本實(shí)用新型屬于無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及多旋翼飛行器無(wú)線充電設(shè)備。

背景技術(shù)：

多旋翼飛行器是在一個(gè)飛行器上同時(shí)具有多個(gè)正迎角旋翼來(lái)產(chǎn)生升力，并按照不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)克服反扭力的飛行器。常見(jiàn)的有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等多旋翼飛行器。比如四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動(dòng)力源，旋翼對(duì)稱(chēng)分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼1和旋翼3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋翼2和旋翼4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱(chēng)的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器是通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。

多旋翼飛行器配有無(wú)線電遙控系統(tǒng)，具有易操作、自由切換多種飛行模式、方向靈活控制等特點(diǎn)，因此隨著多旋翼飛行器技術(shù)的發(fā)展，多旋翼飛行器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬，被用來(lái)錄制空中視頻、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、植物保護(hù)、安防巡邏等應(yīng)用上，但受到電池技術(shù)和充電技術(shù)的限制，多旋翼飛行器持續(xù)工作時(shí)間極短，尤其是在農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、植物保護(hù)、安防巡邏等全自動(dòng)巡航工作的領(lǐng)域應(yīng)用上受到了大大的制約。

目前對(duì)于多旋翼飛行器的電池充電一般采用取下電池，把電池插入電池充電器，這樣操作較為麻煩。無(wú)線供電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，如今已經(jīng)可以獲得小至5W，大至10kW以上的傳輸功率，這在無(wú)人飛行器的應(yīng)用上，是一大助力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供的多旋翼飛行器無(wú)線充電設(shè)備，通過(guò)無(wú)線充電的方法，大大地提高了多旋翼飛行器充電的便利性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供多旋翼飛行器無(wú)線充電設(shè)備，其特殊之處在于：

包括位于停機(jī)坪T的無(wú)線電能發(fā)射裝置A、位于多旋翼飛行器P上的無(wú)線電能接收裝置F，所述無(wú)線電能發(fā)射裝置A包括無(wú)線電能發(fā)射電路E、與無(wú)線電能發(fā)射電路E電連接的無(wú)線電能發(fā)射線圈B；所述無(wú)線電能接收裝置F包括無(wú)線電能接收線圈C、與無(wú)線電能接收線圈C電連接的無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D；無(wú)線電能發(fā)射線圈B與無(wú)線電能接收線圈C之間通過(guò)電磁波無(wú)線連接。

進(jìn)一步地，無(wú)線電能發(fā)射電路E位于停機(jī)坪內(nèi)部，無(wú)線電能發(fā)射線圈B平行于停機(jī)坪T表面安裝。

進(jìn)一步地，無(wú)線電能發(fā)射電路E包括與整流濾波I輸出端電連接的DC-DC調(diào)壓、控制器I、通信模塊I，所述控制器I的輸出端分別與DC-DC調(diào)壓的輸入端、通信模塊I的輸入端、PWM生成器的輸入端相連，PWM生成器的輸出端和DC-DC調(diào)壓的輸出端之間依次設(shè)置有功率管驅(qū)動(dòng)、功率管放大電路，并且功率管放大電路的輸出端與無(wú)線電能發(fā)射線圈B相連。

進(jìn)一步地，無(wú)線電能接收線圈C安裝于多旋翼飛行器P的機(jī)身外，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D安裝于多旋翼飛行器P的機(jī)體內(nèi)部。

進(jìn)一步地，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D包括整流濾波II、控制器II、通信模塊II、開(kāi)關(guān)，其中整流濾波II的輸入端與無(wú)線電能接收線圈C相連，整流濾波II的輸出端與開(kāi)關(guān)輸入端相連，控制器II的輸出端分別連接通信模塊II的輸入端及開(kāi)關(guān)的輸入端，開(kāi)關(guān)的輸出端與多旋翼飛行器P內(nèi)的電池電連接，電池還與控制器II的輸入端相連。

