CN204376521U - 无人机机载供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计一种供电装置，特别是涉及一种可用于无人机机载设备供电的供电装置。该无人机机载供电装置包括无刷直流电动机及用于带动所述无刷直流电动机逆向运转发电的发动机；电源控制装置，其与所述无刷直流电动机电连接，并将无刷直流电动机产生的交流电转换成无人机可用的直流电。本实用新型的无人机机载供电装置可以利用发动机转动的能量转换为电能，具有造价低，体积重量较小的优点。
Description
技术领域
本实用新型设计一种供电装置，特别是涉及一种可用于无人机机载设备供电的供电装置。
背景技术
对于小型无人机，一个比较关键的指标就是航时，航时指无人机耗尽其可用燃料所能持续飞行的时间。当无人机可用燃料一定时，航时与发动机工作状态、飞行高度、飞行速度等参数有关。而机载电池的电量却决定了机载航电设备的工作时间，所以，机载电池的比能量就成为了小型无人机航时的一大瓶颈。
为了解决这一难题，主要有两大方案：一是选用高比能量的电池，在同样的体积或重量情况下给出更多的能量，从而解决航时瓶颈问题。二是开发小型无人机机载供电装置，利用发动机带动发电机发电给机载设备供电。
相对于传统的铅酸电池、镍镉、镍氢电池等，锂离子电池是比能量相对较高的电池，根据锂离子电池组所用电解质材料的不同，锂离子电池组分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池，聚合物锂离子电池具有比液态锂离子电池更高的比能量，灵活多变的形状定制使它更适用于无人机领域，但聚合物锂离子电池依然存在一些缺点：首先，锂离子电池成本高。主要表现在正极材料LiCoO2的价格高(Co的资源较少)，电解质体系提纯困难；其次，锂离子电池不能大电流放电，由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用；同事，其需要保护线路控制，其一是过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题，故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；其二是过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。而像锂离子电池的比能量仍旧满足不了现代快速发展的小型无人机对航时的需求，应研究更高比能量的新型电池或对现有电池进行改进以提高其比能量。
无人机机载发电机有直流发电机和交流发电机。直流发电机主要适用于中小型无人机，尤其适用于发动机转速变化范围较大的机种，直流发电机系统的主要缺点是重量/功率比(kg/Kw)较交流发电机大，效率低，在传输相同电功率的情况下，低压直流电网重量大；交流发电机输出电压与输出频率随发动机转速变化而变化，因此在发动机转速变化范围不宽的无人机上普遍使用，交流发电机具有体积小、重量轻、结构简单、过载能力强、功率密度大、电压变动率及波形失真小等特点，主要缺点是发电机输出电压、频率随发动机转速的变化而变化。为了防止发电机故障引起的飞机损毁事故，无人机上只需要一个容量很小的应急电池组，从而彻底解决了小型无人机的航时瓶颈问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种具有更好效果的无人机机载供电装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种无人机机载供电装置，包括无刷直流电动机及用于带动所述无刷直流电动机逆向运转发电的发动机；电源控制装置，其与所述无刷直流电动机电连接，并将无刷直流电动机产生的交流电转换成无人机可用的直流电。
所述的无人机机载供电装置，其中，所述电源控制装置包括一滤波单元、一整流单元和一调压单元。
所述的无人机机载供电装置，其中，所述调压单元为IQ90280HPC08NRS芯片。
所述的无人机机载供电装置，其中，还包括设置在所述无人机机载供电装置的输出与无人机上电池组之间的肖特基快速二极管，用于实现无人机机载供电装置与电池组供电的切换。
所述的无人机机载供电装置，其中，还包括设置在所述无人机机载供电装置与无人机上电池组之间的充电模块，所述充电模块包括一单片机，该单片机可以检测所述调压单元输出端的电压值以控制调压单元的使能端。
所述的无人机机载供电装置，其中，所述充电模块还包括可控稳压源和两个光耦合器，可控稳压源检测所述调压单元输出端的电压值并通过所述两个光耦合器控制所述调压单元的禁能端。
所述的无人机机载供电装置，其中，还包括用于指示电池组充电状态的充电指示灯，和用于指示供电状态的供电指示灯。
与现有技术相比，本实用新型的无人机机载供电装置可以利用发动机转动的能量转换为电能，具有造价低，体积重量较小的优点。
附图说明
图1为本实用新型的实施例中无人机机载供电装置的原理框图。
图2为本实用新型的实施例中无人机机载供电装置的电路结构图。
具体实施方式
