CN114228518A - 无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统，其中，车载无线充电装置包括：无人机停放库，用于固定无人机；车载机场电池箱，包括至少一个电池，用于为无人机以及车载无线充电装置供电；太阳能电池板，用于将太阳能转换成电能并为车载机场电池箱中的电池充电；无线充电发射装置，用于通过车载机场电池箱，利用电磁谐振方式对无人机进行无线充电；车载机场控制单元，用于实现车载无线充电装置的控制以及与无人机进行通信交互。通过上述方式，本申请的无人机电池无需拆装操作，即可完成快速充电；同时通过太阳能电池板可获得电量来源，实现长时间对无人机进行供电的功能。

Description

无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统。
背景技术
随着无人机技术的发展，具有质量轻、体积小、操作简便、智能化高等特点使得无人机广泛运用于环境监测、电力巡检、农业植保、视频航拍等领域。但是受限于电池技术，大部分民用无人机续航能力差，满电单次在空中飞行时间不超过30分钟，无法保证无人机在空中较长时间的作业。为了获得较长时间的飞行作业，作业人员需携带多块备用电池，并且需要将无人机降落进行人工手动拆卸更换电池。由于在户外作业，无法很好地获得电源来源，如果备用电池的电量使用殆尽，作业任务就只能中断，这样会大大降低作业人员及无人机的工作效率。
发明内容
本申请提供无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统，以解决现有技术中无人机充电存在困难的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种无人机的车载无线充电装置，包括：无人机停放库，用于固定无人机；车载机场电池箱，包括至少一个电池，用于为无人机以及车载无线充电装置供电；太阳能电池板，用于将太阳能转换成电能并为车载机场电池箱中的电池充电；无线充电发射装置，用于通过车载机场电池箱，利用电磁谐振方式对无人机进行无线充电；车载机场控制单元，用于实现车载无线充电装置的控制以及与无人机进行通信交互。
可选地，车载机场电池箱输出的电源，通过无线充电发射装置中的逆变器产生交流电，并通过无线充电发射装置中的发射线圈和谐振线圈产生磁场谐振，以使得无人机的无线充电接收装置中的谐振线圈和接收线圈进行磁场谐振并产生交流电，再经过整流滤波器，输出直流电并给无人机电池充电。
可选地，太阳能电源调压装置，包括跟踪控制电路、过压保护器和过流保护器；其中跟踪控制电路分别连接太阳能电池板和车载机场电池箱；过压保护器和过流保护器依次连接后分别连接太阳能电池板和车载机场电池箱。
可选地，太阳能电池板通过太阳能产生电流，电流经过太阳能电源调压装置中的跟踪控制电路、过压保护器、过流保护器，输出符合车载机场电池箱充电电压要求的电流，以实现对车载机场电池箱的充电。
可选地，车载电源充电装置，包括车载输电电源和车载电源调压装置；其中车载输电电源包括汽车发动机、汽车发电机和电压调节器，汽车发电机分别与汽车发动机和电压调节器连接；车载电源调压装置包括依次连接的升压电路和充电接口，车载电源调压装置分别连接车载输电电源的电压调节器和车载机场电池箱。
可选地，车载电源充电装置还包括机动车蓄电池；电压调节器还连接机动车蓄电池。
可选地，汽车发电机的转子切割磁感应线运动而产生感应电势，将汽车发发动机的机械能转化为电能；汽车发电机输出的电流经过电压调节器，电压调节器输出稳压电流给机动车蓄电池充电。
可选地，太阳能电池板安装在车载无线充电装置的顶部。
为解决上述技术问题，本申请提出一种车载无人机系统，包括上述的无人机的车载无线充电装置和若干无人机。
可选地，无人机包括无人机电池、无人机本体模块和无线充电接收装置；其中，无人机的无线充电接收装置用于与车载无线充电装置的无线充电发射装置实现磁场耦合，以通过电磁谐振方式实现对无人机电池进行无线充电。
