CN108533398B - 一种对置式发电模块及包含该对置式发电模块的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机领域，并公开了一种对置式发电模块，包括发动机组件、主动轴组件、发电机组件，发动机组件包括气缸支架、气缸、曲轴箱和发动机输出轴，所述气缸设置有两个，这两个气缸前后设置在所述曲轴箱的两侧，这两个气缸的活塞均与曲轴箱内的曲柄连杆机构连接，曲柄连杆机构与发动机输出轴连接；主动轴组件包括主动轴和主动轮；发电机组件设置有两组，每组发电组件均包括发电支架、发电机、从动轴、从动轮、皮带和风扇；两根从动轴左右对称设置在主动轴的两侧。本发明的对置式发电模块对主动轴的拉力互相抵消，减小了主动轴所受的弯曲力，结构紧凑，布局合理；所述无人机通过该对置式发电模块获得电能，具有较长的飞行时间。

Description

一种对置式发电模块及包含该对置式发电模块的无人机

技术领域

本发明属于无人机领域，更具体地，涉及一种对置式发电模块及包含该对置式发电模块的无人机。

背景技术

在现有的民用多旋翼无人机中，大多使用电机驱动螺旋桨，并通过电池为电机提供电能。由于电池的能量密度有限，单纯的通过增加电池的容量势必会增加电池的重量，从而增加无人机的起飞重量，进而导致需要更大的功率来驱动电机；电池功耗的增加，最终导致无法显著增加飞行时间，甚至飞行时间会减少。另外，携带更多电池的无人机往往体积和起飞重量也更大，不利于无人机的小型化。

由于内燃机的能量密度远远高于电池驱动电机的能量密度，越来越多的无人机采用发动机直驱螺旋桨或发动机传动加变矩桨的方式，虽然可以明显的提高无人机的续航时间，但存在结构复杂或是控制难度大的问题。

目前也出现了一些采用新型能源的无人机，例如氢能源和太阳能发电的方式。但由于这两种能源方式在实际运用上存在一定的技术困难和不足之处，并没有十分普及。

因而，越来越多的人尝试采用传统内燃机带动发电机发电的方式来获取电能。一般采用发动机直连发电机，或是通过一套传动系统带动单个电机发电的方式。然而发动机直连发电机无法实现变传动比传动，而一套传动系统带动单个电机发电的方式一般需要较大的安装空间，并且会给驱动轴较大的压轴力，同时各支撑零部件的受力也会较大，不利于减小发电模块的体积和重量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种对置式发电模块及包含该对置式发电模块的无人机，布局紧凑、零件受力较小、续航时间长。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种对置式发电模块，其特征在于，包括发动机组件、主动轴组件、发电机组件，其中，

所述发动机组件包括气缸支架、气缸、曲轴箱和发动机输出轴，所述气缸支架安装在第一水平支撑板上，所述气缸设置有两个，所述曲轴箱安装在所述气缸支架上，这两个气缸前后设置在所述曲轴箱的两侧，这两个气缸的活塞均与所述曲轴箱内的曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构与所述发动机输出轴连接，以驱动所述发动机输出轴旋转；

所述主动轴组件包括主动轴和主动轮，所述主动轴固定在发动机输出轴上并且两者轴线同线，所述主动轮设置有两个并且这两个主动轮均固定穿装在所述主动轴上；

所述发电机组件设置有两组，每组所述发电组件均包括发电支架、发电机、从动轴、从动轮、皮带和风扇，其中，所述发电支架通过第二水平支撑板安装在所述气缸支架上，所述第二水平支撑板位于所述第一水平支撑板的上方，所述从动轴可转动安装在所述发电支架上并且所述从动轴与所述主动轴平行，所述从动轮安装在所述从动轴上，所述发电机的转子安装在所述从动轴上，以用于发电，所述风扇安装在所述从动轴上，以用于给发电机散热；

