CN107226191B - 一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，包括固定安装于无人飞行器上的装置外壳、与装置外壳连接的带电磁铁的固定电极，以及带永磁体的可动电极，所述固定电极与无人飞行器的机载电池连接，在无人飞行器控制电路板上设有控制电磁铁通断电的电磁铁控制电路，所述可动电极与充电系留线连接，所述充电系留线连接地面供电电源。本发明结合电磁铁和永磁体弹簧顶针结构，实现一种无人机充电系留线远程遥控脱离功能，确保了无人机在一定范围内可以持续飞行又满足在特殊需要时脱离充电线利用内置电池继续进行飞行的需求。

Description

一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术，尤其是无人飞行器充电技术。

背景技术

多旋翼无人飞行器续航能力是影响无人飞行器应用的一大关键技术问题。为提升续航能力，目前通常采用频繁返航以更换备用电池的方案。但是，如需要无人飞行器在较大范围飞行，频繁更换电池不仅费时费力，而且作业效果差。为了使多旋翼无人飞行器具备较长的续航能力，一般使用内置大容量高能量密度锂电池作为动力来源，但更大容量的电池使机体载荷增大，不仅限制了无人飞行器的操控性，也增加了电能消耗，从而限制了无人飞行器的续航时间和续航里程。因此，现有无人飞行器方案的电池重量系数一般限制在0.3左右，续航时间不超过30分钟。为实现不间断续航，一种替代方式是采用在线系留供电，这可以满足续航时间的要求，但由于受到系留线长度的限制，飞行范围较小，续航里程有限。如果可以在以上两种模式之间切换，就可以解决续航时间和续航里程之间的矛盾，极大的提升无人飞行器的应用范围。因此，需要一种可以在飞行中切换机载电池供电模式和系留线供电模式的方案，实现续航时间和续航里程的双重提升。

公开号为104787334A的中国发明专利于2015年7月22日公开了“自动脱线装置、系留式无人飞行装置及系留式无人飞行装置的避障方法”，所述一种无人飞行器自动脱线装置，该装置采用销钉与壳体的配合，使系留线与无人飞行器供电模块相连接，并通过舵机驱动齿轮使销钉拔出壳体，实现系留线与无人飞行器的自动分离。该方案中电机及传动机构自重较大，其机械传动机构容易出现齿轮磨损、销钉生锈和振动松动等问题，可能影响系统可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，确保无人飞行器在一定范围内可以持续飞行又满足在特殊需要时脱离充电线利用机载电池继续进行飞行的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，包括固定安装于无人飞行器上的装置外壳、与装置外壳连接的带电磁铁的固定电极，以及带永磁体的可动电极，所述固定电极与无人飞行器的机载电池连接，在无人飞行器控制电路板上设有控制电磁铁通断电的电磁铁控制电路，所述可动电极与充电系留线连接，所述充电系留线连接地面供电电源，在固定电极上的电磁铁处于未通电状态时，可动电极依靠永磁体磁性与固定电极的电磁铁相吸合，固定电极和可动电极之间实现电连接，当充电系留线需要脱离无人飞行器时，由电磁铁控制电路控制固定电极的电磁铁通电，并产生与可动电极的永磁体极性相反强度相同的磁性，从而断开固定电极和可动电极之间的电连接。

作为优选，所述固定电极和可动电极均位于装置外壳的内部，所述装置外壳的顶部设有两个使无人飞行器电源的正电极引线和负电极引线穿过的孔A，所述装置外壳的底部设有两个可供充电系留线正电极引线和负电极引线穿过的孔B，所述装置外壳的后侧设有两个使电磁铁线圈的正极引线和负极引线穿过的孔C。

作为优选，所述固定电极由固定铜电极、电磁铁铁心和线圈组成，所述电磁铁铁心为管状铁磁材料，所述电磁铁铁心嵌套在固定铜电极外侧并固定，所述线圈为螺线管导线，并绕制在电磁铁铁心外表面。

