阅读说明：本技术 一种油电混合无人机动力系统及无人机 (A kind of oil is electric to mix unmanned plane dynamical system and unmanned plane ) 是由 曾文澍 陈晓锦 黎展荣 黄德礼 林健 曾曦 何珏远 蓝晓霞 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种油电混合无人机动力系统及无人机,动力系统包括发动机；发动机输出端连接固定翼螺旋桨；发动机的输入端连接减速发电装置,且与发动机中的转速传感器电性连接；电源组件第一端与飞机上垂起电机电性连接,第二端与减速发电装置电性连接；转换开关固定于电源组件上,且用于截止或导通减速发电装置和电源组件；控制器电性连接发动机的控制装置、电源组件及转换开关,实现供电模式、充电模式及应急模式。垂起阶段采用电动避免了油动无人机垂起对场地和操作难度的问题,增加了垂起的续航能力和飞行的续航能力,由于减速发电装置能够在发动机熄火后,应急启动发动机,提高了无人机运行中的安全性。(It include engine the present invention relates to a kind of oil electricity mixing unmanned plane dynamical system and unmanned plane, dynamical system；Engine output end is connected and fixed wing propeller；The input terminal of engine connects deceleration generating set, and is electrically connected with the speed probe in engine；The electrizer that hangs down in power supply module first end and aircraft is electrically connected, and second end and deceleration generating set are electrically connected；Change-over switch is fixed on power supply module, and for ending or being connected deceleration generating set and power supply module；Controller is electrically connected control device, power supply module and the change-over switch of engine, realizes powering mode, charge mode and contingency mode.Stage of having hung down using electronic avoids the problem of dynamic unmanned plane of oil has hung down to place and operation difficulty, increase the cruising ability of the cruising ability and flight hung down, since deceleration generating set can be after engine misses, emergency starting engine improves the running safety of unmanned plane.)

一种油电混合无人机动力系统及无人机

技术领域

本发明涉及无人机动力系统技术领域，更具体的说是涉及一种油电混合无人机动力系统及无人机。

背景技术

随着无人机技术的不断发展，无人机的续航以及起降能力是无人机行业的重点研究方向，一般情况下追求高续航能力，起降能力则基本为零，随着起降能力的增加，续航能力也会降低。传统的电动无人机的续航能力和起降能力取决于电池容量大小；油动无人机的发动机在起降的时候对场地以及操作人员的技术要求很高；基于此如何提供一种油电混合动力系统，平衡现有技术中纯电动无人机和油动无人机的优点和缺点是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此本发明提供了一种油电混合无人机动力系统，平衡了现有技术中纯电动无人机和油动无人机的优点和缺点，增加了无人机飞行续航能力的同时，也增加了无人机的垂起续航能力，同时避免了油动无人机垂起对场地和操作难度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种油电混合无人机动力系统，包括：

发动机；

固定翼螺旋桨，发动机输出端连接固定翼螺旋桨；

减速发电装置，发动机的输入端连接减速发电装置，且与发动机中的转速传感器电性连接；

电源组件，电源组件第一端与飞机上垂起电机电性连接，第二端与减速发电装置电性连接；

转换开关，转换开关固定于电源组件上，且用于截止或导通减速发电装置和电源组件；

控制器，控制器电性连接发动机的控制装置、电源组件及转换开关，实现供电模式、充电模式及应急模式。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油电混合无人机动力系统，首先，垂起阶段采用电动，避免了油动无人机垂起对场地和操作难度的问题，飞行采用油动，增加了无人机整体的续航时间；其次，在发动机启动阶段，减速发电装置作为辅助启动电机，控制器控制转换开关断开电源组件与减速发电装置的电路，减速发电装置为发动机的启动提供启动辅助动力，带动发动机启动，进入启动模式；在无人机飞行阶段，空速达到预定范围，控制器控制转换开关接通电源组件和减速发电装置的电路，进入充电模式；在无人机发动机空中熄火时，控制器控制转换开关断开电源组件和减速发电装置的电路，辅助带动发动机启动，进入应急模式。由此不仅保证能够将发动机通过发电机转换的电能用于无人机旋翼的飞行中，还能够在无人机飞行中，发动机熄火应急启动，保证无人机运行的安全性。