每个所述从动轮分别通过一所述皮带连接一所述主动轮；

两根所述从动轴左右对称设置在所述主动轴的两侧。

优选地，还包括两个散热主动轮和两组散热组件，其中，

两个所述散热主动轮均固定穿装在所述发动机输出轴上；

每组所述散热组件均包括散热从动轴支架、散热从动轴、散热皮带、散热从动轮和散热风扇，所述散热从动轴支架安装在所述第二水平支撑板上，所述散热从动轴与所述主动轴平行并且该散热从动轴可转动安装在所述散热从动轴支架上，所述散热从动轮和所述散热风扇分别安装在所述散热从动轴的上端和下端；

每个所述散热从动轮分别通过一所述散热皮带连接一所述散热主动轮；

每个散热风扇分别位于一所述气缸的上方，以用于给对应的气缸散热；

两根所述散热从动轴前后对称设置在所述主动轴的两侧。

优选地，其中一个风扇的高度大于另一个风扇的高度。

优选地，所述主动轴的顶端可转动安装在第三水平支撑板上，所述第三水平支撑板位于所述第二水平支撑板的上方。

优选地，所述发电支架包括上板、中板、下板和侧板，所述侧板将所述上板、中板和下板连接在一起，所述下板安装在所述第一水平支撑板上；

其中一块所述侧板安装在第一竖直支撑板上，另一块所述侧板安装在第二竖直支撑板上，所述第一竖直支撑板和第二竖直支撑板的上端均连接所述第三水平支撑板而下端均连接所述第一水平支撑板。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种无人机，包括机架及所述的对置式发电模块，其特征在于，所述对置式发电模块固定在所述机架上；

此外，所述无人机还包括电路模块和油箱，所述电路模块通过导线与每个发电机和每个电机分别连接，以用于为机臂上的电机提供电能；所述油箱通过油管与对置式发电模块连接，以用于为气缸供油。

优选地，所述机架包括机身、机臂、电机、螺旋桨和支撑脚，其中，

所述机身包括机架底板、机架顶板和机架侧板，所述机架侧板连接所述机架底板和所述机架顶板，并且所述机架侧板设置有多个；

所述机臂安装在所述机身上，机臂的数量为多个，并且它们周向均匀布置在所述机身上；

所述每个所述机臂上设置一个所述电机，每个所述电机上安装一个所述螺旋桨；

所述支撑脚设置有多个，它们均安装在所述机身上并且它们周向分布在所述机身上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的对置式发电模块的发动机组件的气缸对置，而且发电机组件的皮带、从动轴等也对置，可以对主动轴的拉力互相抵消，减小了主动轴所受的弯曲力，结构紧凑，布局合理；所述无人机通过该对置式发电模块获得电能，具有较长的飞行时间。

2)本发明的风扇可以对发电机进行散热，防止发电机的温度过高而影响发电效率和使用寿命。

3)本发明的散热主动轮和散热组件相配合，可以对气缸进行散热，让气缸的温度不至于过高。

4)本发明的对置式发电模块布局紧凑、由于采取前后、左右等对置式，因此零件受力较小；

5)本发明的无人机通过发动机组件作为动力源，并通过发电机来进行发电，续航时间长，飞行稳定可靠。

附图说明

图1是本发明中对置式发电模块的结构示意图；

图2是本发明中发动机组件和主动轴组件的爆炸示意图；

图3是本发明中发动机组件、主动轴组件、第一发电机组件和第二发电机组件的组合结构示意图；

图4是图3中第一发电机组件的爆炸示意图；

图5是图3中第二发电机组件的爆炸示意图；

图6是本发明中对置式发电模块的另一视角下的结构示意图；

图7是本发明中对置式发电模块的另一视角下的左视图；

图8是本发明中无人机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图8，一种对置式发电模块10，包括发动机组件11、主动轴组件13、发电机组件，其中，

