一種線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置的制作方法

本實用新型屬于無人機無線充電技術領域，尤其涉及一種線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置。

背景技術：

電網是國民經濟和社會發展的重要基礎設施，為了掌握線路的運行狀況和及時排除線路的潛在隱患，電力部門每年都要花費巨大的人力和物力資源進行巡線工作。將無人機應用到電力巡線方面可大大提高電力維護和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶電的環境下迅速完成，確保了用電安全；采用無人機進行常規輸電線路巡查，可降低勞動強度，與有人直升機巡線相比，可提高巡線作業人員的安全性，并且降低了成本；且無人機巡線速度快、應急瞬速，能及時發現缺陷，及時提供信息，避免了線路事故停電。但是無人機在應用中存在最大的問題就是電池續航能力差，頻繁更換電池降低工作效率。利用無線充電系統雖然一定程度解決了上述問題，但對無人機降落充電平臺的落點要求較高，且無線充電效率不高。同時還要考慮如何減輕無人機的負重，提高續航能力。

技術實現要素：

本實用新型的目的是設計一種無人機無線充電續航裝置，其發射線圈位置可通過自動調整來對準接收線圈，提高電能傳輸功率和傳輸效率。同時降低了無人機落點的精確度，提高其位置容錯性。采用新型線圈結構減輕了無人機的負重，增強了無人機的續航能力。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置，包括設置于充電平臺上的充電平臺發射單元和設置于無人機上的無人機接收單元，所述充電平臺發射單元包括依次連接的信息解調模塊、共振控制電路、高頻逆變模塊、通訊線圈和發射線圈；所述無人機接收單元包括依次連接的接收線圈、信息監測與調制單元、高頻整流模塊、電池信息檢測模塊和無人機電池模塊；所述充電平臺發射單元與無人機接收單元之間通過發射線圈和接收線圈傳遞能量，通過信息解調模塊和信息監測與調制單元之間實現無線電信息交互，通訊線圈與接收線圈通過電力載波傳送通信信息；

充電平臺發射單元還包括通訊線圈與發射線圈之間依次連接的發射線圈位置調整模塊和發射線圈位置鎖定模塊；

充電平臺上還設置有多個壓力傳感器以及與發射線圈固定連接的小型傳動裝置；

所述小型傳動裝置分別與所述發射線圈位置調整模塊和發射線圈位置鎖定模塊電連接；

所述壓力傳感器與發射線圈位置調整模塊連接；

所述發射線圈位置調整模塊接收壓力傳感器發出的來自無人機重量的電信號，據此計算出接收線圈位置，控制小型傳動裝置帶動發射線圈移動與接收線圈進行位置匹配；

所述發射線圈位置鎖定模塊接收信息解調模塊的位鎖信號，用于鎖定發射線圈固定于充電平臺或解鎖固定的發射線圈。

在上述的線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置中，所述發射線圈采用平面型磁芯，繞制成矩形單邊線圈；所述接收線圈采用平面型磁芯，繞制成矩形雙邊線圈。

在上述的線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置中，所述充電平臺發射單元與無人機接收單元通過諧振線圈采用100kHz頻率傳遞功率，采用2.4GHz頻率傳遞充電信息。

上述的線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置工作流程：充電平臺電源模塊為共振控制模塊提供充電電壓；信息解調模塊實現與無人機接收單元的無線電信息交互，控制共振控制電路，并向發射線圈位置鎖定模塊發送位鎖信息指令；共振控制電路控制高頻逆變模塊的通斷；高頻逆變模塊將平臺電源模塊輸出的功率通過全橋逆變方式發出高頻振蕩電磁場；通訊線圈接收接收線圈通過電力載波傳送的通信信息；發射線圈位置調整模塊通過密布的壓力傳感器返回的信息，計算出無人機接收線圈的位置，再調整發射線圈位置；發射線圈位置鎖定模塊在信息解調模塊與無人機接收單元進行信息交互后，由軟件發出鎖定指令，將發射線圈的位置固定；發射線圈發射高頻逆變模塊振蕩出的高頻振蕩功率；接收線圈接收發射線圈發射的能量；信息監測與調制單元調制電池信息檢測模塊所檢測得到的電池信息，通過高頻信號和通信通道發送至信息解調模塊；高頻整流模塊將接收的能量整流穩壓成恒定的直流電，向無人機電池模塊供電；電池信息檢測模塊檢測無人機電池模塊電壓等工作信息；無人機電池存儲電能，為無人機正常工作供電。

