CN104481771A - 一种高效启动发电一体化自动变传动比装置 - Google Patents

一种高效启动发电一体化自动变传动比装置 Download PDF

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梁建宏
张以成
刘淼
孙安琦
高涵
杨兴帮
吴耀
管沁朴
王田苗
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators

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Abstract

本发明公开一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，通过一级减速器与三级减速器组，配合作用方向相反的单向轴承A与单向轴承B将无人机发动机与电机相连；使当电机做启动电机使用时，且发动机未启动时，一级减速器不工作，三级减速器工作，电机转动通过三级转速器传递到发动机，使发动机从启动状态时的速度为零达到怠速，完成发动机启动。当电机做发电机使用时，且发动机额定工作状态时，一级减速器工作，三级减速器不工作，发动机通过一级减速器传递运动到电机，满足发动机额定工作状态传动比，并完成电机发电。本发明的优点为：本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，可调节无人机油动机电机的传动比使，电机一直处于高效的工作状态。

Description

一种高效启动发电一体化自动变传动比装置
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，涉及一种搭载于小型无人机的高效启动发电一体化自动变传动比装置。
背景技术
发动机的起动需要外力的支持，启动机就是在扮演着这个角色。大体上说，传统启动机用三个部件来实现整个启动过程。直流串激电机引入来自蓄电池的电流并且使起动机的驱动齿轮产生机械运动；传动机构将驱动齿轮啮合入飞轮齿圈，同时能够在发动机起动后自动脱开；启动机电路的通断则由一个电磁或机械开关来控制。其中，电机是启动机内部的主要部件，它的工作原理就是我们在初中物理中所接触到的以安培定律为基础的能量的转化过程，即通电导体在磁场中受力的作用。电机包括必要的电枢、换向器、磁极、电刷、轴承和外壳等部件。发动机在以自身动力运转之前，必须借助外力旋转。发动机借助外力由静止状态过渡到能自行运转的过程，称为发动机的起启动。为了使启动电机完成发动机的启动，需要相应的减速器。
发动机常用的起动方式有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动三种形式。人力起动采用绳拉或手摇的方式，简单但不方便，而且劳动强度大，只适用于一些小功率的发动机，在一些汽车上仅作为后备方式保留着；辅助汽油机起动主要用在大功率的柴油发动机上；电力起动方式操作简便，起动迅速，具有重复起动能力，并且可以远距离控制。双整流发电机是一种最新型交流发电机，它大大改善了普通交流发电机低速充电性能和高速最大功率输出，又不增设比较复杂的控制电路，因此也没有增加充电系的故障率。汽车发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时(怠速以上)，向所有用电设备(起动机除外)供电，同时向蓄电池充电。在普通交流发电机三相定于绕组基础上，增加绕组匝数并引出接线头，增加一套三相桥式整流器。低速时由原绕组和增绕组串联输出，而在较高转速时，仅由原三相绕组输出。工作中高低速供电电路的变换是自动的，没有增设任何机电控制装置，其工作原理分析如下：在低速范围内，由于发电机转速低，三相绕组的串联输出，提高了发电机的输出电压，使发电机低速充电性能大大提高。在高速范围内，随着发电机转速的增大，串接的三相绕组的感抗增大，内压降增大，再加上电枢反应加强，使输出电压下降。这时原三相绕组A、B、C因内压降较小，产生的感应电流相对较大，确保高速下的功率输出。
尽管在汽车中，发电机和启动机同时存在，但是由于启动状态与额定状态传动比差距较大，汽车中使用的变传动比机构结构复杂，质量大，这种技术无法应用于小型无人机，所以现阶段的小型无人机只具备发电机即不具备自启动的能力或者采取分体式结构，即同时具备发电机和启动机，但是这种结构复杂，成本复杂，与小型无人机的功能需求不符。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，以简单轻便的结构将启动机与发动机的功能整合到一起，并解决了无人机发动机与电机在额定工作状态下传动比与无人机发动机处于启动至怠速状态而电机处于最大扭矩状态的传动比差异较大,造成无法保证两种工作模式下均处于电机合理的工作区间的问题。
本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，包括一级减速器、三级减速器组、单向轴承A与单向轴承B。其中，一级减速器中的小齿轮与三级减速器第一级中的大齿轮分别通过单向轴承A与单向轴承B同轴安装在发动机的传动轴上。一级减速器中的大齿轮、三级减速器第一级中的小齿轮、三级减速器第二级中的大齿轮以及三级减速器第三级中的小齿轮同轴固定电机的输出轴上。三级减速器第二级中的小齿轮与三级减速器第三级的大齿轮同轴固定于一根传动轴上；所述单向轴承A域单向轴承B作用方向相反。
当电机做启动电机使用时，且发动机未启动时，一级减速器小齿轮转速大于单向轴承A，三级减速器第一级大齿轮转速等于单向轴承B，单向轴承A松脱无法传递运动；此时，一级减速器不工作，三级减速器工作，电机转动通过三级转速器传递到发动机，使发动机从启动状态时的速度为零达到怠速，完成发动机的启动。
当电机做发电机使用时，且发动机额定工作状态时，一级减速器小齿轮转速等于单向轴承A，三级减速器第一级大齿轮转速小于单向轴承B，单向轴承B松脱无法传递运动；此时，一级减速器工作，三级减速器不工作，发动机通过一级减速器传递运动到电机，满足发动机额定工作状态的传动比，同时完成电机的发电。
本发明的优点在于：
1、本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，可调节无人机油动机电机的传动比使，电机一直处于高效的工作状态；
2、本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，造价简单成本低；
3、本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，装置的结构简单易于替换维修；
4、本发明高效启动发电一体化自动变传动比装置，装置体积小质量轻，专门适用于小型无人机。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中：
1-一级减速器  2-三级减速器  3-单向轴承A
4-单向轴承B   5-发动机    6-电机
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，包括一个一级减速器1、一个三级减速器2、单向轴承A3与单向轴承B4。所述一级减速器1中的小齿轮与三级减速器2第一级中的大齿轮分别通过单向轴承A3与单向轴承B4同轴安装在发动机5的传动轴上(相反作用方向安装)。一级减速器1中的大齿轮、三级减速器2第一级中的小齿轮、三级减速器2第二级中的大齿轮以及三级减速器2第三级中的小齿轮同轴固定电机6的输出轴上；三级减速器2第二级中的小齿轮与三级减速器2第三级的大齿轮同轴固定于一根传动轴上。
本专利中使用了直流有感无刷永磁电机6相比其他类型电机6功率密度高，在较低的重量下即可提供所需的功率。由于取消了电刷因此可以提供较高的转速、寿命。由于配备了霍尔传感器因此电机6驱动可以更平顺稳定的启动，无需对初始位置进行估计。
上述一级齿轮减速器传动比为无人机发动机5与电机6在额定工作状态下传动比，三级齿轮减速器传动比为无人机处于发动机5怠速状态且电机6处于额定大扭矩状态下的传动比。由此，使得：
当电机6做启动电机6使用时，且发动机5未启动时，一级减速器1小齿轮转速大于单向轴承A3，三级减速器2第一级大齿轮转速等于单向轴承B4，单向轴承A3松脱无法传递运动；此时，一级减速器1不工作，三级减速器2工作，电机6转动通过三级转速器传递到发动机5，使发动机5从启动状态时的速度为零达到怠速，完成发动机5的启动。
当电机6做发电机6使用时，且发动机5额定工作状态时，一级减速器1小齿轮转速等于单向轴承A3，三级减速器2第一级大齿轮转速小于单向轴承B4，单向轴承B4松脱无法传递运动；此时，一级减速器1工作，三级减速器2不工作，发动机5通过一级减速器1传递运动到电机6，满足发动机5额定工作状态的传动比，同时完成电机6的发电。