進(jìn)一步地，無(wú)線電能接收線圈C圍繞多旋翼飛行器P的電機(jī)懸臂安裝或圍繞多旋翼飛行器P的旋翼外圍安裝。

進(jìn)一步地，所述外設(shè)電源為交流市電、發(fā)電機(jī)、低壓直流電源中的一種。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益之處在于：本實(shí)用新型通過(guò)無(wú)線電能傳輸?shù)姆绞綖槎嘈盹w行器電池進(jìn)行充電，為多旋翼飛行器持續(xù)作業(yè)解決了充電上的難題。在停機(jī)坪范圍內(nèi)鋪設(shè)無(wú)線電能發(fā)射裝置，將無(wú)線電能接收裝置安裝在多旋翼飛行器上，在無(wú)線電能發(fā)射裝置和無(wú)線電能接收裝置的配合下，發(fā)射線圈和接收線圈之間通過(guò)電磁能進(jìn)行電能傳輸，配合相應(yīng)的電路連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼飛行器電池進(jìn)行充電的工作。在結(jié)構(gòu)上，無(wú)需將電池取下單獨(dú)進(jìn)行充電工作，只需多旋翼飛行器位于停機(jī)坪范圍內(nèi)，即可便利得為電池提供電能。根據(jù)本實(shí)用新型提供的裝置，解決充電困難，為多旋翼飛行器在多領(lǐng)域應(yīng)用提供便利。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的無(wú)線電能發(fā)射裝置安裝示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的無(wú)線電能接收裝置安裝示意圖一；

圖3是本實(shí)用新型的無(wú)線電能接收裝置安裝示意圖二；

圖4是本實(shí)用新型的多旋翼飛行器無(wú)線充電設(shè)備示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的多旋翼飛行器無(wú)線充電原理示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的無(wú)線電能發(fā)射裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖7是本實(shí)用新型的無(wú)線電能接收裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

標(biāo)記說(shuō)明：A、無(wú)線電能發(fā)射裝置，B、無(wú)線電能發(fā)射線圈，C、無(wú)線電能接收線圈，D、無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路，E、無(wú)線電能發(fā)射電路，F(xiàn)、無(wú)線電能接收裝置，P、多旋翼飛行器，T、停機(jī)坪。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖1至附圖7，給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，用來(lái)對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中采用四旋翼飛行器為例進(jìn)行說(shuō)明，關(guān)于四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在本實(shí)施例中不再詳細(xì)說(shuō)明，僅借助四旋翼飛行器對(duì)本實(shí)用新型的無(wú)線充電設(shè)備進(jìn)行解釋。

在附圖1、附圖4中，本實(shí)施例的停機(jī)坪T上安裝有無(wú)線電能發(fā)射裝置A，其中，無(wú)線電能發(fā)射裝置A包括無(wú)線電能發(fā)射電路E、與無(wú)線電能發(fā)射電路E電連接的無(wú)線電能發(fā)射線圈B；無(wú)線電能發(fā)射電路E安裝在停機(jī)坪T的內(nèi)部，在附圖中為給出具體布局標(biāo)示；無(wú)線電能發(fā)射線圈B平行于停機(jī)坪T表面安裝。無(wú)線電能發(fā)射線圈B圍繞停機(jī)坪T的外圍輪廓設(shè)置，可通過(guò)支架將無(wú)線電能發(fā)射線圈B固定在停機(jī)坪T上表面。

無(wú)線電能發(fā)射電路E通過(guò)與外設(shè)電源電連接，獲取電能；外設(shè)電源可以是交流市電、發(fā)電機(jī)、低壓直流電源等，根據(jù)選用的電源類(lèi)型不同，無(wú)線電能發(fā)射電路E整流和放大部分需要做相應(yīng)調(diào)整，相應(yīng)的調(diào)整也不屬于本實(shí)用新型要描述的重點(diǎn)，此處不再展開(kāi)說(shuō)明。

在附圖2至附圖4中，四旋翼飛行器P的上安裝有無(wú)線電能接收裝置F，其中，無(wú)線電能接收裝置F包括無(wú)線電能接收線圈C、與無(wú)線電能接收線圈C電連接的無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D；無(wú)線電能發(fā)射線圈B與無(wú)線電能接收線圈C之間通過(guò)電磁波無(wú)線連接，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D與多旋翼飛行器P內(nèi)的電池電連接，電池未在結(jié)構(gòu)圖中示出。

在本實(shí)施例中，四旋翼飛行器P的控制電路、電池等安裝在機(jī)體的中心，本實(shí)施例僅借助四旋翼飛行器P的結(jié)構(gòu)來(lái)描述無(wú)線充電設(shè)備。多旋翼飛行器的控制電路一般安裝于四旋翼飛行器機(jī)體中心部位，在設(shè)計(jì)中，需要減少無(wú)線電能接收線圈C接收電磁波的過(guò)程中產(chǎn)生的諧振對(duì)四旋翼飛行器控制電路的影響，無(wú)線電能接收線圈C的電導(dǎo)體需離四旋翼飛行器機(jī)體中心相對(duì)位置較遠(yuǎn)；如附圖2，在本實(shí)例中無(wú)線電能接收線圈C安裝于四旋翼飛行器電機(jī)懸臂上，無(wú)線電能接收線圈C繞四個(gè)電機(jī)的懸臂圍接成環(huán)形狀。