發射線圈位置調整模塊實現發射線圈與接收線圈位置匹配的工作流程：在充電平臺上合理布置壓力傳感器，當無人機起落架對充電平臺有力的作用，并達到一定的壓強，使得充電平臺上布置的某些壓力傳感器發出的電信號超出預設值，通過軟件計算可以得出接收線圈的位置。壓強值可以根據無人機的具體重量進行設置，并確定此時的電信號強度。又由于磁耦合式無線傳能技術有一定的位置容錯性，所以對計算精度沒有特別高的要求。獲得接收線圈位置以后，小型傳動裝置帶動發射線圈做水平方向移動，自動和接收線圈進行位置匹配，從而達到最佳的傳輸效率。

發射線圈位置鎖定模塊鎖定無人機充電的流程：當無人機降落在充電平臺上，發射線圈位置調整模塊控制發射線圈達到計算出的最佳匹配位置后，發射線圈位置鎖定模塊檢測到來自信息解調模塊發出的位鎖信號指令，通過小型傳動裝置將發射線圈固定在充電平臺上，防止由于在充電過程中其他物體落在充電平臺上而引起發射線圈位置的變化。當無人機需要離開充電平臺時，中斷信號解調模塊發出的位鎖信號指令，發射線圈位置鎖定模塊解除發射線圈的位置鎖定，等待下一次無人機降落到充電平臺。

上述線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置中的發射線圈，采用平面型磁芯，繞制成矩形單邊線圈；接收線圈，采用平面型磁芯，繞制成矩形雙邊線圈。采用了上述結構的發射線圈和接收線圈不僅提高了電能傳輸功率和傳輸效率，而且還提高了位置容錯性，從而降低了對無人機落點的精確度的要求，與傳統磁芯相比減小了整體重量，有利于減小無人機負重、提高續航能力。

本實用新型的有益效果是：通過發射線圈位置調整模塊和發射線圈位置鎖定模塊自動匹配發射線圈和接收線圈的位置并且鎖定，實現最佳傳輸效率，具有防干擾功能；通過改善發射線圈與接收線圈結構，提高電能傳輸功率和傳輸效率的同時，也提高其位置容錯性，從而降低了對無人機落點的精確度的要求，與傳統磁芯相比減小了整體重量，有利于減小無人機負重、提高續航能力。

附圖說明

圖1為本實用新型一個實施例的整體功能示意圖；

圖2為本實用新型一個實施例發射線圈位置調整模塊工作流程圖；

圖3為本實用新型一個實施例發射線圈位置鎖定模塊工作流程圖；

圖4為本實用新型一個實施例發射線圈、接收線圈示意圖；

其中，1-充電發射單元、11-平臺電源模塊、12-信息解調模塊、13-共振控制電路、14-高頻逆變模塊、15-通訊線圈、16-發射線圈位置調整模塊、17-發射線圈位置鎖定模塊、18-發射線圈；2-無人機接收單元、21-接收線圈、22-信息監測與調制單元、23-高頻整流模塊、24-電池信息檢測模塊、25-無人機電池模塊；3-發射線圈、4-接收線圈。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細描述。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本實用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其它工藝的可應用性和/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”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語“相連”“連接"應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

參照下面的描述和附圖，具體公開了本實用新型實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實用新型的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本實用新型的實施例的范圍不受此限制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。

本實施例的技術方案如下：一種線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置，包括設置于充電平臺上的充電平臺發射單元和設置于無人機上的無人機接收單元，所述充電平臺發射單元包括依次連接的信息解調模塊、共振控制電路、高頻逆變模塊、通訊線圈和發射線圈；所述無人機接收單元包括依次連接的接收線圈、信息監測與調制單元、高頻整流模塊、電池信息檢測模塊和無人機電池模塊；所述充電平臺發射單元與無人機接收單元之間通過發射線圈和接收線圈傳遞能量，通過信息解調模塊和信息監測與調制單元之間實現無線電信息交互，通訊線圈與接收線圈通過電力載波傳送通信信息；

充電平臺發射單元還包括通訊線圈與發射線圈之間依次連接的發射線圈位置調整模塊和發射線圈位置鎖定模塊；

充電平臺上還設置有多個壓力傳感器以及與發射線圈固定連接的小型傳動裝置；

所述小型傳動裝置分別與所述發射線圈位置調整模塊和發射線圈位置鎖定模塊電連接；

所述壓力傳感器與發射線圈位置調整模塊連接；

所述發射線圈位置調整模塊接收壓力傳感器發出的來自無人機重量的電信號，據此計算出接收線圈位置，控制小型傳動裝置帶動發射線圈移動與接收線圈進行位置匹配；

所述發射線圈位置鎖定模塊接收信息解調模塊的位鎖信號，用于鎖定發射線圈固定于充電平臺或解鎖固定的發射線圈。

在上述的線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置中，所述發射線圈采用平面型磁芯，繞制成矩形單邊線圈；所述接收線圈采用平面型磁芯，繞制成矩形雙邊線圈。所述充電平臺發射單元與無人機接收單元通過諧振線圈采用100kHz頻率傳遞功率，采用2.4GHz頻率傳遞充電信息。

