一种空中授电系统的制作方法

本实用新型涉及供电、充电技术领域，特别涉及一种空中授电系统。

背景技术：

近年来，机器人、电动汽车、无人飞行器等可移动设备得到应用广泛。可移动设备主要采用电缆或可充电电池、超级电容等储能元件供电：使用电缆供电时，可移动设备的位置和移动距离会受到限制；使用可充电电池、超级电容等储能元件供电时，当储能元件所储电能消耗殆尽后，可移动设备就需要补充电能才能继续工作。

传统充电方式分为离线充电和在线充电两种：离线充电通常需要人工拆除可移动设备的储能元件，充电后再重新安装，人力成本高，自动化程度低；在线充电则无需拆除可移动设备的储能元件即可为设备充电，可移动设备在充电的同时甚至还可以工作(充电+供电)，但此类方式需要为可移动设备提供接触式或非接触式的充电、供电装置，将电力从电源传送到可移动设备中。接触式在线充电、供电装置充电往往需要插头、插座等装置接通可移动设备的电池/电源电路，相应地，也需要人工插拔插头才能接通、断开电源，或需要精确定位并固定可移动设备后才能通过触点、电极等接通电源。定位要求不高且无需导电接触的非接触式在线充电装置(例如无线充电装置)效率普遍较低，受电设备及充电装置发热比较严重，浪费了能源并且容易缩短设备、电池的寿命或造成充电障碍。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可方便、有效地为无人飞行器等飞行器的空中供电、充电的接触式授电装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种空中授电系统，包括航空器、基垫、电极控制模块和至少两个电极，其中，所述航空器可在大气层内飞行，所述基垫安装在所述航空器外表面；每个所述电极设置在所述基垫的表面，任意两个相邻所述电极之间相互不导通；所述电极控制模块的输入端与电源连接，输出端分别与每个所述电极连接；进行授电时，受电装置接触所述基垫的表面，使所述受电装置的不同受电触点与至少两个所述电极导通，所述电极控制模块在与所述受电触点接触的所述电极间施加电压，形成向所述受电装置授予电能的电流回路。

较佳地，所述航空器为气球、飞艇、飞机、滑翔机、旋翼机、直升机、扑翼机或倾转旋翼机。

较佳地，所述电极控制模块在相邻的电极上施加不同极性、幅度、相位、频率、波形或阻抗的电源或信号电压。

较佳地，所述受电装置还包括若干反馈触点，所述电极通过所接触的反馈触点接收来自所述受电装置的反馈，用于感知受电装置实际获得的电压状态、受电装置的物理位置及受电装置的信息和数据。

较佳地，所述电极为铜箔电极、铝箔电极、金箔电极、银箔电极、碳膜电极或石墨电极。

较佳地，所述电极呈多边形、椭圆形和/或圆形。

较佳地，任意两个相互不导通的所述电极间设置有沟、槽或绝缘材料作为分隔。

较佳地，所述电极的表面平整、粗糙或设置有若干孔、缝、凸出和/或凹陷。

较佳地，所述电极的表面覆有镀金层、沉金层、镀银层、镀镍层、喷锡层或碳膜。

较佳地，所述基垫为以树脂、塑料、纸、玻璃纤维、化学纤维、植物纤维、铜、铝或合金为基材制作的刚性或柔性的电路板、垫毯、薄膜或卷材。

较佳地，所述受电装置为可移动设备。

较佳地，所述可移动设备包括通信终端、便携式计算机、电池供电的玩具、机器人、电动车辆和无人飞行器。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

1、本实用新型实施例空中授电系统通过大量电极与受电装置的多个受电触点自动接触，完成对空中可移动设备方便、高效的供电、充电，对受电装置的位置、朝向要求极低，无需电缆,无需人工拆除电池或插拔插头。

2、本实用新型实施例空中授电系统通过使用柔性材料、粗糙表面、设置孔/缝/凸凹结构、表面镀金/沉金/镀银/镀镍处理等多种手段降低接触电阻、提高受电设备与授电设备间可靠接触的能力，且能通过反馈电极和受电装置的反馈触点接触有效补偿接触电阻造成的受电电压跌落，达到预期的供电、充电能力和时效。

3、本实用新型实施例空中授电系统自身结构简单、重量轻、成本低,有一定的防雨、耐腐蚀、抗氧化等环境耐受能力；空中授电系统的两面可以同时设置相同形状、布局的电极，当其中一面因机械损伤、污染等造成性能降低或不能使用时，可以翻转使用另一面接续工作，可用性及可靠性高。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：