优选地，发动机为共轴二冲程对置式发动机，有利于保证无人机的重心的平衡。

优选地，减速发电装置包括壳体、永磁铁、铜线圈、发电机电控部、行星齿轮组及连接轴；

壳体内限定出一个容纳空间，空间外部设置有永磁铁；

铜线圈设置于容纳空间内，且与永磁铁安装位置对应；

发电机电控部固定于壳体上，通过导线与铜线圈电性连接，且与转速传感器电性连接；

行星齿轮组固定于壳体内，且***铜线圈中部固定；

连接轴一端与行星齿轮组固定，另一端伸出壳体，且与发动机的输入端连接。

采用此方案，使减速发电装置具有辅助启动发动机或为电源组件充电的功能，一般无人机空速高于80KM/H，控制器控制转换开关接通电源组件和减速发电装置，使发动机动力带动发电机为电源组件充电。

优选地，行星齿轮组包括齿轮架、行星排及外齿轮；齿轮架与连接轴一端固定；行星排固定于齿轮架上，外齿轮设置于齿轮架上，且与行星排的输出齿轮啮合；外齿轮与铜线圈固定；采用方案，根据发动机不同的转速，行星齿轮组将发动机的转速不同，使外齿轮输出不同的转速，铜线圈在外齿轮的带动下旋转切割磁感线发电。

优选地，壳体包括可拆卸连接的第一壳体和第二壳体；第二壳体中部具有轴孔，连接轴一端***轴孔且与齿轮架固定，拆卸方便。

优选地，发动机包括发动机壳体、曲轴活塞机构、燃烧室、化油器及点火机构；

发动机壳体通过第一发动机壳体和第二发动机壳体形成安装曲轴活塞机构的空间；

第一发动机壳体和第二发动机壳体上均对应固定有一个燃烧室，且两个燃烧室对置布置；第一壳体上设置有第一轴承孔，连接轴另一端***第一轴承孔内通过联轴器与曲柄活塞机构的曲柄一端连接；第二壳体上设置有第二轴承孔，曲柄活塞机构曲柄的另一端伸出第二轴承孔，且与固定翼螺旋桨固定；

化油器固定于远离燃烧室的发动机壳体上；

点火机构安装于燃烧室上，且与发动机控制装置电性连接；

其中第一轴承孔和第二轴承孔中均具有轴承。

优选地，电源组件包括：电池壳体、电池组及电源接头；电池组固定于电池壳体内，电池组两侧通过导线向电池壳体两侧向外延伸，延伸的两侧导线分别连接第一电源接头和第二电源接头；第一电源接头和垂起电机电性连接，第二电源接头和发电机电控部电性连接。

优选地，转换开关包括控制芯片P1和四组三极管组成一个H桥电路；

所述控制芯片P1与所述控制器电性连接，其引脚连接所述H桥电路；

其中Q1和Q4为NPN型三极管，Q2和Q3为PNP型三极管，四组三极管均与所述控制芯片P1电性连接；所述Q1的集电极与所述Q2的集电极连接后与所述减速发电装置电性连接形成第一开关；所述Q3的集电极与所述Q4的集电极连接后与所述减速发电装置电性连接形成第二开关。

其中第一开关接通，减速发电装置作为电机启动，带动发动机启动；第二开关接通，第一开关关闭，减速发电装置作为发电机工作为电源组件进行充电。

本发明还提供了一种油电混合无人机，包括无人机机体、旋翼机组及如权利要求-任一项的一种油电混合无人机动力系统；

旋翼机组包括一体连接的旋翼和旋翼调节器，旋翼固定于无人机机体上；旋翼调节器与垂起电机电性连接，且与控制器CAN总线连接；

电源组件固定于无人机机体内部；

减速发电装置固定于无人机机体舱体尾部连接发动机，固定翼螺旋桨连接于发动机输出轴上；

控制器固定于无人机机体内部，其电性连接发动机的控制装置、电源组件及转换开关实现供电模式、充电模式及应急模式。

采用此方案，为了能让无人机一边飞行，一边能够带动发电机进行工作，双缸对置共轴二冲程发动机，既发动机输出轴搭载飞机的固定翼螺旋桨，发动机的输入端与一个微型的行星变速器(减速部分)连接，使得发动机输出的转速始终满足发电机的最大效率转速，变速器与一个微型的发电机连接，带动发电机进行电能转换，同时发电机也可以带动发动机进行启动工作。

在发动机启动的时候，发电机作为起动机，带动二冲程发动机进行辅助启动；飞机在飞行的过程中，共轴发动机的输入端经行星减速器将发动机的各个飞行时段的不同转速转换为稳定的转速，带动经与行星减速器连接发电机，对飞机的动力电源组件进行充电，达到增加旋翼垂起续航时间的目的。同时飞机在飞行过程中，发动机发生熄火故障时，发电机能够对发动机及时进行启动，确保飞行安全。

