充电系统、充电装置、移动设备及移动设备的插入部的制作方法

1.本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的充电系统，充电系统包括移动电气设备和充电装置，充电装置用于对移动设备的可充电电池组充电和/或用于在充电装置与移动设备之间传输数据。
2.本发明另外涉及一种移动设备，尤其是飞行器。此外，本发明涉及一种用于移动设备的充电脚。
3.本发明还涉及一种如权利要求30的前序部分所述的充电装置，充电装置用于对移动设备的可充电电池组充电和/或用于在充电装置与移动设备之间传输数据。
4.本发明还涉及一种用于移动设备、尤其是用于飞行器的插入部。
5.最后，本发明还涉及一种用于对充电装置中的移动电气设备充电的充电方法，并且涉及一种充电装置的有利用途。


背景技术：

6.越来越需要允许移动设备、尤其是飞行器以最大可能程度自动动作。举例来讲，无人驾驶飞行器(俗称指定“无人机”)可以用于绘图、监察并且甚至用于包裹递送。
7.相应的使用领域需要定期对移动设备或飞行器的可充电电池组充电。为此目的，飞行器可以前往静态或移动地面站的充电装置，并且首先以尽可能准确地定向的方式着陆在充电装置的空间附近。随后，可以发生充电过程以及可选地还可以发生数据交换。
8.在这种情况下，因为在飞行器着陆过程中不能可靠地保证足够准确的定向或定位，所以最终建立充电装置与飞行器之间的电连接通常是飞行器完全自动运行的障碍。因此，充电装置的电引线或电缆线通常必须手动地连接至飞行器。
9.因此，当在充电装置与移动设备之间建立电连接时有问题的是，尤其是，由于在不利条件(例如，风)下的着陆过程，移动设备在充电装置上的相对不准确的定位或定向。
10.因此，令人期望的是，使移动设备或飞行器能够在充电装置上独立地自身定向并且自动地建立电连接。
11.为此，已知充电装置的电接触元件以栅格状方式分布的方式布置在充电板上或充电表面上。在这种情况下，充电表面足够大而使得飞行器能够必然地着陆在其上。然而，为了使飞行器随后还实际上与栅格的正确或设想的接触元件接触，最后需要夹持臂或一些其他机械致动器系统以便将飞行器移位到正确位置中。
12.然而，这种解决方案比较复杂。


技术实现要素：

13.鉴于已知的现有技术，本发明的目的在于提供一种改进的充电系统，其中，可以优选地尽可能自动地建立移动设备与充电装置之间的电连接。
14.最后，本发明的另一目的是提供一种移动电气设备，移动电气设备能够优选地尽可能自动地建立与充电装置的电连接。此外，本发明的目的是提供一种用于移动设备的改
进的充电脚。
15.此外，本发明的目的是提供一种改进的充电装置，充电装置能够优选地尽可能自动地建立与移动电气设备的电连接。
16.本发明的目的还在于提供一种用于移动电气设备的插入部，插入部使得移动设备能够优选地尽可能自动地建立与充电装置的电连接。
17.最后，本发明的目的是提供一种有利的充电方法和一种充电装置的有利使用。
18.该目的是通过权利要求1中呈现的特征来实现充电系统。本发明的目的是通过权利要求28的关于移动电气设备的特征和通过权利要求29中关于充电脚的特征来实现。目的是通过权利要求30关于充电装置和通过权利要求31针对的插入部来实现。目的是通过关于充电方法的权利要求32和通过权利要求34中的的用途来实现。
19.从属权利要求和下面描述的特征涉及本发明的有利实施例和变体。
20.提供了一种充电系统，包括：移动电气设备和充电装置，充电装置用于对移动设备的可充电电池组充电和/或用于在充电装置与移动设备之间传输数据。
21.在充电系统的背景下，尤其是对移动设备的可充电电池组进行独占式充电，可以提供在充电装置与移动设备之间的数据的独占式传输(其中，在这种情况下术语“充电系统”和各自“充电装置”应当以抽象方式来理解)或与可充电电池组的同时充电相组合的数据传输。
22.有待传输的数据可以是模拟和/或数字数据。举例来讲，可以存在移动设备先前已经收集的数据(例如，来自无人机或移动电话的图像和/或录音)。然而，数据还可以是可充电电池组的电池管理系统(bms)的数据，将在下面提及电池管理系统。一般而言，可以传输任何期望的数据。
