CN205986346U - 一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机无线充电技术，特别涉及一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，包括设置于充电平台上的充电平台发射单元和设置于无人机上的无人机接收单元，充电平台发射单元还包括通讯线圈与发射线圈之间依次连接的发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块；充电平台上还设置有多个压力传感器以及与发射线圈固定连接的小型传动装置；小型传动装置分别与发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块电连接；压力传感器与发射线圈位置调整模块连接。该装置实现最佳传输效率，具有防干扰功能；提高电能传输功率和传输效率的同时，也提高其位置容错性，从而降低了对无人机落点的精确度的要求，减轻了无人机的负重。

Description

一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置

技术领域

本实用新型属于无人机无线充电技术领域，尤其涉及一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置。

背景技术

电网是国民经济和社会发展的重要基础设施，为了掌握线路的运行状况和及时排除线路的潜在隐患，电力部门每年都要花费巨大的人力和物力资源进行巡线工作。将无人机应用到电力巡线方面可大大提高电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成，确保了用电安全；采用无人机进行常规输电线路巡查，可降低劳动强度，与有人直升机巡线相比，可提高巡线作业人员的安全性，并且降低了成本；且无人机巡线速度快、应急瞬速，能及时发现缺陷，及时提供信息，避免了线路事故停电。但是无人机在应用中存在最大的问题就是电池续航能力差，频繁更换电池降低工作效率。利用无线充电系统虽然一定程度解决了上述问题，但对无人机降落充电平台的落点要求较高，且无线充电效率不高。同时还要考虑如何减轻无人机的负重，提高续航能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种无人机无线充电续航装置，其发射线圈位置可通过自动调整来对准接收线圈，提高电能传输功率和传输效率。同时降低了无人机落点的精确度，提高其位置容错性。采用新型线圈结构减轻了无人机的负重，增强了无人机的续航能力。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，包括设置于充电平台上的充电平台发射单元和设置于无人机上的无人机接收单元，所述充电平台发射单元包括依次连接的信息解调模块、共振控制电路、高频逆变模块、通讯线圈和发射线圈；所述无人机接收单元包括依次连接的接收线圈、信息监测与调制单元、高频整流模块、电池信息检测模块和无人机电池模块；所述充电平台发射单元与无人机接收单元之间通过发射线圈和接收线圈传递能量，通过信息解调模块和信息监测与调制单元之间实现无线电信息交互，通讯线圈与接收线圈通过电力载波传送通信信息；

充电平台发射单元还包括通讯线圈与发射线圈之间依次连接的发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块；

充电平台上还设置有多个压力传感器以及与发射线圈固定连接的小型传动装置；

所述小型传动装置分别与所述发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块电连接；

所述压力传感器与发射线圈位置调整模块连接；

所述发射线圈位置调整模块接收压力传感器发出的来自无人机重量的电信号，据此计算出接收线圈位置，控制小型传动装置带动发射线圈移动与接收线圈进行位置匹配；

所述发射线圈位置锁定模块接收信息解调模块的位锁信号，用于锁定发射线圈固定于充电平台或解锁固定的发射线圈。

在上述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置中，所述发射线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形单边线圈；所述接收线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形双边线圈。

在上述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置中，所述充电平台发射单元与无人机接收单元通过谐振线圈采用100kHz频率传递功率，采用2.4GHz频率传递充电信息。

上述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置工作流程：充电平台电源模块为共振控制模块提供充电电压；信息解调模块实现与无人机接收单元的无线电信息交互，控制共振控制电路，并向发射线圈位置锁定模块发送位锁信息指令；共振控制电路控制高频逆变模块的通断；高频逆变模块将平台电源模块输出的功率通过全桥逆变方式发出高频振荡电磁场；通讯线圈接收接收线圈通过电力载波传送的通信信息；发射线圈位置调整模块通过密布的压力传感器返回的信息，计算出无人机接收线圈的位置，再调整发射线圈位置；发射线圈位置锁定模块在信息解调模块与无人机接收单元进行信息交互后，由软件发出锁定指令，将发射线圈的位置固定；发射线圈发射高频逆变模块振荡出的高频振荡功率；接收线圈接收发射线圈发射的能量；信息监测与调制单元调制电池信息检测模块所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息解调模块；高频整流模块将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向无人机电池模块供电；电池信息检测模块检测无人机电池模块电压等工作信息；无人机电池存储电能，为无人机正常工作供电。

