CN109193858B - 无线充电装置及无人机无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机的无线充电装置和无人机无线充电系统，所述无线充电装置包括设置在降落面上的发射端和设置在无人机上的接收端，所述发射端包括发射线圈，所述发射线圈包括多个绕制成多边形结构的单元线圈，各所述单元线圈的一个顶点朝环绕中心汇集，各所述单元线圈环绕所述环绕中心排列。该无线充电装置的接收端结构简单、易于安装在无人机上，易于将不具备无线充电能力的无人机改造成无线充电无人机，并且对无人机的停靠精度要求较低，使得无人机进行无线充电容易且高效。

Description

无线充电装置及无人机无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别是一种无线充电装置及无人机无线充电系统。

背景技术

搭载图像传感器的无人机可以完成电力线路巡检、油气管道巡检等工作，由于这种模式具有高效率、低成本优势，已经在行业中逐渐被推广。然而，无人机的续航问题却成为限制无人机在这些行业中广泛应用的瓶颈问题之一，没有足够的续航能力，就意味着无人机巡检范围有限，执行任务的能力受限，也就阻碍了无人机参与巡检工作的进程，限制了消费者的购买欲望。因此，要让无人机在巡检领域发挥其价值，让无人机产业有进一步突破，就需要解决其续航问题。

针对无人机的续航问题，主要三类解决方案，即：在无人机上搭载太阳能电池等新能源发电设备，使得无人机能自动补充电能；研发能量密度更大的电池，使得无人机能携带更多电能；研发不需要人工辅助的自动化充电技术，使得无人机在巡航中途就可以实现电能补充，延长巡航范围。无线充电技术作为新兴充电技术的一种，可以实现非物理直接接触的方式对设备进行充电，充电过程不需要人为参与，保证无人机充电过程全自动化。无人机无线充电系统包含具备无线充电功能的无人机，同时还包含负责为无线充电无人机发送电能的电能发射装置。无人机在降落时可能会受风等自然因素影响，而无法保证每次精准降落，不同无人机有不同的降落精度，所以无人机无线充电电能发射装置需要有大的电能发射范围，使得无线充电无人机在错位时也能正常接收到电能；在无人机上搭载电能接收装置可以使得无人机具备无线充电功能，如果电能接收装置不需要改变无人机外形且易于安装，则更易于将现有不具备无线充电功能的无人机改装为无线充电无人机，所以无人机无线充电的电能接收装置是否需要改变无人机外形、是否易于安装是电能接收装置设计的一个重要指标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种无线充电装置和无人机无线充电系统，该无线充电装置的接收端具有结构简单、易于安装的特点，并且对无人机的停靠精度要求较低。

为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：

一种用于无人机的无线充电装置，包括设置在降落面上的发射端和设置在无人机上的接收端，所述发射端包括发射线圈。

所述发射线圈包括多个绕制成多边形结构的单元线圈，各所述单元线圈的一个顶点朝环绕中心汇集，各所述单元线圈环绕所述环绕中心排列。

优选地，各所述单元线圈呈正六边形结构；和/或，各所述单元线圈为多圈螺旋结构；和/或，相邻两个所述单元线圈的相邻两边平行。

优选地，所述发射端还包括设置于所述发射线圈下侧的发射磁芯。

优选地，所述发射磁芯包括多个首尾顺次连接的子磁芯；

或者，所述发射磁芯包括多个子磁芯，各所述子磁芯的一端连接，另一端发散设置。

优选地，所述发射磁芯的中心与所述环绕中心重合；

和/或，各所述子磁芯的至少一端与一个所述单元线圈的中心重合。

优选地，所述子磁芯与所述单元线圈的数量均为三个，

各所述子磁芯的两端分别与相邻的两个所述单元线圈的中心重合；或者，各所述子磁芯的两端分别与一个所述单元线圈的中心、所述环绕中心重合。

优选地，所述无人机包括起落架，其特征在于，所述接收端包括接收线圈，所述接收线圈至少部分与所述起落架的轮廓一致。

优选地，所述接收线圈绕设在所述起落架的内部；或者，所述接收线圈绕设在所述起落架靠近所述无人机中心的一侧；或者，所述接收线圈绕设在所述起落架远离所述无人机中心的一侧。

优选地，所述单元线圈为正多边形结构，所述起落架的长度为W2，各所述单元线圈的外接圆的直径为W1，W2大于W1，并且无人机在进行充电时，沿起落架指向降落面的方向，所述起落架的投影位于所述发射线圈内。

另一方面，本发明采用如下技术方案：

一种无人机无线充电系统，包括降落面、无人机和如上所述的无线充电装置，所述发射端设置于所述降落面；所述接收端设置在所述无人机上。

本发明提供的无线充电装置和无人机无线充电系统，该无线充电装置的接收端结构简单、易于安装在无人机上，易于将不具备无线充电能力的无人机改造成无线充电无人机，并且对无人机的停靠精度要求较低，使得无人机进行无线充电容易且高效。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的单元线圈的示意图；

