一种无人机无线充电系统及充电方法技术方案

本发明专利技术属于无线电能传输技术领域，公开了一种无人机无线充电系统及充电方法。通过充电平台的位置检测线圈阵列和发射模块得到无人机的次级线圈的坐标信息，通过充电平台的移动组件将充电平台的初级线圈移动到次级线圈的正下方，通过发射模块控制初级线圈放电，实现对无人机的无线充电。本发明专利技术解决现有技术中无人机无线充电装置存在的充电效率较低、能耗较高、成本较高的问题，本发明专利技术具有精准定点充电、耗能少、磁辐射低的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机无线充电系统及充电方法
本专利技术属于无线电能传输
，更具体地，涉及一种无人机无线充电系统及充电方法。
技术介绍
无线充电技术源于无线电能传输技术，由于充电器与用电设备之间以磁场传送能量，两者之间不用导线连接，因此充电器及用电设备可以做到无导线接点外露。现有的无线充电技术主要应用于手机、平板、笔记本等小功率充电的领域。无人机无线充电可以减小无人机电池包，进而降低无人机质量，提高续航能力。但是，由于无人机降落误差导致初级线圈和次级线圈存在偏移，导致两者之间的耦合系数改变，从而降低了无线充电效率；同时较大的发射端带来了绕线的高成本以及充电时不必要电能的损耗。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种无人机无线充电系统及充电方法，解决现有技术中无人机无线充电装置存在的充电效率较低、能耗较高、成本较高的问题。本专利技术提供一种无人机无线充电系统，包括：无人机和充电平台；所述无人机包括无人机本体和接收模块；所述接收模块安装在所述无人机本体的底部，所述接收模块包括次级线圈；所述充电平台包括平台壳体、发射模块、位置检测线圈阵列和供电电源；所述发射模块、所述位置检测线圈阵列、所述供电电源均设置在所述平台壳体的内部；所述发射模块包括初级线圈、移动组件和发射端控制电路；所述初级线圈活动安装在所述移动组件上；所述位置检测线圈阵列安装在所述平台壳体的内表面，且所述位置检测线圈阵列介于所述初级线圈与所述次级线圈之间；所述供电电源与所述位置检测线圈阵列电连接，通过所述位置检测线圈阵列和所述发射端控制电路得到所述次级线圈的坐标信息，通过所述移动组件将所述初级线圈移动到所述次级线圈的正下方，通过所述发射端控制电路控制所述初级线圈放电。优选的，所述发射端控制电路包括发射端补偿电路、逆变电路、控制器和电流采集电路；所述位置检测线圈阵列由多个检测线圈组成，所述供电电源与每个所述检测线圈电连接，并通以电流；所述电流采集电路用于获得所述位置检测线圈阵列输出的检测电流信息，并传输至所述控制器；所述控制器用于根据所述检测电流信息得到所述次级线圈的坐标信息，并将所述坐标信息转换为所述移动组件的移动驱动信号；所述移动组件根据所述移动驱动信号驱动所述初级线圈移动到与所述次级线圈同轴对齐的位置；所述控制器控制满足充电需求的直流电输入至所述逆变电路；所述逆变电路将直流电转换为高频交流电，并输入至所述发射端补偿电路；所述发射端补偿电路将高频交流电加载至所述初级线圈，所述初级线圈将高频交流电转换为电磁波进行传输。优选的，所述移动组件包括步进电机、XY轴滑轨、皮带、滑块和齿轮；所述初级线圈固定在所述滑块上，所述滑块活动安装在所述XY轴滑轨上，所述XY轴滑轨固定在所述平台壳体上，所述XY轴滑轨在X轴方向和Y轴方向上均安装有步进电机，所述步进电机与所述控制器电连接，所述步进电机与所述齿轮相连，所述齿轮与所述皮带连接；所述步进电机接收到来自所述控制器的移动驱动信号后带动所述齿轮转动，接着所述齿轮的转动转化为所述皮带的直线运动，使得所述初级线圈移动至控制信号对应的充电位置。优选的，所述接收模块还包括：接收端控制电路；所述接收端控制电路包括接收端补偿电路、整流电路和滤波电路；所述接收端补偿电路用于使所述次级线圈的固有频率达到无人机无线充电系统的工作频率；所述整流电路用于进行整流；所述滤波电路用于消除整流后的纹波。优选的，所述接收模块还包括：接收端通信电路；所述发射模块还包括：发射端通信电路；所述接收端通信电路用于发送充电需求信息至所述充电平台；所述发射端通信电路用于接收来自所述无人机的所述充电需求信息。优选的，所述无人机还包括：充电控制器和电池；所述充电控制器分别与所述电池、所述接收模块连接；所述充电控制器用于通过所述接收端通信电路向所述充电平台发送所述充电需求信息，所述充电控制器用于监测所述电池的电量。优选的，所述平台壳体采用绝缘材料制成，所述平台壳体上设置有散热孔；所述初级线圈和所述次级线圈均由高频Litz线绕制，所述初级线圈和所述次级线圈均由绝缘材料包裹。