本申请提出无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统，包括用于将太阳能转换成电能并为车载机场电池箱中的电池充电太阳能电池板以及用于通过车载机场电池箱，利用电磁谐振方式对无人机进行无线充电的无线充电发射装置；因此本申请的无人机电池无需拆装操作，即可完成快速充电；同时通过太阳能电池板可获得电量来源，实现长时间对无人机进行供电的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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是本申请无人机的车载无线充电装置一实施例的俯视结构示意图；
图2是本申请无人机的车载无线充电装置一实施例的结构示意图；
图3是本申请无人机的车载无线充电装置一实施例的工作原理示意图；
图4是本申请无人机的车载无线充电装置另一实施例的工作原理示意图；
图5是本申请升压电路一实施例的结构示意图；
图6是本申请车载无人机系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统进一步详细描述。
基于无人机充电存在困难的问题，可以使用无人机移动机巢，即通过在皮卡车上搭载移动机巢，机巢内部部署有电池组。当无人机作业期间电量告警返回起飞点后，通过移动机巢的电池组给无人机电池进行充电，但目前阶段仍需要人工辅助进行无人机电池的拆装充电。
然而，移动机巢虽然实现了无人机的精准定位回收，但对无人机进行充电仍需人工辅助进行无人机电池的拆装，智能化程度较低，影响作业效率；移动机巢电池组的电量在一定时间内是固定的，当机巢电池组的电量用完之后，在野外环境下很难得到电量补充；而且如需在移动机巢中进行纯机器化改造，实现对无人机电池的拆卸、充电、安装全智能化，改造难度非常大。
因此本申请在无人机移动机巢的基础提出一种无人机的车载无线充电装置，请参阅图1-2，图1是本申请无人机的车载无线充电装置一实施例的俯视结构示意图；图2是本申请无人机的车载无线充电装置一实施例的结构示意图。在本实施例中，无人机的车载无线充电装置1可以包括：无人机停放库11、车载机场电池箱13、太阳能电池板12、无线充电发射装置15和车载机场控制单元17。
车载无线充电装置1可以通过汽车改装获得，具体地，无人机停放库11可以用于固定无人机2。无人机2通过机械装置移动到车载机场内部进行固定停放，以实现后续通过无线充电发射装置15对无人机2进行充电。
车载机场电池箱13可以包括至少一个电池，车载机场电池箱13可以用于为无人机2以及车载无线充电装置1供电。车载机场电池箱13作为整个系统的电源来源。
太阳能电池板12可以用于将太阳能转换成电能并为车载机场电池箱13中的电池充电。可选地，太阳能电池板12安装在车载无线充电装置1的顶部。通过顶部安装太阳能电池板12，实现在户外可机动地获取太阳能从而给车载机场电池箱13进行充电。
无线充电发射装置15可以用于通过车载机场电池箱13，利用电磁谐振方式对无人机2进行无线充电，即可利用车载机场电池箱提供的电源来源，无线充电发射装置15通过电磁谐振方式实现对无人机2进行无线充电。
车载机场控制单元17可以用于实现车载无线充电装置1的控制以及与无人机2进行通信交互，即负责对自身整体的智能化控制及与无人机2进行通信交互。其中，车载机场控制单元17可以包括处理模块和通信模块。
可选地，无人机的车载无线充电装置1还可以包括车载机场升降平台16。
结合图3，图3是本申请无人机2的车载无线充电装置1一实施例的工作原理示意图。具体的工作原理如下：车载机场电池箱13输出的电源，通过无线充电发射装置15中的(高频)逆变器产生(高频)交流电，并通过无线充电发射装置15中的发射线圈151和谐振线圈产生磁场谐振，以使得无人机2的无线充电接收装置21中的谐振线圈和接收线圈进行磁场谐振并产生(高频)交流电，再经过整流滤波器，输出直流电并给无人机电池充电。
在一些实施例中，无人机2的车载无线充电装置1还可以包括太阳能电源调压装置121和车载电源充电装置。结合图4，图4是本申请无人机2的车载无线充电装置1另一实施例的工作原理示意图。
具体地，太阳能电源调压装置121和太阳能电池板12可以构成太阳能电池板充电装置。太阳能电源调压装置121可以包括跟踪控制电路、过压保护器和过流保护器。
其中跟踪控制电路分别连接太阳能电池板12和车载机场电池箱13；过压保护器和过流保护器依次连接后分别连接太阳能电池板12和车载机场电池箱13。
