一种无人机无线充电系统、无人机及其无线充电方法与流程

本发明涉及一种无人机无线充电系统、无人机及其无线充电方法，属于无线电能传输技术领域。

背景技术：

随着无线充电技术的发展，其应用越来越广泛，基于无人机的续航能力不足的问题，目前已经有人提出将无线充电技术用于无人机领域的技术方案。如中国专利201910092639.x公开的一种无人机充电系统及其方法，通过在无人机上设置接收线圈，在无人机保护箱中设置发射线圈，并且通过升降装置和校准装置调节发射线圈的位置，从而确保无线充电系统高效稳定传输。但其不足之处在于：采用单个平面线圈作为接收线圈，为确保其充电性能，通常线圈面积较大，受无人机机架结构的空间约束，配置单个无线充电接收线圈非常不便；另外，为了确保无线充电传输效率，需要通过复杂的机械结构调整发射线圈的位置才能实现与接收线圈的对准，结构相对复杂。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种无人机无线充电系统、无人机及其无线充电方法，结构合理、充电传输效率高。

为达到上述目的，本发明的一个实施例提供了一种无人机无线充电系统，包括连接于无人机机架上的多个无线充电接收线圈和连接于无人机启停平台上的多个无线充电发射线圈；无人机机架停靠于无人机启停平台上时，各无线充电接收线圈能够与各无线充电发射线圈一一对应耦合；多个无线充电接收线圈电性串联，并与副边谐振电容构成副边谐振回路；多个无线充电发射线圈电性串联，并与原边谐振电容构成原边谐振回路；所述无人机启停平台上还连接有直流电源和高频逆变电路，直流电源经高频逆变电路输出高频交流电，高频交流电经原边谐振回路向副边谐振回路进行无线电能传输，副边谐振回路利用所拾取的电能为无人机的充电电池充电。

可选的，所述无线充电发射线圈和无线充电接收线圈均采用励磁平面多层绕制结构。

可选的，所述副边谐振回路的输出端还连接有整流滤波电路，副边谐振回路将所拾取的电能经整流滤波电路为无人机的充电电池充电。

本发明的另一个实施例提供了一种无人机，采用上述任一项所述的无人机无线充电系统进行无线充电。

可选的，所述无人机为多旋翼无人机，每个旋翼外侧均设有一个用于安装无线充电接收线圈的防护圈。

可选的，所述无线充电接收线圈绕制于所述防护圈的外侧或预埋于所述防护圈内。

可选的，所述无人机启停平台上设有对无人机启停架限位的凹槽，无人机启停架降落于所述凹槽内时，各无线充电接收线圈与各无线充电发射线圈一一对应。

本发明的再一个实施例提供了一种上述任一项所述无人机的无线充电方法，所述方法包括如下步骤：

所述直流电源经高频逆变电路输出高频交流电；

所述高频交流电经原边谐振回路向副边谐振回路进行无线电能传输；

所述副边谐振回路利用所拾取的电能为无人机的充电电池充电。

可选的，所述方法还包括：

对副边谐振回路所拾取的电能进行整流滤波，采用整流滤波后的电流为充电电池充电。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：无线充电接收线圈和无线充电发射线圈均由多个线圈电性串接，在确保充电效率的前提下，多段式线圈结构能够降低对单个线圈的安装尺寸要求，从而满足无人机机架结构的空间约束条件，使得线圈安装更加方便，更易于保证无人机结构平衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供了一种无人机机架的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种无线充电系统的等效电路图；

图中：标记1、无人机机架；2、无线充电接收线圈；3、无人机启停平台；4、无线充电发射线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种无人机无线充电系统，包括发射端和接收端。接收端包括连接于无人机机架1上的多个无线充电接收线圈2，各无线充电接收线圈2电性串接，并与副边谐振电容构成副边谐振回路。发射端包括连接于无人机启停平台3上的多个无线充电发射线圈4，各无线充电发射线圈4电性串接，并与原边谐振电容构成原边谐振回路。当无人机机架1降落于无人机启停平台3上时，各无线充电接收线圈2能够与各无线充电发射线圈4一一对应耦合。所述无人机启停平台3上还连接有直流电源和高频逆变电路，直流电源经高频逆变电路输出高频交流电，高频交流电经原边谐振回路向副边谐振回路进行无线电能传输，副边谐振回路利用所拾取的电能为无人机的充电电池充电。

