CN210027898U - 一种动力***及无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，具体公开了一种动力***及无人机。其中，动力***包括燃油发动机、旋翼轴、发电机和蓄电池，所述燃油发动机与所述旋翼轴连接并驱动所述旋翼轴转动，所述旋翼轴与所述发电机连接并带动所述发电机转动，所述蓄电池与所述发电机电连接，用于存储电能。无人机包括上述的动力***。本实用新型提供的动力***及无人机，能够简化动力***的结构，提高无人机的续航能力。

Description

一种动力***及无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机动力***及无人机。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着无人机技术的发展，无人机已被广泛应用于边防巡逻、航空摄像、配流配送、工地测绘等领域。

现有无人机一般采用蓄电池、燃油发动机或油电混合动力进行驱动，其中，油电混合动力式的无人机续航能力相对较长，能够应用于航行时间长、航程较远的无人机。而现有技术提供的无人机发动机，通过设置发电机产生电能，提高了无人机的续航能力。但现有技术中的无人机体积较大、整机重量较重，并且连接及传动结构复杂性。

实用新型内容

本实用新型实施例的一个目的在于提供一种动力***，以简化无人机动力***的结构，提高无人机的续航能力。

本实用新型实施例的另一个目的在于提供一种无人机，简化无人机的结构，提高无人机的续航能力。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种动力***，包括燃油发动机、旋翼轴、发电机和蓄电池，所述燃油发动机与所述旋翼轴连接并驱动所述旋翼轴转动，所述旋翼轴与所述发电机连接并带动所述发电机转动，所述蓄电池与所述发电机电连接，用于存储电能。

作为一种动力***的优选方案，所述蓄电池与所述燃油发动机电连接，用于启动燃油发动机。

作为一种动力***的优选方案，所述旋翼轴竖直设置，所述燃油发动机的输出轴水平设置，所述旋翼轴与所述输出轴之间连接有换向传动组件。

作为一种动力***的优选方案，所述旋翼轴与所述发电机的输入轴同轴设置。

作为一种动力***的优选方案，所述发电机为三相交流发电机，所述发电机和所述蓄电池之间设置有整流模块和/或稳压模块。

一种无人机，包括如上所述的动力***。

作为一种无人机的优选方案，所述无人机包括旋翼组件，所述旋翼轴的上端与所述旋翼组件连接，所述旋翼轴的下端与所述发电机连接。

作为一种无人机的优选方案，所述旋翼组件有多组，每组所述旋翼组件分别连接有一套所述动力***。

作为一种无人机的优选方案，所述旋翼组件有多组，每组所述旋翼组件对应设置有所述旋翼轴，所述旋翼轴均与所述燃油发动机连接，且至少一个所述旋翼轴上连接有所述发电机。

作为一种无人机的优选方案，所述无人机中设置有机载电控设备，所述蓄电池与所述机载电控设备电连接。

作为一种无人机的优选方案，所述无人机为纵列式直升机或横列式直升机。

本实用新型实施例的有益效果在于：

本实用新型实施例提供的动力***，通过采用燃油发动机与旋翼轴连接，旋翼轴与发电机连接，发电机与蓄电池电连接，能够将旋翼转动的机械能通过发电机转变成电能输出并储存至蓄电池中，提高了对旋翼自身转动机械能的回收利用，提高了无人机的能源利用率；且通过对旋翼轴转动机械能的发电利用，增加了蓄电池的电能储备，提高了无人机飞行的续航能力；且由于燃油发动机仅驱动旋翼轴转动，简化了现有无人机发电***中，燃油发动机与旋翼轴和发电机同时连接时的结构复杂性，减小了燃油发动机所需尺寸和体积，简化动力***的结构。

本实用新型实施例提供的无人机，通过采用上述的动力***，简化了无人机的结构，提高了无人机的蓄能能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的无人机的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的动力***的原理图。

图中标记如下：

1－动力***；2－机体；3－飞控***；4－旋翼组件；5－起落架；6－机载电控设备；7－舵面组件；

11－燃油发动机；12－发电机；13－蓄电池；14－整流模块；15－稳压模块；16－旋翼轴；17－换向传动组件；171－主动锥齿轮；172－从动锥齿轮；18－中间传动组件；19－传动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1为本实用新型实施例提供的无人机的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的动力***1的原理图，如图1和2所示，本实施例提供了一种无人机，能够应用于边防巡逻、航空摄像、配流配送、工地测绘、农业植保等领域，本实施例不对无人机的具体应用场景进行限制。