本申请的无人机，旋翼带动无人机垂直升起，当升高高度大于30m时，控制器控制转换开关接通第一开关，辅助启动发动机，发动机带到固定翼螺旋桨工作，当无人机空速达到80KM/H，控制器控制第二开关打开，第一开关关闭，启动发电机部分工作，为电源组件充电，电源储存的电能能够带动垂起电机工作，增加了无人机垂起续航时间。

优选地，无人机机体两侧分别设置有旋翼梁，两个旋翼梁尾部均与无人机尾翼连接；旋翼机组包括四组，两两对置布置于两侧的旋翼梁上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的立体图；

图2附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的***图(为未出电源组件)；

图3附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的减速发电装置的***图；

图4附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的电源组件的结构示意图；

图5附图为本发明提供的一种油电混合无人机的结构示意图；

图6附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的转换开关的电路图；

图7附图为本发明提供的一种油电混合无人机动力系统的H桥电路和减速发电装置的连接关系示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，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。

本发明实施例公开了一种油电混合无人机动力系统，平衡了现有技术中纯电动无人机和油动无人机的优点和缺点，增加了无人机飞行续航能力的同时，也增加了无人机的垂起续航能力，同时避免了油动无人机垂起对场地和操作难度的问题。

参见附图1-3，本发明提供了一种油电混合无人机动力系统，包括：

发动机1；

固定翼螺旋桨2，发动机1输出端连接固定翼螺旋桨2；

减速发电装置3，发动机1的输入端连接减速发电装置3，且与发动机1中的转速传感器电性连接；

电源组件4，电源组件4第一端与飞机上垂起电机电性连接，第二端与减速发电装置3电性连接；

转换开关5，转换开关5固定于电源组件4上，且用于截止或导通减速发电装置3和电源组件4；

控制器，控制器电性连接发动机的控制装置、电源组件4及转换开关5，实现供电模式、充电模式及应急模式。

本发明公开提供了一种油电混合无人机动力系统，首先，垂起阶段采用电动，避免了油动无人机垂起对场地和操作难度的问题，飞行采用油动，增加了无人机整体的续航时间；其次，在发动机启动阶段，减速发电装置作为辅助启动电机，控制器控制转换开关断开电源组件与减速发电装置的电路，减速发电装置为发动机的启动提供启动辅助动力，带动发动机启动，进入启动模式；在无人机飞行阶段，空速达到预定范围，控制器控制转换开关接通电源组件和减速发电装置的电路，进入充电模式；在无人机发动机空中熄火时，控制器控制转换开关断开电源组件和减速发电装置的电路，辅助带动发动机启动，进入应急模式。由此不仅保证能够将发动机通过发电机转换的电能用于无人机旋翼的飞行中，还能够在无人机飞行中，发动机熄火应急启动，保证无人机运行的安全性。

参见附图2，发动机1为共轴二冲程对置式发动机，有利于保证无人机的重心的平衡。

参见附图2，减速发电装置3包括壳体31、永磁铁、铜线圈32、发电机电控部、行星齿轮组33及连接轴34；

壳体31内限定出一个容纳空间，空间外部设置有永磁铁；

铜线圈32设置于容纳空间内，且与永磁铁安装位置对应；

发电机电控部固定于壳体31上，通过导线与铜线圈32电性连接，且与转速传感器电性连接；

行星齿轮组33固定于壳体1内，且***铜线圈32中部固定；

连接轴34一端与行星齿轮组33固定，另一端伸出壳体31，且与发动机1的输入端连接。

使减速发电装置具有辅助启动发动机或为电源组件充电的功能，一般无人机空速高于80KM/H，控制器控制转换开关接通电源组件和减速发电装置，使发动机动力带动发电机为电源组件充电。

具体而言，参见附图3，行星齿轮组33包括齿轮架331、行星排332及外齿轮333；齿轮架331与连接轴34一端固定；行星排332固定于齿轮架331上，外齿轮333设置于齿轮架331上，且与行星排332的输出齿轮啮合；外齿轮333与铜线圈32固定。根据发动机不同的转速，行星齿轮组将发动机的转速不同，使外齿轮输出不同的转速，铜线圈在外齿轮的带动下旋转切割磁感线发电。

