CN107161343A - 一种旋翼无人机及其更换电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机应用技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机及其更换电池系统，其中，旋翼无人机包括电池挂载板，所述电池挂载板上设有失电型电磁铁，所述失电型电磁铁包括外壳、设于所述外壳内且上下依次设置的线圈和永磁铁，所述线圈通电产生的磁性与所述永磁铁的磁性相反，以抵消所述永磁体的磁性。本发明提供的旋翼无人机能够快速再次起飞，效率高，能够应用到实时性高的场所；提供的旋翼无人机更换电池系统，通过具有失电型电磁铁的旋翼无人机和电池桩的配合，能够实现电池更换的自动化，提高效率，降低劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机应用技术领域，尤其涉及一种旋翼无人机及其更换电池系统。
背景技术
利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机称之为无人驾驶飞机，简称为“无人机”，从技术角度，无人机可分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、旋翼无人机以及伞翼无人机等。近年来，随着地震、洪水、核污染等大型自然灾害频发，由于旋翼无人机具有成本低、效费比高、无人员伤亡风险及可以涉足到有人机无法到达的区域(核，化学，细菌感染区域)等优点，旋翼无人机的研究逐渐成为无人机研究的热点。此外，在军用和民用领域也具有广泛的应用前景，如低空侦察、气象勘测、航空摄影、交通巡逻等。但是由于局限于旋翼无人机的机体大小，旋翼无人机在空中飞行时间很短，需要经常更换电池，旋翼无人机工作过程中若是多次更换电池，不仅麻烦，还会浪费好多人力物力资源。因此，针对旋翼无人机的电池自动更换系统的研究相当必要。
“太阳能旋翼无人机自动充电桩的设计”(彭柴扬，《科技创新导报》，2015年30期)公开了一种无线自适应充电系统，其由由降落引导模块、通讯识别装置及无线充电板3个部分组成。当无人机通过GPS定位在自主充电桩附近，需要降落在无线充电板上进行充电。由于无线充电板的表面通常是光滑的，在有风等天气下，无法对正在充电的旋翼无人机起到固定作用，容易使无人机产生水平及竖直移动，甚至从充电板上滑落，造成电能的损耗。虽然无线自适应充电系统采用的是给无人机充电的方式，但是采用该无线自适应充电系统给无人机充电完成后，旋翼无人机无法快速再次起飞，使得旋翼无人机充电的效率低，无法应用到实时性高的场所。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种旋翼无人机及其更换电池系统，用于解决现有旋翼无人机充电后无法快速起飞、效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种旋翼无人机，包括电池挂载板，所述电池挂载板上设有失电型电磁铁，所述失电型电磁铁包括外壳、设于所述外壳内且上下依次设置的线圈和永磁铁，所述线圈通电产生的磁性与所述永磁铁的磁性相反，以抵消所述永磁体的磁性。
其中，所述电池挂载板上设有供电装置，用于向所述失电型电磁铁供电。
其中，所述外壳为圆柱形外壳。
其中，所述外壳为导体材料。
本发明还提供了一种旋翼无人机更换电池系统，包括旋翼无人机和电池桩，所述旋翼无人机包括电池挂载板，所述电池挂载板上设有失电型电磁铁，所述失电型电磁铁包括外壳、设于所述外壳内且上下依次设置的线圈和永磁铁，所述线圈通电产生的磁性与所述永磁铁的磁性相反，以抵消所述永磁体的磁性；所述电池桩的顶面为停机坪，所述停机坪上设有空电池槽和装有充满电电池的储备电池槽，所述空电池槽用来承接从旋翼无人机落下的电池。
其中，所述停机坪的两侧均设有W型的机械推杆，每个所述机械推杆的W型的两个突尖的距离与所述旋翼无人机的降落架的间距相等。
其中，所述机械推杆通过齿条联动装置连接驱动电机。
其中，所述电池桩内部设有向所述电池充电的电池充电系统。
其中，所述电池桩的两侧均设有太阳能电池板。
其中，所述太阳能电池板可转动的设置在所述电池桩的两侧。
其中，所述停机坪的表面材料为亚克力。
其中，所述电池包括电池壳体，所述电池壳体的上下表面均设有作为电源接口的导体凹槽。
