CN108649642A - 一种无人机无线充电装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机无线充电装置、方法及系统，包括充电装置发射端和用电设备接收端，其中：用电设备接收端包括次级线圈和检测装置，检测装置用于实时获取次级线圈的功率；充电装置发射端包括处理器和N个初级线圈，处理器用于调整N个初级线圈上交流电的初相直至检测装置获取的次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。本发明通过不断地改变N个初级线圈上交流电的初相，将原本固定的充电装置发射端的磁力线不断地进行调整，筛选出最大的功率值对应的初相组合，使得用电设备处在充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电速度，避免用电设备的定位问题对充电速度的限制。

Description

一种无人机无线充电装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无人机无线充电装置、方法及系统。

背景技术

随着电子技术的不断发展，各式各样的电子设备在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，我们的日常生活早已无法离开电子设备，在这种时代背景下，为各种电子设备进行充电的无人机无线充电装置应运而生，无线充电产业蓬勃发展。从无线充电的原理上讲，在磁场强度一定的条件下，充电装置发射端初级线圈的有效磁力线通过用电设备接收端次级线圈的越多，次级线圈产生的功率越大，充电的速度越快。可见，为了保证充电速度，就要求初级线圈和次级线圈耦合紧密，也就是要求用电设备接收端和充电装置发射端之间的位置严格对齐，处在相对较佳的充电位置上。然而由于现有技术限制，保证用电设备接收端次级线圈处于与充电装置发射端初级线圈完全耦合的位置较为困难，一旦用电设备在充电装置发射端磁力线稀疏的地方，初级线圈和次级线圈的耦合度就会很差，充电效率变得极低，充电速度将变得极慢，很长时间才能充满电，这样就给用户带来了很大的不便。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机无线充电装置、方法及系统，通过不断地改变N个初级线圈上交流电的初相，将原本固定的充电装置发射端的磁力线不断地进行调整，筛选出最大的功率值对应的初相组合，使得用电设备处在充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电速度，避免用电设备的定位问题对充电速度的限制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机无线充电装置，包括充电装置发射端和用电设备接收端，其中：

所述用电设备接收端包括次级线圈和检测装置，所述检测装置用于实时获取所述次级线圈的功率；

所述充电装置发射端包括处理器和N个初级线圈，所述处理器用于调整N个所述初级线圈上交流电的初相直至所述检测装置获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

优选的，所述次级线圈的功率具体为与所述次级线圈连接的用电设备负载的功率；

则所述检测装置具体为用于获取所述用电设备负载的功率的功率计。

优选的，分别设置于所述充电装置发射端和所述用电设备接收端、用于接收和发送所述用电设备负载的功率的通讯装置具体为一组无线通讯模块。

优选的，所述处理器包括：

信号发生器，用于输出N路初相实时变化的正弦信号至一一对应的N个所述初级线圈；

处理单元，用于确定获取的所述次级线圈的功率达到最大值时N路所述正弦信号的初相组合，并作为最优初相组合通过所述信号发生器分配至N个所述初级线圈。

优选的，所述初相实时变化的正弦信号具体为初相呈等差变化的正弦信号。

优选的，N个所述初级线圈具体为3个初级线圈，3个所述初级线圈在所述充电装置发射端以等边三角形方式排列。

优选的，所述充电装置发射端还包括与N个所述初级线圈一一对应的N个功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述信号发生器连接，所述功率放大器的输出端与对应的所述初级线圈连接。

优选的，所述信号发生器具体为直接数字合成DDS信号发生器。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种无人机无线充电方法，应用于如上文任一项所述的无人机无线充电装置，所述方法包括：

实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

调整充电装置发射端的N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种无人机无线充电系统，应用于如上文任一项所述的无人机无线充电装置，所述系统包括：

获取模块，用于实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

设定模块，用于调整充电装置发射端N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

本发明提供了一种无人机无线充电装置，包括充电装置发射端和用电设备接收端，其中：用电设备接收端包括次级线圈和检测装置，检测装置用于实时获取次级线圈的功率；充电装置发射端包括处理器和N个初级线圈，处理器用于调整N个初级线圈上交流电的初相直至检测装置获取的次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