根據(jù)附圖5，四旋翼飛行器充電時(shí)，無(wú)線電能發(fā)射電路E把外設(shè)電源的電能轉(zhuǎn)換為高頻交變電流，通過(guò)無(wú)線電能發(fā)射線圈B轉(zhuǎn)化為電磁波，無(wú)線電能接收線圈C接收到電磁波并輸出高頻交變電流，通過(guò)無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D的整流濾波II后供給多旋翼飛行器電池充電。

本實(shí)施例中多旋翼飛行器進(jìn)入無(wú)線充電停機(jī)坪，按照以下步驟進(jìn)行多旋翼飛行器的降落停靠判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)多旋翼飛行器的無(wú)線充電：

按照以下步驟實(shí)現(xiàn)多旋翼飛行器的充電過(guò)程：

步驟1、多旋翼飛行器P向停機(jī)坪T上的無(wú)線電能發(fā)射裝置A發(fā)送充電請(qǐng)求，無(wú)線電能發(fā)射裝置A接收到充電請(qǐng)求，通過(guò)無(wú)線電能發(fā)射線圈B發(fā)送正常充電電能10%的電磁能，同時(shí)檢測(cè)無(wú)線電能發(fā)射電路E的供電電壓U1、供電電流I1；

步驟2、多旋翼飛行器P的無(wú)線電能接收裝置F接收來(lái)自步驟1的電能后，檢測(cè)無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D的充電電壓U2和充電電流I2，并通過(guò)無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D內(nèi)的通信模塊II反饋給無(wú)線電能發(fā)射裝置A；

步驟3、無(wú)線電能發(fā)射裝置A根據(jù)U1*I1得出的供電功率P1，以及無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D反饋獲得的U2*I2得出的充電功率P2，比較P1、P2得出發(fā)射與接收間的傳輸效率K=P1/P2，若K的值大于1/2，判定飛行器?？吭谡_的位置，則繼續(xù)進(jìn)行充電。

在本實(shí)施例中，對(duì)電池初始充電時(shí)，無(wú)線電能發(fā)射線圈B發(fā)送正常充電電能10%的電磁能，10%為電磁能的最低發(fā)射值，也可選取15%、20%等大于10%的電磁能，而關(guān)于K的值，預(yù)先有設(shè)定閾值，當(dāng)K的值大于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，判定繼續(xù)充電，在本實(shí)施例中K的閾值選取1/2。

在步驟3中，當(dāng)確保傳輸效率足夠高時(shí)，根據(jù)多旋翼飛行器的動(dòng)力電池充電特性，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D可采取所需的充電策略，對(duì)充電過(guò)程中的電能需求，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D經(jīng)無(wú)線通信模塊反饋給無(wú)線電能發(fā)射裝置A，無(wú)線電能發(fā)射裝置A則根據(jù)需求發(fā)射相應(yīng)的電磁能。

在多旋翼飛行器中使用的電池為鋰電池，而對(duì)于鋰電池的充電管理，比如電池的充電特性、充電策略、對(duì)電能的需求屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，在本實(shí)用新型中僅借助于電池來(lái)說(shuō)明多旋翼飛行器上電池的無(wú)線充電動(dòng)態(tài)。

在一實(shí)例中，當(dāng)K值在1/2以上，且U2在電池充電限制電壓以下時(shí)，多旋翼飛行器P向停機(jī)坪T的無(wú)線電能發(fā)射裝置A請(qǐng)求大于10%的電能，直至I2達(dá)到電池所需的恒流充電電流值。

當(dāng)U2達(dá)到多旋翼飛行器P電池的充電限制電壓時(shí)，多旋翼飛行器P向停機(jī)坪T的無(wú)線電能發(fā)射裝置A請(qǐng)求減少發(fā)射電能，使多旋翼飛行器P進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)；在恒壓充電狀態(tài)下，若I2減少到接近0時(shí)，電池電量接近飽和，充電完成，停機(jī)坪T停止電能發(fā)射。