其中，所述电池壳体的材料为绝缘高强度塑料。
(三)有益效果
本发明提供的旋翼无人机及其更换电池系统，相比于现有技术具有以下特点：
1、本发明提供的旋翼无人机，通过设置包括线圈和永磁铁的失电型电磁铁，在线圈不通电时，电池在永磁铁的作用下被吸附，电池向旋翼无人机提供动力，在对线圈通电时，线圈产生的电磁性抵消永磁铁的磁性，整体表现为无磁性，电池在失电型电磁铁上落下，从而实现电池的自动更换，具有该失电型电磁铁的旋翼无人机在电池充电过程中，由于更换速度较快、旋翼无人机能够快速再次起飞，效率高，能够应用到实时性高的场所；
2、本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过设置具有失电型电磁铁的旋翼无人机和电池桩的配合，实现旋翼无人机电池的快速更换，能够实现自动化，提高效率，降低劳动强度；
3、本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过在电池桩的两侧设置太阳能电池板，通过太阳能电池板向电池供电，可以解决野外没有电源的问题；
4、本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过在电池桩的两侧设置W型的机械推杆，能够对旋翼无人机实现精确定位，并能实现对旋翼无人机的移动，以便使得失电型电磁铁对准电池桩顶部的不同槽位置。
附图说明
图1为本发明提供的旋翼无人机的结构图；
图2为本发明提供的电池挂载板的结构图；
图3为本发明提供的失电型电磁铁的结构图；
图4为本发明提供的旋翼无人机更换电池系统的结构图；
图5为本发明提供的旋翼无人机充电装置的结构图；
图6为本发明提供的机械推杆的结构图；
图7为本发明提供的电池的结构图；
图中，1：电池挂载板；2：失电型电磁铁；201：外壳；202：线圈；203：永磁铁；3：电池桩；301：空电池槽；302：储能电池槽；4：机械推杆；5：降落架；6：齿条联动装置；7：驱动电机；8：太阳能电池板；9：电池；901：电池外壳；902：导体凹槽。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种旋翼无人机及其更换电池系统，用于解决现有旋翼无人机充电后无法快速起飞、效率低的问题。
如图1、2、3所示，本发明实施例中提供一种旋翼无人机，包括电池挂载板1，电池挂载板1上设有失电型电磁铁2，可以理解的是，失电型电磁铁2可以并列设置为多个，以便有多个电池被吸附，向旋翼无人机提供足够的动力，本实施例中，失电型电磁铁2设有两个，其中，失电型电磁铁2包括外壳201、设于外壳201内线圈202和永磁铁203，且线圈202和永磁铁203在外壳201内从上到下依次设置，线圈202通电产生的磁性与永磁铁203的磁性相反，以抵消永磁体203的磁性。本发明提供的旋翼无人机，在旋翼无人机正常用电过程中，线圈202不通电，永磁铁203吸附电池9，电池向旋翼无人机提供动力，在需要对电池进行充电时，线圈202通电，线圈202产生电磁性，由于线圈202产生的电磁性与永磁铁203的磁性相反，且磁力相同，则在线圈通电时，线圈202的电磁性抵消永磁铁203的磁性，失电型电磁铁2此时整体表现为无磁性，吸附在失电型电磁铁2上的电池9就会落下。该设有失电型电磁铁2的电池挂载板1，既能够达到可控的目的，也能够节省电能，还可以作为供电接口为无人机提供电能。
本发明提供的旋翼无人机，通过设置包括线圈202和永磁铁203的失电型电磁铁2，在线圈202不通电时，电池在永磁铁203的作用下被吸附，电池向旋翼无人机提供动力，在对线圈202通电时，线圈202产生的电磁性抵消永磁铁203的磁性，整体表现为无磁性，电池在失电型电磁铁上落下，从而实现电池的自动更换，具有该失电型电磁铁的旋翼无人机在电池充电过程中，由于更换速度较快、旋翼无人机能够快速再次起飞，效率高，能够应用到实时性高的场所
本实施例中，为了便于在需要将没有电的电池落下，电池挂载板1上设有供电装置(图中未示出)。该供电装置向失电型电磁铁2供电时，线圈202产生磁性，抵消永磁铁203的磁性，从而使得没有电的电池落下，此外，该供电装置还能够在没有电池供电时，短时间向旋翼无人机提供少量电能，保证旋翼无人机不关机。
本实施例中，为了方便线圈202和永磁铁203的设置，失电型电磁铁2的外壳201为圆柱形外壳。此外，失电型电磁铁2的外壳201为导体材料，导体材料的外壳201与旋翼无人机内部的供电接口相连，当失电型电磁铁2吸附电池时，电池中的电能通过导体外壳向旋翼无人机供电。