Claims (4)

1.一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，其特征在于：包括一级减速器、三级减速器组、单向轴承A与单向轴承B；其中，一级减速器中的小齿轮与三级减速器第一级中的大齿轮分别通过单向轴承A与单向轴承B同轴安装在发动机的传动轴上；一级减速器中的大齿轮、三级减速器第一级中的小齿轮、三级减速器第二级中的大齿轮以及三级减速器第三级中的小齿轮同轴固定电机的输出轴上；三级减速器第二级中的小齿轮与三级减速器第三级的大齿轮同轴固定于一根传动轴上；所述单向轴承A域单向轴承B作用方向相反。
2.一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，其特征在于：所述一级齿轮减速器传动比为无人机发动机与电机在额定工作状态下传动比；三级齿轮减速器传动比为无人机处于发动机怠速状态且电机处于额定大扭矩状态下的传动比。
3.一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，其特征在于：当电机做启动电机使用时，且发动机未启动时，一级减速器小齿轮转速大于单向轴承A，三级减速器第一级大齿轮转速等于单向轴承B；当电机做发电机使用时，且发动机额定工作状态时，一级减速器小齿轮转速等于单向轴承A，三级减速器第一级大齿轮转速小于单向轴承B。
4.一种高效启动发电一体化自动变传动比装置，其特征在于：所述电机采用直流有感无刷永磁电机。
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