所述发动机组件11包括气缸支架、气缸、曲轴箱115和发动机输出轴117，所述气缸支架安装在第一水平支撑板191上，所述气缸设置有两个，曲轴箱115和这两个气缸分别安装在所述气缸支架上，这两个气缸前后设置在所述曲轴箱115的两侧，这两个气缸的活塞均与所述曲轴箱115内的曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构与所述发动机输出轴117连接，以驱动所述发动机输出轴117旋转；

所述主动轴组件13包括主动轴131和主动轮，所述主动轴131固定在发动机输出轴117上并且两者轴线同线，所述主动轮设置有两个并且这两个主动轮均固定穿装在所述主动轴131上；

所述发电机组件设置有两组，每组所述发电组件均包括发电支架、发电机、从动轴、从动轮、皮带和风扇，其中，所述发电支架通过第二水平支撑板193安装在所述气缸支架上，所述第二水平支撑板193位于所述第一水平支撑板191的上方，所述从动轴可转动安装在所述发电支架上并且所述从动轴与所述主动轴131平行，所述从动轮安装在所述从动轴上，所述发电机的转子安装在所述从动轴上，以用于发电，所述风扇安装在所述从动轴上，以用于给发电机散热；

每个所述从动轮分别通过一所述皮带连接一所述主动轮；

两根所述从动轴左右对称设置在所述主动轴131的两侧。

进一步，还包括两个散热主动轮和两组散热组件，其中，

两个所述散热主动轮均固定穿装在所述发动机输出轴117上；

每组所述散热组件均包括散热从动轴支架、散热从动轴、散热皮带、散热从动轮和散热风扇，所述散热从动轴支架安装在所述第二水平支撑板上，所述散热从动轴与所述主动轴平行并且该散热从动轴可转动安装在所述散热从动轴支架上，所述散热从动轮和所述散热风扇分别安装在所述散热从动轴的上端和下端；

每个所述散热从动轮分别通过一所述散热皮带连接一所述散热主动轮；

每个散热风扇分别位于一所述气缸的上方，以用于给对应的气缸散热；

两根所述散热从动轴前后对称设置在所述主动轴131的两侧。

进一步，其中一个风扇的高度大于另一个风扇的高度。

进一步，所述主动轴131的顶端可转动安装在第三水平支撑板195上，所述第三水平支撑板195位于所述第二水平支撑板193的上方。

进一步，所述发电支架包括上板、中板、下板和侧板，所述侧板将所述中板和下板连接在一起，所述下板安装在所述第一水平支撑板191上；

其中一块所述侧板安装在第一竖直支撑板197上，另一块所述侧板安装在第二竖直支撑板199上，所述第一竖直支撑板197和第二竖直支撑板199的上端均连接所述第三水平支撑板195而下端均连接所述第一水平支撑板191。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种无人机，包括机架及所述的对置式发电模块10，所述对置式发电模块10固定在所述机架上。

进一步，所述机架包括机身、机臂24、电机25、螺旋桨26和支撑脚27，其中，

所述机身包括机架底板21、机架顶板22和机架侧板23，所述机架侧板23连接所述机架底板21和所述机架顶板22，并且所述机架侧板23设置有多个；

所述机臂24安装在所述机身上，机臂24的数量为多个，并且它们周向均匀布置在所述机身上；

每个所述机臂24上设置一个所述电机25，每个所述电机25上安装一个所述螺旋桨26；

所述支撑脚27设置有多个，它们均安装在所述机身上并且它们周向分布在所述机身上。

请参阅图1和图2，本发明提供的对置式发电模块10具有发动机组件11和主动轴组件13，以及两组发电机组件，两组发电机组件分别为第一发电机组件15和第二发电机组件17。所述发动机组件11包括两个气缸、曲轴箱115和发动机输出轴117，两个气缸分别为第一气缸111和第二气缸113，所述发动机组件11的气缸支架固定在第一水平支撑板191上，且发动机输出轴117的轴线与第一水平支撑板191所在的平面垂直。所述主动轴组件13包括主动轴131、第一主动轮133和第二主动轮135。所述主动轴131固定在发动机输出轴117上，并与发动机输出轴117的轴线重合。所述第一主动轮133和第二主动轮135固定地套设在主动轴131上，并与主动轴131的轴线重合。发动机输出轴117带动主动轴131，进而带动第一主动轮133和第二主动轮135以相同的速度旋转。另外，在第一主动轮133和第二主动轮135之间还设置有轴套132，将第一主动轮133和第二主动轮135分隔开，并且轴套132套接在主动轴131上。