如图4、5所示，本发明还提供了一种旋翼无人机更换电池系统，包括旋翼无人机和旋翼无人机充电装置，旋翼无人机包括电池挂载板1，电池挂载板1上设有失电型电磁铁2，可以理解的是，失电型电磁铁2可以并列设置为多个，以便有多个电池被吸附，向旋翼无人机提供足够的动力，本实施例中，失电型电磁铁2设有两个，其中，失电型电磁铁2包括外壳201、设于外壳201内线圈202和永磁铁203，且线圈202和永磁铁203在外壳201内从上到下依次设置，线圈202通电产生的磁性与永磁铁203的磁性相反，以抵消永磁体203的磁性；旋翼无人机充电装置包括电池桩3，电池桩3的顶面为停机坪，旋翼无人机上设有控制系统，该控制系统可以控制旋翼无人机降落在停机坪上，停机坪上设有空电池槽301和装有充满电电池的储备电池槽302，空电池槽301用来承接从旋翼无人机落下的电池9，空电池槽301和储备电池槽302的尺寸和电池9的尺寸相当，以便将旋翼无人机的电池落入孔电池槽301中，且空电池槽301和储备电池槽302之间间隔约1cm。当旋翼无人机需要充电时，可将旋翼无人机降落在电池桩3的停机坪上，先将旋翼无人机的无电的电池9对准空电池槽301，对线圈202通电，吸附在旋翼无人机上的无电电池落入空电池槽301内，再将旋翼无人机的失电型电磁铁2对准储备电池槽302，断开线圈202的电源，充满电的电池在永磁铁203的作用下被吸附在失电型电磁铁2上，实现电池的自动更换。
本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过采用具有失电型电磁铁2的旋翼无人机和电池桩3的配合，实现旋翼无人机电池的快速更换，能够实现自动化，提高效率，降低劳动强度。
本实施例中，如图6所示，停机坪的两侧均设有W型的机械推杆4，每个机械推杆4的W型的两个突尖的距离与旋翼无人机的降落架5的间距相等。W型的机械推杆4可以在旋翼无人机降落在停机坪上时，实现对旋翼无人机的定位。其中，起落架5为四条间距相等成矩阵分布的细柱状体，由于每个W型的机械推杆4的两个突尖的距离与旋翼无人机的降落架5的间距相等，可以将旋翼无人机的降落架5的细柱状体卡在两个W型机械推杆4的W型的两个突尖里，从而将旋翼无人机分别定位在不同的位置，该定位方式的定位精准，且工作效率高。
本实施例中，为了实现机械推杆的移动，以便于定位旋翼无人机，机械推杆4通过齿条联动装置6连接驱动电机7，在驱动电机7的动力作用下，齿条联动装置6带动机械推杆4移动，从而实现对降落架5的夹紧，以及对旋翼无人机的移动，以便分别对准空电池槽301和储备电池槽302。
本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过在电池桩3的两侧设置W型的机械推杆4，能够对旋翼无人机实现精确定位，并能实现对旋翼无人机的移动，以便使得失电型电磁铁2对准电池桩3顶部的空电池槽301和储备电池槽302。
本实施例中，电池桩3内部设有向电池充电的电池充电系统。为了便于向没有电的电池内充电，电池桩3的内部设有具有总控中线电路、总蓄电池和电池充电电路的电池充电系统，当没有电的电池从旋翼无人机落入空电池槽301内后，电池背面的充电接口连接电池充电系统，在电池充电系统的作用下，实现对无电电池的充电。
本实施例中，电池桩3的两侧均设有太阳能电池板8，本发明提供的旋翼无人机更换电池系统，通过在电池桩3的两侧均设置太阳能电池板8，可以通过太阳能电池板向电池供电，解决野外没有电源的问题。更进一步的，太阳能电池板8可转动的设置在电池桩3上，在野外无电源的情况下，将两侧的太阳能电池板8拉开撑起，利用太阳能进行供电。
本实施例中，停机坪的表面材料为亚克力，停机坪的表面为光滑的亚克力材质，可以减少旋翼无人机降落时的摩擦。
本实施例中，如图7所示，电池9包括电池壳体901，该电池为长方形组合式电池，电池壳体901的材料为绝缘高强度塑料，电池壳体901的上下表面均设有导体凹槽902，导体凹槽902的材质为1mm厚合金铁板，该具有导体凹槽902的长方形组合式电池，可以被永磁铁203吸附，并提供电能。可以理解的是，电池9的顶面有分别接正极和负极的两个导体导槽902，电池9的底面有接一个正极和三负极的四个导体凹槽902，电池9的顶面设有向旋翼无人机供电的供电接口，电池9的底面设有向电池9充电的充电接口，电池9的供电接口和充电接口均采用弱磁吸式，可以方便的进行拆卸，弱磁性能够保证接口的充分接触，又不至于很难分离。电池9的顶面被失电型电磁铁2吸附后，会与旋翼无人机的供电接口吸合，从而对旋翼无人机进行供电；电池9的底面陷入停机坪的空电池槽301内时，会与电池桩3上的充电接口吸合，从而进行充电。