另一方面，本专利技术提供一种无人机无线充电方法，采用如上述的无人机无线充电系统实现，所述方法包括：通过充电平台的位置检测线圈阵列和发射模块得到无人机的次级线圈的坐标信息；通过所述充电平台的移动组件将所述充电平台的初级线圈移动到所述次级线圈的正下方；通过所述发射模块控制所述初级线圈放电，实现对所述无人机的无线充电。优选的，所述得到无人机的次级线圈的坐标信息的具体实现方式为：将所述充电平台的供电电源与构成所述位置检测线圈阵列的每个检测线圈电连接，并通以电流；在监测到没有无人机降落到所述充电平台的情况下，通过发射端控制电路中的电流采集电路获得所述位置检测线圈阵列输出的检测电流信息，每个所述检测线圈的电流值相同，并记为第一电流值，所述第一电流值存储至所述发射端控制电路中的控制器中；在监测到有无人机降落到所述充电平台的情况下，通过所述电流采集电路获得所述位置检测线圈阵列输出的检测电流信息，通过所述控制器将每个所述检测线圈的电流值与所述第一电流值进行对比，得到最小检测电流值对应的检测线圈，并将该检测线圈标记为第一线圈；所述第一线圈的位置与所述次级线圈的位置对应，所述控制器根据所述第一线圈的坐标信息得到所述次级线圈的坐标信息。优选的，所述的无人机无线充电方法包括以下步骤：步骤1.充电平台监测无线充电系统中是否有待充电的无人机；若有，则进入检测阶段，转入步骤2；若无，则继续处于等待阶段；步骤2.所述充电平台的所述发射模块向所述无人机发射脉冲能量，并判断是否接收到来自所述无人机的响应；若接收到响应，则所述发射模块继续进行脉冲能量发送并进入识别和配置阶段，转入步骤3；若没有接收到响应，则返回等待阶段，转入步骤1；步骤3.所述发射模块判断接收的数据包信息是否正确；若正确，则对所述无人机进行身份识别，并配置电能传输环境，进入电能传输阶段，转入步骤4；若错误或无法识别，则返回等待阶段，转入步骤1；步骤4.所述发射模块根据所述数据包信息对充电参数进行调制和修正，并监测判断电能传输的各约束条件是否超出所述数据包信息的约束要求；若未超出，则进行无线充电；若超出，则停止供电并返回等待阶段，转入步骤1。本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：在专利技术中，通过充电平台的位置检测线圈阵列和发射模块得到无人机的次级线圈的坐标信息，通过充电平台的移动组件将充电平台的初级线圈移动到次级线圈的正下方，通过发射模块控制初级线圈放电，实现对无人机的无线充电。本专利技术的发射端可以移动，能够实现精准定位无线充电，能够减小初级线圈的尺寸，具有精准定点充电、耗能少、磁辐射低的优势。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种无人机无线充电系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种无人机无线充电系统中无人机的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机无线充电系统，其特征在于，包括：无人机和充电平台；/n所述无人机包括无人机本体和接收模块；所述接收模块安装在所述无人机本体的底部，所述接收模块包括次级线圈；/n所述充电平台包括平台壳体、发射模块、位置检测线圈阵列和供电电源；所述发射模块、所述位置检测线圈阵列、所述供电电源均设置在所述平台壳体的内部；所述发射模块包括初级线圈、移动组件和发射端控制电路；所述初级线圈活动安装在所述移动组件上；所述位置检测线圈阵列安装在所述平台壳体的内表面，且所述位置检测线圈阵列介于所述初级线圈与所述次级线圈之间；/n所述供电电源与所述位置检测线圈阵列电连接，通过所述位置检测线圈阵列和所述发射端控制电路得到所述次级线圈的坐标信息，通过所述移动组件将所述初级线圈移动到所述次级线圈的正下方，通过所述发射端控制电路控制所述初级线圈放电。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机无线充电系统，其特征在于，包括：无人机和充电平台；
所述无人机包括无人机本体和接收模块；所述接收模块安装在所述无人机本体的底部，所述接收模块包括次级线圈；
所述充电平台包括平台壳体、发射模块、位置检测线圈阵列和供电电源；所述发射模块、所述位置检测线圈阵列、所述供电电源均设置在所述平台壳体的内部；所述发射模块包括初级线圈、移动组件和发射端控制电路；所述初级线圈活动安装在所述移动组件上；所述位置检测线圈阵列安装在所述平台壳体的内表面，且所述位置检测线圈阵列介于所述初级线圈与所述次级线圈之间；
所述供电电源与所述位置检测线圈阵列电连接，通过所述位置检测线圈阵列和所述发射端控制电路得到所述次级线圈的坐标信息，通过所述移动组件将所述初级线圈移动到所述次级线圈的正下方，通过所述发射端控制电路控制所述初级线圈放电。


