一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器與直升機(jī)的無刷電機(jī)連接，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、能量分配子系統(tǒng)、充電電路、備用電池、控制電路、第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)，所述的內(nèi)燃機(jī)與能量分配子系統(tǒng)連接，所述的能量分配子系統(tǒng)分別與充電電路、控制電路、第一通斷開關(guān)連接，所述的充電電路、備用電池、第二通斷開關(guān)依次連接，所述的控制電路分別與充電電路、第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)連接，所述的第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)分別與電子調(diào)速器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能有效地延長四旋翼無人直升機(jī)的留空時(shí)間，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源供給系統(tǒng)，尤其是涉及一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，小型直升機(jī)在軍事偵察、民用通信、氣象監(jiān)測、地質(zhì)勘探等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而小型四旋翼直升機(jī)因其優(yōu)異的性能與靈活的控制方式在無人機(jī)研究領(lǐng)域受到了密切的關(guān)注。目前國內(nèi)外小型無人機(jī)分為電驅(qū)動(dòng)與燃油驅(qū)動(dòng)兩種形式。然而因?yàn)樾⌒退男碇鄙龣C(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和高度耦合的運(yùn)動(dòng)控制方式，難以使用系統(tǒng)響應(yīng)復(fù)雜和工作狀態(tài)較不穩(wěn)定的單個(gè)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，是故絕大多數(shù)小型四旋翼直升機(jī)均使用鋰電池作為電源。但由于電池技術(shù)的進(jìn)步緩慢，大容量電池所帯來的重量、體積與成本的大幅度増加，使得小型四旋翼直升機(jī)的續(xù)航時(shí)間始終受到了極大限制，也對其在一些場合的應(yīng)用造成了很大的不便與局限。
[0003]使用內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并最終由電動(dòng)機(jī)為設(shè)備提供動(dòng)カ的方式，上世紀(jì)初就已在內(nèi)燃機(jī)車與常規(guī)動(dòng)カ潛艇上有了相當(dāng)成熟的應(yīng)用。上述的供能方式在小型無人機(jī)上的應(yīng)用，近年來國外學(xué)者已有了相關(guān)研究，并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)與分析，驗(yàn)證了混合動(dòng)カ方案的優(yōu)越性。然而，上述研究主要都關(guān)注于內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)供電方式在小型固定翼飛機(jī)上的應(yīng)用，關(guān)于直升機(jī)，尤其是小型四旋翼直升機(jī)的動(dòng)カ系統(tǒng)的問題幾乎沒有提及，國內(nèi)相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究也是一片空白。因此，為四旋翼小型直升機(jī)建立ー種混合動(dòng)カ供給方案具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，能有效地延長四旋翼無人直升機(jī)的留空時(shí)間，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器與直升機(jī)的無刷電機(jī)連接，其特征在于，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、能量分配子系統(tǒng)、充電電路、備用電池、控制電路、第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)，所述的內(nèi)燃機(jī)與能量分配子系統(tǒng)連接，所述的能量分配子系統(tǒng)分別與充電電路、控制電路、第一通斷開關(guān)連接，所述的充電電路、備用電池、第二通斷開關(guān)依次連接，所述的控制電路分別與充電電路、第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)連接，所述的第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)分別與電子調(diào)速器連接。