作为优选，所述可动电极包括顶针、弹簧以及永磁体，所述顶针由基座和可动铜电极组成，所述弹簧嵌套在可动铜电极上，可动铜电极和基座之间通过弹簧实现弹性滑动并保持电连接，所述永磁体为管状体并嵌套在可动铜电极外侧，所述永磁体与基座固定连接，且外径比孔B内径小。

作为优选，所述永磁体是由钕铁硼磁性材料制成。

作为优选，所述装置外壳通过固定螺丝固定在无人飞行器底部。

本发明结合电磁铁和永磁体弹簧顶针结构，实现一种无人飞行器充电系留线远程遥控脱离功能，确保了无人飞行器在一定范围内可以持续飞行又满足在特殊需要时脱离充电线利用内置电池继续进行飞行的需求。

与带有电机及其传动机构的系留线脱离装置相比，电磁铁与永磁体弹簧顶针结构可避免机械传动结构的生锈磨损和振动松动问题，保证装置可靠性。并且，电磁铁连接结构拥有更小的体积和更轻的重量，能较好的满足无人飞行器对重量体积的严苛要求。

因此，可以在不使用容量更大、重量更大的电池的情况下，使无人飞行器的续航时间和续航里程都得到提升。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为充电系留线自动脱离装置的整体示意图。

图2为装置外壳的示意图。

图3为充电系留线自动脱离装置的固定电极结构示意图。

图4为充电系留线自动脱离装置的可动电极结构示意图一。

图5为充电系留线自动脱离装置的可动电极结构示意图二。

附图标记：

1—固定螺丝，2—孔C，3—孔A，4—孔B，5—固定铜电极，6—励磁线圈，7—电磁铁铁心，8—励磁线圈引线，9—可动铜电极，10—基座，11—弹簧，12—永磁体，13—充电系留线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的结构及工作机理进行详细说明：

如图1至图5所示，一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，包括固定安装于无人飞行器上的装置外壳、与装置外壳连接的带电磁铁的固定电极，以及带永磁体的可动电极，所述固定电极与无人飞行器的机载电池连接，在无人飞行器控制电路板上设有控制电磁铁通断电的电磁铁控制电路，所述可动电极与充电系留线13连接，所述充电系留线13连接地面供电电源。

所述固定电极和可动电极均位于装置外壳的内部。如图2所示，所述装置外壳的顶部设有两个使无人飞行器电源的正电极引线和负电极引线穿过的孔A3，所述装置外壳的底部设有两个可供充电系留线正电极引线和负电极引线穿过的孔B4，所述装置外壳的后侧设有两个使电磁铁的励磁线圈的正极引线和负极引线穿过的孔C2。

其中，所述固定电极由固定铜电极5、电磁铁铁心7和励磁线圈6组成，所述电磁铁铁心7为管状铁磁材料，所述电磁铁铁心7嵌套在固定铜电极5外侧并固定，所述励磁线圈6为螺线管导线，并绕制在电磁铁铁心7外表面。所述可动电极包括顶针、弹簧11以及永磁体12，所述顶针由基座10和可动铜电极9组成，可动铜电极9连接充电系留线13，所述弹簧11嵌套在可动铜电极9上，可动铜电极9和基座10之间通过弹簧11实现弹性滑动并保持电连接，所述永磁体12为管状体并嵌套在顶针外侧，所述永磁体12与基座10固定连接。固定铜电极与可动铜电极均为圆柱形。两个固定电极的励磁线圈通过励磁线圈引线8串联电连接，出线端连接至电磁铁控制电路。永磁体外径比孔B内径小，以保证能够顺利穿过壳体。

脱离装置未工作时，电磁铁处于未通电状态，可动电极依靠永磁体磁性与性与固定电极的电磁铁铁心相吸合，而可动电极上的顶针依靠弹簧弹力与固定电极的固定铜电极充分接触，保证可靠的电连接。

脱离装置工作时，无人飞行器机载电池作为两个电磁铁的电源，由无人飞行器控制电路控制电磁铁励磁线圈通电，电流由电磁铁正极流入负极流出，产生与所述可动电极永磁体极性相反强度相同的磁性，以瞬时抵消永磁体的吸合力，从而断开固定电极和可动电极之间的电连接。

