CN111546912B - 一种弹性触点磁吸式充电单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性触点磁吸式充电单元，包括：充电控制单元和弹性触点磁吸式充电装置，充电控制单元包括电源及数据处理、检测模块、放电模块、充电模块、保护电路、故障报警，弹性触点磁吸式充电装置包括盒装电池充电座、接近检测装置、弹性电气触点对、无线信号接口和盒装充电电池，盒装充电电池包括可充电电池、电池盒，盒装充电电池底部设置有固定平面触头、无线信号接收、接近目标元件和磁吸面，盒装充电电池顶部设置有指示灯。本发明在盒装电池充电座和盒装充电电池上设置了可以吸附连接的磁吸面和电永磁体，充电时盒装电池充电座和盒装充电电池可吸附连接，能够使固定平面触头与电源弹性触头自动对准，便于对电池进行充电。

Description

一种弹性触点磁吸式充电单元

技术领域

本发明涉及无人机电池充电技术领域，更具体为一种弹性触点磁吸式充电单元。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”。无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机应用可分为军用与民用。军用方面，无人机胜任巡逻、侦察、跟踪、反恐、定点清除和靶机。民用方面，目前在航拍、农业植保、牧场监控、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控疫情、疫情宣传、疫情消毒、测绘、局域组网、新闻报道、电力巡检、河道巡查、城市安防、消防、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用。工业无人机技术的日益成熟、挂载技术的提升和品种日益丰富多彩，大大的拓展了无人机的应用场景行业、领域和市场容量。

目前，现有的无人机多以充电电池作为电源，在进行充电的时候需要将电池拆卸后放置在充电座上来进行充电，在充电的时候需要将充电触点进行连接，连接操作较为繁琐，连接不到位则无法进行充电，长期的插拔还容易造成连接触点的损坏，降低使用寿命且不利于机械操作自动充电。为此，需要设计一个新的方案给予改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹性触点磁吸式充电单元，解决了背景技术中所提出的问题，保证充电电池充电的安全性，利于机械操作实现自动充电，满足实际使用需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弹性触点磁吸式充电单元，包括：充电控制单元和弹性触点磁吸式充电装置，所述充电控制单元包括电源及数据处理、检测模块、放电模块、充电模块、保护电路、故障报警，所述弹性触点磁吸式充电装置包括盒装电池充电座、接近检测装置、弹性电气触点对、无线信号接口和盒装充电电池，所述盒装充电电池包括可充电电池、电池盒，盒装充电电池底部设置有固定平面触头、无线信号接收、接近目标元件和磁吸面，盒装充电电池顶部设置有指示灯；所述盒装电池充电座底部上表面设置有无线信号传输、电源弹性触头、接近传感器和电永磁体，所述电池盒包括导向条，所述充电座包括导向槽，所述导向条和导向槽配套形成精准导向结构，所述接近传感器和接近目标元件组成接近检测装置，所述固定平面触头、电源弹性触头和弹性元件组成弹性电气触点对，所述无线信号接收与无线信号传输组成无线信号接口。

作为本发明的一种优选实施方式，所述可充电电池固定安装于所述电池盒内且组成长方体结构的盒装充电电池，所述固定平面触头固定安装于电池盒下底面，所述固定平面触头除触点接触面外的其余各面设置有绝缘层，所述固定平面触头的触点接触面向上凸起且高于所述绝缘层的凸起面，且固定平面触头至少设置有两个，所述可充电电池的正负极用绝缘导线分别与对应的固定平面触头连接电气导通，其余的所述固定平面触头安全接地。

作为本发明的一种优选实施方式，所述电源弹性触头除触点接触面外的其余各面设置有座绝缘层，所述电源弹性触头的触点接触面向上凸起且高于所述座绝缘层的凸起面，所述电源弹性触头的底部设置有弹性元件，所述电源弹性触头可在座绝缘层内滑动，所述电源弹性触头通过绝缘导线连接所述充电模块的相应输出端接口实现电气导通。