在附圖6中給出了無(wú)線電能發(fā)射裝置A拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，無(wú)線電能發(fā)射電路E包括與整流濾波I輸出端電連接的DC-DC調(diào)壓、控制器I、通信模塊I，在本實(shí)施例中，整流濾波I對(duì)外接220V AC電源進(jìn)行處理。所述控制器I的輸出端分別與DC-DC調(diào)壓的輸入端、通信模塊I的輸入端、PWM生成器的輸入端相連，PWM生成器的輸出端和DC-DC調(diào)壓的輸出端之間依次設(shè)置有功率管驅(qū)動(dòng)、功率管放大電路，并且功率管放大電路的輸出端與無(wú)線電能發(fā)射線圈B相連。功率管驅(qū)動(dòng)的輸入端與PWM生成器的輸出端相連，功率管驅(qū)動(dòng)的輸出端與功率管放大電路的輸入端相連，功率管放大電路的輸入端與DC-DC調(diào)壓的輸出端相連。

無(wú)線電能發(fā)射裝置A的電路原理為：無(wú)線電能發(fā)射電路E接收經(jīng)整流濾波I處理后的電能，通過(guò)DC-DC調(diào)壓供電給連接有無(wú)線電能發(fā)射線圈B的功率管放大電路，無(wú)線電能發(fā)射電路E內(nèi)的控制器I通過(guò)通信模塊I收發(fā)無(wú)線電能接收裝置F的信息，根據(jù)無(wú)線電能接收裝置F的需求控制PWM生成器的PWM占空比，以及DC-DC輸出的電壓，以調(diào)節(jié)功率管放大電路的波形幅度與占空比，最終控制無(wú)線電能發(fā)射線圈B發(fā)出的電磁波能量大小。同時(shí)，在功率管驅(qū)動(dòng)的輸出端和PWM生成器的輸入端之間設(shè)置有保護(hù)模塊，來(lái)對(duì)無(wú)線電能發(fā)射電路E內(nèi)進(jìn)行保護(hù)。

在附圖7中給出了無(wú)線電能接收裝置F的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，無(wú)線電能轉(zhuǎn)化電路D包括整流濾波II、控制器II、通信模塊II、開(kāi)關(guān)，其中整流濾波II的輸入端與無(wú)線電能接收線圈C相連，整流濾波II的輸出端與開(kāi)關(guān)輸入端相連，控制器II的輸出端分別連接通信模塊II的輸入端及開(kāi)關(guān)的輸入端，開(kāi)關(guān)的輸出端與多旋翼飛行器P內(nèi)的電池電連接，電池還與控制器II的輸入端相連。

無(wú)線電能接收裝置F的電路原理為：控制器II通過(guò)通信模塊II發(fā)送充電請(qǐng)求給無(wú)線電能發(fā)射裝置A，無(wú)線電能接收線圈C通過(guò)無(wú)線電能發(fā)射線圈B接收電能經(jīng)過(guò)整流濾波II，控制器II根據(jù)電池狀態(tài)控制開(kāi)關(guān)給電池充電，以及電池的充電電壓U2、充電電流I2等信息，由控制器II檢測(cè)后通過(guò)通信模塊II持續(xù)發(fā)送給無(wú)線電能發(fā)射裝置A，并根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)改變發(fā)送的充電電能請(qǐng)求。

實(shí)施例2

在本實(shí)例中，充電設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)及充電過(guò)程類(lèi)似于實(shí)施例1，僅僅在無(wú)線電能發(fā)射線圈、無(wú)線電能接收線圈的安裝上有進(jìn)一步的變化，在本實(shí)施例中仍以四旋翼飛行器為例。

在本實(shí)施例中無(wú)線電能發(fā)射線圈也可以直接鋪設(shè)在停機(jī)坪T上表面，在鋪設(shè)的時(shí)候也應(yīng)注意無(wú)線電能發(fā)射線圈B圍繞停機(jī)坪T的外圍輪廓設(shè)置。

無(wú)線電能接收線圈安裝于旋翼外圍，將四個(gè)旋翼的四個(gè)端部圍接成環(huán)狀，既實(shí)現(xiàn)與無(wú)線電能發(fā)射線圈之間的電磁波傳輸，又形成防撞欄來(lái)保護(hù)四旋翼飛行器。

在實(shí)施例1、實(shí)施例2中均采用四旋翼飛行器進(jìn)行說(shuō)明，但本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍不限于四旋翼，也可用于三旋翼、六旋翼、八旋翼等多旋翼飛行器。在使用其他類(lèi)型的多旋翼飛行器時(shí)，無(wú)線電能接收線圈均圍繞相應(yīng)的多旋翼飛行器電機(jī)懸臂形成環(huán)狀或安裝于多個(gè)旋翼外圍形成環(huán)狀。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。