CN109435712A - 无人机无线充电的磁耦合结构及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机无线充电的磁耦合结构及系统，所述磁耦合结构包括设置在无线充电平台上的发射端和设置在无人机上的接收端，所述接收端设置在靠近所述无人机起落架底端的位置。本发明中磁耦合结构的接收端体积小、质量轻，几乎不增加无人机负重，可以帮助无人机解决其续航问题，并且该磁耦合结构对于对准精度要求低，降低了无人机的停靠精度，使得无人机进行无线充电容易且高效。

Description

无人机无线充电的磁耦合结构及系统
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别是一种无人机无线充电的磁耦合结构及系统。
背景技术
无人机已经在巡检、侦查、运输等领域展现出巨大优势，但由于无人机的续航能力有限、巡航范围小，限制了无人机在这些领域的进一步应用。无线充电技术能通过非物理接触的方式对电池充电，避免了插拔插头的步骤，为无人机充电过程实现全自动提供前提。通过在固定巡检路线中搭建自主式无线充电平台，可以帮助无人机解决续航问题、拓宽续航范围。同样，自主式的无线充电平台也为无人机实现无人值守提供保障。
磁耦合结构是无线充电系统中的关键部件，其决定了系统的电能传递能力、系统需求的对准精度、系统的抗电磁干扰能力等。不同应用对象对磁耦合结构有不同的要求，无人机无线充电系统的磁耦合结构要求做到:(1)接收装置尽可能体积小、重量轻。增加无人机负重会导致无人机续航能力下降，体积大会使得无人机风阻变大同样使得续航能力下降。(2)避免对机身设备产生电磁干扰。无线充电系统在充电过程中会产生交变磁场，需要保证该交变磁场对机身电子设备没有影响。(3)有强的容错位能力。容错位能力是指在耦合装置没精确对准时还能保证正常充电的能力。尽管无人机通过其他辅助设备可以实现精准降落，但在户外工作时可能受风等因素影响，因此需要有一定容错位能力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种无人机无线充电磁耦合结构及系统，该磁耦合结构的接收端具有体积小、质量轻的特点，并且该磁耦合结构对于对准精度的要求较低。
为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：
一种无人机无线充电的磁耦合结构，包括设置在无线充电平台上的发射端和设置在无人机上的接收端，所述接收端设置在靠近所述无人机起落架底端的位置。
优选地，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。
优选地，所述绕线部朝向处于充电状态的所述无人机所在的方向延伸，所述主体和所述绕线部均为长方体。
优选地，在所述主体的长度方向上，多个所述分体线圈依次排列，多个所述分体线圈之间的间隙小于1cm。
优选地，所述至少两个绕线部包括位于所述主体两端的第一绕线部和第二绕线部，所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部上的第一线圈和绕设在所述第二绕线部上的第二线圈。
优选地，所述第一绕线部和所述第二绕线部位于所述主体长度方向上的两端，所述绕线部的长度方向与所述主体的宽度方向一致。
优选地，所述第一线圈和所述第二线圈呈长方形，在所述主体的长度方向上排列。
优选地，所述接收端包括接收磁芯和绕设在所述接收磁芯上的接收线圈，所述接收磁芯构造为I型磁芯，所述接收线圈沿所述接收磁芯的长度方向绕制。
优选地，所述发射磁芯和/或所述接收磁芯为软磁体磁芯。
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，包括无人机和对无人机进行无线充电的充电平台，所述系统包括如上所述的磁耦合结构，其中，所述发射端设置在所述充电平台上，所述接收端设置在所述无人机上。
本发明提供的无人机无线充电的磁耦合结构及系统，该磁耦合结构的接收端体积小、质量轻，所以几乎不增加无人机负重，可以帮助无人机解决其续航问题，并且该磁耦合结构对于对准精度要求低，降低了无人机的停靠精度，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发射端的俯视图；