太阳能电池板充电装置的工作原理如下：太阳能电池板12通过太阳能产生电流，电流经过太阳能电源调压装置121中的跟踪控制电路、过压保护器、过流保护器，输出符合车载机场电池箱13充电电压要求的电流，以实现对车载机场电池箱13的充电。
车载电源充电装置可以包括车载输电电源和车载电源调压装置14；其中车载输电电源包括汽车发动机、汽车发电机和电压调节器，汽车发电机分别与汽车发动机和电压调节器连接；车载电源调压装置14包括依次连接的升压电路和充电接口，车载电源调压装置分别连接车载输电电源的电压调节器和车载机场电池箱13。
优选地，车载电源充电装置还包括机动车蓄电池；电压调节器还连接机动车蓄电池。汽车驾驶过程中产生的充足电流可以通过车载电源调压装置14，实现对车载机场电池箱13进行充电。
以汽车改装的车载电源充电装置的工作原理如下：汽车在驾驶的过程中，汽车发动机带动自带的汽车发电机进行旋转运动。汽车发电机的转子切割磁感应线运动而产生感应电势，将汽车发发动机的机械能转化为电能；汽车发电机输出的电流经过电压调节器，电压调节器输出稳压电流给机动车蓄电池充电。
同时汽车在驾驶时产生的车载电源(电压值范围在13.5V～14.5V)，通过车载电源调压装置14中升压电路进行电压升压，输出预定电压值在24V左右的电流，通过充电接口，实现对车载机场电池箱13进行充电。
请参阅图5，图5是本申请升压电路一实施例的结构示意图。升压电路的简单原理为:通过高频振荡(1MHz)元件的开合使得内部线圈储能，原电压经过储能释放电压的叠加，使得电容储能电压升高，再通稳压元件输出预定电压值电流。
综上，本实施例的无人机的车载无线充电装置过在无人机车载机场构建无线充电系统，对停放在无人机车载机场内的无人机进行无线充电，实现无人机电池无需拆装操作，即可完成快速充电。无线充电系统的电能来源于无人机车载机场电池箱，本实施例通过在车载机场的车顶上搭载太阳能电池板，通过太阳能转换为电能给无人机车载机场电池箱进行充电，同时将汽车行驶过程中产生的电流给无人机车载机场电池箱进行充电，较大限度地对无人机车载机场电池箱进行了能量补充，实现了车载机场较长时间的野外运作及对无人机进行长时间的供电。
此外，本申请提出一种车载无人机系统，包括上述的无人机的车载无线充电装置和若干无人机。请参阅图6，图6是本申请车载无人机系统一实施例的结构示意图。
无人机包括相互连接的无人机电池、无人机本体模块和无线充电接收装置。其中，无人机的无线充电接收装置用于与车载无线充电装置的无线充电发射装置实现磁场耦合，以通过电磁谐振方式实现对无人机电池进行无线充电。
车载无线充电装置可以包括车载机场控制单元、无线充电发射装置、车载机场电池箱、太阳能电池板充电装置和车载电源充电装置。可选地，无线充电接收装置还可以包括市电充电接口模块，以车载机场电池箱可以接入外部电源。
1)无人机移动充电过程：
无人机电量不足进行返航入库，并发送电量不足信号给车载控制系统，准备进行无线充电。车载机场的车载控制系统收到无人机电量不足信号，开启无人机无线充电发射装置，无线发射装置发出磁场谐振给无人机无线充电接收装置。无人机无线充电接收装置通过磁场谐振产生交流电源，经过整理滤波器，输出直流电并给无人机电池充电。无人机在电量充满后，发送电量充满信号给车载控制系统，准备结束本次无线充电。S5：车载机场的车载控制系统收到无人机电量充满的信号，关闭无人机无线充电发射装置，结束本次充电流程。
2)车载机场电池箱充电过程：
车载机场电池箱的电量减少时，自动开启接入太阳能电源输入开关，自动开启接入车载电源输入开关。太阳能电池产生的电流再经过太阳能电源调压装置，输出符合车载机场电池箱充电电压要求的电流，实现对车载机场电池箱进行充电；车载电源产生的电流再经过车载电源调压装置，输出符合车载机场电池箱充电电压要求的电流，实现对车载机场电池箱进行充电。车载机场电池箱电量充满后，自动关闭太阳能电源输入开关，自动关闭车载电源输入开关。
