CN111301187A - 一种无线充电耦合装置及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电耦合装置及无人机，所述耦合装置包括发射端和接收端，所述发射端包括至少两个电性串接的发射线圈，所述接收端包括至少两个电性串接的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈均采用管式螺旋线圈，所述接收线圈与所述发射线圈一一对应耦合实现无线充电。所述无人机采用上述耦合装置，无人机启停架上连接有水平着陆管，所述接收线圈置于水平着陆管内。在确保无线充电效率的前提下，本发明能够明显减少线圈的空间占用，降低无线充电系统对无人机机架结构的影响。

Description

一种无线充电耦合装置及无人机
技术领域
本发明涉及一种无线充电耦合装置及无人机，属于无人机技术领域。
背景技术
近年来，无人机市场极为火爆，续航时间短是目前无人机的通病，无人机在连续飞行20-30分钟就需要更换电池或充电，无人机自主执行工作任务的能力严重受续航能力的限制。
针对无人机的续航问题，主要三类解决方案，一是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；二是通过研发能量密度更大的电池，使得无人机一次性能携带更多电能；三是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，能够有效用于无人机全自动化充电。
现有技术中为实现无人机无线充电，通常是在现有无人机机架结构上进行改装，常用的无线充电系统多采用单个平面线圈，为了确保其充电性能，线圈面积较大，直接用于现有的各种无人机模型中时，难以直接适应无人机现有的机架结构，而且容易增加无人机飞行阻力，影响飞行安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无线充电耦合装置及无人机，能够降低无线充电系统对无人机结构的影响。
为达到上述目的，本发明提供了一种无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括至少两个电性串接的发射线圈，所述接收端包括至少两个电性串接的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈均采用管式螺旋线圈，所述接收线圈与所述发射线圈一一对应耦合实现无线充电。
进一步的，各所述发射线圈位于同一平面内且相互平行设置；各所述接收线圈位于另一平面内且相互平行设置。
进一步的，各所述接收线圈和各所述发射线圈的形状和尺寸相同。
进一步的，所述发射端连接有原边谐振电容，所述接收端连接有副边谐振电容。
进一步的，所述发射线圈和接收线圈分别设有两个，两发射线圈的间距与两接收线圈的间距相等。
本发明还提供了一种无人机，包括无人机启停架、无人机启停平台及前述任一项所述的无线充电耦合装置，所述无人机启停架上连接有水平着陆管，所述接收线圈置于水平着陆管内；所述发射线圈连接于无人机启停平台上，当无人机启停架停靠与无人机启停平台时，所述发射线圈能够与所述接收线圈相耦合实现无线充电。
进一步的，所述无人机启停平台上连接有无线充电发射电路，包括依次连接的直流电源、高频逆变电路以及原边谐振电路；
所述无人机连接有无线充电接收电路，包括依次连接的副边谐振电路、整流滤波电路以及充电电池。
进一步的，所述无人机启停平台上设置有对中目标物，所述无人机上设有对中检测机构，所述无人机通过所述对中检测机构检测无人机启停平台上的对中目标物，实现发射端和接收端的对准停放。
进一步的，所述无人机启停平台上设有两条能够容纳所述水平着陆管的限位凹槽。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：采用多段分布式接收线圈和发射线圈，并选用管式螺旋线圈结构，在确保无线充电效率的前提下，能够明显减少线圈的空间占用，降低无线充电系统对无人机机架结构的影响。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为根据本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图；
图2为根据本发明实施例提供的一种无人机的机架结构示意图；
图3为根据本发明实施例提供的无线充电耦合装置的等效电路图；
图中标注：10-第一发射线圈、20-第二发射线圈、30-第一接收线圈、40-第二接收线圈、50-水平着陆管、60-无人机启停平台、61-限位凹槽、70-对中目标物、80-无人机启停架。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括至少两个电性串接的发射线圈，所述接收端包括至少两个电性串接的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈均采用管式螺旋线圈，所述接收线圈与所述发射线圈一一对应耦合实现无线充电。该装置采用多段分布式接收线圈和发射线圈，并选用管式螺旋线圈结构，在确保无线充电效率的前提下，能够明显减少线圈的空间占用，降低无线充电系统对无人机机架结构的影响。
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2所示，一种无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括两个电性串接的发射线圈，相应的，所述接收端包括两个电性串接的接收线圈，本领域技术人员应当明白，发射线圈和接收线圈的数量并不限于两个，在确保无人机受力平衡的前提下，发射线圈和接收线圈也可以是多个，但发射线圈和接收线圈的数量应当相等，以实现一一对应耦合。
为便于描述，现将发射端的两发射线圈分别命名为第一发射线圈10和第二发射线圈20，将接收端的两接收线圈分别命名为第一接收线圈30和第二接收线圈40，应当明白“第一”、“第二”用于区别相似的对象，并非用于描述特定的顺序或先后次序。