作为本发明的一种优选实施方式，充电时所述盒装充电电池嵌装于盒装电池充电座内，所述固定平面触头为静触点，所述电源弹性触头为动触头，所述盒装电池充电座设置有与所述盒装充电电池固定平面触头数量等同且位置对应的电源弹性触头，固定平面触头与相对应的电源弹性触头在弹力保持下充分接触使所述弹性电气触点对实现电气导通，所述盒装电池充电座实现对所述盒装充电电池完成充电。

作为本发明的一种优选实施方式，所述导向条和导向槽的导向路径均为上宽下窄的阶梯型，所述导向条在导向槽中滑行导向且形成精确导向结构，其导向精度越向下越精确，能保证盒装充电电池装于盒装电池充电座时固定平面触头与电源弹性触头精准对齐。

作为本发明的一种优选实施方式，所述弹性元件有足够的压缩裕量，在盒装充电电池装于盒装电池充电座不能再产生相对运动时，即固定平面触头与电源弹性触头充分接触时，弹性元件提供的弹力足够满足固定平面触头与电源弹性触头所产生的接触电阻符合电气触点的标准要求的充分接触时的最小接触力。

作为本发明的一种优选实施方式，在盒装充电电池装于盒装电池充电座不能再产生相对运动时，所述固定平面触头与电源弹性触头充分接触，所述接近检测装置输出充电控制单元中充电模块使能信号，启动所述检测模块对各弹性电气触点对的接触电阻及其对地绝缘进行检测，符合要求即启动充电模块对盒装充电电池充电，所述接近检测装置控制充电模块使能，检测模块控制充电模块充电启动，多层安全保护措施保证弹性触点式充电单元的使用安全。

作为本发明的一种优选实施方式，所述磁吸面为磁性材料，所述电永磁体包含可控永磁源、非可控永磁源、控制线圈和磁极，给所述控制线圈提供毫秒的正向电脉冲，所述可控永磁源磁场方向与所述非可控永磁源磁场方向一致，通过所述磁极形成永磁磁场，对接近电永磁体磁极的所述磁吸面显现永磁吸附力，反之，给所述控制线圈提供毫秒的反向电脉冲，永磁磁场经磁极在电永磁体内部达到平衡，磁极外表不显磁性，电永磁体释放所述磁吸面，所述弹性元件提供的弹力由所述电永磁体对磁吸面的永磁吸附力压缩弹性元件所形成，电永磁体的永磁吸附力大于所有弹性元件提供的弹力之和。

作为本发明的一种优选实施方式，所述无线信号接收与所述指示灯电气连通，所述无线信号传输与检测模块、故障报警电气连通，所述指示灯显示电池电量不足信号、故障报警信号和电量充满信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述无线信号接口采用蓝牙传感方式、红外线传感方式或采用激光传感方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)该磁吸式充电单元，采用弹性触点连接的充电方式，方便对盒装充电电池和盒装电池充电座进行连接和分离，提高盒装充电电池充电的方便性。

(2)该磁吸式充电单元，在电池盒的侧壁设有导向条，配合充电座内壁的导向槽，极大的提高了盒装充电电池与盒装电池充电座连接的精准性和安全性。

(3)该磁吸式充电单元，在盒装电池充电座和盒装充电电池上设置了可以吸附连接的磁吸面和电永磁体，充电时盒装电池充电座和盒装充电电池可吸附连接，能够使固定平面触头与电源弹性触头自动对准，在弹性触头上安装永磁条来增加吸附的准确性，便于对电池进行充电。

