CN112803556A - 一种无线充电机巢、无线充电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无线充电机巢、无线充电系统及方法，无线充电机巢包括：机体，机体的中部设置有停机坪，停机坪的中部设置有无线充电模块；机体的周边固定安装有直线导轨，直线导轨位于停机坪的外围，且直线导轨上滑动连接有滑块，其中，直线导轨包括X轴导轨和Y轴导轨；以及固定安装在滑块上的归中机构，归中机构包括：两个的X轴归中杆，两个的X轴归中杆的端部固定在Y轴导轨上的滑块上；两个的Y轴归中杆，两个的Y轴归中杆的端部固定在X轴导轨上的滑块上。通过将降落在停机坪上的无人机推动至停机坪的中间位置与设置在停机坪中部的无线充电模块建立连接，实现了提高无人机与无线充电模块的耦合程度，进而有效地提高了能量传输的效率。

Description

一种无线充电机巢、无线充电系统及方法
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种无线充电机巢、无线充电系统及方法。
背景技术
无人机在巡线过程中，需要地面工作人员实时发送遥控命令，且续航时间在30分钟左右，无人机的续航时间严重受限于电池容量。常用的方法是增加电池容量，但电池容量的增加会造成无人机负重增大、输出功率随之上升，续航时间随着所携带的电池容量增加而非线性增加，制作成本与电池技术限制着无人机的续航时间，无法从根本上解决无人机长时间自主执行巡线任务的问题。目前无人机的电池密度依旧不大，因此提高无人机的续航时间难度比较大，想要增加无人机续航时间只能增加电池容量，但一味的增加电池容量会影响飞机的结构设计和动力性能。而大容量电池大多数通过人为的从飞机上拆卸下来，再人为的通过无人机电池充电器充电，这种方式需要人力操作，十分麻烦，而以线路巡检无人机为例，若在野外巡检的无人机突然耗尽电池电量，要对无人机进行充电就十分麻烦。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是解决无人机在野外巡检过程中续航能力差的问题。
本发明提供一种无线充电机巢，包括机体，所述机体的中部设置有停机坪，所述停机坪的中部设置有无线充电模块；所述机体的周边固定安装有直线导轨，所述直线导轨位于所述停机坪的外围，且所述直线导轨上滑动连接有滑块，其中，所述直线导轨包括X轴导轨和Y轴导轨；以及固定安装在所述滑块上的归中机构，所述归中机构包括：至少两个X轴归中杆，所述的X轴归中杆的端部固定在Y轴导轨上的所述滑块上，且两个所述X轴归中杆能够沿平行于所述X轴导轨的方向相对移动；至少两个Y轴归中杆，所述的Y轴归中杆的端部固定在X轴导轨上的所述滑块上，且两个所述Y轴归中杆能够沿平行于所述Y轴导轨的方向相对移动；其中，所述X轴归中杆与所述Y轴归中杆的移动距离相同。
在本发明的一些实施方式中，所述机体的内部固定安装有升降电机，所述升降电机的活动端固定在所述停机坪的下部上，以使所述停机坪能够沿竖直方向升降。
在本发明的一些实施方式中，所述机体的上部设置有机盖，通过设置在所述机体内部的机盖电机能够使所述机盖开合。
在本发明的一些实施方式中，所述机盖为环氧树脂材质。
在本发明的一些实施方式中，所述无线充电模块包括功率发射单元，所述功率发射单元中包括依次连接的直流电源、驱动电路、高频全桥逆变器、补偿电路以及发射线圈。
本发明还提供一种无线充电系统，所述系统包括多个的如上述实施方式所述的无线充电机巢，所述系统还包括中控设备和无人机，所述无线充电机巢和所述无人机均与所述中控设备连接。
在本发明的一些实施方式中，所述无人机中设置有功率接收单元，所述功率接收单元包括依次连接的接收线圈、补偿电路、整流稳压电路和负载。
在本发明的一些实施方式中，所述无人机中还设置有充电管理模块，所述充电管理模块与所述负载连接，以使实时检测所述负载的电量。
