CN109353526B - 一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构 - Google Patents
一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，目的是解决现阶段轻型电动飞行器续航能力短、电池重量大以及大容量电池组难于控制等问题。本发明包括架体、壳体、二冲程发动机、小带轮、大带轮、同步带和永磁同步电机，所述的壳体和二冲程发动机设在架体上，小带轮两端通过轴承连接在壳体上，二冲程发动机的输出轴与小带轮同轴固连；大带轮的一端与永磁同步电机的转子同轴固连，另一端通过轴承连接在壳体上；小带轮和大带轮通过同步带相连；永磁同步电机固定在壳体内，定子端连接有输电线。本发明对飞行器进行供电，代替原有的电池组，降低了大容量电池组中因电池间差异而难于控制的难度，减轻了飞行器整体质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种增程式能量转换机构，特别涉及一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构。
背景技术
目前，电机技术越来越成熟，无论在响应性还是控制性方面，都有着优于发动机的性能，再加上环境的污染以及发动机噪声的污染，使人们将机械的动力源由发动机转向了电机，但电机所需要的电能源主要还是由电池组提供，尽管目前常用的锂电池使电池的能量密度大幅度提高，大约在150～220Wh/kg，但与汽油的能量密度12778Wh/kg相比，依旧还是差很多，这就导致了在使用电机的时候，往往还需要准备一个大容量的电池组，但是在减轻飞行器质量方面，尤其是在发展轻型电动飞行器方面是极不利的。
目前的电动飞行器，往往都搭载着一块很重的电池组，要想提高飞行续航能力，可能需要的电池组容量更大，重量也会更重，所以对于这种情况来说，无法再通过增加电池组来显著的提高续航能力，同时传统的发动机飞行器在噪声、重量和控制方面都有着明显的不足，所以如何兼顾两者的优点，使飞行器的续航和操纵能力显著提高，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现阶段轻型电动飞行器续航能力短、电池重量大以及大容量电池组难于控制等问题，提供一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构。
本发明包括架体、壳体、二冲程发动机、小带轮、大带轮、同步带和永磁同步电机，所述的壳体和二冲程发动机设在架体上，小带轮、大带轮、同步带和永磁同步电机设在壳体内；小带轮两端通过轴承连接在壳体上，二冲程发动机的输出轴与小带轮同轴固连；大带轮与小带轮平行设置，大带轮的一端与永磁同步电机的转子同轴固连，另一端通过轴承连接在壳体上；小带轮和大带轮通过同步带相连；永磁同步电机固定在壳体内，定子端连接有输电线，输电线穿过壳体与飞行器蓄电池相连。
所述的壳体包括四个壳体组件，分别为第一壳体、第二壳体、第三壳体和第四壳体，第一壳体和第二壳体固定在架体上，第一壳体和第二壳体之间通过螺栓连接，组成下壳体；第三壳体和第四壳体设在第一壳体和第二壳体上方，第三壳体和第四壳体之间也通过螺栓连接，组成上壳体；上壳体与下壳体通过螺栓连接，上壳体与下壳体之间设有垫片，通过调节垫片的高度来调节上下壳体之间的高度；小带轮设在下壳体内，大带轮和永磁同步电机设在上壳体内。
所述的第一壳体和第二壳体与架体之间设有橡胶垫。
所述的小带轮和大带轮表面均设有同步齿，同步带为圆弧齿同步带，内表面设有与小带轮和大带轮表面的同步齿相啮合的齿纹。
所述的小带轮为空心轴同步带轮，二冲程发动机的输出轴插入小带轮空心轴内，端部由挡圈卡接在小带轮内，并通过螺钉固定。