图1为本实用新型实施例空中授电系统采用蜂窝状电极设计时基垫表面的俯视图；

图2为本实用新型实施例空中授电系统采用矩阵形电极设计时基垫表面的俯视图；

图3为本实用新型实施例受电装置的两种典型形状及其受电触点的典型分布设计示意图；

图4为本实用新型实施例受电触点与蜂窝状授电电极接触授电时各种可能相对位置情形的示意图；

图5为本实用新型实施例受电触点与蜂窝状授电电极接触授电的电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例受电触点与矩阵形授电电极接触授电时各种可能相对位置情形的示意图；

图7为本实用新型实施例受电触点与矩阵形授电电极接触授电的电路原理示意图；

图8为本实用新型实施例采用蜂窝状授电电极时电源的电压波形示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的一种空中授电系统进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

本实用新型公开的空中授电系统为一种可方便、有效地为受电装置空中供电、充电的接触式授电装置。

请参考图1和图2，一种空中授电系统，包括航空器(图中未示出)、基垫2、电极控制模块(图中未示出)和多个蜂窝状或矩阵形电极1，其中，航空器可在大气层内飞行，基垫1安装在航空器的外表面，每个所述电极1设置在所述基垫2的某一表面，所述电极1中的任意两个相邻电极1之间相互不导通；所述电极控制模块设置于所述基垫2上或外接，其输入端与电源连接，输出端分别与每个所述电极1连接；请参考图8，当采用蜂窝状电极时，电极控制模块使得任意两个相邻的电极具备不同的交流电压相位，总计有三种不同的电压相位、彼此间相差120度，适合为大功率三相交流设备或需要高接触可靠性的直流设备供电、充电；当采用矩阵形电极时，电极控制模块使得任一时刻任意两个相邻电极具备正、负极性不同的两种交流或直流电压(也可以理解为两个相差180度的电压)，适合为常见的单相交流或直流设备供电、充电。

本实施例中，电极1可以设置于基垫2的第一表面和/或第二表面，第一表面和第二表面为基垫2相对的两个表面，第一表面和第二表面可以设置相同形状、布局的电极1，也可以设置不同形状、布局的电极1，或仅有一个表面设置有电极1，同一表面也可以分区域混杂不同形状、分布的电极1；可以理解地，图中所示出的电极1的数量及排布方式仅为一种示意，根据实际应用的需要，可以设置任意其他数量及排布方式的电极。

进行授电时，所述受电装置3移动进入空中授电系统上方区域后(具体位于基垫2具备电极的某一表面)，受电装置3利用自身重力或利用其与空中授电系统间的电、磁吸引力，使其上的不同受电触点31与至少两个不同极性或相位的所述电极1接触，所述电极控制模块在与所述受电触点31接触的所述电极1间施加电压，形成向所述受电装置3授予电能的电流回路，实现空中授电系统为受电装置3供电和/或为受电装置3所载有的储电元件(如电池、电容等)充电。

本实施例中，航空器可为气球、飞艇、飞机、滑翔机、旋翼机、直升机、扑翼机、倾转旋翼机等，基垫可以由航空器载于空中，或者也可以采用基垫内充填氦气、氢气等方式使基本自身适宜悬浮于空中，成为体积较小的无人飞行器等飞行器的空中充电和起降平台。

本实施例中，受电装置3可为通信终端、便携式计算机、电池供电的玩具、机器人、电动车辆、无人飞行器等可移动设备，受电触点31可设置于受电通信终端的底部/背部、计算机的外壳、玩具的表面、机器人的脚部、车辆的滚轮、无人飞行器的起落架等位置，如图3、图4、图6所示，受电装置3可包括6～9个受电触点31，覆盖、接触到约2～9个授电电极1，当然，根据实际的应用需要，也可以设计其他数量的受电触点31或其他形状、排布的受电触点31以更好地覆盖、接触不同数量、面积、形状及排布的电极1；请参考图4～图7，受电装置3进入基垫2后，所述受电装置3包括至少两个受电触点31与电极1接触，且所述至少两个受电触点31中距离最远的两个受电触点31间的距离长度大于所述至少两个电极1中的任意一个电极1上任意两点间的距离与电极间距之和，据此，在设计受电装置3、受电触点31及授电电极1的形状、结构、排布时，需要满足：与基垫2接触的所有受电触点31中距离最远的两个受电触点31间的距离长度大于任意一个所述电极1上任意两点间的距离与电极间距之和，从而保证受电装置3从任何方向以任何角度移动至基垫2表面后，至少有两个受电触点31与两个电极1接触，形成向受电装置3授予电能的电流回路，更多的受点触点数量还可以用于提高受电触点31接触到更多不同电极的概率、增加电流回路的数量、降低接触电阻、加大授电电流容量；同时，还应注意限制受电装置3的单个受电触点31与电极1的接触面、不得使接触面跨越电极间距，使得单个受电触点31不能同时接触多个电极1、无法造成短路。