图2示出本发明具体实施方式提供的发射线圈的示意图；

图3示出本发明具体实施方式提供的发射磁芯的示意图；

图4示出本发明具体实施方式提供的发射端的示意图；

图5示出本发明另一具体实施方式提供的发射磁芯的示意图；

图6示出本发明另一具体实施方式提供的发射端的示意图；

图7示出本发明具体实施方式提供的接收线圈的示意图；

图8示出本发明具体实施方式提供的接收线圈与起落架的示意图；

图9示出本发明具体实施方式提供的无线充电装置的示意图；

图10示出本发明具体实施方式提供的无人机无线充电系统的示意图。

图中，

1、无人机；11、起落架；111、底端支架；112、第一竖向支架；113、第二竖向支架；2、降落面；3、发射端；31、发射线圈；311、单元线圈；32、发射磁芯；321、子磁芯；4、接收端；41、接收线圈。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提供一种用于无人机1的无线充电装置，如图7所示，所述无线充电装置包括设置在降落面2上的发射端3和设置在无人机1上的接收端4，所述发射端3包括发射线圈31，所述发射线圈31包括多个绕制成多边形结构的单元线圈311，各所述单元线圈311的一个顶点朝环绕中心汇集，各所述单元线圈311环绕所述环绕中心排列。各所述单元线圈311上方形成一个较大的发射区域，当无人机1位于发射区域上方时即可进行充电，较大的发射区域使得无人机1的停靠区域更大，从而对无人机1的停靠精度要求较低，更有利于无人机充电。

具体地，各所述单元线圈311为由径向内侧向径向外侧延伸的多圈螺旋结构，每圈的形状为多边形，所述单元线圈311可以是单层或者多层，单层的结构较简单，多层的结构可使磁场更强，提高充电效率。优选地，各所述单元线圈311呈正多边形结构，例如为正三角形、正方形或正六边形等，每圈的形状均为正多边形，各正多边形的中心连线形成一个区域，该区域即为发射区域，当无人机1位于发射区域上方时即可进行充电。

优选地，相邻两个所述单元线圈311的相邻两边平行，以使得所述单元线圈311环绕所述环绕中心紧密排列，充分利用降落面2的空间，使得磁场更强，充电效率更高。例如，当各所述单元线圈311为正三角形结构时，可在所述降落面2上设置六个所述单元线圈311，相邻两个所述单元线圈311的相邻两边平行，各所述单元线圈311环绕所述环绕中心紧密排列，各正三角形的中心连线形成一个六边形区域，该六边形区域即为发射区域。当各所述单元线圈311为正方形结构时，可在所述降落面2上设置四个所述单元线圈311，相邻两个所述单元线圈311的相邻两边平行，各所述单元线圈311环绕所述环绕中心紧密排列，各正方形的中心连线形成一个正边形区域，该正边形区域即为发射区域。

在一个具体的实施例中，如图1所示，所述发射线圈31包括三个相同的呈正六边形结构的单元线圈311，所述单元线圈311为平面线圈，并且三个单元线圈311的一个顶点朝环绕中心汇集，并环绕所述环绕中心依次紧密排列，相邻两个所述单元线圈311的相邻两边平行。相邻两个单元线圈311中通入的电流相位相差120°。

进一步地，所述发射端3还包括设置于所述发射线圈31下侧的发射磁芯32。所述发射磁芯32为软磁体磁芯，软磁体磁芯材料可以是铁氧体或软磁合金。采用软磁体磁芯能提高发射端3与接收端4的耦合能力、减少漏磁。具体地，所述发射磁芯32包括多个首尾顺次连接的子磁芯321；或者，所述发射磁芯32包括多个子磁芯321，各所述子磁芯321的一端连接，另一端发散设置。优选地，所述发射磁芯32的中心与所述环绕中心重合，或者，各所述子磁芯321的至少一端与一个所述单元线圈311的中心重合，更加优选，所述发射磁芯32的中心与所述环绕中心重合，并且各所述子磁芯321的至少一端与一个所述单元线圈311的中心重合。

具体地，所述子磁芯321与所述单元线圈311的数量均为三个，所述子磁芯311首尾顺次连接，各所述子磁芯321的两端分别与相邻的两个所述单元线圈311的中心重合；或者，各所述子磁芯321的一端连接，另一端发散设置，并且各所述子磁芯321连接的一端与所述环绕中心重合，发散的一端与一个所述单元线圈311的中心重合。

在一个具体的实施例中，如图2和3所示，所述子磁芯321的数量为三个，并且为相同的长形结构，三个子磁芯321首尾顺次连接，形成一个正三角形磁芯，所述正三角形磁芯的中心与所述环绕中心重合，并且各子磁芯321的两端分别与相邻的两个所述单元线圈311的中心重合。正三角形磁芯的制作工艺较简单，因此优选采用该磁芯作为发射磁芯32。在另一个具体的实施例中，如图4和5所示，所述子磁芯321的数量为三个，并且为相同的长形结构，各所述子磁芯321的一端连接，另一端发散设置，形成一个Y形磁芯，并且相邻两个子磁芯321之间角度为120°，所述Y形磁芯的中心与所述环绕中心重合，所述子磁芯321的自由端与一个所述单元线圈311的中心重合。