2.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于，所述发射端控制电路包括发射端补偿电路、逆变电路、控制器和电流采集电路；
所述位置检测线圈阵列由多个检测线圈组成，所述供电电源与每个所述检测线圈电连接，并通以电流；所述电流采集电路用于获得所述位置检测线圈阵列输出的检测电流信息，并传输至所述控制器；所述控制器用于根据所述检测电流信息得到所述次级线圈的坐标信息，并将所述坐标信息转换为所述移动组件的移动驱动信号；所述移动组件根据所述移动驱动信号驱动所述初级线圈移动到与所述次级线圈同轴对齐的位置；
所述控制器控制满足充电需求的直流电输入至所述逆变电路；所述逆变电路将直流电转换为高频交流电，并输入至所述发射端补偿电路；所述发射端补偿电路将高频交流电加载至所述初级线圈，所述初级线圈将高频交流电转换为电磁波进行传输。


3.根据权利要求2所述的无人机无线充电系统，其特征在于，所述移动组件包括步进电机、XY轴滑轨、皮带、滑块和齿轮；
所述初级线圈固定在所述滑块上，所述滑块活动安装在所述XY轴滑轨上，所述XY轴滑轨固定在所述平台壳体上，所述XY轴滑轨在X轴方向和Y轴方向上均安装有步进电机，所述步进电机与所述控制器电连接，所述步进电机与所述齿轮相连，所述齿轮与所述皮带连接；
所述步进电机接收到来自所述控制器的移动驱动信号后带动所述齿轮转动，接着所述齿轮的转动转化为所述皮带的直线运动，使得所述初级线圈移动至控制信号对应的充电位置。


4.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于，所述接收模块还包括：接收端控制电路；所述接收端控制电路包括接收端补偿电路、整流电路和滤波电路；
所述接收端补偿电路用于使所述次级线圈的固有频率达到无人机无线充电系统的工作频率；所述整流电路用于进行整流；所述滤波电路用于消除整流后的纹波。


5.根据权利要求1所述的无人机无线充电系统，其特征在于，所述接收模块还包括：接收端通信电路；所述发射模块还包括：发射端通信电路；
所述接收端通信电路用于发送充电需求信息至所述充电平台；所述发射端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建贵，陈晨，李强，朱郭福，于天琦，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42