TWM561642U - 無人機混合動力及發電機構 - Google Patents

Abstract

一種用於引擎驅動的固定翼無人機或混合動力多旋翼無人機的動力及發電機構，主要係包含一汽油引擎及一直流發電機。其中該直流發電機與引擎同軸結合，在引擎驅動螺旋槳轉動時，該引擎的驅動軸係與該發電機同軸耦合，形成同軸運轉發電。藉該引擎動力提供無人機螺旋槳推力時，同時驅動發電機，產生直流電力，供應固定翼無人機航電所需的電力，或供應混合動力多旋翼無人機無刷直流馬達及航電所需的電力，以提升無人機的滯空時間達數小時以上，達到長時間滯空的效能。該發電機與引擎的結合由一個輕巧的支撐架固定機構，與直流發電機的定子組裝固定，讓螺旋槳與發電機的轉子得以順利旋轉。

Description

無人機混合動力及發電機構

本創作係提供一種以汽油引擎直驅直流發電機的動力及發電機構，尤指一種可使用於混合動力多旋翼無人機或汽油引擎驅動的固定翼無人機，利用汽油引擎帶動螺旋槳產生飛行動力之同時直驅直流發電機的轉子，讓汽油引擎提供主要的飛行動力，也產生足夠無人機航電所需電源或混合動力多旋翼無人機電動馬達所需之電源，以形成無人飛行載具的長滯空時間的飛行效能。

按，四旋翼或多旋翼等飛行器，一般用於娛樂飛行，或可用於空中攝影、監視，紀錄重要資料。若搭載電子攝像器材，即成為玩家普及的空拍機。專利編號M529656『混合動力高酬載雙四旋翼飛行器系統』專利案，即係申請人針對上述習知飛行器加以改良的專利，主要係由兩架四旋翼飛行器所組合而成，其中一架用汽油引擎為動力來設計，取汽油引擎的強大動力之優勢，採用較短臂長，以集中向下的推力，構成穩定的強大且持久的升力貢獻，提高酬載重量；另外一架則以電動伺服器為動力來設計，取其操作簡易靈活之特性，採用較長臂長，除了提供部分升力貢獻外，將以較大的懸臂力矩來負責飛行控制及姿態操作。上述藉汽油引擎及電動馬達混合來完成動力設計。

惟，習知多旋翼無人機都採用電池供應直流馬達，因此需要攜帶大的電池，以利飛行。然而電池的蓄電能力畢竟有限，前揭混合動力多旋翼系統係以汽油引擎驅動一組螺旋槳，另再搭配電動馬達驅動另一組螺旋槳，以混 合動力來改善多旋翼無人機的升力效能。惟電動馬達所需的電力，仍需仰賴高容量電池提供電力，該電池能力的需求仍是瓶頸，具有飛行續航力不足之缺失。再者，以汽油引擎驅動螺旋槳轉動，習知都是經由一皮帶或齒輪等間接驅動，該種以汽油引擎作為動力機構，雖然續航力較久，但因屬間接驅動，機械動力轉換效率極低，具有驅動效能差之缺失，亟待改善。

本創作人有鑑於習知案於應用上分別具有上述缺失存在，乃加以設計改良，遂有本創作之產生。

爰是，本創作的主要創作目的係在提供一種直接以汽油引擎驅動直流發電機的轉子的動力及發電機構。因為無人機上使用直流電力，本創作直接採用高效率直流馬達逆行成為直流發電機，取得容易、組裝簡單、發電效率高。在汽油引擎上設計直驅式直流發電機的轉子，以提供無人機上的直流電力，或提供特別是混合動力多旋翼無人機之電動馬達，使得動力多旋翼無人機可以持續不斷從汽油引擎驅動直流發電機的轉子中獲得直流電力，形成長時間滯空的飛行性能。

本創作的主要特徵係在動力及發電機構包含一汽油引擎及一直流發電機。其中該汽油引擎的驅動軸係與該直流發電機的轉子同軸，俾該汽油引擎在飛行器飛行時產生主要的動力外，更有多餘的馬力直驅直流發電機。藉該等設置，以提升該飛行載具電力供電效能。

1‧‧‧混合動力多旋翼無人機

2‧‧‧核心控制單元

3‧‧‧主機構臂

4‧‧‧動力機構

5‧‧‧動力及發電機構

30‧‧‧螺旋槳

50‧‧‧汽油引擎

51‧‧‧直流發電機

500‧‧‧驅動軸

31‧‧‧支撐架

310‧‧‧支撐腳

311‧‧‧平面

510‧‧‧轉子

511‧‧‧固定孔

512‧‧‧螺件

513‧‧‧定子

300‧‧‧軸心孔

60‧‧‧墊片

61‧‧‧第一螺母

62‧‧‧第二螺母

2‧‧‧固定翼無人機

圖1所示是本創作實施例應用於混合動力多旋翼無人機的立體圖。

圖2所示是本創作實施例動力及發電機構立體圖。

圖3所示是本創作實施例動力及發電機構前視圖。

圖4所示是本創作實施例動力及發電機構分解圖。

圖5所示是圖4的部分放大圖。

圖6所示是本創作實施例動力及發電機構固定用的第二螺母另一角度立體圖。

圖7所示為本創作實施例應用於固定翼無人機的立體圖。

請參閱圖1所示，本創作實施例以應用於混合動力多旋翼無人機1，且以兩種動力之四旋翼具同一核心組合為例。該無人機1的中心具有一核心控制單元2(內具油箱)，該核心控制單元2的周邊往外放射延伸配置有複數支(例如8支)主機構臂3，該等主機構臂3於最外端配置有一螺旋槳30，該等螺旋槳30以間隔穿插方式配置有兩組動力機構，其中一組驅動螺旋槳30轉動的動力機構4為一直流馬達，該電動馬達驅動該螺旋槳30轉動；另一組驅動螺旋槳30轉動的動力機構為一動力及發電機構5，如此構成一混合動力機構。上述動力機構4係電池配合直流馬達所組成，係屬習知技術，不再贅述。該動力及發電機構5係與該主機構臂3固定，包含有一汽油引擎50及一直流發電機51。其中