本实施例中，所述主动轴131与发动机输出轴117分体设计，并通过紧固件固定连接，可以理解，在其他实施例中，所述主动轴131与发动机输出轴117也可为一体式结构。

本实施例中，所述第一主动轮133和第二主动轮135分体设计，可以理解，在其他实施例中，所述第一主动轮133和第二主动轮135也可为一体式结构。

请参阅图3、图4和图5，所述第一发电机组件15具有第一皮带151、第一从动轮153、第一从动轴155、第一发电机157和第一风扇159。所述第一从动轴155固定在第一发电机157的转子上，并与第一发电机157的轴线重合。所述第一风扇159和第一从动轮153固定地套设在第一从动轴155上，并与第一从动轴155的轴线重合。第一从动轮153、第一从动轴155、第一发电机157的转子以及第一风扇159可以以相同的速度旋转。所述第一从动轴155的轴线与主动轴131的轴线间隔且平行布置。所述第一皮带151的一端套设在第一主动轮133上，另一端套设在第一从动轮153上。第一主动轮133可以通过所述第一皮带151带动第一从动轮153旋转，进而带动第一从动轴155和第一发电机157的转子旋转，从而产生电能。

所述第二发电机组件17具有第二皮带171、第二从动轮173、第二从动轴175、第二发电机177和第二风扇179。所述第二从动轴175固定在第二发电机177的转子上，并与第二发电机177的轴线重合。所述第二风扇179和第二从动轮173固定地套设在第二从动轴175上，并与第二从动轴175的轴线重合。第二从动轮173、第二从动轴175、第二发电机177的转子以及第二风扇179可以以相同的速度旋转。所述第二从动轴175的轴线与主动轴131的轴线间隔且平行布置。所述第二皮带171的一端套设在第二主动轮135上，另一端套设在第二从动轮173上。第二主动轮135可以通过所述第二皮带171带动第二从动轮173旋转，进而带动第二从动轴175和第二发电机177的转子旋转，从而产生电能。

本实施例中，所述第一发电机157和第二发电机177均为外转子直流无刷电机，可以理解，在其他实施例中，所述第一发电机157和第二发电机177也可为内转子直流无刷电机或其他类型发电机。

本实施例中，所述第一主动轮133、第二主动轮135、第一从动轮153和第二从动轮173均通过免键轴衬的方式固定地套设在相应的轴上，可以理解，在其他实施例中，所述第一主动轮133、第二主动轮135、第一从动轮153和第二从动轮173也可通过键连接等方式固定地套设在相应的轴上。

本实施例中，所述第一风扇159和第二风扇179分别用于给第一发电机157和第二发电机177散热，可以理解，在其他实施例中，所述第一发电机157和第二发电机177也可以通过其他方式散热。

所述第一发电机组件15和第二发电机组件17分别位于所述主动轴组件13两侧相对布置。具体的，第一从动轴155的轴线、第二从动轴175的轴线与主动轴131的轴线处于同一平面内，且分别位于主动轴131的轴线的两侧。