進一步地描述本實施例的實現，如圖1所示，一種線圈位置自動調整的無人機無線充電續航裝置，包括充電平臺發射單元1和無人機接收單元2，充電平臺發射單元包括依次連接的平臺電源模塊11，信息解調模塊12，共振控制電路13，高頻逆變模塊14，通訊線圈15，發射線圈位置調整模塊16，發射線圈位置鎖定模塊17，發射線圈18。無人機接收單元2包括依次連接的接收線圈21，信息監測與調制單元22，高頻整流模塊23，電池信息檢測模塊24，無人機電池模塊25。

充電平臺電源模塊11為共振控制電路13提供充電電壓；信息解調模塊12，實現與無人機接收單元2的無線電信息交互，控制共振控制電路13，并向發射線圈位置鎖定模塊17發送位鎖信息指令；共振控制電路13控制高頻逆變模塊14的通斷；高頻逆變模塊14將平臺電源模塊11輸出的功率通過全橋逆變方式發出高頻振蕩電磁場；通訊線圈15接收線圈21通過電力載波傳送的通信信息；發射線圈位置調整模塊16，通過密布的壓力傳感器返回的信息，計算出無人機接收線圈21的位置，再調整發射線圈18位置；發射線圈位置鎖定模塊17，在信號解調模塊12與無人機接收單元2進行信息交互后，由軟件發出鎖定指令，將發射線圈18的位置固定；發射線圈18發射高頻逆變模塊14振蕩出的高頻振蕩功率；接收線圈21接收發射線圈18發射的能量；信息監測與調制單元22，調制電池信息檢測模塊24所檢測得到的電池信息，通過高頻信號和通信通道發送至信息解調模塊12；高頻整流模塊23將接收的能量整流穩壓成恒定的直流電，向無人機電池模塊25供電；電池信息檢測模塊24檢測無人機電池模塊25電池電壓等工作信息；無人機電池模塊25存儲電能，為無人機正常工作供電。

充電平臺發射單元1和無人機接收單元2通過諧振線圈采用100kHz頻率傳遞功率，采用2.4GHz頻率傳遞充電信息。

本實用新型增加了發射線圈位置調整模塊16，在充電平臺上合理布置壓力傳感器。當無人機起落架對充電平臺有力的作用，并達到一定的壓強，使得充電平臺上布置的某些壓力傳感器發出的電信號超出預設值，通過軟件計算可以得出接收線圈21的位置。壓強值可以根據無人機的實際重量進行設置，并確定此時的電信號強度。又由于磁耦合式無線傳能技術有一定的位置容錯性，所以對計算精度沒有特別高的要求。獲得接收線圈21的位置以后，小型傳動裝置帶動發射線圈18做水平方向移動，自動和接收線圈21進行位置匹配，而達到最佳的傳輸效率。工作流程如圖2所示。

本實用新型增加了發射線圈位置鎖定模塊17，當無人機降落在充電平臺上，發射線圈位置調整模塊16使發射線圈18達到計算出的最佳匹配位置后，該模塊檢測到來自信息解調模塊12發出的位鎖信號指令，通過小型傳動裝置將發射線圈18固定在充電平臺上，防止由于在充電過程中其他物體落在充電平臺上而引起發射線圈18位置的變化。當無人機需要起離充電平臺，信號解調模塊12中斷位鎖信號指令，使發射線圈位置鎖定模塊17解除發射線圈18的位置鎖定，等待下一次無人機降落到充電平臺。鎖定與解鎖的過程如圖3所示。

如圖4所示，發射線圈3，采用平面型磁芯，繞制成矩形單邊線圈；接收線圈4，利用平面型磁芯，繞制成矩形雙邊線圈。上述結構提高電能傳輸功率和傳輸效率的同時，提高其位置容錯性，從而降低了對無人機落點的精確度的要求，與傳統磁芯相比減小了整體重量，有利于減小無人機負重、提高續航能力。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。

雖然以上結合附圖描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領域普通技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本實用新型的原理和實質。本實用新型的范圍僅由所附權利要求書限定。