本发明还提供一种无线充电方法，包括以下步骤：步骤一：中控设备实时接收无人机发送的坐标信息，并确定与所述无人机最近的目标机巢位置；步骤二：所述中控设备判断当前无人机电池的最大续航距离是否等于所述无人机至最近的目标机巢的距离；步骤三：若当前无人机电池的最大续航距离等于所述无人机至最近的目标机巢的距离，所述中控设备控制所述无人机导航至所述目标机巢充电。
在本发明的一些实施方式中，所述步骤三包括：若当前无人机电池的最大续航距离等于所述无人机至最近的目标机巢的距离，所述中控设备控制所述无人机导航至所述目标机巢的上方并下降至停机坪；所述中控设备控制X轴归中杆以及Y轴归中杆移动，使得将无人机推动至停机坪的中间位置与设置在所述停机坪中部的无线充电模块建立连接；所述中控设备控制所述停机坪降落到机体的内部，并启动机盖电机，使得机盖合上。
本申请的一种无线充电机巢、无线充电系统及方法通过驱动设置在机体上部的X轴归中杆以及Y轴归中杆移动，使得降落在停机坪上的无人机能够被推动至停机坪的中间位置与设置在停机坪中部的无线充电模块建立连接，实现了提高无人机与无线充电模块的耦合程度，进而有效地提高了能量传输的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的一种无线充电机巢的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种无线充电机巢的内部结构图；
图3为本发明一实施例提供的一种无线充电机巢的无线充电模块的结构框图；
图4为本发明一实施例提供的一种无线充电机巢的充电方法的流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、机体；11、机盖；12、停机坪；1201、无线充电模块；13、机盖电机；14、X轴导轨；15、Y轴导轨；21、X轴归中杆；22、Y轴归中杆；23、滑块。
具体实施方式
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作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-图2，其示出了本申请的一种无线充电机巢，包括：包括机体10，机体10的中部设置有停机坪12，停机坪12的中部设置有无线充电模块1201；机体10的周边固定安装有直线导轨，直线导轨位于停机坪12的外围，且直线导轨上滑动连接有滑块23，其中，直线导轨包括X轴导轨14和Y轴导轨15；以及固定安装在滑块23上的归中机构，归中机构包括：至少两个X轴归中杆21，X轴归中杆21的端部固定在Y轴导轨15上的滑块23上，且两个X轴归中杆21能够沿平行于X轴导轨14的方向相对移动；至少两个Y轴归中杆22，Y轴归中杆22的端部固定在X轴导轨14上的滑块23上，且两个Y轴归中杆22能够沿平行于Y轴导轨15的方向相对移动；其中，X轴归中杆21与Y轴归中杆22的移动距离相同。
应用本实施例的技术方案，采用两个的X轴归中杆21的端部固定在Y轴导轨15上的滑块23上以及两个的Y轴归中杆22的端部固定在X轴导轨14上的滑块23上，形成框架结构，在无人机降落至停机坪12上时，通过驱动设置在机体10上部的X轴归中杆21以及Y轴归中杆22移动，使得降落在停机坪10上的无人机能够被推动至停机坪的中间位置与设置在停机坪10中部的无线充电模块1201建立连接，实现了在提高无人机与无线充电模块1201的耦合系数的同时，使得耦合系数固定，进而有效地提高了能量传输的效率。
在一些可选的实施例中，机体10的内部固定安装有升降电机，升降电机的活动端固定在停机坪12的下部上，以使停机坪12能够沿竖直方向升降。这样，通过控制升降电机工作，使得停机坪12沿竖直方向下降，能够实现将充电状态的无人机进行放置在机体10的内部，从而对无人机进行防护。