23.来自充电装置的数据还可以被转发至独立的电气组件(例如，下面也提及的独立的控制器)，例如直接转发至有线或无线连接的电气组件(以未经处理形式或在处理(例如，过滤、采样、经受模拟/数字转换、经受数字/模拟转换等)之后)。相反，同样，独立电气组件的数据可以经由充电装置(以未经处理的形式或在已经被处理之后)被直接转发到移动设备。还可以提供的是将数据缓冲存储在充电装置中以用于稍后进一步传输至移动设备和/或独立的电气组件。
24.可充电电池组被认为是指可充电能量存储单元，它可以是具有单个可充电电池单元(也称为“蓄电池”)的可充电电池或具有多个可充电电池单元的互连电池组。可充电电池组还可以被认为是指用于电能的存储单元，用于电能的存储单元不是或不专门是构造在电化学基础上的，即，例如电容器。
25.可以提供的是，可充电电池组中的至少一个电池组用于锂基可充电电池组，尤其是锂离子可充电电池组或锂聚合物可充电电池组。然而，可充电电池组还可以是镍-金属混合可充电电池、镍-镉可充电电池或铅酸可充电电池。一般而言，本发明应当被理解为不限于使用特定类型的可充电电池组。
26.如果本发明仅用于传输数据，在本发明的含义内，“可充电电池组”还可以是电池或电池组，即用于电能的不可充电存储单元。
27.电气设备还不必包括可充电电池组，尤其是如果不提供充电而是仅提供数据传输。移动电气设备可以例如还以有线方式、电容性地和/或电感性地(例如，从充电装置或某
个其他电气设备)获得其电能。
28.本发明提供了充电装置具有插入口，插入口用于将移动设备的插入部插入到充电装置的充电架中以便在充电装置与移动设备之间建立电连接。
29.因此提供了从插入口开始将移动设备插入到充电架中。
30.移动设备可以完全地或仅部分地(例如，仅通过其插入部)插入到充电架中。优选地，在根据本发明的插入过程之后，移动设备的插入部完全插入到充电架中。然而，还可以提供的是，甚至将插入部仅部分地插入到充电架中。
31.本发明提供了使充电架从插入口开始渐缩以便在插入充电架中时对移动设备(或移动设备)的插入部进行定向。
32.因此充电架可以从上端或顶侧(插入口)开始朝下端或下侧的方向渐缩。
33.充电架中的锥度可以有利地导致插入部以及因此移动设备的自定向。当插入移动电气设备的插入部时(例如，倾斜、旋转和/或横向偏移)的不准确性，根据本发明可以基于充电架的锥度来补偿。
34.根据本发明的充电系统可以有利地用于以自动方式在移动设备与充电装置之间建立电连接。还可以提供的是，充电系统借助于其提供用于自动充电过程和/或用于数据传输的平台、尤其是所提及的充电架来支持自动操作。
35.在本发明的上下文中，“定向”应被理解为意指插入部或移动设备在充电架中的限定的、预定的定位、定向和/或倾斜度。具体地，插入部或移动设备相对于充电架的中心轴线的限定旋转角度、限定倾斜角度和/或限定位置可以通过锥度针对移动设备进行预限定。优选地，移动设备在充电架中居中和/或被定向为平行于充电架的中心轴线。
36.可以提供的是，充电架线性地渐缩、凹形地渐缩和/或凸形地渐缩。一般而言，锥度可以遵循任何希望的曲线。
37.以有利的方式，由于根据本发明的移动设备与充电装置之间的稳固性和制造的可靠接触，可以安全地传输1安培或更多安培、例如5安培或更多安培、10安培或更多安培、优选地20安培或更多安培、特别优选地50安培或更多安培、非常特别优选地100安培或更多安培、例如还可以150安培或甚至更多安培的电流。电流强度优选地仅由可充电电池组或能量存储单元的可允许电流限制。
38.由于根据本发明制造的的接触，高频数据信号(或其他数据信号)的传输也可以有利地且可靠地实现。
39.在本发明的一个有利的改进中，能够提供的是，移动电气设备是飞行器，尤其是无人驾驶飞行器。
40.飞行器应理解为具体是指能够在地球大气中飞行的交通工具，即，尤其是低于大约100km的高度。本发明特别有利地适用于旋翼飞行器，例如直升机，一起使用。本发明非常特别优选地适用于具有多个螺旋桨(也称为旋翼或空气螺旋桨)的飞行器，例如四轴飞行器，一起使用。
