多通道无人机非接触式无线宽频充电装置及其充电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多通道无人机非接触式无线宽频充电装置及其充电方法。该充电装置由充电台发射端和无人机接收端组成；主电源转换分流模块将供电电流转换成直流电，放大器将该直流电转换成可控高频交流电，然后经发射线圈转换成宽频电磁波，再通过充电台智能调整模组和无人机智能调整模组选取传输效率最佳的发射线圈和接收线圈；接收线圈接收宽频电磁波并转化为可控高频交流电，经整流模块及转换分流模块整流稳压后为无人机电池充电；充电过程中，充电台无线通信模块与无人机无线通信模块进行无线通信，联通无人机与充电台；智能电池芯片监测电池电量及充电状况，合理控制充电电压，有效提高充电效率，缩短充电时间。

【技术实现步骤摘要】
多通道无人机非接触式无线宽频充电装置及其充电方法
本专利技术属于无人机无线充电
，涉及一种多通道无人机非接触式无线宽频充电装置及其充电方法。
技术介绍
近些年来，无线充电设备有了突飞猛进的发展，无人机这种全方位移动设备的无线充电分为接触式充电和非接触式充电两种。无人机接触式充电方式，劣势比较明显，受环境制约影响比较大，室外环境影响也比较严峻。非接触式充电方式，分为水平移动式的无线充电以及垂直移动式的无线充电。水平式的无线充电可以适用于无人机升降台充电。水平移动式的无线充电设备，现有的技术通常是在地面上或以下埋设发射板，发射板一般为多个圆形或矩形线圈排布的线圈阵列；然后在水平移动设备上设置接收板，当水平移动设备经过时，对接匹配发送板与接收板位置，发送板就会给接收板传输能量，这种充电方式属于窄带充电技术。窄带充电技术需要进行精准位置对接匹配，位置对接匹配难度较大、影响因素较多，很难达到预期效果，会使接收到的能量不稳定且能量传输损耗严重，导致充电效率低、充电时间长。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供一种多通道无人机非接触式无线宽频充电装置及其充电方法，以解决现有无人机无线充电需要进行精准位置对接匹配，传输能量不稳定，充电效率低、充电时间长的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，由多个充电台的充电台发射端与无人机的无人机接收端组成；每个所述充电台发射端包括：主电源转换分流模块，用于将供电电流转换成放大器所需的直流电，并为充电台微控制器及与充电台微控制器连接的各部件提供工作电压；充电台微控制器，用于监测并控制与其连接的充电台无线通信模块、放大器、充电台智能调整模组、充电台感应器及充电台监测模块，使得电能传输高效安全；充电台无线通信模块，用于与无人机接收端的无人机无线通信模块进行无线通信；放大器，用于将直流电转换成所需可控高频交流电，为逆变放大器；充电台智能调整模组，用于配合充电台微控制器和充电台无线通信模块，提高充电效率；当单架无人机进行充电时，调整充电台发射端阻抗，选取电能发射效率最佳的发射线圈，提高充电效率；当多架无人机共同充电时，依据每个无人机电池电量，调整无人机的充电次序和充电台发射端充电功率，提高充电效率；发射线圈，用于将可控高频交流电转化为宽频电磁波；发射线圈以方形或圆形成形，同时优化其线路规格、盘旋间隔、弯转角度、整体的长宽物理规格，考量发射线圈电路板材质的特性以及应用距离，使之可以在有效传输范围内获得最强电磁共鸣耦合和极高的传输效率，以便在各种应用场景工作；充电台感应器，用于检测充电台发射端内部所有电流和电压值，使充电台微控制器在非正常工作的情况下做出正确指示；充电台监测模块，用于检测主电源转换分流模块输送给放大器的直流电电压电流