进一步参阅图1，机体10的上部设置有机盖11，通过设置在机体10内部的机盖电机13能够使机盖11开合。这样，当无人机落到停机坪12表面后，停机坪12下沉后进入机体10内部，同时机盖电机13驱动机盖闭合，使无人机停在机体10内部实现无线充电，防止无线充电过程受到恶劣天气的影响。
具体地，机盖11为环氧树脂材质。这样，能够对机体10的内部空间进行屏蔽，从而降低电磁干扰的可能。
针对无线充电模块的具体结构，请参阅图3，无线充电模块包括功率发射单元，功率发射单元中包括依次连接的直流电源、驱动电路、高频全桥逆变器、补偿电路以及发射线圈。
该种结构设计，在功率发射单元中，直流电源提供直流电，送入驱动电路，驱动电路把控制器输出的PWM信号放大，以用于驱动高频全桥逆变器中的IGBT器件，为后级模块提供能量。经过高频全桥逆变器把直流电转换为PWM信号控制的高频交流电后，流经功率发射单元的补偿电路，LCC补偿电路可以与发射线圈组成谐振电路使系统处于谐振状态从而获得更高效的输出，发射线圈向无人机的功率接收单元发射能量，从而就能使能量传递下去。
在一个具体的实施例中，本申请还提供一种无线充电系统，系统包括多个的如上述实施方式的无线充电机巢，系统还包括中控设备和无人机，无线充电机巢和无人机均与中控设备连接。
应用本实施例的技术方案，采用多个无线充电机巢构成了机巢网络，将多个无线充电机巢的坐标信息存储在中央设备中，同时，中央设备还用于获取电力巡线无人机的坐标、姿态、有无故障以及控制无人机的飞行。从而实现通过中控设备对无人机进行充电控制。
在一些可选的实施例中，无人机中设置有功率接收单元，功率接收单元包括依次连接的接收线圈、补偿电路、整流稳压电路和负载。这样，接收线圈与相应的LCC补偿电路组成谐振网络，接收从发射线圈传递下来的能量，产生相同频率的高频交流电，经过整流稳压电路供给给无人机充电。
在一些可选的实施例中，无人机中还设置有充电管理模块，充电管理模块与负载连接，以使实时检测负载的电量。
上述系统，在巡线过程中，中控设备通过无人机上的充电管理模块实时监测负载的剩余电量，同时获取当前无人机的坐标信息，并对两者信息进行及时处理，之后，中控设备根据内嵌的各个无线充电机巢坐标信息，以及无人机当前坐标信息，计算无人机与所有机巢的距离，在经过计算后反馈离无人机最近的机巢坐标信息，接着，中控设备计算负载是否需要充电，若需要充电，控制无人机飞行至与其距离最近的机巢，并与机巢中的无线充电模块进行对接，对接完成后，无线充电模块以无线充电方式向负载充电，充满电后，无人机继续执行巡线任务。
综上描述，本申请的系统采用双边LCC拓扑进行补偿，在该补偿下无线电能传输系统的传输效率、开关器件承受的电压电流应力受初次级线圈偏移和负载变化影响较小，并且网络谐振频率仅与补偿电容、补偿电感相关，可实现稳定控制。
请参阅图4，其示出了本申请的本发明还提供一种无线充电方法，包括以下步骤：步骤一：中控设备实时接收无人机发送的坐标信息，并确定与无人机最近的目标机巢位置；步骤二：中控设备判断当前无人机电池的最大续航距离是否等于无人机至最近的目标机巢的距离；步骤三：若当前无人机电池的最大续航距离等于无人机至最近的目标机巢的距离，中控设备控制无人机导航至目标机巢充电。
在本发明的一些实施例中，步骤三包括：若当前无人机电池的最大续航距离等于无人机至最近的目标机巢的距离，中控设备控制无人机导航至目标机巢的上方并下降至停机坪；中控设备控制X轴归中杆21以及Y轴归中杆22移动，使得将无人机推动至停机坪12的中间位置与设置在停机坪12中部的无线充电模块建立连接；中控设备控制停机坪12降落到机体10的内部，并启动机盖电机13，使得机盖11合上。