41.在本发明的背景下，无人驾驶飞行器应理解为是指一种飞行器，该飞行器在没有任何机载人员的情况下可以由计算机或通过遥控器由用户自动地操作和导航。这种飞行器还被命名为“无人驾驶飞行器、uav”、“无人驾驶飞行器系统、uas”，并且还被通俗地已知为术语“无人机”和“直升飞机”。
42.因此，可以有利地提供一种用于“无人机”的自动电连接以便进行充电和/或数据传输目的的插入系统。
43.本发明特别优选地适用于与(无人驾驶)飞行器一起使用，尤其是因为着陆操作(尤其是在着陆操作在不利环境条件诸如雨水和/或风下发生时)极其复杂。飞行器在着陆操作期间的定向或定位经受很大的公差影响—即使飞行器是计算机控制的。为此，数据和/或充电连接的自动建立通常是不可能的，或至少不能总是被保证的。相反，根据本发明，只要飞行器不会完全错过插入口，就能够相对不准确地进行着陆。为此目的，插入口可以被制造得足够大。
44.然而，一般而言，本发明还适用于与任意其它运载器一起使用，尤其是陆地上或水中的无人运载器。如果合适，本发明也适用于与航天器一起使用。
45.此外，本发明有利地适用于诸如移动电话或智能电话或平板电脑的移动终端。在这种情况下，充电装置可以有利地形成用于移动终端的所谓的对接站，移动终端可以通过插入口插入或引入到对接站中，即使在用户方面注意力降低或关注度降低的情况下，也可以自动地实现需要的定向以及随后的充电过程和/或数据交换。
46.本发明还可以例如非常适用于在租赁系统的背景下归还租赁的移动设备。在这种情况下，消费者可以在其使用之后通过经由插入口将移动设备引入或放入充电架中来归还移动设备。然后，可以识别移动设备，特别以便记录其归还情况，然后可以从它移除个人数据，并且最终可以对它充电。
47.本发明可以有利地适用于的许多另外的应用领域也是可能的。
48.下面基本上针对被实施为飞行器的移动设备描述本发明。这仅仅旨在促进更简单的理解，而不应被理解为限制性的。
49.根据本发明的一个改进，可以提供的是，充电架具有从插入口开始圆锥形地渐缩的一个侧壁或从插入口开始棱锥形地渐缩的多个侧壁、优选四个侧壁。
50.侧壁或多个侧壁可以优选地按照完全周向地围绕充电架延伸的方式来布置。然而，侧壁或多个侧壁还可以具有开口或者被分段/中断。在这种情况下，侧壁区段优选地形成棱锥形地渐缩的充电架的拐角。
51.然而，优选地，充电架的侧壁或多个侧壁形成从插入口开始完全周向地延伸的漏斗状插入区域。
52.如果充电架仅具有一个圆锥形地渐缩的侧壁，则充电架可以优选地形成中空的截头锥体，截头锥体的底表面具有插入口。如果充电架具有多个棱锥形地渐缩的侧壁，则充电架可以优选地形成空心截头棱锥，空心截头棱锥的底表面形成插入口。
53.尽管优选地提供了一个侧壁或特别优选地四个侧壁，但也可以提供从插入口开始棱锥形地渐缩的三个侧壁或多于四个侧壁，例如从插入口开始棱锥形地渐缩的五个、六个、七个、八个或甚至更多个侧壁。
54.在本发明的一个特别优选的改进中，可以提供的是，充电架具有形成充电架的多个对应拐角的多个侧壁区段。
55.优选地，可以提供恰好四个侧壁区段。然而，还有可能仅提供两个或三个侧壁区段。在本发明的背景下还有可能使用多于四个侧壁区段。
56.根据本发明的一个改进，可以特别提供的是，侧壁区段从插入口开始圆锥形地渐
缩。
57.为了建立电连接，充电架可以具有电接触元件。移动设备的插入部可具有相应的配对接触元件。
58.还可以提供的是，电连接被实施为非接触式连接或基于无线电的连接，其中可以布置接触元件和对应的配对接触元件。还可以提供基于接触的和非接触的电气数据和/或充电连接的组合。举例来讲，除了非接触式数据传输之外，可以提供的是执行基于接触的充电过程—或反之亦然。可以提供用于形成非接触式或基于无线电的数据传输的任意无线电标准。举例来讲，可以提供蓝牙标准、wlan标准、zigbee标准或某种其他无线电标准，尤其是在ism频带内。还可以提供rfid系统。非接触式充电连接可以例如以电容方式或优选地电感方式实施。
59.然而，优选地，提供了使用接触元件和配对接触元件的基于接触的充电和/或数据连接。
