CN2796231Y - 螺旋桨式机械自动力装置 - Google Patents

Abstract

一种螺旋桨式机械自动力装置，包括螺旋桨主轴和交流电动机，配有电量监测装置的供电电池和待充电电池，以及电路自动切换装置和逆变器，其特征在于：在螺旋桨主轴上设有强磁力永磁体，在永磁体周围固定设有线圈绕组，线圈绕组引出线连接变压整流电路，变压整流电路导线通过电路自动切换装置与待充电电池相连接，供电电池通过电路自动切换装置、逆变器与交流电动机相连接；当供电电池的电量即将耗尽时，电路自动切换装置可使供电电池和待充电电池调换角色。该装置利用螺旋桨高速旋转的机械能发电，进而将这种电能用于驱动螺旋桨旋转。它不耗用油料，节约能源，无空气污染。适用于在小型载人/无人直升飞机、飞艇、螺旋桨飞机、船舶等机械上装设。

Description

螺旋桨式机械自动力装置

技术领域：本实用新型涉及一种螺旋桨式机械的自动力装置。

背景技术：目前，螺旋桨在飞机、直升机和轮船、飞艇等方面仍然在广泛应用。螺旋桨系统的稳定和易操作性能具有无可比拟的优势。各种螺旋桨式机械，均是依靠燃烧油料的发动机提供动力，其能源消耗量非常惊人。而能源消耗已经成为当今世界一个严重的社会、经济及环境问题。以往人们考虑节约能源，主要都是在如何提高机械自身的节能性能等方面做文章，而很少想到能否利用机械自身的运动再生能源问题。比如，各种螺旋桨式机械，其螺旋桨的高速运转，对机械本身来说虽然是一种能量消耗，但是，换一个角度看，这种高速运转的螺旋桨又提供出强大的机械能。如果能够将这种机械能转换成电能，然后再将这种电能利用到机械本身，那么就会实现用发电机的电力取代燃油发动机的动力驱动螺旋桨工作。

实用新型内容：

本实用新型的目的正是基于上述考虑，提供一种螺旋桨式机械自动力装置，该装置通过将螺旋桨主轴采用交流电动机驱动，并给其增加一些部件，利用螺旋桨高速旋转的机械能发电，进而将这种电能转换成直流电蓄存，然后再用蓄存的直流电通过逆变器转换成交流电驱动螺旋桨工作。

本实用新型的技术解决方案是：一种旋桨式机械自动力装置，包括螺旋桨主轴和用于驱动螺旋桨主轴的交流电动机，配有电量监测装置的供电充电电池和配有电量监测装置的待充电充电电池，以及电路自动切换装置和逆变器，其特征在于：在螺旋桨主轴上设有强磁力永磁体，在设有强磁力永磁体的螺旋桨主轴周围固定设有线圈绕组，线圈绕组引出线连接变压整流电路，变压整流电路导线通过电路自动切换装置与待充电充电电池相连接，供电充电电池通过电路自动切换装置、逆变器与交流电动机相连接；当供电充电电池的电量即将耗尽时，电路自动切换装置可使供电充电电池和待充电充电电池调换角色。

本实用新型的工作原理是，利用事先充满电的充电电池提供电力，通过电路切换装置、逆变器和交流电动机驱动螺旋桨转动。由于在螺旋桨主轴上装设多极强磁力永磁体，在永磁体周围布设线圈绕组，因此二者结合形成发电机主体。高速旋转的螺旋桨带动永磁体一起转动，根据电磁感应原理，高速旋转的螺旋桨主轴使线圈绕组切割磁力线，因此在线圈内就会有强大的电流产生。将这种电流通过变压整流电路进行变换整理，使其变为可以用来给充电电池充电的直流电源，给待充电的充电电池充电；当供电的充电电池电量耗尽时，利用电路自动切换装置，再将原本被充电的充电电池切换到供电电路，由它带动交流电动机驱动螺旋桨旋转，同时并将原来的供电充电电池切换到充电电路，如此两个充电电池交替着总是一个供电，一个充电，循环往复地工作，便实现了螺旋桨式机械的自动力供应。与现有技术相比，本实用新型采用交流电力驱动螺旋桨，并利用螺旋桨高速旋转的机械能发电，进而用这种电能驱动螺旋桨工作。它的优点是不耗用油料，大量节约能源，节约机械运行费用，无空气污染，去除了沉重的燃油发动机和油料的重量，极大地减轻了交通工具的自身重量；简化了制造工艺，节省了材料，大大地降低了制造成本；符合电传控制的要求，使易操作性和可靠性大大增加；同时，也保证了足够的交通距离。它与太阳能电池不同，不受时间和气候影响。其所有技术要求，采用现有技术均可实现，没有技术障碍。最重要的是，随着新技术、新材料的不断出现，本实用新型的改进空间非常大，前景无限光明。