本申请提出无人机的车载无线充电装置和车载无人机系统，其中，车载无线充电装置包括：无人机停放库，用于固定无人机；车载机场电池箱，包括至少一个电池，用于为无人机以及车载无线充电装置供电；太阳能电池板，用于将太阳能转换成电能并为车载机场电池箱中的电池充电；无线充电发射装置，用于通过车载机场电池箱，利用电磁谐振方式对无人机进行无线充电；车载机场控制单元，用于实现车载无线充电装置的控制以及与无人机进行通信交互。通过上述方式，本申请的无人机入库后，无需人工辅助及无需对无人机电池拆装，就可以实现无人机在车载机场上的无线智能充电；实现了无人机车载机场在户外多方式的电源补充，拓展了车载机场及无人机的作业范围；无人机巡视作业的智能化程度得到了更大的提高，无人机及作业人员的作业效率得到了很大的提高。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机的车载无线充电装置，其特征在于，包括：
无人机停放库，用于固定无人机；
车载机场电池箱，包括至少一个电池，用于为所述无人机以及所述车载无线充电装置供电；
太阳能电池板，用于将太阳能转换成电能并为所述车载机场电池箱中的电池充电；
无线充电发射装置，用于通过所述车载机场电池箱，利用电磁谐振方式对所述无人机进行无线充电；
车载机场控制单元，用于实现所述车载无线充电装置的控制以及与所述无人机进行通信交互。
2.根据权利要求1所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，
所述车载机场电池箱输出的电源，通过所述无线充电发射装置中的逆变器产生交流电，并通过所述无线充电发射装置中的发射线圈和谐振线圈产生磁场谐振，以使得所述无人机的无线充电接收装置中的谐振线圈和接收线圈进行磁场谐振并产生交流电，再经过整流滤波器，输出直流电并给无人机电池充电。
3.根据权利要求2所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，还包括：
太阳能电源调压装置，包括跟踪控制电路、过压保护器和过流保护器；其中所述跟踪控制电路分别连接所述太阳能电池板和所述车载机场电池箱；所述过压保护器和所述过流保护器依次连接后分别连接所述太阳能电池板和所述车载机场电池箱。
4.根据权利要求3所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，
所述太阳能电池板通过太阳能产生电流，电流经过所述太阳能电源调压装置中的跟踪控制电路、过压保护器、过流保护器，输出符合所述车载机场电池箱充电电压要求的电流，以实现对所述车载机场电池箱的充电。
5.根据权利要求1所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，还包括：
车载电源充电装置，包括车载输电电源和车载电源调压装置；
其中所述车载输电电源包括汽车发动机、汽车发电机和电压调节器，所述汽车发电机分别与所述汽车发动机和所述电压调节器连接；所述车载电源调压装置包括依次连接的升压电路和充电接口，所述车载电源调压装置分别连接所述车载输电电源的电压调节器和所述车载机场电池箱。
6.根据权利要求5所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，
所述车载电源充电装置还包括机动车蓄电池；所述电压调节器还连接所述机动车蓄电池。
7.根据权利要求6所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，
所述汽车发电机的转子切割磁感应线运动而产生感应电势，将所述汽车发发动机的机械能转化为电能；所述汽车发电机输出的电流经过所述电压调节器，所述电压调节器输出稳压电流给所述机动车蓄电池充电。
8.根据权利要求2所述的无人机的车载无线充电装置，其特征在于，
所述太阳能电池板安装在所述车载无线充电装置的顶部。
9.一种车载无人机系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的无人机的车载无线充电装置和若干无人机。
10.根据权利要求9所述的车载无人机系统，其特征在于，
所述无人机包括无人机电池、无人机本体模块和无线充电接收装置；
其中，所述无人机的无线充电接收装置用于与所述车载无线充电装置的无线充电发射装置实现磁场耦合，以通过电磁谐振方式实现对无人机电池进行无线充电。
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