旋翼无人机更换电池系统的工作过程如下所述：
在具有GPS定位技术的控制系统的控制下，旋翼无人机飞行到电池桩3的上方时，向电池桩3发出信号，电池桩3做好工作准备。机械推杆4张开，旋翼无人机按照固定的方向降落到停机坪的随机地方，此时，机械推杆4推出，旋翼无人机的起落架5为四条间距相等成矩阵分布的细柱状体，当机械推杆4接触起落架5并移动的过程中，起落架5的四条细柱状体分别嵌入到W的两个突尖的凹槽处，通过左右移动实现定位。此时，停机坪上的储能电池槽内302嵌有充满电的电池，空电池槽301内没有电池。完成精准定位后，首先将旋翼无人机推向停机坪的空电池槽301处，而后，电池挂载板1的供电装置给失电型磁铁2的线圈202通电，失电型电磁铁2失去磁性，通过永磁铁203的磁性吸附在失电型磁铁2上的电池因为重力掉落到下方的空电池槽301内，空电池槽301在电池桩3内部的电池充电系统的作用下自动对此没电的电池进行充电。当电池桩3检测到旋翼无人机没有电池后，将其移动到另外有电池的储能电池槽302处，此时停止向失电型电磁铁2的线圈202供电，失电型电磁铁2表现磁性，重新吸附下方充满电的电池，当旋翼无人机检测到吸附有电池，重新起飞。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种旋翼无人机，其特征在于，包括电池挂载板，所述电池挂载板上设有失电型电磁铁，所述失电型电磁铁包括外壳、设于所述外壳内且上下依次设置的线圈和永磁铁，所述线圈通电产生的磁性与所述永磁铁的磁性相反，以抵消所述永磁体的磁性。
2.根据权利要求1所述的旋翼无人机，其特征在于，所述电池挂载板上设有供电装置，用于向所述失电型电磁铁供电。
3.根据权利要求1所述的旋翼无人机，其特征在于，所述外壳为圆柱形外壳。
4.根据权利要求1所述的旋翼无人机，其特征在于，所述外壳为导体材料。
5.一种旋翼无人机更换电池系统，包括旋翼无人机和电池桩，其特征在于，所述旋翼无人机包括电池挂载板，所述电池挂载板上设有失电型电磁铁，所述失电型电磁铁包括外壳、设于所述外壳内且上下依次设置的线圈和永磁铁，所述线圈通电产生的磁性与所述永磁铁的磁性相反，以抵消所述永磁体的磁性；所述电池桩的顶面为停机坪，所述停机坪上设有空电池槽和装有充满电电池的储备电池槽，所述空电池槽用来承接从旋翼无人机落下的电池。
6.根据权利要求5所述的旋翼无人机更换电池系统，所述停机坪的两侧均设有W型的机械推杆，每个所述机械推杆的W型的两个突尖的距离与所述旋翼无人机的降落架的间距相等。
7.根据权利要求6所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述机械推杆通过齿条联动装置连接驱动电机。
8.根据权利要求5所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述电池桩内部设有向所述电池充电的电池充电系统。
9.根据权利要求5所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述电池桩的两侧均设有太阳能电池板。
10.根据权利要求9所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述太阳能电池板可转动的设置在所述电池桩的两侧。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述停机坪的表面材料为亚克力。
12.根据权利要求5-10中任一项所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述电池包括电池壳体，所述电池壳体的上下表面均设有作为电源接口的导体凹槽。
13.根据权利要求12所述的旋翼无人机更换电池系统，其特征在于，所述电池壳体的材料为绝缘高强度塑料。
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