具体地，无人机包括机体2、旋翼组件4、动力***1、飞控***3、舵面组件7及起落架5等。机体2由金属材质制成，为整个无人机提供支撑和保护，且机体2沿其纵向中心线对称设置，以保证无人机整机结构的稳定性；旋翼组件4用于为无人机的飞行提供升力；动力***1用于带动旋翼组件4转动，并为无人机中的机载电控设备6提供电能；舵面组件7通过舵机调节舵面角度，改变无人机相对气流的迎流角度，从而改变无人机飞行的方向和姿态；飞控***3用于控制无人机的飞行状态；起落架5用于辅助无人机平稳起落。

优选地，在本实施例中，无人机为纵列式无人直升机或横列式无人直升机。在其他实施例中，无人机还可以为其他的类型，本实用新型并不对此进行限制。且无人机机体2的形状及结构设计、旋翼组件4的具体结构、飞控***3、舵面组件7及起落架5的设置均为无人机领域的常规设置，本实施例不对上述结构的具体结构形式进行限定，现有的无人机的机体2、旋翼组件4、飞控***3、舵面组件7和/或起落架5均能应用至本实用新型中，本实用新型不再进行具体赘述。

在本实施例中，动力***1主要包括旋翼轴16、燃油发动机11、发电机12和蓄电池13。燃油发动机11的输出轴与旋翼轴16连接并带动旋翼轴16转动，用于为旋翼组件4的转动提供转动力矩和转速；旋翼轴16与发电机12的输入轴连接，并带动发电机12的转动发电以输出电能；发电机12与蓄电池13电连接，以将发电机12输出的电能输入至蓄电池13内进行储存；蓄电池13与燃油发动机11电连接，用于为燃油发动机11的点火等操作提供电力。

本实施例提供的动力***1，通过采用燃油发动机11与旋翼轴16连接，旋翼轴16与发电机12连接，发电机12与蓄电池13电连接，能够将旋翼轴16转动的机械能通过发电机12转变成电能输出并储存至蓄电池13中，提高了对旋翼轴16自身转动机械能的回收利用，提高了无人机的能源利用率；且通过对旋翼轴16转动机械能的发电利用，增加了蓄电池13的电能储备，提高了无人机飞行的续航能力；且由于燃油发动机11仅驱动旋翼轴16转动，简化了现有无人机发电***中，燃油发动机11与旋翼轴16和发电机12同时连接时的结构复杂性，减小了燃油发动机11所需尺寸和体积，简化动力***1的结构。

在本实施例中，动力***1还包括油箱，燃油发动机11与油箱通过输油管路连通，以使油箱为燃油发动机11输入动力油。油箱与燃油发动机11的连接为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行具体赘述。油箱中设置有液位检测装置，液位检测装置与飞控***3电连接，以使飞控***3根据液位检测装置检测的油箱液位控制无人机的飞行状态。

在本实施例中，燃油发动机11可以采用汽油机、柴油机等现有的燃油发动机类型，且燃油发动机11的型号、功率以及油箱中的最高油量应根据无人机的尺寸、无人机的应用场景等进行具体设置，且该种设置为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行赘述。

在本实施例中，燃油发动机11的输出轴与旋翼轴16之间采用第一传动组件连接。由于在无人机中，燃油发动机11的动力输出轴通常水平布置，旋翼轴16竖直设置，因此，第一传动组件优选包括换向传动组件17。

进一步地，在本实施例中，换向传动组件17采用锥齿轮组，锥齿轮组包括连接在燃油发动机11的输出轴末端的主动锥齿轮171和套设在旋翼轴16上的从动锥齿轮172，主动锥齿轮171与从动锥齿轮172啮合，实现燃油发动机11的输出轴的水平转动与旋翼轴16的竖直转动之间的转换。在其他实施例中，换向传动组件17还可以采用其他类型的结构形式，如涡轮蜗杆组件等。

在本实施例中，优选地，第一传动组件还包括传动轴19和中间传动组件18，传动轴19水平设置，其一端通过中间传动组件18与燃油发动机11的输出轴连接，另一端套设有主动锥齿轮171。通过设置中间传动组件18，一方面有利于减小对燃油发动机11布置位置的限定，合理利用无人机内部空间，另一方面能够采用中间传动组件18进行燃油发动机11转速减速，提高旋翼轴16的输入扭矩。