60.根据本发明的一个改进，可以提供的是，充电架和插入部形成电接触元件对，在每种情况下电接触元件对包括充电架的接触元件以及插入部的相应的配对接触元件。
61.一般而言，可以提供任何所希望数量的接触元件对，优选两个或更多个接触元件对，特别优选三个或更多个接触元件对，非常特别优选四个接触元件对，而且还有例如五个、六个、七个、八个、九个、十个或甚至更多个接触元件对。
62.充电架的对应的接触元件和插入部的配对接触元件可以被具体实施和布置成用于当移动设备的插入部插入到充电架中到达其设想的端部位置并且根据本发明在充电架中被定向时建立到彼此的电连接。
63.具体地，如果充电任务或电流传输分布在多个接触元件对之间，则用于传输高电流的大量接触元件对可以是有利的。此外，多个接触元件对可以适用于形成并行数据总线。
64.接触元件和/或配对接触元件可以例如由铜来实施。由于良好的滑动特性，已经证明铜是特别合适的。然而，一般而言，其他材料(例如，石墨)，但尤其是金属/金属合金(例如，黄铜)也可用于形成接触元件和/或配对接触元件。
65.接触元件可以被实施为与充电架的侧壁或多个侧壁共面。配对接触元件可以被实施为与插入部共面，尤其是与充电脚的侧表面共面(也在下文中提及)。
66.还可以提供用于形成接触元件和/或配对接触元件的导电表面。举例来讲，可以提供的是，充电架的侧壁或多个侧壁被实施为完全导电或部分导电。还可以提供的是，充电脚的侧表面(也在下文中提及)被实施为完全导电的或部分导电的。
67.接触元件和/或配对接触元件可以以单层或多层的方式来实施。举例来讲，可以形成多层接触元件或配对接触元件，接触元件或配对接触元件由黄铜制成、具有由镍或金制成的电镀表面。
68.在本发明的一个改进中，可以提供的是，接触元件对中的至少一个接触元件对的接触元件和/或配对接触元件被实施为平坦触点、弹簧触点(例如，弹簧触点销)和/或磁性安装的触点。
69.具体地，不同类型的触点的组合可以非常适合于形成接触元件对。
70.在本发明的一个优选变体中，可以提供的是，接触元件对的接触元件被实施为平坦触点，尤其是作为条状触点或滑动触点，并且对应的配对接触元件被实施为弹性安装的
触点，尤其是作为弹簧接触销或板簧触点。
71.在本发明的一个改进中，可以提供的是，充电架的接触元件布置在一个或更多个侧壁上或侧壁区段上。
72.充电架的接触元件在侧壁上或在侧壁区段上的布置已经被证明是特别适合的，因为侧壁或侧壁区段可以用于对插入部或移动设备进行定向并且因此移动设备被对应地支持在侧壁或侧壁区段上。因此，可以改善接触元件与相应的配对接触元件之间的电接触，例如，可以是更抗振动的并且一般而言更稳固的。
73.可替代地或另外地，还可以提供的是，充电架的接触元件布置在面向插入口的充电表面上。因此，移动设备可以从插入口开始插入到充电架中并且可以被定向直到移动设备的配对接触元件中的至少一个放置于一个或更多个充电表面上并且由此移动设备与充电架的接触元件进行接触。
74.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电架的接触元件按照与两个会聚的侧壁的拐角邻接的方式或按照与侧壁区段的拐角邻接的方式来布置，其中优选地两个接触元件被分配给每个拐角。
75.优选地，接触元件通过拐角而彼此分开，其结果是例如每个拐角的区域中的每个侧壁具有专用的接触元件(或多个接触元件)。然而，还可以提供的是，从侧壁开始的单个接触元件通过拐角延伸到达邻接的侧壁，其结果是接触元件最终自身形成拐角。
76.特别优选地，充电架被实施为具有恰好四个侧壁和恰好四个拐角的棱锥形地渐缩的充电架，其中拐角中的每一个优选地具有两个或更多个接触元件。同样优选的充电架具有恰好四个侧壁区段，侧壁区段中的每一个具有恰好一个拐角，其中拐角中的每一个优选地具有两个或更多个接触元件。
77.然而，还可以提供的是，一个或更多个拐角不具有接触元件或仅具有没有被电气使用的一个或更多个虚拟接触元件。
78.此外，可以提供的是达到这样的效果：在拐角中，也仅在形成拐角的两个侧壁之一上提供单一的接触元件。
79.根据本发明的一个改进，可以提供的是，侧壁区段可移位地布置在充电装置中以便适应性地实施充电架以插入不同的移动设备。