[0007]所述的能量分配子系統(tǒng)包括相互連接的發(fā)電機(jī)和穩(wěn)壓電路，所述的發(fā)電機(jī)的輸入端與內(nèi)燃機(jī)連接，所述的穩(wěn)壓電路的輸出端分別與充電電路、控制電路、第一通斷開關(guān)連接。
[0008]該混合能源供給系統(tǒng)具有兩種工作狀態(tài):[0009]I)內(nèi)燃機(jī)正常工作時(shí)，直接供電:
[0010]當(dāng)控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出正常時(shí)，打開第一通斷開關(guān)與充電電路，同時(shí)關(guān) 閉第二通斷開關(guān)，此時(shí)由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)直接為直升機(jī)供電，同時(shí)給備用電池充電以最 大限度地利用內(nèi)燃機(jī)輸出功率；
[0011 ] 2)內(nèi)燃機(jī)熄火或穩(wěn)壓電路失效時(shí):
[0012]當(dāng)控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出端電壓過低時(shí)，穩(wěn)壓電路與電子調(diào)速器之間的第 一通斷開關(guān)以及充電電路均通過控制電路關(guān)斷，同時(shí)備用電池與電子調(diào)速器之間的第二通 斷開關(guān)通過控制電路打開，由備用電池為直升機(jī)供電。
[0013]所述的內(nèi)燃機(jī)為甲醇四沖程內(nèi)燃機(jī)。
[0014]所述的穩(wěn)壓電路包括依次連接的全橋整流器和DC/DC電路。
[0015]所述的DC / DC電路包括非隔離式降壓開關(guān)控制器。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有極大地提升了自身攜帶的能源和輸出功率，可以有 效延長無人機(jī)的留空時(shí)間，能夠幫助擴(kuò)大無人機(jī)應(yīng)用范圍，提升無人機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例
[0020]如圖1所示，一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器9 與直升機(jī)的無刷電機(jī)10連接，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)1、能量分配子系統(tǒng)、充電 電路4、備用電池5、控制電路6、第一通斷開關(guān)7和第二通斷開關(guān)8，所述的內(nèi)燃機(jī)I與能量 分配子系統(tǒng)連接，所述的能量分配子系統(tǒng)分別與充電電路4、控制電路6、第一通斷開關(guān)7連 接，所述的充電電路4、備用電池5、第二通斷開關(guān)8依次連接，所述的控制電路6分別與充 電電路4、第一通斷開關(guān)7和第二通斷開關(guān)8連接，所述的第一通斷開關(guān)7和第二通斷開關(guān) 8分別與電子調(diào)速器9連接。
[0021]所述的能量分配子系統(tǒng)包括相互連接的發(fā)電機(jī)2和穩(wěn)壓電路3，所述的發(fā)電機(jī)2的 輸入端與內(nèi)燃機(jī)I連接，所述的穩(wěn)壓電路3的輸出端分別與充電電路4、控制電路6、第一通 斷開關(guān)7連接。
[0022]該混合能源供給系統(tǒng)具有兩種工作狀態(tài):
[0023]I)內(nèi)燃機(jī)正常工作時(shí)，直接供電:
[0024]當(dāng)控制電路6檢測到穩(wěn)壓電路3輸出正常時(shí)，打開第一通斷開關(guān)7與充電電路4， 同時(shí)關(guān)閉第二通斷開關(guān)8，此時(shí)由內(nèi)燃機(jī)I帶動(dòng)發(fā)電機(jī)直接為直升機(jī)供電，同時(shí)給備用電池 充電以最大限度地利用內(nèi)燃機(jī)輸出功率；
[0025]2)內(nèi)燃機(jī)熄火或穩(wěn)壓電路失效時(shí):
[0026]當(dāng)控制電路6檢測到穩(wěn)壓電路3輸出端電壓過低時(shí)，穩(wěn)壓電路3與電子調(diào)速器9 之間的第一通斷開關(guān)7以及充電電路4均通過控制電路6關(guān)斷，同時(shí)備用電池5與電子調(diào) 速器9之間的第二通斷開關(guān)8通過控制電路6閉合，由備用電池5為直升機(jī)供電。[0027]所述的內(nèi)燃機(jī)為甲醇四沖程內(nèi)燃機(jī)。對內(nèi)燃機(jī)的要求是重量小、體積小、功率充足、利于操作以及便于維護(hù)。汽油能量密度大，因此汽油機(jī)持續(xù)時(shí)間更長。甲醇機(jī)輕便，便于維護(hù)，輸出功率高，發(fā)熱小，優(yōu)勢也十分明顯。四沖程內(nèi)燃機(jī)在功率、噪聲、輸出穩(wěn)定性等方面優(yōu)于ニ沖程內(nèi)燃機(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甲醇四沖程內(nèi)燃機(jī)為較好的選擇。