在本实施例中，中间传动组件18可以采用减速器，减速器的输入轴与燃油发动机11的输出轴连接，减速器的输出轴与传动轴19连接，以减小旋翼轴16的输入转速，提高旋翼轴16的输入扭矩。进一步地，减速器的输入轴与燃油发动机11输出轴之间，以及减速器的输出轴与传动轴19之间均通过联轴器连接，以保证减速器、燃油发动机11及传动轴19之间的同轴度。在其他一个实施例中，中间传动组件18可以采用皮带传动，即传动轴19和燃油发动机11的输出轴上分别套设同步轮，两个同步轮之间采用同步带连接，实现燃油发动机11的输出轴的转动带动传动轴19转动。采用皮带传动，能够提高传动平稳性，降低传动噪音。在其他另一个实施例中，中间传动组件18还可以为其他在燃油发动机11输出端常用的传动结构形式，本实施例不再进行赘述。

在其他一个实施例中，第一传动组件可以仅包括换向传动组件17，即可以通过设置锥齿轮组的传动比实现减速和增大旋翼轴16输入扭矩的作用。在其他另一个实施例中，在布置条件允许的条件下，可以使燃油发动机11的输出轴竖直设置，第一传动组件仅包括中间传动组件18。

在本实施例中，旋翼组件4设置有两组，且两组旋翼组件4沿机体2的纵向中心线间隔设置，且两组旋翼组件4相对机体2重心对应的横轴对称设置，以确保无人机的平衡和稳定性。进一步地，两组旋翼组件4的旋速相同且旋向相反，在使两组旋翼组件4提供相同大小升力的同时，抵消采用单一旋翼组件4在机体2上的自旋力矩。

在本实施例中，优选地，每个旋翼组件4均对应设置有动力***1，即每个旋翼组件4的旋翼轴16均与一个燃油发动机11连接和与一个发电机12连接，每个发电机12均连接有一个蓄电池13，每个蓄电池13均与对应的燃油发动机11连接；或可以是两个发电机12均与同一个蓄电池13连接，蓄电池13分别与两个燃油发动机11电连接。在其他实施例中，也可以是两组旋翼组件4共用一套动力***1，即两个旋翼组件4的旋翼轴16采用同一个燃油发动机11驱动，且每个旋翼轴16上均连接有发电机12，每个发电机12均与蓄电池13电连接，蓄电池13与燃油发动机11电连接。

在其他实施中，旋翼组件4可以设置三个或更多个，且旋翼组件4一般成对设置，每对旋翼组件4可以相对机体2重心所在的横截面对称设置，也可以是相对于机体2重心所在的纵截面对称设置。旋翼组件4在无人机上的设置方式为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行赘述。

在本实施例中，旋翼轴16的一端伸出机体2外部并连接有旋翼组件4，旋翼轴16的另一端同轴连接有发电机12。在发电机12转速与旋翼轴16转速相匹配的情况下，发电机12的输入轴可以直接通过联轴器与旋翼轴16连接，实现扭矩的传递。在发电机12自身转速与旋翼轴16转速不匹配的情况下，发电机12的输入轴与旋翼轴16之间可以通过第二传动组件连接，以提高发电机12的输入转速，降低输入扭矩。

在本实施例中，发电机12的输入轴优选竖直设置，能够简化发电机12与旋翼轴16之间的连接。在其他实施例中，发电机12的输入轴也可以水平设置，此时，发电机12的输入轴与旋翼轴16之间可以采用涡轮蜗杆组件、锥齿轮组件或齿轮齿条组件等换向组件连接。

在本实施例中，发电机12优选为交流发电机，能够减小发电机12的体积和重量，提高发电机12在低转速下的发电能力。且更为优选地，发电机12为同步三相永磁发电机。在其他实施例中，发电机12也可以为直流发电机或其他类型的交流发电机。

无人机从起飞到落地大致分为三个过程，即起飞阶段、巡航阶段和降落阶段，其中，在起飞阶段，旋翼轴16的转速由零增加至无人机正常航行所需的工作转速，在降落阶段，旋翼轴16的转速由工作转速降低为零，在续航阶段，旋翼轴16的转速相对稳定，且无人机处于续航阶段的时长通常远大于无人机在起飞阶段和降落阶段的时长。因此，在本实施例中，发电机12额定发电功率对应的额定转速应根据旋翼轴16在无人机巡航阶段的工作转速进行设置，即，发电机12额定转速与旋翼轴16的工作转速、发电机12效率及第二传动组件的传动比相关。发电机12的额定转速、额定功率、输入电压和电流的设计和确定为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行赘述。