图2示出本发明具体实施方式提供的发射磁芯的示意图；
图3示出本发明具体实施方式提供的接收端的示意图；
图4示出本发明具体实施方式提供的接收端装配示意图；
图5示出本发明具体实施方式提供的无人机在充电时的示意图。
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、发射端；21、发射磁芯；211、主体；212、绕线部；2121、第一绕线部；2122、第二绕线部；22、发射线圈；221、第一线圈；222、第二线圈；3、接收端；31、接收磁芯；32、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。
本申请提供了一种无人机无线充电的磁耦合结构，如图5所示，所述磁耦合结构包括设置在无线充电平台(图中未示出)上的发射端2和设置在无人机1上的接收端3，用于对所述无人机1进行无线充电，当需要充电时，无人机1会停靠在无线充电平台上方进行充电，所述磁耦合结构解决了无人机1的续航能力差、充电困难等问题。具体地，所述发射端2包括发射磁芯21和绕设在所述发射磁芯21上的发射线圈22，所述发射磁芯21包括主体211和位于所述主体211上的至少两个绕线部212，所述发射线圈22包括绕设在所述至少两个绕线部212上的分体线圈。例如所述至少两个绕线部212可以为两个、三个等。
具体地，所述绕线部212一端和所述主体211连接，另一端为自由端，朝向处于充电状态的所述无人机1所在的方向延伸，所述主体211和所述绕线部212均为长方体。其中，所述绕线部212的高度较低，因此所述分体线圈为单层，并以各自绕线部212为中心依次紧密向外绕制，所述分体线圈的厚度等于所述绕线部212的高度。在所述主体211的长度方向上，多个分体线圈依次排列，多个分体线圈之间的间隙小于1cm，即任意相邻的两个线圈之间的间隙小于1cm。
在一个具体的实施例中，如图1和2所示，所述至少两个绕线部212包括位于所述主体211两端的第一绕线部2121和第二绕线部2122，优选第一绕线部2121和第二绕线部2122位于所述主体211长度方向上的两端，并且所述绕线部212的长度方向与所述主体211的宽度方向一致，所述第一绕线部2121和所述第二绕线部2122优选为两个相同的绕线部，并且所述绕线部212的长度值与所述主体211的宽度值相等。所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部2121上的第一线圈221和绕设在所述第二绕线部2122上的第二线圈222。所述第一线圈221和第二线圈222呈长方形，在所述主体211的长度方向上排列，优选紧密排列，即所述第一线圈221和第二线圈222布满所述第一绕线部2121和第二绕线部2122之间的空间。优选地，所述第一线圈221和所述第二线圈222的线圈匝数相同。
进一步地，所述第一线圈221和第二线圈222相邻部分的电流方向相同，即一个线圈电流方向为顺时针，另一个线圈电流方向为逆时针，使得所述第一线圈221和第二线圈222产生的磁通能够叠加加强，所述第一线圈221和第二线圈222可串联连接，也可并联连接。
进一步地，如图3和4所示，所述接收端3包括接收磁芯31和绕设在所述接收磁芯31上的接收线圈32，所述接收端3设置在靠近所述无人机1起落架11底端的位置，具体地，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，优选地，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。所述接收端3例如可设置在所述底端支架111的内侧、外侧或上侧，其中靠近所述无人机1中心位置的一侧为内侧，远离所述无人机1中心位置的一侧为外侧，优选设置在底端支架111的内侧，更加优选设置在所述底端支架111的中间位置，所述接收线圈32的中心轴线方向垂直所述底端支架111。
优选地，所述发射磁芯21和/或所述接收磁芯31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磁耦合结构的耦合能力、减少磁耦合结构的漏磁。