80.因此充电架可以适用于接收任意移动设备，例如飞行器。具体地，充电架或充电架的插入口的尺寸和/或几何形状可以通过侧壁区段的移位来适配，以便使充电架适配于移动设备的插入部的特定尺寸和/或几何形状。
81.优选地，充电装置被实施为能够实现充电架的自动或自动适配。
82.可选地，充电装置可以被配置成用于识别正在接近的移动设备和/或辨别其定向以便对应地适配充电架。这可以例如在光学方面实现，例如通过存在于移动设备上的光学标志发生器或光学标记或通过充电装置与移动设备之间的通信连接(也在下文中描述)来实现。
83.在本发明的一个改进中，可以提供的是，侧壁区段中的每一个侧壁区段可移位地连接至导轨，其中导轨按照十字形的方式或按照星形的方式围绕充电架的中心轴线来布置。
84.优选地，每个侧壁区段被分配给专用导轨。然而，还有可能将多个侧壁区段分配给
同一条导轨，尤其是相对于充电架的中心轴线彼此相对定位的多个侧壁区段。
85.侧壁区段(在每种情况下单独地、成组地或联合地(在耦接移动中))可以在朝向充电架的中心轴线的方向上传送、或者可以移动离开中心轴线以便减小或增大充电架的插入口的尺寸。
86.可以提供的是，充电架具有电气的、声学的和/或光学的信号发生器或标记，以便另外支持将移动设备或其插入部自动插入到充电架中。优选地，在充电架的每个拐角中提供了发光体，例如发光二极管，以便支持无人驾驶飞行器的计算机辅助的、基于视觉的着陆。
87.在本发明的一个改进中，可以提供的是，移动设备的插入部具有完全周向地延伸的框架或框架区段。
88.举例来讲，可以提供完全周向地延伸的环或环区段。然而，还可以提供角框架(例如矩形或方形框架)或对应的框架区段。
89.如果适当的话，尤其是如果框架或框架区段在几何上与充电架相适配，对应的框架或框架区段能够支持插入部的插入(或反之亦然)。
90.然而，这种框架还涉及重量增加和成本增加的缺点。此外，通常难以将框架固定至移动设备。示例来说，周向地延伸的框架可能限制移动设备(例如，飞行器)的相机系统的视场。
91.在本发明的一个特别有利的改进中，可以提供的是，移动设备的插入部具有三个或更多个充电脚、优选四个充电脚或更多个充电脚。
92.发明人已经出人意料地认识到，具体地，使用单独的充电脚可以导致移动设备在充电架中的自居中得到改善。此外，与完全周向地延伸的框架或框架区段的情况相比，可以更灵活地安装单独的充电脚。
93.充电脚优选地承担部分定向任务并且相应地被实施为足够牢固或稳固的以便不会由于将移动设备频繁地插入充电架中而对其自身造成损坏。优选地，在本发明的含义内的充电脚不是接触线。
94.一般而言，充电脚的数量可以是任意的；举例来讲，还可以提供五个或更多个充电脚、六个或更多个充电脚、七个或更多个充电脚、八个或更多个充电脚。
95.优选地，移动设备的插入部的充电脚的数量对应于充电架的侧壁或侧壁区段的数量或对应于由侧壁形成的拐角的数量。
96.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电脚沿插入角成角度或具有沿插入角成角度的接触部分，其中插入角优选地对应于充电架渐缩所根据的锥角。
97.优选地，充电脚的插入角是可调节的。
98.举例来讲，可以提供20
°
至70
°
的插入角，优选30
°
至60
°
的插入角，特别优选45
°
的插入角。
99.已经证明使用相应的插入角是适合的，以便将移动设备或其插入部甚至更有利地定向在渐缩的充电架内。此外，力的分布以及因此接触元件对的接触力也可以通过插入角有利地设定。
100.充电架渐缩所沿的角度可以优选地对应于充电脚的插入角。
101.可以提供的是，充电架渐缩所沿的角度是可调节的。特别地，角度可以通过使用侧
壁区段来特别有利地调整。因此，则充电架渐缩所沿的角度可以是最优地适配于(如果适用的话)不同的充电脚。
102.在本发明的一个改进中，可以提供的是，配对接触元件中的至少一个配对接触元件布置在充电脚中的至少一个充电脚上，优选地配对接触元件中的两个配对接触元件布置在充电脚中的至少一个配对接触元件上。