可见，与现有技术中充电装置发射端的磁力线是固定的，用电设备在磁力线稀疏的充电位置时充电效率较低相比，本申请通过不断地改变N个初级线圈上交流电的初相，将原本固定的充电装置发射端的磁力线不断地进行调整，由于在空间中刚好穿过用电设备接收端次级线圈的有效磁力线越多，次级线圈的功率就会越大，从而筛选出最大的功率值对应的初相组合，使得用电设备处在充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电速度，避免了用电设备的定位问题对充电速度的限制。

本发明还提供了一种无人机无线充电方法及系统，具有和上述无人机无线充电装置相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种无人机无线充电装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种初级线圈的排列示意图；

图3为本发明提供的一种无人机无线充电方法的步骤流程图；

图4为本发明提供的一种无人机无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种无人机无线充电装置、方法及系统，通过不断地改变N个初级线圈上交流电的初相，将原本固定的充电装置发射端的磁力线不断地进行调整，筛选出最大的功率值对应的初相组合，使得用电设备处在充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电速度，避免用电设备的定位问题对充电速度的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种无人机无线充电装置的结构示意图，包括充电装置发射端1和用电设备接收端2，其中：

用电设备接收端2包括次级线圈21和检测装置22，检测装置22用于实时获取次级线圈21的功率；

充电装置发射端1包括处理器11和N个初级线圈12，处理器11用于调整N个初级线圈12上交流电的初相直至检测装置22获取的次级线圈21的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

需要说明的是，在磁场强度一定的条件下，充电装置发射端1的初级线圈12的有效磁力线通过用电设备接收端2的次级线圈21的越多，次级线圈21吸收的磁场能量越多，产生的功率越大，用电设备充电的速度越快。基于此，现有的无人机无线充电装置要求用电设备和充电装置之间的位置严格对齐，充电装置发射端1的初级线圈12和用电设备接收端2的次级线圈21耦合紧密，以保证用电设备处在相对较佳的充电位置上，进而保证充电速度较快。可以理解的是，现有的无人机无线充电装置的发射端的磁力线是固定不变的，在空间中，有一部分区域的磁力线很集中，有一部分区域的磁力线很稀疏，也就是说用电设备的位置对充电速度的影响极大，一旦用电设备在磁力线稀疏的区域，充电装置发射端1的初级线圈12和用电设备接收端2的次级线圈21的耦合度就会很差，使得充电效率极低，用电设备很长时间才能充满电，用户的使用体验感较差。

因此，本申请的无人机无线充电装置包括充电装置发射端1和用电设备接收端2，用电设备接收端2包括检测装置22，充电装置发射端1包括处理器11和N个初级线圈12，通过调整N个初级线圈12上交流电的初相来使次级线圈21的功率达到最大值。具体地，本申请通过调整N个初级线圈12上交流电的初相将原本固定的充电装置发射端1的磁力线不断地进行调整，使得刚好穿过用电设备接收端2的次级线圈21的磁力线相对最集中，从而使得用电设备的充电效率达到该位置的最优充电效率，也就是说用电设备位于充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电效率，减小了用电设备相对充电装置的位置变化对充电速度的影响。

可见，本申请尤其适用于用电设备与充电装置较难严格对齐的情况，比如无人机的无线充电过程，正常飞行中的无人机目前来说还很难降落到与充电装置初级线圈12完全耦合的位置，甚至有可能偏离很多，使得无人机的充电效率低，在本申请中，无人机不再需要降落到与充电装置的初级线圈12完全耦合的位置，只需要降落在充电区域内的任意位置就能获得相对较好的充电效率，降低了无人机充电的操作难度，还节省了资源。

另外，本申请中充电装置发射端1具有N个初级线圈12，通过N个初级线圈12共同为次级线圈21充电，这样多个初级线圈12对一个次级线圈21进行充电的方式进一步提高了充电速度，提升了无人机无线充电装置的竞争力。

本发明提供了一种无人机无线充电装置，包括充电装置发射端和用电设备接收端，其中：用电设备接收端包括次级线圈和检测装置，检测装置用于实时获取次级线圈的功率；充电装置发射端包括处理器和N个初级线圈，处理器用于调整N个初级线圈上交流电的初相直至检测装置获取的次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

