55V或22~28V大小的交流电的低压交流电，输出的低压交流电可直接提供给电能转换模块3进行整流变换，无需进行复杂的降压等处理，从而减小系统的体积、重量及复杂度。

电机中线圈的每轮匝数与每匝根数配比不同，所得到的发电效率不同，本实施例根据电机转速提供三种模式的交流无刷电机2以满足不同需求：

第一种（45~55V /0~1900 w）：通过配置使得交流无刷电机2输出45~55V交流电，其中电机转速为0~10000转/min，线圈绕组26中每圈匝数为10~13，每匝根数为8~11，输出功率为0~1900 w；

第二种（45~55V /0~3800w）：通过配置使得交流无刷电机2输出45~55V交流电，其中电机转速为0~10000转/min，线圈绕组26中每圈匝数为5~8，每匝根数为15~18，输出功率为0~3800w；

第三种（22~28V/0~1900 w）：通过配置使得交流无刷电机2输出24V交流电，电机转速为0~10000转/min，线圈绕组26中线圈绕组26中每轮匝数为3~6，每匝根数为17~20。

本实施例通过上述配置，能够实现每轮匝数与每匝根数的最佳配比，提高电机的发电量，同时使得输出电压在合适的范围内，上述配比具体可根据实际需求进行设定。

本实施例中，磁极阵列23的磁极数为26~32，硅钢叠片27的槽数为22~26。磁极数与槽数配比不同，产生的发电效率也不同，本实施例在电机转速为0~10000转/min以及上述每轮匝数与每匝根数配比的基础上，通过配置上述数量的磁极数与槽数，可以使得电机输出45~55V或22~28V的低压交流电且发出的电最多。

本实施例中，线圈绕组26中线圈的线径为0.15~0.4mm，优选为0.315mm，以保证性能的同时，尽可能的减小线径大小而提高槽满率，进而提高电机的发电量。

本实施例中，线圈绕组26中线圈具体采用镀银线，相比于传统的铜线，能够有效提高散热效果及转换效率，并减少能耗，在同等发电功率的情况下可以进一步减小系统的重量，从而进一步实现无人机的轻量化、小型化。

本实施例中，上端盖22中设有散热叶片，上端盖22与转动轴24连接，当转动轴24转动时带动散热叶片转动，实现自散热，散热效果好，无需额外设置独立的散热系统，可进一步减少系统的体积、重量。

本实施例中，电能转换模块3还包括设置在整流电路31输出端的滤波电路32、稳压电路33，整流电路31转换得到的直流电经过滤波电路32滤波后，输出给稳压电路33，由稳压电路33进行稳压后，输出稳定的直流电给无人机供电。

本实施例中，滤波电路32具体可采用电容滤波电路、电感滤波电路、或由电容与电感构成的滤波电路，优选的可使用电容滤波电路，重量轻且滤波效果好；稳压电路采用包括稳压管的稳压电路。在具体应用实施例中，整流、滤波、稳压电路均采用轻量化电路结构（如整流电路采用桥式整流电路、滤波电路采用电容滤波电路、稳压电路采用稳压管），能够保证供电性能，同时结合轻量化的整流、滤波、稳压电路可以进一步实现系统的轻量化、小型化。

本实施例中，还包括与电能转换模块3连接的电池模块4，用于将电能转换模块3输出的电能进行稳压后储存以及将储存的电能提供给无人机供电。通过设置电池模块4，可以在电能转换模块3输出的能量充足时进行储能充电，在电能转换模块3输出的能量不足时释放能量以补充不足的电能，实现稳压功能，同时由电池模块4还可以实现多余能量的存储，以及在能量不足时提供补充能量或在异常状态时提供应急电源等，有效提高供电系统的能源利用率，同时进一步提高了供电系统的供电稳定性，以及延长无人机的续航时间。

本实施例中具体当电能转换模块3输出的电压大于电池模块4的电压时，控制电能转换模块3给无人机供电，同时给电池模块4充电；当电能转换模块3输出的电压小于电池模块4的电压时，控制电能转换模块3与电池模块4同时给无人机供电，当电能转换模块3处于异常状态时，控制电池模块4单独给无人机供电以提供应急电源，能够充分利用电能，保证无人机实时稳定的供电。

本实施例电池模块4具体采用锂电池，锂电池的重量轻、能量密度高，可以实现高速的充放电且环境适应性好等优点，能够进一步提高供电系统的性能，当然也可以根据实际需求采用其他类型的电池。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。