在本实施的方法中，在无人机降落到停机坪12上，X轴归中杆21、Y轴归中杆22归中，将无人机推到中间位置，停机坪12降落到机体10内部、驱动机盖电机13工作，使得机盖11盒上，无人机进入机体10后，远程开启停机坪的无线充电模块1201，无人机充电完成后关闭无线充电，完成充电后机盖11打开，X轴归中杆21、Y轴归中杆22复位，停机坪12上升无人机完成充电可以执行作业任务。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无线充电机巢，其特征在于，包括：
机体（10），所述机体（10）的中部设置有停机坪（12），所述停机坪（12）的中部设置有无线充电模块（1201）；
所述机体（10）的周边固定安装有直线导轨，所述直线导轨位于所述停机坪（12）的外围，且所述直线导轨上滑动连接有滑块（23），其中，所述直线导轨包括X轴导轨（14）和Y轴导轨（15）；以及
固定安装在所述滑块（23）上的归中机构，所述归中机构包括：
至少两个X轴归中杆（21），所述的X轴归中杆（21）的端部固定在Y轴导轨（15）上的所述滑块（23）上，且两个所述X轴归中杆（21）能够沿平行于所述X轴导轨（14）的方向相对移动；
至少两个Y轴归中杆（22），所述的Y轴归中杆（22）的端部固定在X轴导轨（14）上的所述滑块（23）上，且两个所述Y轴归中杆（22）能够沿平行于所述Y轴导轨（15）的方向相对移动；
其中，所述X轴归中杆（21）与所述Y轴归中杆（22）的移动距离相同。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电机巢，其特征在于，所述机体（10）的内部固定安装有升降电机，所述升降电机的活动端固定在所述停机坪（12）的下部上，以使所述停机坪（12）能够沿竖直方向升降。
3.根据权利要求1所述的一种无线充电机巢，其特征在于，所述机体（10）的上部设置有机盖（11），通过设置在所述机体（10）内部的机盖电机（13）能够使所述机盖（11）开合。
4.根据权利要求3所述的一种无线充电机巢，其特征在于，所述机盖（11）为环氧树脂材质。
5.根据权利要求1所述的一种无线充电机巢，其特征在于，所述无线充电模块包括功率发射单元，所述功率发射单元中包括依次连接的直流电源、驱动电路、高频全桥逆变器、补偿电路以及发射线圈。
6.一种无线充电系统，所述系统包括多个如权利要求1-5任意一项所述的无线充电机巢，其特征在于，所述系统还包括中控设备和无人机，所述无线充电机巢和所述无人机均与所述中控设备连接。
7.根据权利要求6所述的一种无线充电系统，其特征在于，所述无人机中设置有功率接收单元，所述功率接收单元包括依次连接的接收线圈、补偿电路、整流稳压电路和负载。
8.根据权利要求7所述的一种无线充电系统，其特征在于，所述无人机中还设置有充电管理模块，所述充电管理模块与所述负载连接，以使实时检测所述负载的电量。
9.一种无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：中控设备实时接收无人机发送的坐标信息，并确定与所述无人机最近的目标机巢位置；
步骤二：所述中控设备判断当前无人机电池的最大续航距离是否等于所述无人机至最近的目标机巢的距离；
步骤三：若当前无人机电池的最大续航距离等于所述无人机至最近的目标机巢的距离，所述中控设备控制所述无人机导航至所述目标机巢充电。
10.根据权利要求9所述的一种无线充电方法，其特征在于，所述步骤三包括：
若当前无人机电池的最大续航距离等于所述无人机至最近的目标机巢的距离，所述中控设备控制所述无人机导航至所述目标机巢的上方并下降至停机坪；
所述中控设备控制X轴归中杆（21）以及Y轴归中杆（22）移动，使得将无人机推动至停机坪（12）的中间位置与设置在所述停机坪（12）中部的无线充电模块建立连接；
所述中控设备控制所述停机坪（12）降落到机体（10）的内部，并启动机盖电机（13），使得机盖（11）合上。
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