[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

本發明涉及一種小型無人機余度供電系統及其設計方法，本方法的核心是采用永磁發電機與交流/直流變換模塊構成直流供電系統。永磁發電機具有雙繞組，能夠同時輸出兩路三相交流電源。三相交流電源經交流/直流變換模塊后輸出直流電能。兩路三相交流電源經由兩組交流/直流變換模塊輸出兩路直流電能，實現了直流余度電源。特別地，設置參數監控和通訊板實時監控發電機參數和變換器參數，存儲并傳輸給上位機。本發明提高了小型無人機供電系統的小型化、模塊化、余度化、可靠性。

技術領域

本發明涉及無人機電氣系統領域，尤其是涉及小型無人機供電系統。

背景技術

無人機電氣系統一般由供電系統、配電系統和用電設備組成，其中供電電系統有的采用直流有刷發電機和發電機控制器構成，也有采用無刷直流發電機和發電機控制器構成。近年來，小型無人機多采用永磁發電機加交流/直流變換器構成的直流供電系統。小型無人機一般采用活塞發動機作為動力，其工作轉速隨工作狀態變化，最高可達6000-7000r/min。發電機與發動機同軸或皮帶輪連接，發電機轉速變化大，輸出交流電壓范圍寬。小型無人機供電系統如何實現供電的多余度、模塊化組裝，為機載用電設備提供滿足性能要求的電源日益重要。

基于此，我們研制的供電系統，采用永磁發電機加變換器構成直流電源，永磁發電機具有雙繞組特征，輸出雙路三相交流電源，經交流/直流變換器輸出直流電能，變換器輸出端可以直接并聯，即提高供電可靠性，又便于實現容量擴增。供電系統設置參數監控和通訊板，實時獲取發電機電壓、電流等參數，以及交流/直流變換器輸出電壓、電流等參數和變換器狀態、溫度信息，通過CAN總線向配電系統進行數據傳輸。

發明內容

為了提高小型無人機供電系統可靠性、性價比，本發明旨在提供一種小型無人機供電系統設計方法，提高了小型無人機供電系統的集成度，結構緊湊且可靠性高。

為了實現上述效果，本發明申請提供一種小型無人機供電系統，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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；