無人機機載供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型設(shè)計一種供電裝置，特別是涉及一種可用于無人機機載設(shè)備供電的供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于小型無人機，一個比較關(guān)鍵的指標(biāo)就是航時，航時指無人機耗盡其可用燃料所能持續(xù)飛行的時間。當(dāng)無人機可用燃料一定時，航時與發(fā)動機工作狀態(tài)、飛行高度、飛行速度等參數(shù)有關(guān)。而機載電池的電量卻決定了機載航電設(shè)備的工作時間，所以，機載電池的比能量就成為了小型無人機航時的一大瓶頸。
[0003]為了解決這一難題，主要有兩大方案:一是選用高比能量的電池，在同樣的體積或重量情況下給出更多的能量，從而解決航時瓶頸問題。二是開發(fā)小型無人機機載供電裝置，利用發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電給機載設(shè)備供電。
[0004]相對于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘、鎳氫電池等，鋰離子電池是比能量相對較高的電池，根據(jù)鋰離子電池組所用電解質(zhì)材料的不同，鋰離子電池組分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池，聚合物鋰離子電池具有比液態(tài)鋰離子電池更高的比能量，靈活多變的形狀定制使它更適用于無人機領(lǐng)域，但聚合物鋰離子電池依然存在一些缺點:首先，鋰離子電池成本高。主要表現(xiàn)在正極材料LiCo02的價格高(Co的資源較少)，電解質(zhì)體系提純困難；其次，鋰離子電池不能大電流放電，由于有機電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用；同事，其需要保護線路控制，其一是過充保護:電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題，故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電；其二是過放保護:過放會導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護線路控制。而像鋰離子電池的比能量仍舊滿足不了現(xiàn)代快速發(fā)展的小型無人機對航時的需求，應(yīng)研宄更高比能量的新型電池或?qū)ΜF(xiàn)有電池進行改進以提高其比能量。
[0005]無人機機載發(fā)電機有直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。直流發(fā)電機主要適用于中小型無人機，尤其適用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍較大的機種，直流發(fā)電機系統(tǒng)的主要缺點是重量/功率比(kg/Kw)較交流發(fā)電機大，效率低，在傳輸相同電功率的情況下，低壓直流電網(wǎng)重量大；交流發(fā)電機輸出電壓與輸出頻率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而變化，因此在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍不寬的無人機上普遍使用，交流發(fā)電機具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強、功率密度大、電壓變動率及波形失真小等特點，主要缺點是發(fā)電機輸出電壓、頻率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化。為了防止發(fā)電機故障引起的飛機損毀事故，無人機上只需要一個容量很小的應(yīng)急電池組，從而徹底解決了小型無人機的航時瓶頸問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提出一種具有更好效果的無人機機載供電裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出一種無人機機載供電裝置，包括無刷直流電動機及用于帶動所述無刷直流電動機逆向運轉(zhuǎn)發(fā)電的發(fā)動機；電源控制裝置，其與所述無刷直流電動機電連接，并將無刷直流電動機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成無人機可用的直流電。
[0008]所述的無人機機載供電裝置，其中，所述電源控制裝置包括一濾波單元、一整流單元和一調(diào)壓單元。
[0009]所述的無人機機載供電裝置，其中，所述調(diào)壓單元為IQ90280HPC08NRS芯片。
[0010]所述的無人機機載供電裝置，其中，還包括設(shè)置在所述無人機機載供電裝置的輸出與無人機上電池組之間的肖特基快速二極管，用于實現(xiàn)無人機機載供電裝置與電池組供電的切換。
[0011]所述的無人機機載供電裝置，其中，還包括設(shè)置在所述無人機機載供電裝置與無人機上電池組之間的充電模塊，所述充電模塊包括一單片機，該單片機可以檢測所述調(diào)壓單元輸出端的電壓值以控制調(diào)壓單元的使能端。
[0012]所述的無人機機載供電裝置，其中，所述充電模塊還包括可控穩(wěn)壓源和兩個光耦合器，可控穩(wěn)壓源檢測所述調(diào)壓單元輸出端的電壓值并通過所述兩個光耦合器控制所述調(diào)壓單元的禁能端。
[0013]所述的無人機機載供電裝置，其中，還包括用于指示電池組充電狀態(tài)的充電指示燈，和用于指示供電狀態(tài)的供電指示燈。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的無人機機載供電裝置可以利用發(fā)動機轉(zhuǎn)動的能量轉(zhuǎn)換為電能，具有造價低，體積重量較小的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的實施例中無人機機載供電裝置的原理框圖。
[0016]圖2為本實用新型的實施例中無人機機載供電裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0017]為了進一步說明本實用新型的原理和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細說明。