及放大器进行DC-AC变换之后的交流电电压电流；每个所述无人机接收端包括：无人机微控制器，用于监测并控制与其连接的无人机无线通信模块、无人机感应器、无人机智能调整模组、稳压转换分流模块、智能电池芯片及无人机监测模块，保证能量传输高效安全；无人机无线通信模块，用于与充电台发射端的充电台无线通信模块进行通信；无人机感应器，用于探测充电台与无人机的水平和垂直距离，由红外感应器及非接触磁性开关组成；接收线圈，用于将接收的宽频电磁波转化为可控高频交流电；无人机智能调整模组，用于配合无人机微控制器和无人机无线通信模块，提高充电效率；当无人机进行充电时，对无人机接收端进行阻抗优化，选取电能接收效率最佳的接收线圈，提高充电效率；整流模块，用于将可控高频交流电转变为所需直流电；稳压转换分流模块，用于对整流后的直流电进行稳压处理，为无人机的电池充电，并为无人机微控制器及与无人机微控制器连接的各部件提供工作电压；智能电池芯片，用于监测电池的电量及充电状况，并根据电池的电量及充电状况发出指示信号；无人机监测模块，用于检测整流模块输出的直流电电压电流值，并传输检测值至无人机微控制器。进一步的，所述整流模块内部电路为单向桥式整流电路；所述单向桥式整流电路包括交流电输入端，交流电输入端正极连接电感L1及并联电容C1、C2一端，并联电容C1、C2另一端连接交流电输入端负极；电感L1另一端连接整流元件D1的输出端，整流元件D1的输出端连接整流元件D2的输入端，整流元件D1及整流元件D3的输入端接地，交流电输入端负极连接整流元件D3的输出端，整流元件D3的输出端连接整流元件D4的输入端；整流元件D2及整流元件D4的输出端连接电感L2一端；电感L2另一端连接并联电容C3、C4一端，并联电容C3、C4另一端接地。进一步的，所述稳压转换分流模块内部包含稳压电路；所述稳压电路包括DC-DC电源开关，整流模块的电感L2连接并联电容C3、C4的一端连接稳压转换模块的DC-DC电源开关的1#引脚，该DC-DC电源开关的1#引脚经电阻R1串联发光二极管D5后接地，2#及4#引脚接地，3#引脚输出稳压后的直流电至DCOUTPUT端。进一步的，所述接收线圈的数量、形状及布局取决于发射线圈的形状及布局。进一步的，所述充电台外围设有电磁屏蔽片、膜或涂层。进一步的，所述多个充电台形成充电台阵列。本专利技术所采用的另一技术方案是，多通道无人机非接触式无线宽频充电方法，具体步骤如下：步骤一、智能电池芯片检测无人机电池的电量并反馈给无人机微控制器，无人机电池电量低于设定值时，选择距离最近的充电台为目标去充电；步骤二、无人机无线通信模块发出连接信号，建立与充电台无线通信模块的无线通信；步骤三、充电台无线通信模块发送允许降落或悬停待机完成后降落信号至待充电无人机，待充电无人机的无人机无线通信模块接收该信号并反馈无人机微控制器，控制待充电无人机进行降落或悬停待机完成后降落；步骤四、无人机降落前，通过无人机无线通信模块和充电台无线通信模块的RSSI信号确定无人机与充电台的相对位置，使无人机到达充电台10米对空半径范围内，当RSSI信号强度指示到达2米范围内时，切换红外感应器超声波探测无人机位置，最后充电台使用非接触磁性开关判定无人机是否到达最优位置；如未到达，微调无人机姿态并重新检测，以使其到达最优位置；无人机到达最优位置后开始降落，并通过无人机无线通信模块发送最优位置认可信号和降落确认信号至充电台微控制器；步骤五、主电源转换分流模块将供电电压转换成放大器所需直流电，该直流电经放大器转换为可控高频交流电后，经发射线圈转化为宽频电磁波；充电台感应器检测充电台发射端内部所有电流和电压值，使充电台微控制器在非正常工作的情况下做出正确指示；充电台监测模块检测主电源转换分流模块输送