附图说明

图1为本发明所述弹性触点式充电装置的结构图；

图2为本发明所述盒装充电电池的结构图；

图3为本发明所述盒装充电电池的结构图；

图4为本发明所述盒装电池充电座的结构图；

图5为本发明所述盒装充电电池的仰视图；

图6为本发明所述充电控制单元方框图。

图中:盒装电池充电座-1；盒装充电电池-2；接近检测装置-3；接近目标元件-301；接近传感器-302；弹性电气触点对-4；绝缘层-401；固定平面触头-402；座绝缘层-403；电源弹性触头-404；弹性元件-405；无线信号接口-5；无线信号接收-501；无线信号传输-502；导向条-6；可充电电池-7；电池盒-8；磁吸面-9；电永磁体-10；导向槽-11；指示灯-12。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种弹性触点磁吸式充电单元，包括：充电控制单元和弹性触点磁吸式充电装置，所述充电控制单元包括电源及数据处理、检测模块、放电模块、充电模块、保护电路、故障报警，所述弹性触点磁吸式充电装置包括盒装电池充电座1、接近检测装置3、弹性电气触点对4、无线信号接口5和盒装充电电池2，所述盒装充电电池2包括可充电电池7、电池盒8，盒装充电电池2底部设置有固定平面触头402、无线信号接收501、接近目标元件301和磁吸面9，盒装充电电池2顶部设置有指示灯12；所述盒装电池充电座1底部上表面设置有无线信号传输502、电源弹性触头404、接近传感器302和电永磁体10，所述电池盒8包括导向条6，所述充电座22包括导向槽11，所述导向条6和导向槽11配套形成精准导向结构，所述接近传感器302和接近目标元件301组成接近检测装置3，所述固定平面触头402、电源弹性触头404和弹性元件405组成弹性电气触点对4，所述无线信号接收501与无线信号传输502组成无线信号接口5。

进一步改进地，如图2所示：所述可充电电池7固定安装于所述电池盒8内且组成长方体结构的盒装充电电池2，所述固定平面触头402固定安装于电池盒8下底面，所述固定平面触头402除触点接触面外的其余各面设置有绝缘层401，所述固定平面触头402的触点接触面向上凸起且高于所述绝缘层401的凸起面，且固定平面触头402至少设置有两个，所述可充电电池7的正负极用绝缘导线分别与对应的固定平面触头402连接电气导通，其余的所述固定平面触头402安全接地，通过固定平面触头402来与电池座上的电源弹性触头15电连接，从而进行充电。

进一步改进地，如图3所示：所述电源弹性触头404除触点接触面外的其余各面设置有座绝缘层403，所述电源弹性触头404的触点接触面向上凸起且高于所述座绝缘层403的凸起面，所述电源弹性触头404的底部设置有弹性元件406，所述电源弹性触头404可在座绝缘层403内滑动，所述电源弹性触头404通过绝缘导线连接所述充电模块的相应输出端接口实现电气导通，绝缘层401和座绝缘层403起到了绝缘保护的作用。

进一步改进地，如图2所示：充电时所述盒装充电电池2嵌装于盒装电池充电座1内，所述固定平面触头402为静触点，所述电源弹性触头404为动触头，所述盒装电池充电座1设置有与所述盒装充电电池2固定平面触头402数量等同且位置对应的电源弹性触头404，固定平面触头402与相对应的电源弹性触头404在弹力保持下充分接触使所述弹性电气触点对4实现电气导通，所述盒装电池充电座1实现对所述盒装充电电池2完成充电，弹性元件405给予电源弹性触头压力，使电源弹性触头404与固定平面触头402紧贴。

进一步改进地，如图3-5所示：所述导向条6和导向槽11的导向路径均为上宽下窄的阶梯型，所述导向条6在导向槽11中滑行导向且形成精确导向结构，其导向精度越向下越精确，能保证盒装充电电池2装于盒装电池充电座1时固定平面触头402与电源弹性触头404精准对齐，导向条6和导向槽11起到导向的作用，便于将电池插入到充电座内。

进一步改进地，如图3所示：所述弹性元件405有足够的压缩裕量，在盒装充电电池2装于盒装电池充电座1不能再产生相对运动时，即固定平面触头402与电源弹性触头404充分接触时，弹性元件405提供的弹力足够满足固定平面触头402与电源弹性触头404所产生的接触电阻符合电气触点的标准要求的充分接触时的最小接触力。