可见，与现有技术中充电装置发射端的磁力线是固定的，用电设备在磁力线稀疏的充电位置时充电效率较低相比，本申请通过不断地改变N个初级线圈上交流电的初相，将原本固定的充电装置发射端的磁力线不断地进行调整，由于在空间中刚好穿过用电设备接收端次级线圈的有效磁力线越多，次级线圈的功率就会越大，从而筛选出最大的功率值对应的初相组合，使得用电设备处在充电区域内的任意位置都能获得相对最好的充电速度，避免了用电设备的定位问题对充电速度的限制。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，次级线圈21的功率具体为与次级线圈21连接的用电设备负载的功率；

则检测装置22具体为用于获取用电设备负载的功率的功率计。

具体地，考虑到直接获取用电设备接收端2的次级线圈21的功率较为困难，本申请中将与用电设备接收端2的次级线圈21连接的用电设备负载的功率作为用电设备接收端2的次级线圈21的功率，则可以直接通过功率计检测用电设备负载的功率，简单方便且误差较小。当然，也可以分别检测用电设备负载的两端的电压和流过的电流，然后通过功率计算公式计算出用电设备负载的功率，本申请在此不做特别的限定。另外，次级线圈21和用电设备负载之间还可以连接整流滤波稳压模块，将次级线圈21吸收磁场能量后转化出的交流电进行整流、滤波和稳压，为用电设备负载提供平滑稳定的直流电。

作为一种优选的实施例，分别设置于充电装置发射端1和用电设备接收端2、用于接收和发送用电设备负载的功率的通讯装置具体为一组无线通讯模块。

具体地，本申请中充电装置发射端1的处理器11根据用电设备接收端2的次级线圈21的功率不断调整N个初级线圈12上交流电的初相，显然充电装置发射端1和用电设备接收端2之间需要实时进行通信，充电装置发射端1和用电设备接收端2之间包括通讯装置。考虑到有线通信方式每次充电时都需要在充电装置发射端1和用电设备接收端2之间连接通讯线，操作复杂且可能存在接口接触不良丢失信息的情况，所以本申请选用无线通信方式。具体地，在充电装置发射端1和用电设备接收端2分别设置一组无线通讯模块，通过无线通讯模块发送和接收用电设备负载的功率信息，这里的无线通讯模块可以是蓝牙模块，也可以是WIFI模块，具体根据实际情况来定。

作为一种优选的实施例，处理器11包括：

信号发生器，用于输出N路初相实时变化的正弦信号至一一对应的N个初级线圈12；

处理单元，用于确定获取的次级线圈21的功率达到最大值时N路正弦信号的初相组合，并作为最优初相组合通过信号发生器分配至N个初级线圈12。

具体地，本申请中通过信号发生器来调整N个初级线圈12上交流电的初相，信号发生器输出N路初相实时变化的正弦信号至一一对应的N个初级线圈12，改变了各个初级线圈12上交流电的初相，由于初级线圈12上交流电的不同初相组合可以制造出很多组合的磁力线，因此，对于位置不确定的用电设备来说，一定有一组最优的初相组合，通过次级线圈21的功率筛选出最佳功率对应的最优初相组合，将确定出的最优初相组合通过信号发生器分配至N个初级线圈12，即可使次级线圈21吸收的磁场能量最多，转化出的功率最大，充电速度达到最快。

当然，还可以通过其他方式调整初级线圈12上交流电的初相，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，初相实时变化的正弦信号具体为初相呈等差变化的正弦信号。

具体地，为了使得初级线圈12上交流电的初相调整过程更加有序化，各路正弦信号的初相可以呈等差形式递增，比如初相具体为10X度，X为0，2，4，6…34，当初级线圈12的个数为两个，且两个初级线圈12的初相均呈此规律变化时，一共有324种初相组合。另外，可以理解的是，如果程序耗时太长，可以相应增加初相公差减少这些组合，以提高运行速度；如果程序运行很快，可以相应减小初相公差增加这些组合，以获取更佳的初相组合，达到最优的充电效率。