本发明实施例提供的无人机无线充电系统中，无线充电接收线圈2和无线充电发射线圈4均由多个线圈电性串接，在确保充电效率的前提下，多段式线圈结构能够降低对单个线圈的安装尺寸要求，从而满足无人机机架1结构的空间约束条件，使得线圈安装更加方便，更易于保证无人机结构平衡。

本发明实施例中，所述无线充电发射线圈4和无线充电接收线圈2可以均采用励磁平面多层绕制结构，这种绕制结构的优点在于：线圈体积小，耦合系数大及功率密度高，且可以适配无人机机架1结构。

为获得平稳的直流电压便于电池充电使用，副边谐振回路的输出端还连接有整流滤波电路，副边谐振回路将所拾取的电能经整流滤波电路为无人机的充电电池充电。

本发明实施例还提供了一种无人机，采用前述的无人机无线充电系统进行无线充电。如图1、图2所示，无人机为多旋翼无人机，更具体的说为四旋翼无人机，但本领域普通技术人员可以理解，图中所示的结构仅为示意，其并不对上述无人机旋翼的数量及形状结构造成限定。例如，无人机旋翼的数量还可包括比图中所示更多或者更少的组件（但不应少于两个），或者具有与图中所示不同的形状或结构。

每个旋翼外侧均设有一个用于安装无线充电接收线圈2的防护圈，各防护圈应均匀对称分布于无人机机架1上，以保证无人机的受力平衡。所述无线充电接收线圈2可以如图1所示预埋于所述防护圈内，也可以如图2所示绕制于所述防护圈的外侧，应当理解，各无线充电接收线圈2的形状和尺寸均应相同，确保无人机受力平衡。

通过图2还可以看出，无人机启停平台3上设有对无人机启停架限位的凹槽，所述凹槽由位于无人机启停平台3两端的凸台形成。凹槽的宽度较无人机启停架宽度留有裕量，方便无人机启停。无线充电发射线圈4置于所述凸台上/内。无人机启停架降落于所述凹槽内时，各无线充电接收线圈2与各无线充电发射线圈4一一对准，以提高无线充电的效率。

本发明实施例中的无线充电发射线圈4和无线充电接收线圈2都采用四组线圈时，其等效电路如图3所示。图中uac表示经过高频逆变后的高频交流电压，lp1、lp2、lp3、lp4对应为四个无线充电发射线圈4，rp1、rp2、rp3、rp4对应为四个无线充电发射线圈4内阻，ls1、ls2、ls3、ls4对应为四个无线充电接收线圈2，rs1、rs2、rs3、rs4对应为四个无线充电接收线圈2内阻，m1、m2、m3、m4分别为每对对应线圈的互感，l1、c1、cpeq分别为原边补偿电感、并联谐振电容、串联补偿电容，cseq为副边谐振电容。充电时，高频交流电经原边谐振回路向副边谐振回路进行无线电能传输，副边谐振回路利用所拾取的电能为无人机的充电电池充电。即使每个线圈的匝数受空间限制，通过串接后仍然可以满足无线充电的传输效率。

本发明实施例还提供了一种无人机的无线充电方法，所述无人机采用前述结构，所述方法包括如下步骤：

所述直流电源经高频逆变电路输出高频交流电；

所述高频交流电经原边谐振回路向副边谐振回路进行无线电能传输；

所述副边谐振回路利用所拾取的电能为无人机的充电电池充电。

为获得平稳的直流电压便于电池充电使用，对副边谐振回路所拾取的电能进行整流滤波，采用整流滤波后的电流为充电电池充电。

通过以上的实施方式的描述，本领域的普通技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法还可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下后者是更佳的实施方式，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

基于上述描述，本发明实施例提供的一种无人机无线充电系统、无人机及其无线充电方法，采用多段式无线充电接收线圈2和多段式无线充电发射线圈4，能够基于无人机的具体结构实现多点分布，降低线圈尺寸和安装空间的要求，有效结合防护圈的结构特性，保证无人机受力平稳的同时，通过线圈串联又能满足无线充电的传输效率。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，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。