另外，所述永磁体是由钕铁硼磁性材料制成。由于其优异的磁性能而被称为“磁王”，且体积可以做的较小，质量可以较轻。所述装置外壳通过固定螺丝1固定在无人飞行器底部，便于拆卸和更换。

首先将本自动脱离装置安装在无人飞行器底部，由固定螺丝1固定。当无人飞行器起飞前，将两组可动电极上的永磁体12吸附在固定电极的电磁铁铁心7上，正负极对应，充电系留线13另一端接入地面电源为无人飞行器供电。此时，电磁铁的励磁线圈6无电流通过，电磁铁无磁性，可动电极侧的永磁体12可以牢牢吸附在固定电极的电磁铁铁心7上。当无人飞行器在空中完成近距离任务后需要脱离充电系留线以执行远距离任务时，地面操控人员通过手持遥控器发出脱离信号，此时无人飞行器控制电路板发出控制信号，使固定电极上的电磁铁通电，电磁铁由机载电池供电。由于电磁铁产生了与永磁体相反极性的磁场，使得电极之间的电磁吸力暂时消失。两个可动电极在弹簧弹力和自身重力的双重作用下脱离无人飞行器。系留线脱离完毕后，操控人员关闭脱离信号，电磁铁失电，无人飞行器由机载电池供电继续飞行。

本发明使用永磁体弹簧顶针结构将充电系留线与无人飞行器电源系统进行连接，这与传统接插件采用张紧力连接的结构不同，方便控制，连接及脱离快捷。由于直接在无人飞行器控制电路板上设有控制电磁铁通断电的电磁铁控制电路，方便实现地面远程遥控，实现充电系留线电极与无人飞行器电源电极的自动脱离。因此，本发明技术方案的优点在于，仅增加了较小的无人飞行器起飞重量，即可延长无人飞行器的续航时间和续航范围，结构简单，可靠性高。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (3)

1.一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，其特征在于：包括固定安装于无人飞行器上的装置外壳、与装置外壳连接的带电磁铁的固定电极，以及带永磁体的可动电极，所述固定电极与无人飞行器的机载电池连接，在无人飞行器控制电路板上设有控制电磁铁通断电的电磁铁控制电路，所述可动电极与充电系留线连接，所述充电系留线连接地面供电电源，在固定电极上的电磁铁处于未通电状态时，可动电极依靠永磁体磁性与固定电极的电磁铁相吸合，固定电极和可动电极之间实现电连接，当充电系留线需要脱离无人飞行器时，由电磁铁控制电路控制固定电极的电磁铁通电，并产生与可动电极的永磁体极性相反强度相同的磁性，从而断开固定电极和可动电极之间的电连接；所述固定电极和可动电极均位于装置外壳的内部，所述装置外壳的顶部设有两个使无人飞行器电源的正电极引线和负电极引线穿过的孔A，所述装置外壳的底部设有两个可供充电系留线正电极引线和负电极引线穿过的孔B，所述装置外壳的后侧设有两个使电磁铁线圈的正极引线和负极引线穿过的孔C；所述固定电极由固定铜电极、电磁铁铁心和线圈组成，所述电磁铁铁心为管状铁磁材料，所述电磁铁铁心嵌套在固定铜电极外侧并固定，所述线圈为螺线管导线，并绕制在电磁铁铁心外表面；所述可动电极包括顶针、弹簧以及永磁体，所述顶针由基座和可动铜电极组成，所述弹簧嵌套在可动铜电极上，可动铜电极和基座之间通过弹簧实现弹性滑动并保持电连接，所述永磁体为管状体并嵌套在可动铜电极外侧，所述永磁体与基座固定连接，且外径比孔B内径小。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，其特征在于：所述永磁体是由钕铁硼磁性材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人飞行器充电系留线自动脱离装置，其特征在于：所述装置外壳通过固定螺丝固定在无人飞行器底部。