[0018]本實施例中無人機機載供電裝置如圖1所示，其包括一無刷直流電動機1、一發(fā)動機2和一電源控制裝置3。
[0019]本實施例中的無刷直流電動機I選用的是maxon公司的EC_4pole無刷直流電動機，根據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，使用發(fā)動機2帶動此無刷直流電動機I轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于是電動機的逆用，可以產(chǎn)生三相交流電。當(dāng)然，發(fā)動機2和無刷直流電動機I之間需要傳動機構(gòu)進行傳動，本實施例采用的是皮帶輪傳動機構(gòu)進行傳動的。
[0020]電源控制裝置3與無刷直流電動機I的輸出端是電連接的，用于將無刷直流電動機I產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成無人機可用的直流電。電源控制裝置3主要包括一濾波單元31、一整流單元32和一調(diào)壓單元33:如圖2所示，本實施例中濾波單元31包括直接與無刷直流電動機I的輸出端連接的三相濾波器以及LC濾波電路，整流單元32為一三相全波整流橋電路；調(diào)壓單元使用的是DC/DC電源模塊芯片，其型號為IQ90280HPC08NRS。無刷直流電動機I輸出的三相交流電經(jīng)三相濾波器濾波后，通過三相全波整流橋及LC濾波將三相交流電整為直流電，整流濾波后的直流電經(jīng)調(diào)壓單元將電壓變換為本實施例無人機所需的直流28V電源。
[0021]除了上述供電裝置，無人機上還有電池組4供電，為實現(xiàn)供電裝置輸出電和電池組輸出電之間的快速切換，本實施例中還包括一供電切換單元34，如圖2所示，該供電切換單元34具體是設(shè)置在機載供電裝置的輸出與無人機上電池組4之間的肖特基快速二極管，當(dāng)供電裝置正常輸出28V電時，電池組不能使二極管正向?qū)ǎ藭r為供電裝置為無人機上機載設(shè)備供電。
[0022]無人機機載供電裝置與無人機上電池組4之間設(shè)有充電模塊35，供電裝置工作于正常狀態(tài)時，若電池組4電壓低于設(shè)定的某一值時，充電模塊35自動為電池組4充電，當(dāng)電池組4電壓值到達某一值時，自動斷開充電。充電模塊包括一單片機，其型號為PIC12F508，該單片機通過檢測調(diào)壓單元輸出端的電壓值來控制調(diào)壓單元的使能端實現(xiàn)自動充電的功會K。
[0023]此外，充電模塊35還包括一可控穩(wěn)壓源TL431和兩個光耦合器HSSR-7110，可控穩(wěn)壓源檢測所述調(diào)壓單元輸出端的電壓值并通過兩個光耦合器控制所述調(diào)壓單元的禁能端，以實現(xiàn)自動停止充電的功能。
[0024]本實施例供電裝置還包括充電指示燈以及供電指示燈。充電指示燈功能通過單片機PIC16F688檢測調(diào)壓單元33輸出端的電壓來實現(xiàn)對LED燈的控制；供電指示燈通過將LED指示燈跨接與調(diào)壓單元33的PC端與-Vin端來實現(xiàn)。
[0025]本實用新型創(chuàng)新地利用無刷直流電機逆運轉(zhuǎn)作為發(fā)電機使用，并配合電源控制裝置實現(xiàn)不間斷供電，可以提高無人機航時。
[0026]以上僅為本實用新型的較佳可行實施例，并非限制本實用新型的保護范圍，凡運用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.無人機機載供電裝置，其特征在于:包括: 無刷直流電動機及用于帶動所述無刷直流電動機逆向運轉(zhuǎn)發(fā)電的發(fā)動機； 電源控制裝置，其與所述無刷直流電動機電連接，并將無刷直流電動機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成無人機可用的直流電。
2.如權(quán)利要求1所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，所述電源控制裝置包括一濾波單元、一整流單元和一調(diào)壓單元。
3.如權(quán)利要求2所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，所述調(diào)壓單元為IQ90280HPC08NRS 芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述無人機機載供電裝置的輸出與無人機上電池組之間的肖特基快速二極管，用于實現(xiàn)無人機機載供電裝置與電池組供電的切換。
5.如權(quán)利要求3所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述無人機機載供電裝置與無人機上電池組之間的充電模塊，所述充電模塊包括一單片機，該單片機可以檢測所述調(diào)壓單元輸出端的電壓值以控制調(diào)壓單元的使能端。
6.如權(quán)利要求5所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，所述充電模塊還包括可控穩(wěn)壓源和兩個光耦合器，可控穩(wěn)壓源檢測所述調(diào)壓單元輸出端的電壓值并通過所述兩個光耦合器控制所述調(diào)壓單元的禁能端。
7.如權(quán)利要求1所述的無人機機載供電裝置，其特征在于，還包括用于指示電池組充電狀態(tài)的充電指示燈，和用于指示供電狀態(tài)的供電指示燈。
【專利摘要】本實用新型設(shè)計一種供電裝置，特別是涉及一種可用于無人機機載設(shè)備供電的供電裝置。該無人機機載供電裝置包括無刷直流電動機及用于帶動所述無刷直流電動機逆向運轉(zhuǎn)發(fā)電的發(fā)動機；電源控制裝置，其與所述無刷直流電動機電連接，并將無刷直流電動機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成無人機可用的直流電。本實用新型的無人機機載供電裝置可以利用發(fā)動機轉(zhuǎn)動的能量轉(zhuǎn)換為電能，具有造價低，體積重量較小的優(yōu)點。
【IPC分類】H02K7-18, H02J9-06
【公開號】CN204376521
【申請?zhí)枴緾N201420499331
【發(fā)明人】周正偉, 李想, 徐春艷, 胡波, 王忠山, 郝春杰, 曲蘊杰, 劉芳, 劉鐵軍, 周曉東, 崔秀敏, 王少海, 關(guān)雅雯
【申請人】海鷹航空通用裝備有限責(zé)任公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年9月1日