电极控制模块根据电极1的形状、结构、分布预先对基垫2上的所有电极1的极性、相位、幅度、频率、波形、阻抗分布做全局规划，以最大化受电触点31与不同极性、相位、幅度、频率、波形、阻抗的电极1接触并形成向受电装置3授予电能的电流回路的数量和概率；

作为一种可行实施例，请继续参考图4～图7，电极控制模块控制在相邻的电极1上施加不同极性、幅度、相位、频率、波形、阻抗的电源或信号电压，使得所述受电装置3只要接触到任意两个相邻的电极1，即能获取相邻电极1间的电压差，形成供电、充电或信号电流回路；通过将相邻电极设计为不同直流电源极性或交流电源相位的方式，可使得电极分布、间隔均匀，没有死区(触点、电极无法形成授电回路的区域)或死区面积很小，并且电极控制模块仅需简单地将普通直流电源或工业标准的三相交流电源按所规划的极性、相位分布间隔接通到不同电极即可提供最佳授电条件；受电触点31在任意相对位置情形下总能接触到两个或以上数量不同极性、相位的相邻电极，形成一个或多个供电、充电或信号电流回路。

可以理解地，电极控制模块也可以按照预设的其它规则控制在不同的电极1上施加其它不同极性、幅度、相位、频率、波形、阻抗的电源或信号电压，且往往可以随时间变化；电极控制模块具体如何控制在相邻的电极1上施加不同极性、幅度、相位、频率、波形、阻抗的电源或信号电压可参考现有技术,在此不作赘述。

作为一种可行实施例，当所述电极1未被施加电源电压时，该电极1可通过所接触的受电装置3的反馈触点接收来自所述受电装置3的反馈，用于感知受电装置3实际获得的电源电压状态，当该电压低于预定的工作、充电电压时，电极控制模块可以适当提高其供给授电电极的电压以补偿电极1与触点31间接触电阻造成的电压降落。当某电极1未被电极控制模块控制施以电源电压时，该电极1也可以通过所接触的受电装置3的反馈触点接收来自受电装置3的反馈，用于感知受电装置3的触点相对电极1的位置状态信息(例如有一定电压即说明受电装置3存在于该电极所在的位置)；一个至多个此类位置状态信息不但可以用于确定受电装置3的所在位置，还可以用于描绘其占据的授电面积、朝向及运动方向等，类似于触摸屏感知人手指的位置、数量及动作、手势的方法。

类似地，授电过程中，受电装置3还可通过反馈触点等有线通信或其它无线通信方式等将其自身的电量信息或其它数据通过其接触的电极1或其临近的天线传输给空中授电系统，当电池充满或不再需要供电时，可请求空中授电系统断开电源或减少电源供给。

同样地，电极1与受电装置3的反馈触点31接触后所形成的信号电流回路(通常电流较弱，用于信息传输)，也可以用于向受电装置3传输电极1及空中授电系统的物理位置、相对(于大量其它电极的)位置标识、大小、朝向及空中授电系统的物理位置、相对(于大量其它电极的)位置标识、大小、朝向及运动方向等，为受电装置3校准其自身位置提供精确的定位信息或为后续通过同样的触点或不同的触点向受电装置3施加电源电流(通常较强，用于供电、充电)提供该受电装置3的触点31所接触的电极1及其所属整个空中授电系统的准确信息，以更好地保障授电安全，可靠、自动地完成授电。