请参阅图1、图4和图5，在本实施例中，所述第一发电机组件15还具有第一上板152、第一中板154、第一下板156和第一侧板158。所述第一上板152、第一中板154、第一下板156和第一侧板158用于支撑第一发电机157的定子和第一从动轴155。所述第一下板156固定在第二水平支撑板193上，所述第一侧板158固定在第一竖直支撑板197上。所述第二发电机组件17还具有第二上板172、第二中板174、第二下板176和第二侧板178。所述第二上板172、第二中板174、第二下板176和第二侧板178用于支撑第二发电机177的定子和第二从动轴175。所述第二下板176固定在第二水平支撑板193上，所述第二侧板固定在第二竖直支撑板199上。所述第二水平支撑板193、第三水平支撑板195与第一竖直支撑板197和第二竖直支撑板199固定，所述第一竖直支撑板197和第二竖直支撑板199与第一水平支撑板191固定。通过上述固定方式，第一发电机组件15和第二发电机组件17的位置与发动机组件11的位置保持相对固定，且第一从动轴155的轴线、第二从动轴175的轴线与主动轴131的轴线的相对距离可以根据需要进行改变。可以理解，还可以通过其他固定方式，使第一发电机组件15和第二发电机组件17的位置与发动机组件11的位置保持相对固定。

请参阅图2、图6和图7，本发明提供的对置式发电模块10，还具有第一散热组件16和第二散热组件18。所述主动轴组件13还具有第一散热主动轮139和第二散热主动轮137。所述第一散热组件16具有第一散热皮带161、第一散热从动轮163、第一散热从动轴165和第一散热风扇167。所述第一散热风扇167和第一散热从动轮163固定地套设在第一散热从动轴165上，并与第一散热从动轴165的轴线重合。第一散热从动轮163、第一散热从动轴165与第一散热风扇167可以以相同的速度旋转。所述第一散热从动轴165的轴线与主动轴131的轴线间隔且平行布置。所述第一散热风扇167位于第一气缸111的正上方。所述第一散热皮带161的一端套设在第一散热主动轮139上，另一端套设在第一散热从动轮163上。第一散热主动轮139可以通过所述第一散热皮带161带动第一散热从动轮163旋转，进而带动第一散热从动轴165与第一散热风扇167旋转，产生吹向第一气缸111的风，给第一气缸111散热。

所述第二散热组件18具有第二散热皮带181、第二散热从动轮183、第二散热从动轴185和第二散热风扇187。所述第二散热风扇187和第二散热从动轮183固定地套设在第二散热从动轴185上，并与第二散热从动轴185的轴线重合。第二散热从动轮183、第二散热从动轴185与第二散热风扇187可以以相同的速度旋转。所述第二散热从动轴185的轴线与主动轴131的轴线间隔且平行布置。所述第二散热风扇187位于第二气缸113的正上方。所述第二散热皮带181的一端套设在第二散热主动轮137上，另一端套设在第二散热从动轮183上。第二散热主动轮137可以通过所述第二散热皮带181带动第二散热从动轮183旋转，进而带动第二散热从动轴185与第二散热风扇187旋转，产生吹向第二气缸113的风，给第二气缸113散热。

请参阅图8，本发明实施方式提供一种无人机100，具有对置式发电模块10、机架20、电路模块40和油箱50。所述机架20具有机架底板21、机架顶板22、机架侧板23、机臂24、电机25、螺旋桨26和支撑脚27。所述机臂24的数量为多个，且相对于机架20中心呈对称分布。在本实施方式中，所述机臂24、电机25、螺旋桨26和支撑脚27的数量一致，均为四个。

所述对置式发电模块10固定在所述机架20的机架底板21上，并通过导线与电路模块40连接。电路模块40固定在机架顶板22上，电路模块40为电机25提供电能。所述油箱50固定在机架底板21上，并通过油管与对置式发电模块10连接，为发动机供油。

本发明实施方式的对置式发电模块对主动轴的拉力互相抵消，减小了主动轴所受的弯曲力，结构紧凑，布局合理；本发明实施方式的无人机通过该对置式发电模块获得电能，具有较长的飞行时间。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对置式发电模块，其特征在于，包括发动机组件、主动轴组件、发电机组件，其中，