附图说明：图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：如图1所示，本实用新型提供的螺旋桨式机械自动力装置，包括螺旋桨主轴2和用于驱动螺旋桨主轴2的交流电动机1，配有电量监测装置的供电充电电池8和配有电量监测装置的待充电充电电池7，以及电路自动切换装置6和逆变器9，其特征在于：在螺旋桨主轴2上设有强磁力永磁体4，在设有强磁力永磁体4的螺旋桨主轴2周围固定设有线圈绕组3，线圈绕组3引出线连接变压整流电路5，变压整流电路5导线通过电路自动切换装置6与待充电充电电池7相连接，供电充电电池8通过电路自动切换装置6、逆变器9与交流电动机1相连接；当供电充电电池8电量即将耗尽时，电路自动切换装置6可使供电充电电池和待充电充电电池调换角色。这里所说的强磁力永磁体4可以采用镶嵌或凸出轴体表面的方式装设，也可在主轴2周围加上几个对称向外伸出的臂，在臂上额外加装永磁体，以增加总的磁场强度。永磁体4和线圈绕组3的数量和布设方式根据与装机容量相关的一系列数据确定；这里所说的变压整流电路5，可以完成将线圈绕组3生产出的电能直接用来为充电电池充电的任务。当采用3个充电电池的时候，其中电池7和电池8与前述所说的一致，而电池10则表示已经充满电的待机电池。当电池8的电量已经用完的时候，将电池10接入供电电路，电池7处在空档位，电池8接入充电电路。而当电池10的电量用完的时候，将电池7接入供电电路，电池8处在空档位，电池10再接入到充电电路，如此循环。实施本专利，所有技术要点采用现有技术均可实现。采用新技术，新材料可使强磁力永磁体具有十分强大的磁场，可使充电电池具有非常大的电容量，故不必担心产生的电量不够大。

在本实用新型中，存在着3个关键的地方。首先是充电电池，它的容量密度和功率密度决定这个方案的成功与否。由于新式充电电池和电容器不断出现，它们都具有高容量密度、高功率密度、快速充电的特性，这些在电动汽车中已经得到了充分的验证。我国目前已经能够生产出最大功率密度951W/kg的充电电池，而90年代才出现的飞轮电池无疑是对本实用新型最适合的电池类型，它在以上优点以外，还具有无可比拟的长寿命。其次，是发电机的效率。发电机的机械能转化效率决定着我们需要多少个充电电池来满足足够的航程需要。我们知道在转子转动速度一定的情况下，我们可以通过增加磁极的数目、同时通过磁场的导线数目以及磁极的强度的方法来增加电流的输出。现在的发电机机械能转化效率在80％-98％之间。如果发电机的效率非常高，那么我们只需要两个充电电池——一个充满电的和一个待充电的——就能得到这个设计要求；如果发电机的效率小一些，就需要三个以上的充电电池。发电机的效率越小，需要的充电电池的数目越多。不过，在所有情况下，均只有一个未充电电池。第三，就是要有足够的动力。对于采用螺旋桨作动力的交通工具来说，螺旋桨转速决定着前进速度。本实用新型中除了采用强大功率的电动机，还采用了离心式的驱动方式，而不采用热机驱动。说它是离心式的驱动方式，是因为它在交流电动机的驱动下同一方向转动，与离心机的转动方式一样，而不是结构上完全一致。现有的小型离心机用120瓦的功率就能提供16000转转速。而船只、飞机、直升级的螺旋桨转速都只有100--2000转/分。因为去除了复杂沉重的减速器等附属结构，螺旋桨主轴和浆叶的重量大大减轻，结构也简单轻巧，在大功率、低转速离心机式驱动带动下完全能达到或者超过要求的转速。采用轻型材料和优秀结构设计的话，更不用担心螺旋桨的转速。同时，对飞机、飞艇、现代船舶而言，可以有多个螺旋桨，直升机也可以有不只一个发动机。所以，以上因素能保证应用螺旋桨的交通工具有足够的动力。此外，由于普通直流电机的换向器需要保养，又不适合高速运转，本发明采用交流发电机。但是，新式的电机驱动系统，例如异步电机驱动系统、无刷永磁电机系统等也在本发明考虑范围内。最后需要说明的是，螺旋桨装置的转速是非常高的，这一点对发电机来说是一件大好事，也可以保证发电机产生大电势的电流。转速越高，电势越大。那么损失的电量也越少。有以上的的因素结合起来，我们就不用担心这种新式螺旋桨不能保证给交通工具提供足够的速度和距离了。

本实用新型可用于小型载人/无人直升飞机、飞艇、螺旋桨飞机、船舶、各种车辆等依靠螺旋桨工作的机械上。

Claims (1)

1、一种旋桨式机械自动力装置，包括螺旋桨主轴(2)和用于驱动螺旋桨主轴(2)的交流电动机(1)，配有电量监测装置的供电充电电池(8)和配有电量监测装置的待充电充电电池(7)，以及电路自动切换装置(6)和逆变器(9)，其特征在于：在螺旋桨主轴(2)上设有强磁力永磁体(4)，在设有强磁力永磁体(4)的螺旋桨主轴(2)周围固定设有线圈绕组(3)，线圈绕组(3)引出线连接变压整流电路(5)，变压整流电路(5)导线通过电路自动切换装置(6)与待充电充电电池(7)相连接，供电充电电池(8)通过电路自动切换装置(6)、逆变器(9)与交流电动机(1)相连接；当供电充电电池(8)的电量即将耗尽时，电路自动切换装置(6)可使供电充电电池和待充电充电电池调换角色。

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