给放大器的直流电电压电流及放大器转换的交流电电压电流是否符合需求；然后，充电台智能调整模组配合充电台微控制器和充电台无线通信模块，调整充电台发射端阻抗，多个发射线圈尝试微调匹配，选择传输效率最佳的发射线圈，发射相应宽频电磁波；无人机智能调整模组配合无人机微控制器和无人机无线通信模块，调整无人机接收端阻抗，多个接收线圈尝试微调匹配，选择传输效率最佳的接收线圈；接着，该接收线圈接收选择的传输效率最佳的发射线圈发射的宽频电磁波，并将其转化为可控高频交流电，经整流模块将该可控高频交流电转变为所需直流电，并利用无人机监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，由多个充电台的充电台发射端与无人机的无人机接收端组成；每个所述充电台发射端包括：主电源转换分流模块（1），用于将供电电流转换成放大器（4）所需的直流电，并为充电台微控制器（2）及与充电台微控制器（2）连接的各部件提供工作电压；充电台微控制器（2），用于监测并控制与其连接的充电台无线通信模块（3）、放大器（4）、充电台智能调整模组（5）、充电台感应器（7）及充电台监测模块（8），使得电能传输高效安全；充电台无线通信模块（3），用于与无人机接收端的无人机无线通信模块（10）进行无线通信；放大器（4），用于将直流电转换成所需可控高频交流电，为逆变放大器；充电台智能调整模组（5），用于配合充电台微控制器（2）和充电台无线通信模块（3），提高充电效率；当单架无人机进行充电时，调整充电台发射端阻抗，选取电能发射效率最佳的发射线圈（6），提高充电效率；当多架无人机共同充电时，依据每个无人机电池（17）电量，调整无人机的充电次序和充电台发射端充电功率，提高充电效率；发射线圈（6），用于将可控高频交流电转化为宽频电磁波；发射线圈（6）以方形或圆形成形，同时优化其线路规格、盘旋间隔、弯转角度、整体的长宽物理规格，考量发射线圈（6）电路板材质的特性以及应用距离，使之可以在有效传输范围内获得最强电磁共鸣耦合和极高的传输效率，以便在各种应用场景工作；充电台感应器（7），用于检测充电台发射端内部所有电流和电压值，使充电台微控制器（2）在非正常工作的情况下做出正确指示；充电台监测模块（8），用于检测主电源转换分流模块（1）输送给放大器（4）的直流电电压电流及放大器（4）进行DC‑AC变换之后的交流电电压电流；每个所述无人机接收端包括：无人机微控制器（9），用于监测并控制与其连接的无人机无线通信模块（10）、无人机感应器（11）、无人机智能调整模组（13）、稳压转换分流模块（15）、智能电池芯片（16）及无人机监测模块（18），保证能量传输高效安全；无人机无线通信模块（10），用于与充电台发射端的充电台无线通信模块（3）进行通信；无人机感应器（11），用于探测充电台与无人机的水平和垂直距离，由红外感应器及非接触磁性开关组成；接收线圈（12），用于将接收的宽频电磁波转化为可控高频交流电；无人机智能调整模组（13），用于配合无人机微控制器（9）和无人机无线通信模块（10），提高充电效率；当无人机进行充电时，对无人机接收端进行阻抗优化，选取电能接收效率最佳的接收线圈（12），提高充电效率；整流模块（14），用于将可控高频交流电转变为所需直流电；稳压转换分流模块（15），用于对整流后的直流电进行稳压处理，为无人机的电池（17）充电，并为无人机微控制器（9）及与无人机微控制器（9）连接的各部件提供工作电压；智能电池芯片（16），用于监测电池（17）的电量及充电状况，并根据电池（17）的电量及充电状况发出指示信号；无人机监测模块（18），用于检测整流模块（14）输出的直流电电压电流值，并传输检测值至无人机微控制器（9）。...