发射线圈位置调整模块实现发射线圈与接收线圈位置匹配的工作流程：在充电平台上合理布置压力传感器，当无人机起落架对充电平台有力的作用，并达到一定的压强，使得充电平台上布置的某些压力传感器发出的电信号超出预设值，通过软件计算可以得出接收线圈的位置。压强值可以根据无人机的具体重量进行设置，并确定此时的电信号强度。又由于磁耦合式无线传能技术有一定的位置容错性，所以对计算精度没有特别高的要求。获得接收线圈位置以后，小型传动装置带动发射线圈做水平方向移动，自动和接收线圈进行位置匹配，从而达到最佳的传输效率。

发射线圈位置锁定模块锁定无人机充电的流程：当无人机降落在充电平台上，发射线圈位置调整模块控制发射线圈达到计算出的最佳匹配位置后，发射线圈位置锁定模块检测到来自信息解调模块发出的位锁信号指令，通过小型传动装置将发射线圈固定在充电平台上，防止由于在充电过程中其他物体落在充电平台上而引起发射线圈位置的变化。当无人机需要离开充电平台时，中断信号解调模块发出的位锁信号指令，发射线圈位置锁定模块解除发射线圈的位置锁定，等待下一次无人机降落到充电平台。

上述线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置中的发射线圈，采用平面型磁芯，绕制成矩形单边线圈；接收线圈，采用平面型磁芯，绕制成矩形双边线圈。采用了上述结构的发射线圈和接收线圈不仅提高了电能传输功率和传输效率，而且还提高了位置容错性，从而降低了对无人机落点的精确度的要求，与传统磁芯相比减小了整体重量，有利于减小无人机负重、提高续航能力。

本实用新型的有益效果是：通过发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块自动匹配发射线圈和接收线圈的位置并且锁定，实现最佳传输效率，具有防干扰功能；通过改善发射线圈与接收线圈结构，提高电能传输功率和传输效率的同时，也提高其位置容错性，从而降低了对无人机落点的精确度的要求，与传统磁芯相比减小了整体重量，有利于减小无人机负重、提高续航能力。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的整体功能示意图；

图2为本实用新型一个实施例发射线圈位置调整模块工作流程图；

图3为本实用新型一个实施例发射线圈位置锁定模块工作流程图；

图4为本实用新型一个实施例发射线圈、接收线圈示意图；

其中，1-充电发射单元、11-平台电源模块、12-信息解调模块、13-共振控制电路、14-高频逆变模块、15-通讯线圈、16-发射线圈位置调整模块、17-发射线圈位置锁定模块、18-发射线圈；2-无人机接收单元、21-接收线圈、22-信息监测与调制单元、23-高频整流模块、24-电池信息检测模块、25-无人机电池模块；3-发射线圈、4-接收线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，具体公开了本实用新型实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本实施例的技术方案如下：一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，包括设置于充电平台上的充电平台发射单元和设置于无人机上的无人机接收单元，所述充电平台发射单元包括依次连接的信息解调模块、共振控制电路、高频逆变模块、通讯线圈和发射线圈；所述无人机接收单元包括依次连接的接收线圈、信息监测与调制单元、高频整流模块、电池信息检测模块和无人机电池模块；所述充电平台发射单元与无人机接收单元之间通过发射线圈和接收线圈传递能量，通过信息解调模块和信息监测与调制单元之间实现无线电信息交互，通讯线圈与接收线圈通过电力载波传送通信信息；

充电平台发射单元还包括通讯线圈与发射线圈之间依次连接的发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块；

充电平台上还设置有多个压力传感器以及与发射线圈固定连接的小型传动装置；

所述小型传动装置分别与所述发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块电连接；

所述压力传感器与发射线圈位置调整模块连接；

所述发射线圈位置调整模块接收压力传感器发出的来自无人机重量的电信号，据此计算出接收线圈位置，控制小型传动装置带动发射线圈移动与接收线圈进行位置匹配；

所述发射线圈位置锁定模块接收信息解调模块的位锁信号，用于锁定发射线圈固定于充电平台或解锁固定的发射线圈。

在上述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置中，所述发射线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形单边线圈；所述接收线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形双边线圈。所述充电平台发射单元与无人机接收单元通过谐振线圈采用100kHz频率传递功率，采用2.4GHz频率传递充电信息。

进一步地描述本实施例的实现，如图1所示，一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，包括充电平台发射单元1和无人机接收单元2，充电平台发射单元包括依次连接的平台电源模块11，信息解调模块12，共振控制电路13，高频逆变模块14，通讯线圈15，发射线圈位置调整模块16，发射线圈位置锁定模块17，发射线圈18。无人机接收单元2包括依次连接的接收线圈21，信息监测与调制单元22，高频整流模块23，电池信息检测模块24，无人机电池模块25。