有利的是，壳体31包括可拆卸连接的第一壳体311和第二壳体312；第二壳体312中部具有轴孔，连接轴34一端***轴孔且与齿轮架331固定，拆卸方便。

参见附图2，发动机1包括发动机壳体11、曲轴活塞机构12、燃烧室13、化油器14及点火机构；

发动机壳体11通过第一发动机壳体111和第二发动机壳体112形成安装曲轴活塞机构112的空间；

第一发动机壳体111和第二发动机壳体112上均对应固定有一个燃烧室13，且两个燃烧室13对置布置；第一壳体111上设置有第一轴承孔，连接轴34另一端***第一轴承孔内通过联轴器与曲柄活塞机构12的曲柄一端连接；第二壳体112上设置有第二轴承孔，曲柄活塞机构12曲柄的另一端伸出第二轴承孔，且与固定翼螺旋桨3固定；

化油器14固定于远离燃烧室13的发动机壳体11上；

点火机构安装于燃烧室13上，且与发动机控制装置电性连接；

其中第一轴承孔和第二轴承孔中均具有轴承15。

参见附图4，电源组件4包括：电池壳体、电池组41及电源接头；电池组41固定于电池壳体内，电池组41两侧通过导线向电池壳体两侧向外延伸，延伸的两侧导线分别连接第一电源接头42和第二电源接头43；第一电源接头42和垂起电机电性连接，第二电源接头43和发电机电控部电性连接。

参见附图6和7，转换开关包括控制芯片P1和四组三极管组成一个H桥电路；

所述控制芯片P1与所述控制器电性连接，其引脚连接所述H桥电路；

其中Q1和Q4为NPN型三极管，Q2和Q3为PNP型三极管，四组三极管均与所述控制芯片P1电性连接；所述Q1的集电极与所述Q2的集电极连接后与所述减速发电装置电性连接形成第一开关；所述Q3的集电极与所述Q4的集电极连接后与所述减速发电装置电性连接形成第二开关。

其中第一开关接通，减速发电装置作为电机启动，带动发动机启动；第二开关接通，第一开关关闭，减速发电装置作为发电机工作为电源组件进行充电。

本发明还提供了一种油电混合无人机，参见附图5，包括无人机机体6、旋翼机组7及上述油电混合无人机动力系统；

旋翼机组7包括一体连接的旋翼和旋翼调节器，旋翼固定于无人机机体6上；旋翼调节器与垂起电机电性连接，且与控制器CAN总线连接；

电源组件4固定于无人机机体6内部；

减速发电装置3固定于无人机机体6舱体尾部连接发动机1，固定翼螺旋桨2连接于发动机1输出轴上；

控制器固定于无人机机体6内部，其电性连接发动机的控制装置、电源组件4及转换开关5实现供电模式、充电模式及应急模式。

为了能让无人机一边飞行，一边能够带动发电机进行工作，双缸对置共轴二冲程发动机，既发动机输出轴搭载飞机的固定翼螺旋桨，发动机的输入端与一个微型的行星变速器(减速部分)连接，使得发动机输出的转速始终满足发电机的最大效率转速，变速器与一个微型的发电机连接，带动发电机进行电能转换，同时发电机也可以带动发动机进行启动工作。

在发动机启动的时候，发电机作为起动机，带动二冲程发动机进行辅助启动；飞机在飞行的过程中，共轴发动机的输入端经行星减速器将发动机的各个飞行时段的不同转速转换为稳定的转速，带动经与行星减速器连接发电机，对飞机的动力电源组件进行充电，达到增加旋翼垂起续航时间的目的。同时飞机在飞行过程中，发动机发生熄火故障时，发电机能够对发动机及时进行启动，确保飞行安全。

本申请的无人机，旋翼带动无人机垂直升起，当升高高度大于30m时，控制器控制转换开关接通第一开关，辅助启动发动机，发动机带到固定翼螺旋桨工作，当无人机空速达到80KM/H，控制器控制第二开关打开，第一开关关闭，启动发电机部分工作，为电源组件充电，电源储存的电能能够带动垂起电机工作，增加了无人机垂起续航时间。

更有利的是，无人机机体6两侧分别设置有旋翼梁61，两个旋翼梁61尾部均与无人机尾翼62连接；旋翼机组7包括四组，两两对置布置于两侧的旋翼梁61上。

其中，发电机的磁极对数为p＝4，我国工业标准的发电频率为f₁＝50Hz，由公式可求解得该尺寸下满足发电最大效率发电机转速n＝750rpm。由于无人机在飞行过程中存在加速起飞、盘旋下降、巡航等工况，所以在设计减速机构时，按照无人机最低转速的工况进行计算，再根据设计需要考虑到飞机尺寸大小，即可算出所需要的减速机的总传动比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。