[0028]將直流無刷電機(jī)逆向使用作為發(fā)電機(jī)，有重量小、體積小、功率充足、輸出電壓適合普通電調(diào)等顯著優(yōu)點(diǎn)。所述的穩(wěn)壓電路包括依次連接的全橋整流器和DC / DC電路。所述的DC / DC電路的核心部件為非隔離式降壓開關(guān)控制器，優(yōu)點(diǎn)在于效率高、發(fā)熱低、允許電流大、運(yùn)行安全穩(wěn)定、噪聲低、應(yīng)用成熟、電路結(jié)構(gòu)簡単。
[0029]由控制電路、備用電池和通斷開關(guān)組成的備用電源控制系統(tǒng)，用于在必要時(shí)切斷與打開對應(yīng)通斷開關(guān)，使得直升機(jī)從由發(fā)電機(jī)直接供電轉(zhuǎn)為由備用電池供電，通過比較器來進(jìn)行判斷。
[0030]充電電路的核心是智能充電管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自動(dòng)充電管理，溫度檢測等一系列功能，可設(shè)置充電電流，也可以簡單地通過高低電平信號來開啟/關(guān)閉整個(gè)充電電路，優(yōu)點(diǎn)在于使用緊湊方便可靠，并且控制簡單。
【權(quán)利要求】
1.一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器與直升機(jī)的無刷 電機(jī)連接，其特征在于，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、能量分配子系統(tǒng)、充電電路、備 用電池、控制電路、第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)，所述的內(nèi)燃機(jī)與能量分配子系統(tǒng)連接， 所述的能量分配子系統(tǒng)分別與充電電路、控制電路、第一通斷開關(guān)連接，所述的充電電路、 備用電池、第二通斷開關(guān)依次連接，所述的控制電路分別與充電電路、第一通斷開關(guān)和第二 通斷開關(guān)連接，所述的第一通斷開關(guān)和第二通斷開關(guān)分別與電子調(diào)速器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，所 述的能量分配子系統(tǒng)包括相互連接的發(fā)電機(jī)和穩(wěn)壓電路，所述的發(fā)電機(jī)的輸入端與內(nèi)燃機(jī) 連接，所述的穩(wěn)壓電路的輸出端分別與充電電路、控制電路、第一通斷開關(guān)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，該 混合能源供給系統(tǒng)具有兩種工作狀態(tài):1)內(nèi)燃機(jī)正常工作時(shí)，直接供電:當(dāng)控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出正常時(shí)，打開第一通斷開關(guān)與充電電路，同時(shí)關(guān)閉第 二通斷開關(guān)，此時(shí)由內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)直接為直升機(jī)供電，同時(shí)給備用電池充電以最大限 度地利用內(nèi)燃機(jī)輸出功率；2)內(nèi)燃機(jī)熄火或穩(wěn)壓電路失效時(shí):當(dāng)控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出端電壓過低時(shí)，穩(wěn)壓電路與電子調(diào)速器之間的第一通 斷開關(guān)以及充電電路均通過控制電路關(guān)斷，同時(shí)備用電池與電子調(diào)速器之間的第二通斷開 關(guān)通過控制電路打開，由備用電池為直升機(jī)供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，所 述的內(nèi)燃機(jī)為甲醇四沖程內(nèi)燃機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，所 述的穩(wěn)壓電路包括依次連接的全橋整流器和DC/DC電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四旋翼小型直升機(jī)混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，所 述的DC/DC電路包括非隔離式降壓開關(guān)控制器。
【文檔編號】H02J7/32GK103580280SQ201310586790
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】張亞歐, 李錚, 夏蔚文 申請人:上海交通大學(xué)