第一发射线圈10和第二发射线圈20设于同一水平面且相互平行布置；第一接收线圈30和第二接收线圈40设于另一水平面且相互平行布置；第一发射线圈10和第二发射线圈20的间距与第一接收线圈30和第二接收线圈40的间距相等。所述第一发射线圈10、第二发射线圈20、第一接收线圈30和第二接收线圈40均采用形状和尺寸相同的管式螺旋线圈，以确保无人机受力平衡。
利用其组成无线充电系统时，在所述发射端还连接有原边谐振电容，并配置有无线充电发射电路，具体包括直流电源、高频逆变电路以及原边谐振电路。在所述接收端还连接有副边谐振电容，并配置有无线充电接收电路，具体包括副边谐振电路、整流滤波电路以及充电电池。其等效电路如图3所示，直流电源经过高频逆变电路处理后等效为图3所示的高频交流电源Uac，原边谐振电路包括图中的谐振补偿电感L1、谐振补偿电容C1，谐振补偿电容CP2，图中LP1为第一发射线圈，LP2为第二发射线圈，RP1为第一发射线圈的等效内阻，RP2为第二发射线圈的等效内阻，LS1为第一接收线圈，LS2为第二接收线圈，RS1为第一接收线圈的等效内阻，RS2为第二接收线圈的等效内阻，CS2为副边谐振电路中的谐振补偿电容，RL为等效负载。
本发明实施还公开了一种采用上述耦合装置的无人机，包括两根水平着陆管50，两根水平着陆管50左右并行设置在无人机启停架80的下方，所述第一接收线圈30和所述第二接收线圈40分别设置在对应一根水平着陆管50中。根据无人机机型的大小设置两根水平着陆管50的间距，线圈的水平间距d即为两根水平着陆管50的间距。在具体实施时，水平着陆管50通常采用空心管，第一接收线圈30和所述第二接收线圈40分别放入对应的水平着陆管50中，水平着陆管50通过堵头密封。两接收线圈通过导线电性串联，电结点置于管体中，最后与无人机机身内部的无线充电接收电路电性连接。
为了在无人机停留过程中实现无线充电，对应所述无人机启停架80设置有可无线充电的无人机启停平台60，所述发射端中的第一发射线圈10和第二发射线圈20设置在所述无人机启停平台60上。具体应用时，所述无人机启停平台60上设置无线充电发射电路，包括上述直流电源、高频逆变电路以及原边谐振电路，对应的，在无人机中设置有无线充电接收电路，包括副边谐振电路、整流滤波电路以及充电电池。
为了确保无人机停落时，发射线圈和接收线圈能够准确对位，具体实施时，在所述无人机启停平台60上设置有对中目标物70，在所述无人机上设置有对中检测机构(图中未示出)，所述无人机通过所述对中检测机构检测无人机启停平台上的对中目标物70，实现无线充电发射端和接收端的对准停放。作为本发明的一个实施例，对中目标物70可以是图标，相应的，对中检测机构可以选用图像传感器，通过图像传感器对图标进行识别实现对中控制。应当明白，对中目标物70和对中检测机构也可以选用其他传感器设备，比如：红外传感器、电磁感应器等，通过传感信号实现对中控制。
通过图1还可以看出，在实施时，所述无人机启停平台60上设置有两条用于容纳所述水平着陆管50的限位凹槽61，所述第一发射线圈10和所述第二发射线圈20分别对应设置在一条限位凹槽61的正下方。当无人机降落到启停平台上时，两条水平着陆管50分别与限位凹槽61的底部接触，由于第一发射线圈10和第二发射线圈20分别设置在限位凹槽61的正下方，因此此时第一接收线圈30与第二接收线圈40分别处于第一发射线圈10和第二发射线圈20的正上方，从而进一步保证接收端与发射端对准，实现对无人机持续有效的进行充电。
基于上述描述，本发明提供的无线充电耦合装置及采用该装置的无人机，能够基于现有无人机外部结构特征的情况下，融入无线充电功能，通过两个接收线圈串联形式，既能确保无人机受力平衡，又能有效提升无线充电效率，满足无人机自动充电控制。
最后需要说明的是，以上所揭露的技术方案仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，其特征在于：所述发射端包括至少两个电性串接的发射线圈，所述接收端包括至少两个电性串接的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈均采用管式螺旋线圈，所述接收线圈与所述发射线圈一一对应耦合实现无线充电。
2.根据权利要求1所述的无线充电耦合装置，其特征在于，各所述发射线圈位于同一平面内且相互平行设置；各所述接收线圈位于另一平面内且相互平行设置。
3.根据权利要求1所述的无线充电耦合装置，其特征在于，各所述接收线圈和各所述发射线圈的形状和尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的无线充电耦合装置，其特征在于，所述发射端连接有原边谐振电容，所述接收端连接有副边谐振电容。
5.根据权利要求1所述的无线充电耦合装置，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈分别设有两个，两发射线圈的间距与两接收线圈的间距相等。
6.一种无人机，其特征在于，包括无人机启停架、无人机启停平台及权利要求1至5任一项所述的无线充电耦合装置，所述无人机启停架上连接有水平着陆管，所述接收线圈置于水平着陆管内；所述发射线圈连接于无人机启停平台上，当无人机启停架停靠与无人机启停平台时，所述发射线圈能够与所述接收线圈相耦合实现无线充电。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机启停平台上连接有无线充电发射电路，包括依次连接的直流电源、高频逆变电路以及原边谐振电路；
所述无人机连接有无线充电接收电路，包括依次连接的副边谐振电路、整流滤波电路以及充电电池。
8.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机启停平台上设置有对中目标物，所述无人机上设有对中检测机构，所述无人机通过所述对中检测机构检测无人机启停平台上的对中目标物，实现发射端和接收端的对准停放。
9.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机启停平台上设有两条能够容纳所述水平着陆管的限位凹槽。
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