[發明專利]一種小型無人機余度供電系統及其設計方法

在審

• 申請號: 202210598040.5
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114914999A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張西虎;王鑫;薛超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02J7/14
• 分類號: H02J7/14;H02J9/06;H02K1/12;H02K1/2791
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.一種小型無人機供電系統，其特征在于，所述供電系統包含永磁發電機、交直流變換模塊、參數監控和通訊板、航空電連接器；其中，

所述的永磁交流發電機通過安裝支架與發動機機械連接，其位于發動機與螺旋槳之間，所述永磁交流發電機的輸出繞組通過航空電連接器輸出兩組三相交流電；

所述的交直流變換器具有兩組完全相同的三相整流器、濾波器、直流變換器模塊；所述的直流變換器模塊，將變化的直流電能變換為穩定的直流電能；

所述參數監控和通訊板上包含DSP、存儲器、接口電路，實現供電控制和監測功能。

2.根據權利要求1所述的一種小型無人機供電系統，其特征在于，

所述的永磁交流發電機具有外轉子結構，所述外轉子內表面粘貼X只磁鋼；

所述的永磁交流發電機包含定子，所述定子具有輸出繞組，所述輸出繞組為雙繞組結構，兩套繞組電氣參數相同，輸出兩組三相交流電源；

所述輸出繞組通過航空電連接器輸出兩組三相交流電。

3.據權利要求2所述的一種小型無人機供電系統，其特征在于，

所述輸出繞組采用浸漆處理，定子采用矽鋼片材質，矽鋼片外表面涂絕緣漆，并進行防霉菌、防潮濕、防鹽霧處理；所述外轉子為鋁合金材質，陽極化表面處理。

4.根據權利要求1所述的一種小型無人機供電系統，其特征在于，

所述的交直流變換器由鋁合金殼體、輸入輸出電連接器、變換器電路板、監控板和風機構成；其中，

所述鋁合金殼體表面為增加散熱面積，具有散熱溝道，并采用黑色陽極化處理；所述鋁合金殼體一側面板開有對流進氣孔，對應一側面板安裝兩只風機，對內部元器件強迫通風冷卻。

5.根據權利要求1所述的一種小型無人機供電系統，其特征在于，

所述的交直流變換器，其輸入直流濾波器、直流變換器模塊安裝于一塊PCB電路板上；

所述三相整流器輸出端的直流電連于PCB電路板上輸入直流濾波器輸入端；

所述的交直流變換器中濾波器具有T型濾波器結構，濾波輸出的直流電能，經PCB電路板銅導體連于直流變換器模塊輸入端，變換后輸出穩定直流電能；

所述的直流變換器模塊將變化的直流電能變換為穩定的直流電能；

所述的直流變換器模塊，其輸出端包含兩組直流電，且兩組直流電直接并聯；

所述的交直流變換器，設置單獨的參數監控和通訊板，處理電壓、電流、溫度參數等，實時監控發電機參數和變換器參數參數，采用CAN總線與上位機通訊。

6.根據權利要求1所述的一種小型無人機供電系統，其特征在于，

所述參數監控和通訊板上包含DSP、存儲器、接口電路；其中，所述DSP實現供電控制和監測的全部功能；存儲器可以實現電壓、電流、溫度、故障信息等的參數貯存，接口電路包括通信接口。

7.一種小型無人機供電系統設計方法，其特征在于，所述供電系統設計方法具體包含以下步驟：

步驟一，發動機工作轉速與永磁發電機容量和輸出電壓、交直流變換器參數匹配設計；

步驟二，檢測永磁發電機的輸出交流電壓、三相整流器輸出的直流電壓和電流、交直流變換器的直流電壓和電流、變換器溫度參數，將這些參數與數據庫存儲的歷史數據進行比較，確定設備的工作狀態是否正常，及時給出報警或故障信息；

檢測永磁發電機交流電壓，當永磁發電在正常工作轉速范圍時，存儲電壓數據，同時比較兩路繞組輸出的交流電壓，結合交直流變換器的實際輸出電壓和電流，判斷工作是否正常；

步驟三，兩組交直流變換器設計參數相同；

步驟四，交直流變換器的輸出端構成兩組獨立的直流電源，一組為飛控設備、數據鏈設備供電，另一組為任務設備供電，這種供電模式可以避免設備間通過電源的的傳導干擾。

8.根據權利要求7所述的一種小型無人機供電系統設計方法，其特征在于，所述步驟一具體為：

無人機在不同飛行階段，對應不同發動機狀態，即不同工作轉速；永磁發電機在不同轉速具有不同容量，發電機轉速越高容量越大，輸出電壓越高；

發動機慢車轉速對應發電機轉速、容量、輸出電壓滿足飛控設備和數據鏈設備供電容量，此階段任務設備不工作；

發動機巡航轉速，對應發電機轉速、容量、輸出電壓即能滿足飛控設備和數據鏈設備供電容量，此階段任務設備工作，為任務設備提供大功率電能；

交直流變換器設計針對永磁發電機變化的容量、電壓進行優化設計；發動機慢車時，發電機輸出的容量和交流電壓最低、發動機大車時發電機輸出的容量和電壓最高，發動機巡航轉速發電機輸出的容量和電壓介于慢車和大車對應的容量和電壓之間。