作为一种优选的实施例，N个初级线圈12具体为3个初级线圈12，3个初级线圈12在充电装置发射端1以等边三角形方式排列。

具体地，本申请中充电装置发射端1的初级线圈12具体为3个，参照图2所示，初级线圈121、初级线圈122和初级线圈123以等边三角形方式排列，这种排列方式结构对称，产生的磁力线较为均匀且覆盖面广，通过调整3个初级线圈12的初相组合基本可以满足充电区域内任意位置用电设备的充电需求。

作为一种优选的实施例，充电装置发射端1还包括与N个初级线圈12一一对应的N个功率放大器，功率放大器的输入端与信号发生器连接，功率放大器的输出端与对应的初级线圈12连接。

具体地，为了提高充电装置发射端1的初级线圈12的功率，本申请中在信号发生器和初级线圈12之间还连接了与各个初级线圈12一一对应的功率放大器，功率放大效果较好，且成本较低。

作为一种优选的实施例，信号发生器具体为直接数字合成DDS信号发生器。

具体地，本申请中的信号发生器选用DDS(Direct Digital Synthesis，直接数字合成)信号发生器，其输出的信号稳定度以及准确度较高，提高了无人机无线充电装置的稳定性，降低了出现误差的可能性。

当然，本申请还可以选择其他类型的信号发生器，在此不做特别的限定。

请参照图3，图3为本发明所提供的一种无人机无线充电方法的步骤流程图，应用于如上文任一项的无人机无线充电装置，方法包括：

步骤S11：实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

步骤S12：调整充电装置发射端的N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

请参照图4，图4为本发明所提供的一种无人机无线充电系统的结构示意图，应用于如上文任一项的无人机无线充电装置，系统包括：

获取模块3，用于实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

设定模块4，用于调整充电装置发射端N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

对于本发明所提供的一种无人机无线充电方法及系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无人机无线充电装置，其特征在于，包括充电装置发射端和用电设备接收端，其中：

所述用电设备接收端包括次级线圈和检测装置，所述检测装置用于实时获取所述次级线圈的功率；

所述充电装置发射端包括处理器和N个初级线圈，所述处理器用于调整N个所述初级线圈上交流电的初相直至所述检测装置获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

2.如权利要求1所述的无人机无线充电装置，其特征在于，所述次级线圈的功率具体为与所述次级线圈连接的用电设备负载的功率；

则所述检测装置具体为用于获取所述用电设备负载的功率的功率计。

3.如权利要求2所述的无人机无线充电装置，其特征在于，分别设置于所述充电装置发射端和所述用电设备接收端、用于接收和发送所述用电设备负载的功率的通讯装置具体为一组无线通讯模块。

4.如权利要求1所述的无人机无线充电装置，其特征在于，所述处理器包括：

信号发生器，用于输出N路初相实时变化的正弦信号至一一对应的N个所述初级线圈；

处理单元，用于确定获取的所述次级线圈的功率达到最大值时N路所述正弦信号的初相组合，并作为最优初相组合通过所述信号发生器分配至N个所述初级线圈。

5.如权利要求4所述的无人机无线充电装置，其特征在于，所述初相实时变化的正弦信号具体为初相呈等差变化的正弦信号。

6.如权利要求1-5任一项所述的无人机无线充电装置，其特征在于，N个所述初级线圈具体为3个初级线圈，3个所述初级线圈在所述充电装置发射端以等边三角形方式排列。

7.如权利要求4所述的无人机无线充电装置，其特征在于，所述充电装置发射端还包括与N个所述初级线圈一一对应的N个功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述信号发生器连接，所述功率放大器的输出端与对应的所述初级线圈连接。

8.如权利要求7所述的无人机无线充电装置，其特征在于，所述信号发生器具体为直接数字合成DDS信号发生器。

9.一种无人机无线充电方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的无人机无线充电装置，所述方法包括：

实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

调整充电装置发射端的N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。

10.一种无人机无线充电系统，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的无人机无线充电装置，所述系统包括：

获取模块，用于实时获取用电设备接收端的次级线圈的功率；

设定模块，用于调整充电装置发射端N个初级线圈上交流电的初相，直至获取的所述次级线圈的功率达到最大值，N为不小于2的自然数。