为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。
本实施例中无人机机载供电装置如图1所示，其包括一无刷直流电动机1、一发动机2和一电源控制装置3。
本实施例中的无刷直流电动机1选用的是maxon公司的EC-4pole无刷直流电动机，根据电磁感应定律和电磁力定律，使用发动机2带动此无刷直流电动机1转动，相当于是电动机的逆用，可以产生三相交流电。当然，发动机2和无刷直流电动机1之间需要传动机构进行传动，本实施例采用的是皮带轮传动机构进行传动的。
电源控制装置3与无刷直流电动机1的输出端是电连接的，用于将无刷直流电动机1产生的交流电转换成无人机可用的直流电。电源控制装置3主要包括一滤波单元31、一整流单元32和一调压单元33：如图2所示，本实施例中滤波单元31包括直接与无刷直流电动机1的输出端连接的三相滤波器以及LC滤波电路，整流单元32为一三相全波整流桥电路；调压单元使用的是DC/DC电源模块芯片，其型号为IQ90280HPC08NRS。无刷直流电动机1输出的三相交流电经三相滤波器滤波后，通过三相全波整流桥及LC滤波将三相交流电整为直流电，整流滤波后的直流电经调压单元将电压变换为本实施例无人机所需的直流28V电源。
除了上述供电装置，无人机上还有电池组4供电，为实现供电装置输出电和电池组输出电之间的快速切换，本实施例中还包括一供电切换单元34，如图2所示，该供电切换单元34具体是设置在机载供电装置的输出与无人机上电池组4之间的肖特基快速二极管，当供电装置正常输出28V电时，电池组不能使二极管正向导通，此时为供电装置为无人机上机载设备供电。
无人机机载供电装置与无人机上电池组4之间设有充电模块35，供电装置工作于正常状态时，若电池组4电压低于设定的某一值时，充电模块35自动为电池组4充电，当电池组4电压值到达某一值时，自动断开充电。充电模块包括一单片机，其型号为PIC12F508，该单片机通过检测调压单元输出端的电压值来控制调压单元的使能端实现自动充电的功能。
此外，充电模块35还包括一可控稳压源TL431和两个光耦合器HSSR-7110，可控稳压源检测所述调压单元输出端的电压值并通过两个光耦合器控制所述调压单元的禁能端，以实现自动停止充电的功能。
本实施例供电装置还包括充电指示灯以及供电指示灯。充电指示灯功能通过单片机PIC16F688检测调压单元33输出端的电压来实现对LED灯的控制；供电指示灯通过将LED指示灯跨接与调压单元33的PC端与-Vin端来实现。
本实用新型创新地利用无刷直流电机逆运转作为发电机使用，并配合电源控制装置实现不间断供电，可以提高无人机航时。
以上仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.无人机机载供电装置，其特征在于：包括：
无刷直流电动机及用于带动所述无刷直流电动机逆向运转发电的发动机；
电源控制装置，其与所述无刷直流电动机电连接，并将无刷直流电动机产生的交流电转换成无人机可用的直流电。
2.如权利要求1所述的无人机机载供电装置，其特征在于，所述电源控制装置包括一滤波单元、一整流单元和一调压单元。
3.如权利要求2所述的无人机机载供电装置，其特征在于，所述调压单元为IQ90280HPC08NRS芯片。
4.如权利要求1所述的无人机机载供电装置，其特征在于，还包括设置在所述无人机机载供电装置的输出与无人机上电池组之间的肖特基快速二极管，用于实现无人机机载供电装置与电池组供电的切换。
5.如权利要求3所述的无人机机载供电装置，其特征在于，还包括设置在所述无人机机载供电装置与无人机上电池组之间的充电模块，所述充电模块包括一单片机，该单片机可以检测所述调压单元输出端的电压值以控制调压单元的使能端。
6.如权利要求5所述的无人机机载供电装置，其特征在于，所述充电模块还包括可控稳压源和两个光耦合器，可控稳压源检测所述调压单元输出端的电压值并通过所述两个光耦合器控制所述调压单元的禁能端。
7.如权利要求1所述的无人机机载供电装置，其特征在于，还包括用于指示电池组充电状态的充电指示灯，和用于指示供电状态的供电指示灯。
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| CN105391162A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-09 | 北京象限空间科技有限公司 | 无人机不间断供电系统 |
| CN109038535A (zh) * | 2017-06-08 | 2018-12-18 | 北京德知航创科技有限责任公司 | 无人机配电管理系统 |
| CN109923754A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-06-21 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 一种供电装置以及应用其的无人机 |
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