CN110963051A - 一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空飞行器领域，公开了一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，包括发动机、启动电机和蓄电池组，发动机输出轴驱动连接有推进装置和发电机外转子壳体；外转子壳体内设置有发电机定子，发电机定子与发动机的外壳固定连接；外转子壳体外壁环向设置有减速齿圈，启动电机的输出轴上设置有与减速齿圈相啮合的齿轮。本发明的启动电机通过减速齿圈带动发电机外转子壳体转动，而发动机输出轴能同时带动推进装置和发电机转动，既能提供飞行动力，又能发电为机载设备或电动动力供电，提高飞行器适用范围；同时发电机定子固结与发动机机体，实现混合动力系统的启发一体化功能，并达到减轻油电混合动力系统结构重量的目的。

Description

一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统

技术领域

本发明涉及航空飞行器领域，具体涉及一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统。

背景技术

动力装置是飞行器中尤为重要的一个部分，它能为飞行器提供足够的推力，使飞行器正常飞行。动力装置多采用单独的燃油发动机为飞机提供动力。采用油电混合的新型动力系统相对较少，且属于未来航空动力发展趋势之一。

目前油电混合动力系统中，燃油发动机的输出功率部分或全部带动发电机发电，然后通过产生的电能给电动推进装置提供能量。在燃油发动机启动/发电设计中，多采用启动电机和发电机分开布置或启动/发电均为同一电动机，特别是启动电机和发电机分开布置的油电混合动力系统，其包括两套电机和一套减速器，结构件多且重量较大，不利于飞行器全机重量和续航时间等飞行性能的进一步提高。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，本发明的启动电机通过减速齿圈带动发电机外转子壳体转动，而发动机输出轴能同时带动推进装置和发电机转动，既能提供飞行动力，又能发电为机载设备或电动动力供电，提高飞行器适用范围；同时发电机定子固结与发动机机体，实现混合动力系统的启发一体化功能，并达到减轻油电混合动力系统结构重量的目的。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，包括发动机、启动电机以及为启动电机供电的蓄电池组，发动机输出轴远端驱动连接有推进装置，蓄电池组电性连接有可为蓄电池组充电的发电机，发电机包括外转子壳体和发电机定子，外转子壳体为筒状结构，外转子壳体同轴安装于发动机的输出轴上，外转子壳体位于发动机与推进装置之间；发电机定子位于外转子壳体内且沿外转子壳体中轴线环向设置，发电机定子通过连接杆与发动机的外壳固定连接；外转子壳体外壁环向设置有减速齿圈，减速齿圈的中轴线与发动机输出轴的中轴线位于同一直线上，启动电机的输出轴上设置有与减速齿圈相啮合的齿轮。

进一步地，发电机的电机磁铁安装于外转子壳体内壁，发电机的感应线圈安装于发电机定子上。

进一步地，外转子壳体内还设置有散热风扇，散热风扇包括固定于发动机输出轴外壁的多个叶片，叶片位于发电机定子端部与外转子壳体之间的间隙位置，叶片沿发动机输出轴外壁均匀环向设置。

进一步地，推进装置为螺旋桨。

为解决上述技术问题，本发明还提供了带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统的控制方法：

发动机启动过程中，接通启动电机与蓄电池组，通过启动电机输出轴上的齿轮带动带减速齿圈的发电机外转子壳体转动，并带动推进装置和发动机输出轴转动，即可启动发动机；

发动机工作过程中，发动机的输出轴带动带减速齿圈的发电机外转子壳体和推进装置转动，推进装置为飞行器提供飞行推力或拉力；同时带减速齿圈的发电机外转子壳体与固定不动的发电机定子存在相对转动，产生感应电流发电为蓄电池组充电；