电极1与受电装置3的反馈触点31接触后所形成的电流回路的电流大小可以受到受电装置3或电极控制模块的影响、控制，因此上述电流回路的时序特征(如断续电流脉冲形成的二进制编码)还可以用于了解受电装置3的性质、种类、型号、身份、所需受电电压、受电电流、受电时长等信息；并可作为信息源供电极控制模块或外部设备从受电装置3中获取供电状态、充电状态、电压耐受限值、电流耐受限值、内部参数、文件等数据、信息，或，向受电装置3发送数据、信息(如向受电装置3发送空中授电系统的种类、型号、身份、授电能力、工作模式、电压电流状态等)，便于受电装置3自动选择最佳的授电方式、过程，或，用于受电装置3与空中授电系统或空中授电系统连接的外部设备通信。

作为一种可行实施例，电极1为铜箔电极、金箔电极、银箔电极或碳膜电极。这些电极具有良好的导电性能和/或易于延展、能耐受腐蚀。

作为一种可行实施例，电极1呈多边形(包括矩形、正方形、菱形、六边形等，且多边形的边角可呈弧线状)、椭圆形(包括圆形)和/或圆形。通常选择的电极形状应易于拼接、组合、扩展、控制、诊断、维护并应能保证较小且一致的电极间距以尽可能地缩小触点进入电极间不导电区域的概率。

作为一种可行实施例，任意两个电极1间设置有沟、槽或绝缘材料作为分隔。可以理解地，受电触点31中距离最远的两个受电触点31间的距离长度应大于所述至少两个电极1中的任意一个电极1上任意两点间的距离与电极1间设置的沟、槽或绝缘材料分隔距离之和，以提高至少使得两个受电触点31与两个不同电极1接触的概率，形成尽可能多的电流回路。

作为一种可行实施例，电极1的表面设计为粗糙结构或设置有若干孔、缝、凸出和/或凹陷，可以增加电极1与受电触点31的接触面积，降低接触电阻，提高接触的可靠性、增大电极的电流容量。

作为一种可行实施例，电极1的表面覆有镀金层、沉金层、镀银层或镀镍层，以降低接触电阻、增强电极的机械强度和导电能力、防止在环境中被腐蚀氧化或因反复多次接触被损坏。

作为一种可行实施例，所述基垫2为以树脂、塑料、纸、玻璃纤维、化学纤维、植物纤维、铜、铝或合金为基材制作的刚性或柔性的电路板、垫毯、薄膜或卷材。通过采用质地较软的柔性印刷电路板材料制造，或在基垫下部垫置软质材料，可以很好地缓冲无人飞行器等受电装置在降落到基垫2表面时对空中授电系统产生的冲击，也便于受电装置3的受电触点31在压迫基垫2时形成凹陷，以扩大受电触点31与电极1的接触面积、降低接触电阻；受电装置3的受电触点31通常位于受电装置3的最底部，以方便受电装置3利用可移动设备自身的重力与基垫2的电极1可靠接触。

作为一种可行实施例，所述基垫2的边缘和/或表面设置有若干相同或不同颜色的发光器件。发光器件可用于空中授电系统及受电装置3的照明或用于营造环境氛围，其发光状态、色彩、亮度、分布、频率、占空比、时序等可以作为标志供受电装置3识别空中授电系统的存在、位置、朝向、面积、性质、种类、型号、授电能力等，智能空中授电系统甚至可以利用这些发光器件实现与受电装置3间的光通信。

作为一种可行实施例，所述基垫2上设置有若干贯通孔，外部发光装置通过所述贯通孔将光线辐射至所述基垫2表面。类似地，外部发光装置可以完成类似前述发光器件的照明、氛围营造、标志、通信等功能。

作为一种可行实施例，所述基垫2的角落、底部、表面或边缘设置有若干连接器，多个所述空中授电系统可通过所述连接器彼此连接、自由组合，拼接成更大面积、任意形状的空中授电系统。

作为一种可行实施例，所述基垫2的底部设置有粘贴、限位或锁定装置，并可通过所述粘贴、限位或锁定装置附着于固体结构表面，使用时便于摆放、定位、移动、固定。其中，粘贴装置通常为不干胶、魔术贴、磁贴等，限位装置通常为沟、槽、榫、卯、突起、凹陷等，锁定装置通常为销、钉、螺纹/螺栓、卡、扣等。

本实用新型空中授电系统在使用过程中对受电装置3的位置、朝向要求极低,受电装置3的受电触点31很容易与两个或两个以上的电极1接触，形成授电回路，授电系统自身结构简单、重量轻、成本低。如果采用柔性材料制造，还可以卷曲、盘绕、折叠，以便于收纳入小体积容器和携带，也利于不使用时保护授电系统和需要使用时快速展开、部署。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。