所述的大带轮包括轮盘和花键轴，花键轴穿过轮盘的轴孔与轮盘同轴固连；花键轴一端与永磁同步电机的转子同轴固连，另一端通过轴承与壳体相连；花键轴上套设有轴套，轴套一端与轮盘抵接，另一端与轴承内圈抵接。
所述的小带轮与大带轮的传动比为2:1，构成减速传动机构。
本发明的工作原理：
启动二冲程发动机，二冲程发动机通过输出轴带动小带轮旋转输出转矩，小带轮通过同步带驱动大带轮旋转，大带轮通过花键轴带动永磁同步电机的转子旋转进而产生电能，由永磁同步电机定子端的输电线将电能输送给飞行器的蓄电池进行供电。飞行器的蓄电池再为飞行器的电动机供电，使其为飞行器提供动能。
本发明的有益效果：
本发明产生电能，对飞行器进行供电，代替原有的承重电池组模块，降低了大容量电池组中因电池间差异而难于控制的难度，减轻了飞行器整体质量，有利于轻量化设计。
本发明通过分体式壳体设计，极大地降低了安装难度，采用壳体垫片提高了安装精度，易于拆卸，方便维修，壳体与架体的连接处采用橡胶垫填充，对壳体起到缓冲作用，减弱壳体在飞行器上的振动。
本发明摒弃了以往的齿轮减速机构，采用等宽圆弧齿同步带传递转矩，继承了高性能同步带的运行平稳、清洁度好、不需要经常维护保养等优点；在长期的运转中，由于振动等工作状况出现传动间隙时，可以通过增加上下壳体间的垫片及调节连接螺栓的紧度来消除间隙，增加同步带的张紧度，保证高效传动；利用同步带的传递功率上限，可以有效地防止在发动机过载工况下传递转矩。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明拆分结构示意图。
图3为本发明剖视结构示意图。
图4为本发明壳体结构示意图。
图5为本发明大带轮结构示意图。
1、架体 2、壳体 3、二冲程发动机 4、小带轮 5、大带轮
6、同步带 7、永磁同步电机 8、轴承 9、第一壳体
10、第二壳体 11、第三壳体 12、第四壳体 13、垫片
14、橡胶垫 15、挡圈 16、螺钉 17、轮盘 18、花键轴
19、轴套 20、输出轴。
具体实施方式
请参阅图1至图5所示：
本发明包括架体1、壳体2、二冲程发动机3、小带轮4、大带轮5、同步带6和永磁同步电机7，所述的壳体2和二冲程发动机3设在架体1上，小带轮4、大带轮5、同步带6和永磁同步电机7设在壳体2内；小带轮4两端通过轴承8连接在壳体2上，二冲程发动机3的输出轴20与小带轮4同轴固连；大带轮5与小带轮4平行设置，大带轮5的一端与永磁同步电机7的转子同轴固连，另一端通过轴承8连接在壳体2上；小带轮4和大带轮5通过同步带6相连；永磁同步电机7为转子型电机，固定在壳体2内，定子端连接有输电线，输电线穿过壳体2与飞行器的蓄电池和电源管理模块相连，当蓄电池电量达到饱和度时，直接为飞行器电动机供电，当蓄电池电量不饱和时则为蓄电池供电。
所述的壳体2包括四个壳体组件，分别为第一壳体9、第二壳体10、第三壳体11和第四壳体12，第一壳体9和第二壳体10固定在架体1上，第一壳体9和第二壳体10之间通过螺栓连接，组成下壳体；第三壳体11和第四壳体12设在第一壳体9和第二壳体10的上方，第三壳体11和第四壳体12之间也通过螺栓连接，组成上壳体；上壳体与下壳体通过螺栓连接，上壳体与下壳体之间设有垫片13，通过调节垫片13的高度来调节上下壳体之间的高度，当同步带6张紧度不够时增加垫片厚度，进而提高同步带6的张紧度；小带轮4设在下壳体内，大带轮5和永磁同步电机7设在上壳体内。
所述的第一壳体9和第二壳体10与架体之间设有橡胶垫14。
所述的小带轮4和大带轮5表面均设有同步齿，同步带6为圆弧齿同步带，内表面设有与小带轮4和大带轮5表面的同步齿相啮合的齿纹。
所述的小带轮4为空心轴同步带轮，二冲程发动机3的输出轴20插入小带轮4空心轴内，端部由挡圈15卡接在小带轮4内，并通过螺钉16固定。
所述的大带轮5包括轮盘17和花键轴18，花键轴18穿过轮盘17的轴孔与轮盘17同轴固连；花键轴18一端与永磁同步电机7的转子同轴固连，另一端通过轴承8与第四壳体12相连；花键轴18上套设有轴套19，轴套19一端与轮盘17抵接，另一端与轴承8内圈抵接。