充电平台电源模块11为共振控制电路13提供充电电压；信息解调模块12，实现与无人机接收单元2的无线电信息交互，控制共振控制电路13，并向发射线圈位置锁定模块17发送位锁信息指令；共振控制电路13控制高频逆变模块14的通断；高频逆变模块14将平台电源模块11输出的功率通过全桥逆变方式发出高频振荡电磁场；通讯线圈15接收线圈21通过电力载波传送的通信信息；发射线圈位置调整模块16，通过密布的压力传感器返回的信息，计算出无人机接收线圈21的位置，再调整发射线圈18位置；发射线圈位置锁定模块17，在信号解调模块12与无人机接收单元2进行信息交互后，由软件发出锁定指令，将发射线圈18的位置固定；发射线圈18发射高频逆变模块14振荡出的高频振荡功率；接收线圈21接收发射线圈18发射的能量；信息监测与调制单元22，调制电池信息检测模块24所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息解调模块12；高频整流模块23将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向无人机电池模块25供电；电池信息检测模块24检测无人机电池模块25电池电压等工作信息；无人机电池模块25存储电能，为无人机正常工作供电。

充电平台发射单元1和无人机接收单元2通过谐振线圈采用100kHz频率传递功率，采用2.4GHz频率传递充电信息。

本实用新型增加了发射线圈位置调整模块16，在充电平台上合理布置压力传感器。当无人机起落架对充电平台有力的作用，并达到一定的压强，使得充电平台上布置的某些压力传感器发出的电信号超出预设值，通过软件计算可以得出接收线圈21的位置。压强值可以根据无人机的实际重量进行设置，并确定此时的电信号强度。又由于磁耦合式无线传能技术有一定的位置容错性，所以对计算精度没有特别高的要求。获得接收线圈21的位置以后，小型传动装置带动发射线圈18做水平方向移动，自动和接收线圈21进行位置匹配，而达到最佳的传输效率。工作流程如图2所示。

本实用新型增加了发射线圈位置锁定模块17，当无人机降落在充电平台上，发射线圈位置调整模块16使发射线圈18达到计算出的最佳匹配位置后，该模块检测到来自信息解调模块12发出的位锁信号指令，通过小型传动装置将发射线圈18固定在充电平台上，防止由于在充电过程中其他物体落在充电平台上而引起发射线圈18位置的变化。当无人机需要起离充电平台，信号解调模块12中断位锁信号指令，使发射线圈位置锁定模块17解除发射线圈18的位置锁定，等待下一次无人机降落到充电平台。锁定与解锁的过程如图3所示。

如图4所示，发射线圈3，采用平面型磁芯，绕制成矩形单边线圈；接收线圈4，利用平面型磁芯，绕制成矩形双边线圈。上述结构提高电能传输功率和传输效率的同时，提高其位置容错性，从而降低了对无人机落点的精确度的要求，与传统磁芯相比减小了整体重量，有利于减小无人机负重、提高续航能力。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，包括设置于充电平台上的充电平台发射单元和设置于无人机上的无人机接收单元，所述充电平台发射单元包括依次连接的信息解调模块、共振控制电路、高频逆变模块、通讯线圈和发射线圈；所述无人机接收单元包括依次连接的接收线圈、信息监测与调制单元、高频整流模块、电池信息检测模块和无人机电池模块；所述充电平台发射单元与无人机接收单元之间通过发射线圈和接收线圈传递能量，通过信息解调模块和信息监测与调制单元之间实现无线电信息交互，通讯线圈与接收线圈通过电力载波传送通信信息；其特征在于：

充电平台发射单元还包括通讯线圈与发射线圈之间依次连接的发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块；

充电平台上还设置有多个压力传感器以及与发射线圈固定连接的小型传动装置；

所述小型传动装置分别与所述发射线圈位置调整模块和发射线圈位置锁定模块电连接；

所述压力传感器与发射线圈位置调整模块连接；

所述发射线圈位置调整模块接收压力传感器发出的来自无人机重量的电信号，据此计算出接收线圈位置，控制小型传动装置带动发射线圈移动与接收线圈进行位置匹配；

所述发射线圈位置锁定模块接收信息解调模块的位锁信号，用于锁定发射线圈固定于充电平台或解锁固定的发射线圈。

2.如权利要求1所述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，其特征在于，所述发射线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形单边线圈；所述接收线圈采用平面型磁芯，绕制成矩形双边线圈。

3.如权利要求1或2所述的线圈位置自动调整的无人机无线充电续航装置，其特征在于，所述充电平台发射单元与无人机接收单元通过谐振线圈采用100kHz频率传递功率，采用2.4GHz频率传递充电信息。