优选地，所述接收磁芯31构造为I型磁芯，I型磁芯制作工艺简单，并且体积小、质量轻，几乎不增加无人机1负重，提升了无人机1的续航能力。优选所述接收线圈32沿所述接收磁芯31的长度方向绕制。
当所述无人机1需要充电时，会停靠在所述无线充电平台的上方，使得所述接收端3在所述发射端2上方，所述无人机1在停靠时，应保证所述起落架11的底端支架111与所述发射磁芯21的主体211长度方向不平行，即所述底端支架111与所述主体211的长度方向夹角应大于0度，并且小于或等于90度，优选为90度，即保证所述接收线圈32的中心轴线方向不与所述主体211的宽度方向平行，使得所述接收线圈32中有磁通线通过，优选所述接收线圈32的中心轴线方向与所述主体211的宽度方向垂直，此时所述接收线圈32中通过的磁通量最大，充电效率最高。由于所述起落架11的底端支架111与所述长度方向夹角范围为大于0度，小于或等于90度，并且允许底端支架111降落在所述第一绕线部2121和第二绕线部2122之间的所有空间上方，对于无人机1的停靠有强的容错位能力，降低了无人机1的停靠精度，使得无人机1在受风等因素影响，不能精准停靠时仍然能进行充电。
本申请还提供一种无人机无线充电系统，包括无人机1和对无人机1进行无线充电的充电平台，所述系统包括如上任一实施例所述的磁耦合结构，其中，所述发射端2设置在所述充电平台上，所述接收端3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 (10)

1.一种无人机无线充电的磁耦合结构，其特征在于，包括设置在无线充电平台上的发射端(2)和设置在无人机(1)上的接收端(3)，所述接收端(3)设置在靠近所述无人机(1)起落架(11)底端的位置。
2.根据权利要求1所述的磁耦合结构，其特征在于，所述发射端(2)包括发射磁芯(21)和绕设在所述发射磁芯(21)上的发射线圈(22)，所述发射磁芯(21)包括主体(211)和位于所述主体(211)上的至少两个绕线部(212)，所述发射线圈(22)包括绕设在所述至少两个绕线部(212)上的分体线圈。
3.根据权利要求2所述的磁耦合结构，其特征在于，所述绕线部(212)朝向处于充电状态的所述无人机(1)所在的方向延伸，所述主体(211)和所述绕线部(212)均为长方体。
4.根据权利要求3所述的磁耦合结构，其特征在于，在所述主体(211)的长度方向上，多个所述分体线圈依次排列，多个所述分体线圈之间的间隙小于1cm。
5.根据权利要求3所述的磁耦合结构，其特征在于，所述至少两个绕线部(212)包括位于所述主体(211)两端的第一绕线部(2121)和第二绕线部(2122)，所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部(2121)上的第一线圈(221)和绕设在所述第二绕线部(2122)上的第二线圈(222)。
6.根据权利要求5所述的磁耦合结构，其特征在于，所述第一绕线部(2121)和所述第二绕线部(2122)位于所述主体(211)长度方向上的两端，所述绕线部(212)的长度方向与所述主体(211)的宽度方向一致。
7.根据权利要求5所述的磁耦合结构，其特征在于，所述第一线圈(221)和所述第二线圈(222)呈长方形，在所述主体(211)的长度方向上排列。
8.根据权利要求1-7之一所述的磁耦合结构，其特征在于，所述接收端(3)包括接收磁芯(31)和绕设在所述接收磁芯(31)上的接收线圈(32)，所述接收磁芯(31)构造为I型磁芯，所述接收线圈(32)沿所述接收磁芯(31)的长度方向绕制。
9.根据权利要求8所述的磁耦合结构，其特征在于，所述发射磁芯(21)和/或所述接收磁芯(31)为软磁体磁芯。
10.一种无人机无线充电系统，包括无人机(1)和对无人机(1)进行无线充电的充电平台，其特征在于，所述系统包括权利要求1-9之一所述的磁耦合结构，其中，所述发射端(2)设置在所述充电平台上，所述接收端(3)设置在所述无人机(1)上。
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