进一步改进地，如图1所示：在盒装充电电池2装于盒装电池充电座1不能再产生相对运动时，所述固定平面触头402与电源弹性触头404充分接触，所述接近检测装置3输出充电控制单元中充电模块使能信号，启动所述检测模块对各弹性电气触点对4的接触电阻及其对地绝缘进行检测，符合要求即启动充电模块对盒装充电电池2充电，所述接近检测装置3控制充电模块使能，检测模块控制充电模块充电启动，多层安全保护措施保证弹性触点式充电单元的使用安全。

进一步改进地，如图4所示：所述磁吸面9为磁性材料，所述电永磁体10包含可控永磁源、非可控永磁源、控制线圈和磁极，给所述控制线圈提供200毫秒的正向电脉冲，所述可控永磁源磁场方向与所述非可控永磁源磁场方向一致，通过所述磁极形成永磁磁场，对接近电永磁体10磁极的所述磁吸面9显现永磁吸附力，反之，给所述控制线圈提供200毫秒的反向电脉冲，永磁磁场经磁极在电永磁体10内部达到平衡，磁极外表不显磁性，电永磁体10释放所述磁吸面9，所述弹性元件405提供的弹力由所述电永磁体10对磁吸面9的永磁吸附力压缩弹性元件405所形成，电永磁体10的永磁吸附力大于所有弹性元件405提供的弹力之和。

进一步改进地，如图5所示：所述无线信号接收501与所述指示灯12电气连通，所述无线信号传输502与检测模块、故障报警电气连通，所述指示灯12显示电池电量不足信号、故障报警信号和电量充满信号。

具体地，所述无线信号接口5采用蓝牙传感方式、红外线传感方式或采用激光传感方式。

本发明在使用时，将盒装充电电池2下端插入到盒装电池充电座1上，插入时导向槽11与导向条6导向，接近传感器302检测接近目标元件301，接近目标元件301靠近接近传感器302后启动电永磁体10，使其与磁吸面9吸附，增加电池与充电座电气连接的可靠性、安全性和稳定性，使固定平面触头402与电源弹性触头404连接，盒装电池充电座1通过电源弹性触头404输出电，固定平面触头402受电后对电池进行充电，充电完成后将电池拔出即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种弹性触点磁吸式充电单元，包括：充电控制单元和弹性触点磁吸式充电装置，其特征在于：所述充电控制单元包括电源及数据处理、检测模块、放电模块、充电模块、保护电路、故障报警，所述弹性触点磁吸式充电装置包括盒装电池充电座（1）、接近检测装置（3）、弹性电气触点对（4）、无线信号接口（5）和盒装充电电池（2），所述盒装充电电池（2）包括可充电电池（7）、电池盒（8），盒装充电电池（2）底部设置有固定平面触头（402）、无线信号接收（501）、接近目标元件（301）和磁吸面（9），盒装充电电池（2）顶部设置有指示灯（12）；所述盒装电池充电座（1）底部上表面设置有无线信号传输（502）、电源弹性触头（404）、接近传感器（302）和电永磁体（10），所述电池盒（8）包括导向条（6），所述充电座（22）包括导向槽（11），所述导向条（6）和导向槽（11）配套形成精准导向结构，所述接近传感器（302）和接近目标元件（301）组成接近检测装置（3），所述固定平面触头（402）、电源弹性触头（404）和弹性元件（405）组成弹性电气触点对（4），所述无线信号接收（501）与无线信号传输（502）组成无线信号接口（5）；

所述可充电电池（7）固定安装于所述电池盒（8）内且组成长方体结构的盒装充电电池（2），所述固定平面触头（402）固定安装于电池盒（8）下底面，所述固定平面触头（402）除触点接触面外的其余各面设置有绝缘层（401），所述固定平面触头（402）的触点接触面向上凸起且高于所述绝缘层（401）的凸起面，且固定平面触头（402）至少设置有两个，所述可充电电池（7）的正负极用绝缘导线分别与对应的固定平面触头（402）连接电气导通，其余的所述固定平面触头（402）安全接地；