所述的小带轮4与大带轮5的传动比为2:1。
二冲程发动机3采用的型号为Rotax228发动机，同步带6采用Optibelt3M同步带。
本发明的工作原理：
启动二冲程发动机3，二冲程发动机3通过输出轴20带动小带轮4旋转输出转矩，小带轮4通过同步带6驱动大带轮5旋转，大带轮5通过花键轴18带动永磁同步电机7的转子旋转进而产生电能，由永磁同步电机7定子端的输电线将电能输送给飞行器的蓄电池进行供电。飞行器的蓄电池再为飞行器的电动机供电，使其为飞行器提供动能。
壳体安装过程：
安装下壳体：先将第一壳体9对应二冲程发动机3的输出轴20的位置固定在架体1上，然后将小带轮4通过挡圈15和螺钉16固定在二冲程发动机3的输出轴20上，小带轮4一端通过轴承8与第一壳体9相连，套上同步带6；然后将第二壳体10与第一壳体9通过螺栓连接，同时小带轮4与第二壳体10通过轴承8相连，最后将第二壳体10固定在架体1上。
安装上壳体：首先将第三壳体11固定在第一壳体9上部，然后将大带轮5的花键轴18与永磁同步电机7的转子相连，连接后将花键轴18插入大带轮5轮盘17的轴孔内，将同步带6套在轮盘17上，花键轴18末端通过轴承8与第三壳体11相连；最后将第四壳体12分别与第二壳体10和第三壳体11相连。
Claims (5)
1.一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，其特征在于：包括架体、壳体、二冲程发动机、小带轮、大带轮、同步带和永磁同步电机，所述的壳体和二冲程发动机设在架体上，小带轮、大带轮、同步带和永磁同步电机设在壳体内；小带轮两端通过轴承连接在壳体上，二冲程发动机的输出轴与小带轮同轴固连；大带轮与小带轮平行设置，大带轮的一端与永磁同步电机的转子同轴固连，另一端通过轴承连接在壳体上；小带轮和大带轮通过同步带相连；永磁同步电机固定在壳体内，定子端连接有输电线，输电线穿过壳体与飞行器蓄电池相连；
所述的壳体包括四个壳体组件，分别为第一壳体、第二壳体、第三壳体和第四壳体，第一壳体和第二壳体固定在架体上，第一壳体和第二壳体之间通过螺栓连接，组成下壳体；第三壳体和第四壳体设在第一壳体和第二壳体上方，第三壳体和第四壳体之间也通过螺栓连接，组成上壳体；上壳体与下壳体通过螺栓连接，上壳体与下壳体之间设有垫片，通过调节垫片的高度来调节上下壳体之间的高度，当同步带张紧度不够时增加垫片厚度，进而提高同步带的张紧度；小带轮设在下壳体内，大带轮和永磁同步电机设在上壳体内；所述的小带轮与大带轮的传动比为2:1。
2.根据权利要求1所述的一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，其特征在于：所述的第一壳体和第二壳体与架体之间设有橡胶垫。
3.根据权利要求1所述的一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，其特征在于：所述的小带轮和大带轮表面均设有同步齿，同步带的内表面设有与小带轮和大带轮表面的同步齿相啮合的齿纹。
4.根据权利要求1所述的一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，其特征在于：所述的小带轮为空心轴同步带轮，二冲程发动机的输出轴插入小带轮空心轴内，端部由挡圈卡接在小带轮内，并通过螺钉固定。
5.根据权利要求1所述的一种用于轻型电动飞行器的增程式能量转换机构，其特征在于：所述的大带轮包括轮盘和花键轴，花键轴穿过轮盘的轴孔与轮盘同轴固连；花键轴一端与永磁同步电机的转子同轴固连，另一端通过轴承与壳体相连；花键轴上套设有轴套，轴套一端与轮盘抵接，另一端与轴承内圈抵接。
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