【技术特征摘要】
1.多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，由多个充电台的充电台发射端与无人机的无人机接收端组成；每个所述充电台发射端包括：主电源转换分流模块（1），用于将供电电流转换成放大器（4）所需的直流电，并为充电台微控制器（2）及与充电台微控制器（2）连接的各部件提供工作电压；充电台微控制器（2），用于监测并控制与其连接的充电台无线通信模块（3）、放大器（4）、充电台智能调整模组（5）、充电台感应器（7）及充电台监测模块（8），使得电能传输高效安全；充电台无线通信模块（3），用于与无人机接收端的无人机无线通信模块（10）进行无线通信；放大器（4），用于将直流电转换成所需可控高频交流电，为逆变放大器；充电台智能调整模组（5），用于配合充电台微控制器（2）和充电台无线通信模块（3），提高充电效率；当单架无人机进行充电时，调整充电台发射端阻抗，选取电能发射效率最佳的发射线圈（6），提高充电效率；当多架无人机共同充电时，依据每个无人机电池（17）电量，调整无人机的充电次序和充电台发射端充电功率，提高充电效率；发射线圈（6），用于将可控高频交流电转化为宽频电磁波；发射线圈（6）以方形或圆形成形，同时优化其线路规格、盘旋间隔、弯转角度、整体的长宽物理规格，考量发射线圈（6）电路板材质的特性以及应用距离，使之可以在有效传输范围内获得最强电磁共鸣耦合和极高的传输效率，以便在各种应用场景工作；充电台感应器（7），用于检测充电台发射端内部所有电流和电压值，使充电台微控制器（2）在非正常工作的情况下做出正确指示；充电台监测模块（8），用于检测主电源转换分流模块（1）输送给放大器（4）的直流电电压电流及放大器（4）进行DC-AC变换之后的交流电电压电流；每个所述无人机接收端包括：无人机微控制器（9），用于监测并控制与其连接的无人机无线通信模块（10）、无人机感应器（11）、无人机智能调整模组（13）、稳压转换分流模块（15）、智能电池芯片（16）及无人机监测模块（18），保证能量传输高效安全；无人机无线通信模块（10），用于与充电台发射端的充电台无线通信模块（3）进行通信；无人机感应器（11），用于探测充电台与无人机的水平和垂直距离，由红外感应器及非接触磁性开关组成；接收线圈（12），用于将接收的宽频电磁波转化为可控高频交流电；无人机智能调整模组（13），用于配合无人机微控制器（9）和无人机无线通信模块（10），提高充电效率；当无人机进行充电时，对无人机接收端进行阻抗优化，选取电能接收效率最佳的接收线圈（12），提高充电效率；整流模块（14），用于将可控高频交流电转变为所需直流电；稳压转换分流模块（15），用于对整流后的直流电进行稳压处理，为无人机的电池（17）充电，并为无人机微控制器（9）及与无人机微控制器（9）连接的各部件提供工作电压；智能电池芯片（16），用于监测电池（17）的电量及充电状况，并根据电池（17）的电量及充电状况发出指示信号；无人机监测模块（18），用于检测整流模块（14）输出的直流电电压电流值，并传输检测值至无人机微控制器（9）。2.根据权利要求1所述的多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，所述整流模块（14）内部电路为单向桥式整流电路；所述单向桥式整流电路包括交流电输入端，交流电输入端正极连接电感L1及并联电容C1、C2一端，并联电容C1、C2另一端连接交流电输入端负极；电感L1另一端连接整流元件D1的输出端，整流元件D1的输出端连接整流元件D2的输入端，整流元件D1及整流元件D3的输入端接地，交流电输入端负极连接整流元件D3的输出端，整流元件D3的输出端连接整流元件D4的输入端；整流元件D2及整流元件D4的输出端连接电感L2一端；电感L2另一端连接并联电容C3、C4一端，并联电容C3、C4另一端接地。3.根据权利要求1所述的多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，所述稳压转换分流模块（15）内部包含稳压电路；所述稳压电路包括DC-DC电源开关，整流模块（14）的电感L2连接并联电容C3、C4的一端连接稳压转换模块（15）的DC-DC电源开关的1#引脚，该DC-DC电源开关的1#引脚经电阻R1串联发光二极管D5后接地，2#及4#引脚接地，3#引脚输出稳压后的直流电至DCOUTPUT端。4.根据权利要求1所述的多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，所述接收线圈（12）的数量、形状及布局取决于发射线圈（6）的形状及布局。5.根据权利要求1所述的多通道无人机非接触式无线宽频充电装置，其特征在于，所述充电台外围设有电磁屏蔽片、膜或涂层。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，
申请(专利权)人：西安电掣风云智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61