一種四旋翼小型直升機混合能源供給系統(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)速器與直升機的無刷電機連接，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、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的留空時間，具有重要的工程應(yīng)用價值等優(yōu)點。
【專利說明】一種四旋翼小型直升機混合能源供給系統(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混合能源供給系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，小型直升機在軍事偵察、民用通信、氣象監(jiān)測、地質(zhì)勘探等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而小型四旋翼直升機因其優(yōu)異的性能與靈活的控制方式在無人機研究領(lǐng)域受到了密切的關(guān)注。目前國內(nèi)外小型無人機分為電驅(qū)動與燃油驅(qū)動兩種形式。然而因為小型四旋翼直升機的特殊結(jié)構(gòu)和高度耦合的運動控制方式，難以使用系統(tǒng)響應(yīng)復雜和工作狀態(tài)較不穩(wěn)定的單個燃油發(fā)動機驅(qū)動，是故絕大多數(shù)小型四旋翼直升機均使用鋰電池作為電源。但由于電池技術(shù)的進步緩慢，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的續(xù)航時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)燃機帶動發(fā)電機發(fā)電，并最終由電動機為設(shè)備提供動カ的方式，上世紀初就已在內(nèi)燃機車與常規(guī)動カ潛艇上有了相當成熟的應(yīng)用。上述的供能方式在小型無人機上的應(yīng)用，近年來國外學者已有了相關(guān)研究，并進行了一系列的實驗與分析，驗證了混合動カ方案的優(yōu)越性。然而，上述研究主要都關(guān)注于內(nèi)燃機帶動發(fā)電機供電方式在小型固定翼飛機上的應(yīng)用，關(guān)于直升機，尤其是小型四旋翼直升機的動カ系統(tǒng)的問題幾乎沒有提及，國內(nèi)相關(guān)的理論與實驗研究也是一片空白。因此，為四旋翼小型直升機建立ー種混合動カ供給方案具有重要的工程應(yīng)用價值。

【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混合能源供給系統(tǒng)，能有效地延長四旋翼無人直升機的留空時間，具有重要的工程應(yīng)用價值。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種四旋翼小型直升機混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器與直升機的無刷電機連接，其特征在于，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、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)電機和穩(wěn)壓電路，所述的發(fā)電機的輸入端與內(nèi)燃機連接，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)燃機正常工作時，直接供電:
[0010]當控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出正常時，打開第一通斷開關(guān)與充電電路，同時關(guān) 閉第二通斷開關(guān)，此時由內(nèi)燃機帶動發(fā)電機直接為直升機供電，同時給備用電池充電以最 大限度地利用內(nèi)燃機輸出功率；
[0011 ] 2)內(nèi)燃機熄火或穩(wěn)壓電路失效時:
[0012]當控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出端電壓過低時，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供電。
[0013]所述的內(nèi)燃機為甲醇四沖程內(nèi)燃機。
[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 效延長無人機的留空時間，能夠幫助擴大無人機應(yīng)用范圍，提升無人機的應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]實施例
[0020]如圖1所示，一種四旋翼小型直升機混合能源供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過電子調(diào)速器9 與直升機的無刷電機10連接，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機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2和穩(wěn)壓電路3，所述的發(fā)電機2的 輸入端與內(nèi)燃機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)燃機正常工作時，直接供電:
[0024]當控制電路6檢測到穩(wěn)壓電路3輸出正常時，打開第一通斷開關(guān)7與充電電路4， 同時關(guān)閉第二通斷開關(guān)8，此時由內(nèi)燃機I帶動發(fā)電機直接為直升機供電，同時給備用電池 充電以最大限度地利用內(nèi)燃機輸出功率；
[0025]2)內(nèi)燃機熄火或穩(wěn)壓電路失效時:
[0026]當控制電路6檢測到穩(wěn)壓電路3輸出端電壓過低時，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為直升機供電。[0027]所述的內(nèi)燃機為甲醇四沖程內(nèi)燃機。對內(nèi)燃機的要求是重量小、體積小、功率充足、利于操作以及便于維護。汽油能量密度大，因此汽油機持續(xù)時間更長。甲醇機輕便，便于維護，輸出功率高，發(fā)熱小，優(yōu)勢也十分明顯。四沖程內(nèi)燃機在功率、噪聲、輸出穩(wěn)定性等方面優(yōu)于ニ沖程內(nèi)燃機。實驗發(fā)現(xiàn)，甲醇四沖程內(nèi)燃機為較好的選擇。
[0028]將直流無刷電機逆向使用作為發(fā)電機，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。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)點在于效率高、發(fā)熱低、允許電流大、運行安全穩(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)，用于在必要時切斷與打開對應(yīng)通斷開關(guān)，使得直升機從由發(fā)電機直接供電轉(zhuǎn)為由備用電池供電，通過比較器來進行判斷。
[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)閉整個充電電路，優(yōu)點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)速器與直升機的無刷 電機連接，其特征在于，所述混合能源供給系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、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)電機和穩(wěn)壓電路，所述的發(fā)電機的輸入端與內(nèi)燃機 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)燃機正常工作時，直接供電:當控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出正常時，打開第一通斷開關(guān)與充電電路，同時關(guān)閉第 二通斷開關(guān)，此時由內(nèi)燃機帶動發(fā)電機直接為直升機供電，同時給備用電池充電以最大限 度地利用內(nèi)燃機輸出功率；2)內(nèi)燃機熄火或穩(wěn)壓電路失效時:當控制電路檢測到穩(wěn)壓電路輸出端電壓過低時，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混合能源供給系統(tǒng)，其特征在于，所 述的內(nèi)燃機為甲醇四沖程內(nèi)燃機。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四旋翼小型直升機混合能源供給系統(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