103.一般而言，可以在一个充电脚上布置任何所希望数量的配对接触元件，例如还可以仅一个配对接触元件、三个或更多个配对接触元件、四个或更多个配对接触元件、五个或更多个配对接触元件或六个或甚至更多个配对接触元件。
104.充电脚可以各自具有承载结构以便将充电脚固定到移动设备。承载结构可以是例如用于固定至移动设备的结构轮廓(例如空管)的夹紧环。承载结构可以例如由金属、金属合金和/或塑料构成。优选地，承载结构不是配对接触元件。
105.充电脚可以各自具有用于固定配对接触元件的一个或更多个功能表面。功能表面与配对接触元件一起可以形成成角度的接触部分。功能表面可以固定到承载结构或者可以与承载结构一体地实施。
106.还可以提供的是，一个充电脚或多个充电脚不具有配对接触元件或具有一个或更多个没有被电气使用的虚拟配对接触元件。在这种情况下，术语“充电脚”应当以抽象方式来理解，以达到这样的效果：充电脚可以有利地适用于对充电架中的移动设备定向并最终用于充电。
107.在本发明的一个改进中，可以提供的是，使两个配对接触元件按照与充电脚的两个会聚的侧表面的边缘邻接的方式来布置，其中优选地配对接触元件之一被分配给两个侧表面中的每一个。侧表面可以是上述功能表面。
108.本发明的此变体特别适合于实施具有分配给充电架的拐角的接触元件的接触元件对。因此，当插入部定向在充电架中时，移动设备的插入部的边缘或多个边缘可以有利地接合在充电架的拐角中并且由此以准确针对性的方式与接触元件进行接触。
109.根据本发明的一个改进，可以提供的是，充电脚被实施为可伸出或可缩回的。
110.充电脚本身可以例如是可伸出的或可缩回的或被安装在可伸出的或可缩回的支架上，例如伸缩杆。例如，充电脚可以是可伸缩的。
111.还可以优选地提供的是，将充电桩的接触部分布置在杆上或管上或者在一些其他结构轮廓上，结构轮廓是通过例如螺钉可移位且可固定或可夹紧的。
112.由于充电脚实施为可伸出或可缩回的事实，本发明可以有利地以简单的方式适配用于与不同移动设备或飞行器一起使用。优选地，可以提供模块化充电系统。一般而言，充电脚也可以仅以静态方式安装。
113.可以提供的是，充电脚是弹性安装的或者以一些其他方式至少部分地弹性地安装的，以便在将插入部插入充电架过程中减少移动设备和/或充电脚和/或充电架的机械负载。
114.在本发明的一个有利的改进中，可以提供的是，充电脚布置在起落架上和/或用于固定飞行器的螺旋桨的悬臂上。
115.充电脚可以竖直向下突出，例如从飞行器的起落架开始。然而，充电脚还可固定至平行于螺旋桨的悬臂的“水平”载体。还可以提供的是，将充电脚安装在电动机上、螺旋桨固
定器件上或飞行器的任意框架部件上，例如车辆(或移动设备)的底盘上。一般而言，存在用于固定充电脚的各种可能性，为此原因，本发明可特别有利地非常适合用于不同的移动设备，尤其是不同的无人驾驶飞行器。
116.可以提供的是，充电架和/或充电脚或插入部具有用于在将插入部插入充电架过程中减小摩擦的器件。举例来讲，可以提供的是，在充电脚上提供多个滚轮或滑动件和/或在充电架的内侧上提供多个滚轮。滚轮或滑动件可以任选地同时形成接触元件和/或配对接触元件。
117.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电架具有与插入口相对定位的切口。
118.举例来讲，充电架可以仅由朝向“顶部”和朝向“底部”开放的一个或更多个侧壁组成。
119.位于充电架的与插入口相对定位的下侧或侧面上的切口可以有利于导引移动设备的向下突出的部分(例如，相机或夹持器的悬臂)穿过切口和/或用于能够将液体(例如，雨水)转移出充电架。
120.在本发明的一个改进中，可以提供的是，充电装置具有旋转单元以便设定充电架的旋转位置。
121.因此，充电架的定向或旋转位置可以灵活地适配于移动设备的定向。因此，可以通过充电架实现粗略定位，其中可以随后通过根据本发明的在充电架与移动设备的插入部之间的交互实现精细定位。然而，一般而言，补充地或可替代地，还可以提供的是，使得移动设备使其定向与充电架的旋转位置相适配。
122.在本发明的一个优选改进中，可以提供的是，旋转单元具有转盘，转盘承载侧壁或侧壁区段并且围绕充电架的中心轴线是可旋转的。
