一种低风阻线圈及其制备方法、采用低风阻线圈的飞行器

摘要

本发明涉及一种线圈及其制备方法，为解决现有技术中飞行器的无线充电收发线圈空气阻力系数值较大，影响飞行器的姿态控制稳定性和飞行性能，且使用大直径的铜质利兹线，大幅度增加飞行器的整备质量，严重影响飞机性能的技术问题，提供一种低风阻线圈及其制备方法、采用低风阻线圈的飞行器，低风阻线圈整体呈圆环体状，圆环体断面呈椭圆形，椭圆形的短轴沿圆环体轴向设置，圆环体为利兹线盘绕形成的中空结构；采用低风阻线圈的飞行器，低风阻线圈作为接收线圈套设安装在飞行器的支架上；线圈的制备方法，是先绕制平面线圈，利用两个模具将平面线圈制成弯曲线圈，再粘结两个弯曲线圈并接线形成一个完整的低风阻线圈。

说明书

技术领域

本发明涉及一种线圈及其制备方法，具体涉及一种低风阻线圈及其制备方法、采用低风阻线圈的飞行器。

背景技术

飞行器的无线充电接收线圈在飞行器充电过程中完成能量接收，还需要同时符合空气动力学的低阻特性，以便不降低飞行器的飞行性能。

在现有技术中，无线充电系统内使用的收发线圈往往只考虑电学性能，因此，收发线圈的设计以高效率、低成本、工艺成熟为主要设计输入，极少考虑空气动力学效应，因此，收发线圈的空气阻力系数值较大，在一定程度上会影响飞行器的姿态控制稳定性和飞行性能。

另外，在设计收发线圈时，为降低铜损，提高收发线圈中的电流值，内阻做得较小，通常使用大直径的铜质利兹线，但铜材的密度大(8.9克/立方厘米)，因此，会大幅度增加飞行器的整备质量，严重影响飞机性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中飞行器的无线充电收发线圈空气阻力系数值较大，影响飞行器的姿态控制稳定性和飞行性能，且使用大直径的铜质利兹线，大幅度增加飞行器的整备质量，严重影响飞机性能的技术问题，提供一种低风阻线圈及其制备方法、采用低风阻线圈的飞行器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低风阻线圈，其特殊之处在于，所述低风阻线圈整体呈圆环体状，所述圆环体断面呈椭圆形；

椭圆形的短轴沿圆环体轴向设置，长轴沿垂直于圆环体轴向设置；

圆环体为利兹线盘绕形成的中空结构。

进一步地，所述利兹线为铝制利兹线。

同时，本发明还提供了一种采用上述低风阻线圈的飞行器，其特殊之处在于，所述低风阻线圈作为接收线圈套设安装在飞行器的支架上。

另外，本发明还提供了一种上述低风阻线圈的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，绕制平面线圈

将利兹线盘绕为圆环状的平面线圈；

S2，准备模具

取第一模具和第二模具；

所述第一模具呈圆环柱体状，与平面线圈的形状尺寸相匹配，一个端面上设有断面轮廓为弧形的周向凹槽；

所述第二模具呈圆环柱体状，与平面线圈的形状尺寸相匹配，一个端面上设有断面轮廓为弧形的周向凸起；

所述周向凹槽和周向凸起相适配，周向凹槽的深度和周向凸起的高度与待制低风阻线圈断面椭圆形弧度相适配；

S3，压制弯曲线圈

将所述平面线圈同心置于第一模具的周向凹槽和第二模具的周向凸起之间，向第一模具或第二模具施压，使平面线圈形成断面轮廓为半椭圆形的弯曲线圈；

S4，制备低风阻线圈

将两个弯曲线圈相对放置，粘结内外侧边，将第一个弯曲线圈的利兹线终点与第二个弯曲线圈的利兹线起点通过引线连接，形成圆环体状的低风阻线圈。

进一步地，步骤S1具体为，使铝制利兹线表面覆盖粘接胶，将铝制利兹线盘绕为圆环状的平面线圈。

进一步地，步骤S3中，所述将所述平面线圈置于第一模具的周向凹槽和第二模具的周向凸起之间具体为，在第一模具的周向凹槽和第二模具的周向凸起内涂抹离型液，再将平面线圈置于第一模具的周向凹槽和第二模具的周向凸起之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明低风阻线圈，线圈整体采用圆环体状设计，能够有效降低使用时的风阻，尤其是断面椭圆形的设置，使线圈表面形状更加流畅，进一步有效降低了线圈的风阻，线圈的中空结构，也能降低线圈整体的质量；在保证电学性能的条件下，有效降低了线圈空气阻力系数值，提高了线圈的工作性能。

2.本发明中线圈采用的是铝制利兹线，质量更轻，减小对飞行器飞行性能的影响。

3.本发明采用低风阻线圈的飞行器，将线圈安装在飞行器支架上，作为接收线圈使用，具备上述线圈的所有技术效果，保证线圈接收性能的条件下，飞行器工作过程中线圈空气阻力值小，避免了影响飞行器的稳定性和安全性，对飞行器的负载能力和飞行控制影响都非常小，经实际验证，表现突出。