在本实施例中，发电机12与蓄电池13电连接，蓄电池13与燃油发动机11电连接，以使蓄电池13中的电能用于燃油发动机11的点火。且无人机中还设置有各类机载电控设备6，如各类传感器、电力仪器仪表等，因此，本实施例中，蓄电池13还与舵面组件7、飞控***3及其他机载电控设备6连接，以为无人机中的各类用电设备充电，满足各类用电设备的使用需求，提高各类用电设备的续航能力。

在本实施例中，无人机上搭载的机载电控设备6与无人机所执行的飞行任务相关，本实施例不对无人机上搭载的机载电控设备6的类型和数量进行限制。

在本实施例中，由于各类电力设备通常采用直流电驱动，为使发电机12输入蓄电池13中的电能能够用于各类机载电控设备6的充电，在本实施例中，发电机12与蓄电池13之间设置有整流模块14。整流模块14为整流器，发电机12与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与蓄电池13电连接，利用整流器内部的三相整流桥将发电机12输出的三相交流电整流为记载电力设备所需的直流电。

由于无人机在起飞阶段和降落阶段的转速处于零至工作转速的变化过程，且无人机在巡航阶段也会存在旋翼轴16转速的变化，因此，为提高发电机12输出电压的稳定性，发电机12与蓄电池13之间还设置有稳压模块15。稳压模块15可以与整流器一体形成整流稳压电路，也可以是与整流器单独设置的稳压二极管等稳压设备。

在本实施例中，结合无人机机载电控设备6的用电特点，稳压输出电压30￣55V，输出电流16.8￣20A，耐压100V。整流器、稳压二极管或整流稳压电路为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行赘述。

在本实施例中，优选地，蓄电池13为锂离子充电电池，具有安全性能好、电压高、比能量高等优点。在其他实施例中，蓄电池13可以为其他能够进行充电和放电的电池。

在本实施例中，蓄电池13采用电线与电动机及各机载电控设备6电连接，且蓄电池13与用电设备的电连接方式为本领域的常规技术手段，本实施例不再进行在赘述。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种动力***，其特征在于，包括燃油发动机(11)、旋翼轴(16)、发电机(12)和蓄电池(13)，所述燃油发动机(11)与所述旋翼轴(16)连接并驱动所述旋翼轴(16)转动，所述旋翼轴(16)与所述发电机(12)连接并带动所述发电机(12)转动，所述蓄电池(13)与所述发电机(12)电连接，用于存储电能。

2.根据权利要求1所述的动力***，其特征在于，所述蓄电池(13)与所述燃油发动机(11)电连接，用于启动所述燃油发动机(11)。

3.根据权利要求1所述的动力***，其特征在于，所述旋翼轴(16)竖直设置，所述燃油发动机(11)的输出轴水平设置，所述旋翼轴(16)与所述输出轴之间连接有换向传动组件(17)。

4.根据权利要求1所述的动力***，其特征在于，所述旋翼轴(16)与所述发电机(12)的输入轴同轴设置。

5.根据权利要求1所述的动力***，其特征在于，所述发电机(12)为三相交流发电机(12)，所述发电机(12)和所述蓄电池(13)之间设置有整流模块(14)和/或稳压模块(15)。

6.一种无人机，其特征在于，包括如权利要求1－5任一项所述的动力***(1)。

7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机包括旋翼组件(4)，所述旋翼轴(16)的上端与所述旋翼组件(4)连接，所述旋翼轴(16)的下端与所述发电机(12)连接。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述旋翼组件(4)有多组，每组所述旋翼组件(4)分别连接有一套所述动力***(1)。

9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述旋翼组件(4)有多组，每组所述旋翼组件(4)对应设置有所述旋翼轴(16)，所述旋翼轴(16)均与所述燃油发动机(11)连接，且至少一个所述旋翼轴(16)上连接有所述发电机(12)。

10.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机中设置有机载电控设备(6)，所述蓄电池(13)与所述机载电控设备(6)电连接。

11.根据权利要求6－10任一项所述的无人机，其特征在于，所述无人机为纵列式直升机或横列式直升机。

Images