进一步地，所述无人机1包括起落架11，所述接收端4包括接收线圈41，所述接收线圈41至少部分与所述起落架11的轮廓一致。具体地，所述起落架11为框架结构，所述接收线圈41为具有并排设置且相互贴紧的多层线圈，所述多层线圈的外轮廓与所述起落架11贴合的部分应与起落架11的框架结构轮廓一致。所述接收线圈41结构简单，可以根据实际起落架11的框架形状和尺寸进行绕制，方便装备在不具备无线充电功能的无人机1上，使其具有无线充电功能。所述接收线圈41绕设在所述起落架11的内部；或者，所述接收线圈41绕设在所述起落架11靠近所述无人机1中心的一侧；或者，所述接收线圈41绕设在所述起落架11远离所述无人机1中心的一侧。优选将所述接收线圈41绕设在所述起落架11的内部，并贴合所述起落架11。在一个具体的实施例中，所述起落架11为U形结构，所述起落架11包括底端支架111、第一竖向支架112和第二竖向支架113，所述底端支架111、第一竖向支架112和第二竖向支架113均为条状结构，所述第一竖向支架112一端与所述底端支架111一端相连，另一端与无人机1相连，所述第二竖向支架113一端与所述底端支架111另一端相连，另一端与无人机1相连，所述第一竖向支架112与第二竖向支架113平行，并均与所述底端支架111垂直。所述接收线圈41为矩形线圈，如图6和7所示，矩形线圈的一边贴合所述底端支架111，与该边垂直的两边贴合所述第一竖向支架112和第二竖向支架113，剩余一边悬空。

进一步地，所述单元线圈311为正多边形结构，所述接收线圈的长度不宜过大或过小，如果长度过小，则会影响发射端和接收线圈之间的耦合能力，进而影响充电效果。如果长度过大，则会增加无人机的负重，影响无人机的飞行。由于接收线圈贴合所述起落架设置，接收线圈的尺寸和起落架大致相同，因此起落架的长度也不宜过大或过小，所述起落架11的长度为W2，如图8所示，各所述单元线圈311的外接圆的直径为W1，如图1所示，所述W2应大于所述W1，并且无人机1在进行充电时，沿起落架11指向降落面2的方向，所述起落架11的投影位于所述发射线圈31内。在一个具体的实施例中，如图7所示，所述单元线圈311为正六边形结构，三个正六边形的中心连线形成一个三角形区域，所述三角形区域为正常充电区域，当无人机1需要充电时，起落架11的底端支架111的中心位于正常充电区域时即可保证正常充电，并且对无人机1的朝向方向没有约束，即接收线圈41位于任何角度均能进行充电，对无人机1降落准确性要求低，更利于对无人机1进行充电，不易出现无人机1降落后因降落位置精度差而无法充电的问题，使得无人机1的无线充电容易且高效。

本申请还提供一种无人机无线充电系统，如图8所示，所述无人机无线充电系统包括降落面2、无人机1和如上所述的无线充电装置，所述发射端3设置于所述降落面2；所述接收端4设置在所述无人机1上。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种用于无人机(1)的无线充电装置，其特征在于，包括设置在降落面(2)上的发射端(3)和设置在无人机(1)上的接收端(4)，所述发射端(3)包括发射线圈(31)，所述发射线圈(31)包括多个绕制成多边形结构的单元线圈(311)，各所述单元线圈(311)的一个顶点朝环绕中心汇集，各所述单元线圈(311)环绕所述环绕中心排列；各所述单元线圈(311)呈正六边形结构；所述发射端(3)还包括设置于所述发射线圈(31)下侧的发射磁芯(32)，所述发射磁芯(32)包括多个子磁芯(321)，各所述子磁芯(321)的一端连接，另一端发散设置；所述发射磁芯(32)的中心与所述环绕中心重合，各所述子磁芯(321)的两端分别与一个所述单元线圈(311)的中心、所述环绕中心重合；所述无人机(1)包括起落架(11)，所述起落架(11)的长度为W2，各所述单元线圈(311)的外接圆的直径为W1，W2大于W1。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，各所述单元线圈(311)为多圈螺旋结构；和/或，相邻两个所述单元线圈(311)的相邻两边平行。

3.根据权利要求1或2所述的无线充电装置，其特征在于，所述接收端(4)包括接收线圈(41)，所述接收线圈(41)至少部分与所述起落架(11)的轮廓一致。

4.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于，所述接收线圈(41)绕设在所述起落架(11)的内部；或者，所述接收线圈(41)绕设在所述起落架(11)靠近所述无人机(1)中心的一侧；或者，所述接收线圈(41)绕设在所述起落架(11)远离所述无人机(1)中心的一侧。

5.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于，无人机(1)在进行充电时，沿起落架(11)指向降落面(2)的方向，所述起落架(11)的投影位于所述发射线圈(31)内。

6.一种无人机无线充电系统，其特征在于，包括降落面(2)、无人机(1)和如权利要求1至5之一所述的无线充电装置，所述发射端(3)设置于所述降落面(2)；所述接收端(4)设置在所述无人机(1)上。

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