該汽油引擎(Gasoline Engine)50，係固定在該主機構臂3上，藉一驅動軸500輸出一機械動力。

該直流發電機51，亦可謂一電動馬達。係搭在一支撐架31的頂面而定位，該支撐架31類似『ㄇ』字型，底端具有分開設置的二支撐腳310，頂端具一平面311，該平面311中間具一穿出孔(未視於圖)；該支撐腳311係與該汽油引擎50外壁所預設的固定孔511搭接後以螺件512固定(如圖3、4)。該直流發電機51具 一轉子510及一定子513，該定子513係鎖固在該支撐架31的平面311上，具組裝便利性。該轉子510的一端係穿過前述平面311的穿出孔後與該驅動軸500耦接，另一端具外螺牙並穿過上述螺旋槳30的軸心所設置的一軸心孔300，於外面再依序穿套一墊片60、及螺接一第一螺母61及一第二螺母62(如圖4、5、6)，將該螺旋槳30與該轉子510的端部固結一體而連動，而且該第二螺母62與該第一螺母61間的雙螺母設計，可避免該螺旋槳30滑脫，具安全性。

當將上述構件依序組合後，即如圖1所示。因該驅動軸500與該轉子510耦接，形成共軸，當該汽油引擎50發動時，該驅動軸500與該轉子510同軸轉動，使該直流發電機51產生直流電力外，同時因該直流發電機51的轉子510係連接該螺旋槳30，致等同該汽油引擎50的驅動軸500直接驅動螺旋槳30轉動，該汽油引擎50的驅動動力係直接驅動螺旋槳30。而且，本創作的該汽油引擎50係採用定速度回授控制，在發電時仍能保持必要的速度，不受發電或驅動經轉換而減損，致可提升驅動螺旋槳30的旋轉效能。再者，在該汽油引擎50提供主要機械動力的同時，該直流發電機51發電所提供的直流電力也產生足夠無人機航電所需電源，或混合動力多旋翼無人機1前述動力機構4的電動馬達所需之電源，使該動力機構4免用電池，致可延續無人飛行載具的滯空時間，直到汽油耗盡。

其次，請參閱圖7所示，為本創作實施例應用於固定翼無人機的俯視圖。該動力及發電機構5亦可作為固定翼無人機2驅動旋旋槳30轉動的動力。

由上述之說明可知，本創作至少具有下列的優點及功效。

1.可提供直流電力產生足夠無人機航電所需電源，使動力機構免用電池，延續無人飛行載具的滯空時間，直到汽油耗盡。

2.汽油引擎的驅動軸與直流發電機的轉子同軸，汽油引擎採用定轉速回授控制，該轉子復連接螺旋槳，致該汽油引擎等同直接驅動螺旋槳，驅動動力未減損，可提升驅動效能。

3.支撐架的底端固定在該汽油引擎的外壁上，頂端平面固定該直流發電機的定子，具有組裝便利之功效。

綜上所述，本創作不僅具新穎性，且具實用及產業利用性，依法提出新型專利申請，謹請惠予核准德便。

Claims (6)

1. 一種無人機混合動力及發電機構，係包含有一汽油引擎及一直流發電機，該汽油引擎藉一驅動軸輸出一機械動力，該直流發電機具一轉子；其特徵在於：該轉子的一端係與該驅動軸耦接形成共軸，另一端連結一螺旋槳者。
2. 如請求項1所述之無人機混合動力及發電機構，其中該直流發電機係固定在一支撐架上，該支撐架底端具有分開設置的二支撐腳，頂端具一平面，該平面中間具一穿出孔；該支撐腳係與該汽油引擎外壁所預設的固定孔搭接後以螺件固定；該直流發電機的一定子係鎖固在該平面上。
3. 如請求項1或2所述之無人機混合動力及發電機構，其中該轉子連結該螺旋槳端係具一外螺牙，上述螺旋槳的軸心設置一軸心孔，該轉子具外螺牙端穿過該軸心孔後，於外面再依序穿套一墊片、及螺接一第一螺母及一第二螺母，將該螺旋槳與驅動軸固結一體而連動。
4. 如請求項1或2所述之無人機混合動力及發電機構，其中該動力及發電機構係又應用於包含有電動馬達的動力機構的混合動力多旋翼無人機。
5. 如請求項1或2所述之無人機混合動力及發電機構，其中該動力及發電機構係應用於固定翼無人機。
6. 如請求項1所述之無人機混合動力及發電機構，其中該汽油引擎係採用定速度回授控制，俾該直流發電機發電時仍能保持該螺旋槳必要的旋轉效能者。