技术领域
[0001] 本实用新型属于无线充电技术领域，特别是一种基于飞艇的无人机续航充电装置。
背景技术
[0002] 随着无人机快递行业的发展，对于距离较远的偏远地区，无人机的续航时间短的问题成了关键性问题。大部分无人机只能飞行半小时左右，如果续航时间太长，则锂
电池的重量将会影响其飞行系统。
[0003] 现有的无人机充电技术主要是采用地面充电方式，无人机需飞回地面进行充电后再
起飞。频繁的起降环节不仅消耗时间，还影响无人机续航能
力。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种基于飞艇的无人机续航充电装置。
[0005] 实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于飞艇的无人机续航充电装置，包括
太阳能电池板、
太阳能电池板线路、温湿度
传感器、锂电池、无线充电线圈发射端和无人机挂载环；
[0006] 所述
太阳能电池板、太阳能电池板线路设置在飞艇浮空球的表面；锂电池和无线充电线圈发射端设置在吊舱内部，温
湿度传感器设置在吊舱侧面，无人机挂载环设置在吊舱底部；无人机充电时与无人机挂载环连接。
[0007] 本实用新型与
现有技术相比，其显著优点为：本实用新型将无线充电技术、无人机和飞艇平台相结合，利用无人飞艇滞空时间较长的特性将无人飞艇作为滞空平台，形成空中无人机无线充电平台，从而免去地面充电的起降环节，增加无人机的续航能力和飞行安全性。
附图说明
[0008] 图1是基于飞艇的无人机续航充电装置示意图。
[0009] 图2是吊舱结构示意图。
[0010] 图3是无人机挂载环结构示意图。
[0011] 图4是无线充电原理图。
具体实施方式
[0013] 基于现有无人机充电技术存在的问题，本实用新型通过无线充电模
块为停靠的无人机进行空中续航，免去无人机地面充电的起降环节，并通过无人机悬挂
支架实现无人机和飞艇的停靠和充电操作；考虑到无人机的低空工作特性所以我们的作品采用无人飞艇装载无线充电模块在低空
悬停，从而在作为无人机空中充电平台；考虑到无线充电的效率以及经济性，我们拟采用太阳能电池板为飞艇的
蓄电池组和控制装置供电，以满足其长时间工作的要求，且加装温湿度传感器和负离子发生器可实现工作环境的安全监测和空气
净化作用。
[0014] 如图1、图2所示，一种基于飞艇的无人机续航充电装置，包括无人机6、太阳能电池板2、太阳能电池板线路3、温湿度传感器7、锂电池10、无线充电线圈发射端13和无人机挂载环14；
[0015] 所述太阳能电池板2、太阳能电池板线路3设置在飞艇浮空球1的表面；锂电池10和无线充电线圈发射端13设置在吊舱5内部，所述温湿度传感器7设置在吊舱侧面，所述无人机挂载环14设置在吊舱底部；无人机6充电时与无人机挂载环14连接。
[0016] 吊舱侧面还安装有负离子发生器12。飞艇浮空球1下表面设置有污染物
吸附面4。
[0017] 所述太阳能电池板2为PET材质，呈半柔性，安装在飞艇浮空球1上表面。
[0018] 所述飞艇浮空球1的材料为PE，所述污染物吸附面4的材料为尼龙和涤纶混合材质，无人机6上的挂钩是PE材料，挂载环14为
碳纤维板材料。
[0019] 吊舱底部设置有
导轨，无人机挂载环14安装在导轨上。
[0020] 无人机6挂钩上设置有
压力传感器，当压力超过
阈值时，无人机螺旋桨
电机关机。
[0021] 湿度传感器7监测周围工作环境的变化，当湿度大于80％时，充电装置自动断电。
[0022] 下面对各部分进行详细说明。
[0023] 飞艇浮空球设计：考虑空
气动力外形，为减小
风阻防止固定绳受力过大和
浮空器大幅度晃动，浮空器为近似椭球形，PE材料,尾部有充气
尾翼。充以氦气使其获得
浮力。顶部中央有按太阳能电池板尺寸制作的固定
角套用以固定电池板，左右两侧舷各有四个绳索环用以辅助固定电池板和穿绕用于稳定球身的连地线。底部也有五个环扣，由于悬挂吊舱。
[0024] 吊舱设计：吊舱设计为可开启的封闭长方体，吊舱底面平板外部安装有两条导轨，分别与一根U形悬挂杆的两脚连接，两脚上装有滑块，悬挂杆位于平板对称平面上，其脚上滑块的两侧均有阻尼，可对挂载到杆上的无人机起到减速作用，避免飞艇的失衡。
[0025] 无人机与吊舱对接设计：考虑无人机重量及
稳定性等问题，为减小风阻防止固定绳受力过大和无人机大幅度晃动，吊舱底部悬挂架为长杆状，PE材料，长 30cm，总最大承重量6kg，两端稳定连接在飞艇吊舱。吊舱内侧放置无线充电线圈发射端，与飞艇蓄电池相连，当无人机竖直悬挂在充电站架上时，两线圈形成耦合，实现线圈的电量充放过程。
[0026] 多功能设计：考虑到无线充电平台工作的安全性、为防止雨
雪天气对工作
电路的影响，平台的运行需要满足一定的
温度湿度条件，装载温湿度传感器可检测运行工况，保证平台高效运行；考虑到太阳能的充分利用以及环境保护，在浮空球表面增加污染物吸附面并在吊舱增加负离子发生器，可以将过余的电量用以产生负离子，通过污染物吸附面达到一定除霾、除空气污染物的功能。
