[發明專利]一種四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機

有效

• 申請號: 202111348169.2
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114454738B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 武曉康;孫兆龍;王毅;高鍵鑫;劉洋;孫盼;馮國利;熊義勇;戈子豪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: B60L53/12
• 分類號: B60L53/12;B60L53/122;B60L53/62;B64C27/26;B64D27/24;B64C9/00;H02J50/12;H05K7/20;H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 胡江

本發明公開了一種四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機，包括無人機本體和無線供電系統，無人機本體包括位翼身，位于翼身左側的左尾撐、左電池艙、左V尾及左外翼；位于翼身右側的右尾撐、右電池艙、右外翼及右V尾；無線供電系統包括發射系統、接收系統和控制系統；所述接收系統包括接收線圈和接收端變換器；充電過程中無需人工輔助，提高了充電效率，同時具備操縱靈活、續航力強、快速模塊化組裝、拆卸和維修的優點。

技術領域

本專利涉及無人機設備領域，具體說是一種四旋翼和固定翼復合模塊 式無線充電無人機。

背景技術

無人機由于成本低、易于使用等特點，在消費和工業領域得到越來越廣 泛的使用。目前國內外無人機主要有三類，第一類為固定翼無人機，第二 類為傳統類型無人直升飛機，第三類為電動多軸無人機。第一類的固定翼 無人機飛行效率高但無法垂直起降，使用場地受限；第二類的傳統無人直 升機可垂直起降，但機械及動力傳動結構復雜，成本高、安全性低且操作 難度大；第三類電動多軸無人機操作簡單，但其續航時間短、可加載負重少；

另一方面現有技術中無人機結構多大為一體化結構，加工組裝及維修難 度大而且充電方式大多需要人工輔助，充電效率較低，充電模塊也較為笨 重。

發明內容

針對上述問題，本發明目的在于提供一種操縱性好，續航力強可快速 實現加工組裝及維修的四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機。

作為本發明的一個方面，本發明采用的技術方案是：一種四旋翼和固 定翼復合模塊式無線充電無人機，包括無人機本體和無線供電系統，

無人機本體包括位于中部的大展弦比流線型結構的翼身；位于翼身左 側的左尾撐、左電池艙、左V尾及左外翼；位于翼身右側的右尾撐、右電 池艙、右外翼、右V尾、垂直方向旋翼；

無線供電系統包括發射系統、接收系統和控制系統；

所述發射系統向接收系統的發射線圈輸入高頻交流電，包括發射端變 換器和發射線圈

所述接收系統包括接收線圈和接收端變換器；接收系統感應發射線圈 形成的高頻強磁場，感應、整流和濾波為無人機電池所需的充電電壓；接 收系統采用全橋可控整流拓撲結構，用四個mosfet代替傳統不控整流的四 個二極管；然后每個mosfet上設置同步整流芯片檢測反向導通壓降，在電 流反向導通的時候，開通mosfet，降低損耗；線圈則采用輕型利茲線，尤 其磁材選用高磁導率的納米晶材料，可以大大降低磁材重量，而常規的無 線充電系統中，磁材的重量占比在30％以上；

所述控制系統包括發射端變換器控制器、接收端變換器控制器、保護裝 置及通訊模塊；控制系統分布在發射端變換器和接收端變換器內，用于進 行充電控制和電氣安全控制。

進一步的，所述發射端變換器包括PFC模塊、高頻逆變模塊及控制單 元，發射端變換器將220V/50Hz交流電經過PFC整流濾波后轉換為直流電， 再通過由一組碳化硅MOS管組成的高頻逆變單元轉換為高頻方波電壓，向 發射線圈輸入高頻交流電；所述發射線圈包括利茲線、高磁導率材料的磁 材和諧振電容組；發射線圈安裝在無人機機庫停機面板下面，發射線圈上 表面與機庫停機面板相平；

進一步的，所述接收線圈和發射線圈采用相同的形狀，接收線圈選用 平面單極矩形線圈，且采用輕量化的磁材；接收線圈通過感應發射線圈形 成的高頻強磁場得到感應電動勢，并通過諧振電容得到相位匹配的高頻電 流；接收線圈將發射線圈產生的高頻電磁場以電磁感應的形式耦合感應產 生與發射線圈相同頻率的交流電；接收線圈的電能通過接收端變換器的全 橋整流和濾波為無人機電池所需要電壓。

進一步的，所述接收端變換器由高頻整流模塊和濾波模塊組成；發射 端變換器將交流220V市電通過PFC模塊整流轉為直流電，再通過高頻逆變 模塊轉化為高頻交流電；接收端變換器將接收線圈產生的高頻感應電動勢 經過整流濾波后變換為直流電供給負載使用；