发动机空中突然熄火时，启动电机能及时带动发动机转动，使其重新工作，确保飞行器安全飞行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明的发动机和发电机不再相互独立，而是一体化设计，将发电机定子和外转子壳体分别连接发动机机体和输出轴，省去发电机底座及转轴结构，实现发电机减重目的；通过在发电机外转子壳体上增加减速齿圈，并连接启动电机，省去减速齿圈盘和固定轴，简化启动电机减速齿圈机构，减少传动结构和结构重量。

2)发动机输出轴能同时带动推进装置和发电机转动，既能提供飞行动力，又能发电为机载设备或电动动力供电，减小蓄电池组的重量，提高飞行器适用范围。

3)当发动机空中突然熄火时，启动电机能及时为发动机提供启动动力，使其重新启动工作，确保飞行器安全飞行，提高飞行安全。

附图说明

图1为实施例1和2中带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统结构示意图；

其中：1、发动机；2、启动电机；3、推进装置；4、外转子壳体；5、发电机定子；6、减速齿圈；7、齿轮；8、叶片；9、蓄电池组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

参见图1，一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，包括发动机1、启动电机2以及为启动电机2供电的蓄电池组9，发动机1输出轴远端驱动连接有推进装置3，蓄电池组9电性连接有可为蓄电池组9充电的发电机，发电机包括外转子壳体4和发电机定子5，外转子壳体4为筒状结构，外转子壳体4同轴安装于发动机1的输出轴上，外转子壳体4位于发动机1与推进装置3之间；发电机定子5位于外转子壳体4内且沿外转子壳体4中轴线环向设置，发电机定子5通过连接杆与发动机1的外壳固定连接；外转子壳体4外壁环向设置有减速齿圈6，减速齿圈6的中轴线与发动机1输出轴的中轴线位于同一直线上，启动电机2的输出轴上设置有与减速齿圈6相啮合的齿轮7。

在本实施例中，发动机1和发电机不再相互独立，而是一体化设计，带减速齿圈6的发电机外转子壳体4、推进装置3均和发动机1输出轴同轴连接，发电机定子5与发动机1外壳固定连接；带减速齿圈6的外转子壳体4的减速齿圈6与启动电机2输出轴的齿轮7相啮合；将发电机定子5和外转子壳体4分别连接发动机1机体和输出轴，省去发电机底座及转轴结构，实现发电机减重目的。通过在发电机外转子壳体4上增加减速齿圈6，并连接启动电机2，省去减速齿圈6盘和固定轴，达到传动机构减重目的。本实施例通过启动电机2、发电机以及减速机构等一体化设计，对于提升现有油电混合动力系统潜力意义重大；同时，发动机1输出轴能同时带动推进装置3和发电机转动，既能提供飞行动力，又能发电为机载设备或电动动力供电，减小蓄电池组9的重量，提高飞行器适用范围。

本实施例中的推进装置3为螺旋桨，飞行器飞行通过螺旋桨旋转提供拉力或推力，发动机1启动过程中，蓄电池组9为启动电机2供电，启动电机2通过启动电机2输出轴齿轮7带动带减速齿圈6的发电机外转子壳体4转动，并带动螺旋桨和发动机1输出轴转动，即可启动发动机1；发动机1工作过程中，其输出轴带动带减速齿圈6的发电机外转子壳体4和螺旋桨转动；同时，发动机1带动带减速齿圈6的发电机外转子壳体4旋转，外转子壳体4与固定不动的发电机定子5存在相对转动，产生感应电流进行发电，可以为蓄电池组9以及机载电子设备供电；发动机1空中熄火时，蓄电池组9、启动电机2能及时带动发动机1转动，使其重新工作，确保飞行器安全飞行。

发电机的电机磁铁安装于外转子壳体4内壁，发电机的感应线圈安装于发电机定子5上。感应线圈安装于发电机定子5上，感应线圈的输出端与蓄电池组9、机载电子设备电性连接，电机磁铁安装于外转子壳体4内壁，外转子壳体4旋转过程中感应线圈产生感应电流实现发电的目的，同时感应线圈安装于发电机定子5上，有利于感应线圈输出端的布线。