[0027] 对接挂载原理：无人机挂载环由两条带一定阻尼的导轨连接，两端分别在两条导轨上，可沿着导轨做阻尼滑动。如图3所示，平板横向方向两端角上装有脉冲波发射器，在其纵向(导轨方向)一定宽度的区域内实现制导波的
覆盖，由三点法波束制导原理，无人机通过装在机上的接收器接受该波束并作为控制
信号使
机体始终处于制导波束内并向发射源运动，接近板时，由于速度方向就是波源来波方向即导轨方向，固定在
机身顶部的连接勾就可挂在平环上，勾上的压力传感器发出信号，无人机螺旋桨电机关机。此时无人机以一定初速度连在平环上做阻尼运动减速最后静止，由此实现其自动对接。
[0028] 无线充电原理：无人机实现静止悬挂后，可进行无线充电过程，如图4所示。对接载挂过程实现后，
单片机完成发射端线圈电路的开通，无人机上部的接收端线圈与吊舱底部的发射端线圈进行电磁耦合，实现
电能的传播。吊舱平板底部的发射端线圈，由飞艇吊舱内部的蓄电池供能，发射由太阳能转化而成的电能，根据
电磁感应定律，装在无人机上部的接收端线圈接受传入的电能，将电能充入无人机蓄电池上，实现无人机的续航充电。
[0029] 如图5所示，安装在飞艇顶部的150W太阳能电池板会接受光能并转化为电能。通过太阳能
控制器连接到吊舱内的蓄电池并为其充电，进行供电储能。蓄电池对吊舱内的充电线圈发射端进行供电，单片机控制线圈电路的
开关。通过吊舱支架对旋翼无人机进行对接和悬挂。当无人机完成与吊舱的对接悬挂过程后，单片机完成发射端线圈电路的开通，使吊舱底部装载的无线充电模块发射端和无人机上装载的无线充电模块接收端形成电磁耦合，实现对旋翼无人机充电功能。蓄电池还能给负离子发生器进行供电，使其释放负离子与空气中PM2.5颗粒结合后形成较大颗粒而聚沉，进而实现空气净化作用。
[0030] 温湿度传感器起到工况监测作用，当温度与湿度未达到工作条件要求时，断开电路。太阳能控制器能够实现太阳能电池板工作时间的控制，通过设定光控阈值
电压使太阳能电池板在光照充足时工作，光照不足及晚上时停止工作，以保证所有负载都在其额定功率下正常工作。
[0031] 下面结合
实施例对本实用新型进行详细说明。
[0032] 实施例
[0033] 一种基于飞艇的无人机续航充电装置，包括太阳能电池板2、太阳能电池板线路3；所述太阳能电池板2、太阳能电池板线路3设置在飞艇浮空球1的表面；吊舱5内部安装有太阳能电池板内部线路8、太阳能充电控制器9、锂电池10、 STM32单片机模块11、无线充电线圈发射端13，所述温湿度传感器7和负离子发生器12主体安装在吊舱5左侧外部，负离子发生器12安装在吊舱5右侧外部；无人机挂载环14安装在吊舱5底部。
[0034] 所述太阳能电池板2为强化PET材质，呈半柔性，安装在飞艇浮空球1上表面，污染物吸附面4安装在飞艇浮空球1下表面。
[0035] 所述飞艇浮空球1的材料为PE，所述污染物吸附面4的材料为尼龙和涤纶混合材质，无人机6上的挂钩是PE材料，挂载环14为
碳纤维板材料。
[0036] 浮空球技术指标：填充氦气体积10m3，日最高温度45℃，日最低温度-40℃，日最大温差25℃，日
相对湿度平均值≦95％，月相对湿度平均值≦90％，海拔高度≦300m，起飞重量≦3.5㎏。飞艇中氦气容量约为10立方米，除去浮空球自重及吊舱重量可提供6㎏的浮力。
[0037] 无人机技术指标：轻型四旋翼无人机F450，外形尺寸(长宽高)450×450×200，飞机自重2.5kg，满载飞行时间25min。
[0038] 无线充电技术指标：发射端外径8.5cm，内径6cm，
匝数10，电压12-24v，内阻0.126Ω；接收端外径8.5cm，内径6cm,匝数10，电压12v。内阻0.110Ω。
[0039] 工作时间：150W太阳能电池板结合8000mAh蓄电池，以当前负载可24h 无间断工作，并且直流12V温湿度传感器，内部包含有继电器和延时电路等，三线制连接
串联在给负载供电电路上。外伸
探头，检测运行工况温度和湿度，提高工作效率，保证电路的安全与稳定。
[0040] 充电效率：以初步选用的12V，2A无线充电模块为基准，对一台电池容量为5200mAh的无人机，充满需要3.1小时的时间，随着无线充电模块功率的升高，实用性也将大大提高。
[0041] 需要充电时，无人机6在一定的速度下靠近无人机挂载环14，无人机挂载环14横向方向两端角上的脉冲波发射器15向外发射脉冲信号17，无人机通过装在机上的接收器接受该波束并作为
控制信号使机体始终处于制导波束内并向发射源运动，接近时，由于速度方向就是波源来波方向即导轨16方向，固定在机身顶部的连接勾就可挂在挂载环14上，无人机6挂钩上的压力传感器接收信号，无人机螺旋桨电机关机；
[0042] 此时无人机通过挂载环14以一定速度连在导轨16上做阻尼运动减速最后静止，由此实现其自动对接，悬挂稳定后，无线充电装置的无人机发射端和吊舱接收端产生电磁耦合，实现无人机的充电过程。温湿度传感器7监测周围工作环境的变化，起到控制整个系统通断的作用，湿度大于80％天气自动断电。