所述电源弹性触头（404）除触点接触面外的其余各面设置有座绝缘层（403），所述电源弹性触头（404）的触点接触面向上凸起且高于所述座绝缘层（403）的凸起面，所述电源弹性触头（404）的底部设置有弹性元件（406），所述电源弹性触头（404）可在座绝缘层（403）内滑动，所述电源弹性触头（404）通过绝缘导线连接所述充电模块的相应输出端接口实现电气导通；

充电时所述盒装充电电池（2）嵌装于盒装电池充电座（1）内，所述固定平面触头（402）为静触点，所述电源弹性触头（404）为动触头，所述盒装电池充电座（1）设置有与所述盒装充电电池（2）固定平面触头（402）数量等同且位置对应的电源弹性触头（404），固定平面触头（402）与相对应的电源弹性触头（404）在弹力保持下充分接触使所述弹性电气触点对（4）实现电气导通，所述盒装电池充电座（1）实现对所述盒装充电电池（2）完成充电；

在盒装充电电池（2）装于盒装电池充电座（1）不能再产生相对运动时，所述固定平面触头（402）与电源弹性触头（404）充分接触，所述接近检测装置（3）输出充电控制单元中充电模块使能信号，启动所述检测模块对各弹性电气触点对（4）的接触电阻及其对地绝缘进行检测，符合要求即启动充电模块对盒装充电电池（2）充电，所述接近检测装置（3）控制充电模块使能，检测模块控制充电模块充电启动，多层安全保护措施保证弹性触点式充电单元的使用安全；

所述磁吸面（9）为磁性材料，所述电永磁体（10）包含可控永磁源、非可控永磁源、控制线圈和磁极，给所述控制线圈提供200毫秒的正向电脉冲，所述可控永磁源磁场方向与所述非可控永磁源磁场方向一致，通过所述磁极形成永磁磁场，对接近电永磁体（10）磁极的所述磁吸面（9）显现永磁吸附力，反之，给所述控制线圈提供200毫秒的反向电脉冲，永磁磁场经磁极在电永磁体（10）内部达到平衡，磁极外表不显磁性，电永磁体（10）释放所述磁吸面（9），所述弹性元件（405）提供的弹力由所述电永磁体（10）对磁吸面（9）的永磁吸附力压缩弹性元件（405）所形成，电永磁体（10）的永磁吸附力大于所有弹性元件（405）提供的弹力之和。

2.根据权利要求1所述的一种弹性触点磁吸式充电单元，其特征在于：所述导向条（6）和导向槽（11）的导向路径均为上宽下窄的阶梯型，所述导向条（6）在导向槽（11）中滑行导向且形成精确导向结构，其导向精度越向下越精确，能保证盒装充电电池（2）装于盒装电池充电座（1）时固定平面触头（402）与电源弹性触头（404）精准对齐。

3.根据权利要求1所述的一种弹性触点磁吸式充电单元，其特征在于：所述弹性元件（405）有足够的压缩裕量，在盒装充电电池（2）装于盒装电池充电座（1）不能再产生相对运动时，即固定平面触头（402）与电源弹性触头（404）充分接触时，弹性元件（405）提供的弹力足够满足固定平面触头（402）与电源弹性触头（404）所产生的接触电阻符合电气触点的标准要求的充分接触时的最小接触力。

4.根据权利要求1所述的一种弹性触点磁吸式充电单元，其特征在于：所述无线信号接收（501）与所述指示灯（12）电气连通，所述无线信号传输（502）与检测模块、故障报警电气连通，所述指示灯（12）显示电池电量不足信号、故障报警信号和电量充满信号。

5.根据权利要求1所述的一种弹性触点磁吸式充电单元，其特征在于：所述无线信号接口（5）采用蓝牙传感方式、红外线传感方式或采用激光传感方式。