所述发动机组件包括气缸支架、气缸、曲轴箱和发动机输出轴，所述气缸支架安装在第一水平支撑板上，且发动机输出轴的轴线与第一水平支撑板所在的平面垂直，所述气缸设置有两个，所述曲轴箱安装在所述气缸支架上，这两个气缸前后设置在所述曲轴箱的两侧，这两个气缸的活塞均与所述曲轴箱内的曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构与所述发动机输出轴连接，以驱动所述发动机输出轴旋转；

所述主动轴组件包括主动轴和主动轮，所述主动轴固定在发动机输出轴上并且两者轴线同线，所述主动轮设置有两个并且这两个主动轮均固定穿装在所述主动轴上；

所述发电机组件设置有两组，每组所述发电机组件均包括发电支架、发电机、从动轴、从动轮、皮带和风扇，其中，所述发电支架通过第二水平支撑板安装在所述气缸支架上，所述第二水平支撑板位于所述第一水平支撑板的上方，所述从动轴可转动安装在所述发电支架上并且所述从动轴与所述主动轴平行，所述从动轮安装在所述从动轴上，所述发电机的转子安装在所述从动轴上，以用于发电，所述风扇安装在所述从动轴上，以用于给发电机散热；

每个所述从动轮分别通过一所述皮带连接一所述主动轮；

两根所述从动轴左右对称设置在所述主动轴的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种对置式发电模块，其特征在于，还包括两个散热主动轮和两组散热组件，其中，

两个所述散热主动轮均固定穿装在所述发动机输出轴上；

每组所述散热组件均包括散热从动轴支架、散热从动轴、散热皮带、散热从动轮和散热风扇，所述散热从动轴支架安装在所述第二水平支撑板上，所述散热从动轴与所述主动轴平行并且该散热从动轴可转动安装在所述散热从动轴支架上，所述散热从动轮和所述散热风扇分别安装在所述散热从动轴的上端和下端；

每个所述散热从动轮分别通过一所述散热皮带连接一所述散热主动轮；

每个散热风扇分别位于一所述气缸的上方，以用于给对应的气缸散热；

两根所述散热从动轴前后对称设置在所述主动轴的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种对置式发电模块，其特征在于，其中一个风扇的高度大于另一个风扇的高度。

4.根据权利要求1所述的一种对置式发电模块，其特征在于，所述主动轴的顶端可转动安装在第三水平支撑板上，所述第三水平支撑板位于所述第二水平支撑板的上方。

5.根据权利要求4所述的一种对置式发电模块，其特征在于，所述发电支架包括上板、中板、下板和侧板，所述侧板将所述上板、中板和下板连接在一起，所述下板安装在所述第一水平支撑板上；

其中一块所述侧板安装在第一竖直支撑板上，另一块所述侧板安装在第二竖直支撑板上，所述第一竖直支撑板和第二竖直支撑板的上端均连接所述第三水平支撑板而下端均连接所述第一水平支撑板。

6.一种无人机，包括机架及权利要求1~5中任一权利要求所述的对置式发电模块，其特征在于，所述对置式发电模块固定在所述机架上；

此外，所述无人机还包括电路模块和油箱，所述电路模块通过导线与每个发电机和每个电机分别连接，以用于为机臂上的电机提供电能；所述油箱通过油管与对置式发电模块连接，以用于为气缸供油。

7.根据权利要求6所述的一种无人机，其特征在于，所述机架包括机身、机臂、电机、螺旋桨和支撑脚，其中，

所述机身包括机架底板、机架顶板和机架侧板，所述机架侧板连接所述机架底板和所述机架顶板，并且所述机架侧板设置有多个；

所述机臂安装在所述机身上，机臂的数量为多个，并且它们周向均匀布置在所述机身上；

每个所述机臂上设置一个所述电机，每个所述电机上安装一个所述螺旋桨；

所述支撑脚设置有多个，它们均安装在所述机身上并且它们周向分布在所述机身上。