4.本发明低风阻线圈的制备方法，先绕制平面线圈，利用两个模具将平面线圈制成弯曲线圈，再粘结两个弯曲线圈并接线形成一个完整的低风阻线圈，工艺流程简单易操作，便于工业化推广，采用的模具均为简单的回转体，加工简单容易成型；另外，本发明的制备方法中，不涉及众多工艺参数限定和加工环境要求，人为因素较少，因此，制备的稳定性高、可重复性高，只需通过模具的加工即可控制线圈的断面轮廓形状。

附图说明

图1为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中平面线圈的示意图；

图2为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中通过第一模具和第二模具压制弯曲线圈的示意图(仅示出第一模具和第二模具沿周向的一部分)；

图3为本发明图2中A处的局部示意图；

图4为本发明图3的断面示意图；

图5为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中弯曲线圈的示意图(仅示出弯曲线圈沿周向的一部分)；

图6为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中两个弯曲线圈相对放置的断面示意图；

图7为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中两个弯曲线圈粘结内外侧边的断面示意图；

图8为本发明低风阻线圈的制备方法实施例中制备的圆环体状的低风阻线圈的示意图；

图9为本发明采用低风阻线圈的飞行器实施例的结构示意图。

其中，1-低风阻线圈、2-支架、3-平面线圈、4-第一模具、5-第二模具、6-周向凹槽、7-周向凸起、8-弯曲线圈、9-地面发射线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

本发明的目的是设计一种低空气阻力的保型线圈，用以解决现有技术中，线圈往往仅考虑电学性能，忽略了空气动力学效应的问题，同时，作为飞行器接收线圈时，由于线圈空气阻力系数值大，影响飞行器姿态控制稳定性和飞行性能的问题。

本发明提供了一种低风阻线圈1，整体呈圆环体状，圆环体断面呈椭圆形，椭圆形的短轴沿圆环体轴向设置，长轴沿垂直于圆环体轴向设置，整体外部形状呈流线型，符合空气动力学特性，有效降低了应用时的风阻，线圈整体的圆环体是利兹线盘绕形成的中空结构，质量轻且电学性能优越。

如图9所示，本发明的低风阻线圈1，能够作为飞行器的接收线圈，图9中示出了本发明采用低风阻线圈1的飞行器的一个实施例，将低风阻线圈1套设安装在四轴飞行器的支架2上，与地面发射线圈9相对设置，减小了对飞行器飞行稳定性及姿态控制灵敏度的影响。另外，为了进一步降低低风阻线圈1的重量，绕制低风阻线圈1的利兹线采用铝制利兹线，由于铝制利兹线的质量只有传统铜制利兹线制成线圈的三分之一，因此，虽然该线圈位于四轴飞机的质心下方，但其质量所产生的重力偏心矩却很小，对飞机的负载能力和飞行控制都影响甚小，取得了理想效果。

由于在无线充电系统中，考虑到对其他无线收发设备的干扰以及对生物体的生物学效应，一般选用频率几十千赫到数百千赫的工作频率，这个频率段不会对通讯广播造成较大的影响，亦对人体没有伤害。但在此频率下电流有比较严重的趋肤效应，因此，无线能量传输的收发线圈一般采用铜质的利兹线(一种由多根细漆包线合成的大电流线才)，但铜的密度大、质量重，在飞行器上使用会降低负载能力，缩短留空时间。所以使用优选方案的铝制利兹线配合本发明低风阻线圈1，轻质且低空气阻力系数很有必要，能够大幅度降低线圈的重量质量，以便于增加负载能力，延长留空时间。

同时，本发明还提供了上述低风阻线圈1的制备方法，以上述的铝制利兹线制备为实施例进行说明：

(1)用铝质利兹线绕制成如图1所示的平面线圈3，铝制利兹线表面带胶；

(2)再根据该平面线圈3，以及待制成的低风阻线圈1的几何参数，设计制作第一模具4和第二模具5。第一模具4呈圆环柱体状，一个端面上设有断面轮廓为弧形的周向凹槽6，第二模具5呈圆环柱体状，一个端面上设有断面轮廓为弧形的周向凸起7；周向凹槽6和周向凸起7相适配，周向凹槽6的深度和周向凸起7的高度与待制低风阻线圈断面椭圆形弧度相适配；

(3)如图2至图4所示，待铝制利兹线表面的胶将干时，将平面线圈3同心放入涂抹了离型液的第一模具4和第二模具5之间，平面线圈3位于周向凹槽6和周向凸起7之间；

(4)在第一模具4上下压，使平面线圈3贴合在周向凹槽6和周向凸起7之间，通过周向凹槽6和周向凸起7对平面线圈3施加外力，脱模后充分固化，使平面线圈3形成断面轮廓为半椭圆形的弯曲线圈8，弯曲线圈8如图5所示，半椭圆形的弧度与第一模具4的周向凹槽6弧度和第二模具5的周向凸起7弧度相一致。

(5)把两个弯曲线圈8按图6所示，相对放置，在内外侧边处涂胶，将两个弯曲线圈8如图7所示轻压在一起，待胶完全固化后，第一个弯曲线圈8的利兹线终点与第二个弯曲线圈8的利兹线起点通过引线按需要的方式连接，形成如图8所示圆环体状的低风阻线圈1。

上述实施例中，示出了本发明的低风阻线圈1在飞行器中作为接收线圈的安装结构，但并不代表本发明的低风阻线圈1仅能用于飞行器的接收线圈，可以应用在任何有可能存在风阻的场景下。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。