外转子壳体4内还设置有散热风扇，散热风扇包括固定于发动机1输出轴外壁的多个叶片8，叶片8位于发电机定子5端部与外转子壳体4之间的间隙位置，叶片8沿发动机1输出轴外壁均匀环向设置。通过在外转子壳体4内设置多个叶片8，在外转子壳体4转动过程中，叶片8带动外转子壳体4内的空气流动，可以实现对外转子壳体4内部进行强制散热，有利于发电机的稳定工作。

实施例2：

参见图1，一体油电混合动力系统的控制方法：

发动机1启动过程中，接通启动电机2与蓄电池组9，通过启动电机2输出轴上的齿轮7带动带减速齿圈6的发电机外转子壳体4转动，并带动推进装置3和发动机1输出轴转动，即可启动发动机1；

发动机1工作过程中，发动机1的输出轴带动带减速齿圈6的发电机外转子壳体4和推进装置3转动，推进装置3为飞行器提供飞行推力或拉力；同时带减速齿圈6的发电机外转子壳体4与固定不动的发电机定子5存在相对转动，产生感应电流发电为蓄电池组充电；

发动机1空中突然熄火时，启动电机2能及时带动发动机1转动，使其重新工作，确保飞行器安全飞行。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，包括发动机(1)、启动电机(2)以及为启动电机(2)供电的蓄电池组(9)，所述发动机(1)输出轴远端驱动连接有推进装置(3)，其特征在于：所述蓄电池组(9)电性连接有可为蓄电池组(9)充电的发电机，所述发电机包括外转子壳体(4)和发电机定子(5)，所述外转子壳体(4)为筒状结构，所述外转子壳体(4)同轴安装于发动机(1)的输出轴上，所述外转子壳体(4)位于发动机(1)与推进装置(3)之间；所述发电机定子(5)位于外转子壳体(4)内且沿外转子壳体(4)中轴线环向设置，所述发电机定子(5)通过连接杆与发动机(1)的外壳固定连接；所述外转子壳体(4)外壁环向设置有减速齿圈(6)，所述减速齿圈(6)的中轴线与发动机(1)输出轴的中轴线位于同一直线上，所述启动电机(2)的输出轴上设置有与减速齿圈(6)相啮合的齿轮(7)。

2.根据权利要求1所述的带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，其特征在于：所述发电机的电机磁铁安装于外转子壳体(4)内壁，所述发电机的感应线圈安装于发电机定子(5)上。

3.根据权利要求1所述的带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，其特征在于：所述外转子壳体(4)内还设置有散热风扇，所述散热风扇包括固定于发动机(1)输出轴外壁的多个叶片(8)，所述叶片(8)位于发电机定子(5)端部与外转子壳体(4)之间的间隙位置，所述叶片(8)沿发动机(1)输出轴外壁均匀环向设置。

4.根据权利要求1所述的带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，其特征在于：所述推进装置(3)为螺旋桨。

5.带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统的控制方法，该方法基于权利要求1-4任意一项所述的带减速齿圈外转子的启发一体油电混合动力系统，其特征在于：

发动机(1)启动过程中，接通启动电机(2)与蓄电池组(9)，通过启动电机(2)输出轴上的齿轮(7)带动带减速齿圈(6)的发电机外转子壳体(4)转动，并带动推进装置(3)和发动机(1)输出轴转动，即可启动发动机(1)；

发动机(1)工作过程中，发动机(1)的输出轴带动带减速齿圈(6)的发电机外转子壳体(4)和推进装置(3)转动，推进装置(3)为飞行器提供飞行推力或拉力；同时带减速齿圈(6)的发电机外转子壳体(4)与固定不动的发电机定子(5)存在相对转动，产生感应电流发电为蓄电池组(9)充电；

发动机(1)空中突然熄火时，启动电机(2)能及时带动发动机(1)转动，使其重新工作，确保飞行器安全飞行。

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