123.例如，转盘可以连接至电动机的转子，其结果是充电架的旋转位置的自动适配成为可能。然而，一般而言，还可以提供可手动旋转的转盘。
124.可以另外提供的是，在插入移动设备的过程中，转盘可自由旋转地安装。因此，如果适用的话，可以进一步改进移动设备的插入，因为充电架可以在插入移动设备的过程中执行补偿旋转运动。然而，还可以在插入移动设备的过程中机械地固定转盘，以便维持充电架的限定的旋转位置。
125.根据本发明的一个改进，可以提供的是，充电装置和/或移动设备和/或充电脚中的至少一个充电脚具有用于控制充电过程的控制器。
126.还可以提供控制器，控制器独立于移动设备或充电装置并且可以在必要时例如经由插头连接而连接至移动设备或优选地连接至充电装置。
127.控制器可以被实施为微处理器。代替微处理器，还可以提供用于实现控制器的任何其他装置，例如以下各项中的一个或更多个布置：印刷电路板上的离散电气部件、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路(asic)或某种其他可编程电路，例如还有现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)和/或可商购的计算机。
128.移动设备的控制器可以优选地是控制移动设备的更进一步功能的控制器。举例来讲，移动设备的控制器可以是无人驾驶飞行器的飞行控制器。
129.优选地，移动设备包括第一控制器，并且充电装置包括第二控制器。第二控制器还
可以独立于充电装置，并且例如经由插头连接而连接至充电装置。
130.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，控制器被配置成用于检测移动设备与充电架之间的正确电连接，其中，控制器进一步被配置成用于仅在正确电连接的情况下启动充电过程和/或数据传输。
131.举例来讲，可以提供传感器以便识别接触元件对的正确定向或正确连接。具体地，还可以提供具有低或安全非临界电流强度或低电压的测试信号以便识别正确的电连接。
132.具体地，可以提供的是，仅在所有接触元件对的正确电连接的情况下启动充电过程。特别优选地，例如当接触元件连接至相应的配对接触元件时，充电电压可以存在于充电装置的接触元件处。因此，可以避免暴露的接触元件的短路以及由此对物体和/或人造成危害。
133.还可以提供的是，接触元件和/或配对接触元件被机械地配置成仅在正确电连接的情况下启动充电过程和/或数据传输。为此目的，例如乐意提供的是，接触元件和/或配对接触元件包括编码磁体和/或弹簧元件，以便仅在正确接触的情况下建立电连接，例如通过电力滑动件的磁性传送。
134.还可以提供的是，充电装置和/或移动电气设备包括安全电路，以便防止由于错误定向的接触元件和/或配对接触元件而引起的短路。
135.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电装置的控制器(或独立的控制器)被配置成与可充电电池组的电池管理系统(bms)以交换用于控制充电过程的电数据信号。
136.现代可充电电池组通常包括集成的电池管理系统。bms用于监测和/或管理可充电电池组(在一些实例中，也称为“功率管理系统”(pms))并且通常以模拟和/或数字方式传输关于相应可充电电池组的状态(例如，充电状态和/或温度状态)和/或设计或特征参数(例如，额定电压、充电终止电压和/或标识数据)的数据。
137.因此充电装置与移动设备的可充电电池组的电池管理系统之间的数据传输可以特别有利于控制充电过程。
138.在本发明的一个改进中，可以提供的是，充电装置的控制器被配置成与移动设备的控制器和/或与充电脚之一的控制器无线地交换用于识别移动设备和/或用于采集移动设备的移动数据(尤其是位置、定向和/或倾斜角度)的数据。
139.特别优选地，在充电装置的控制器与充电脚中至少一个充电脚的控制器之间提供无线通信连接。
140.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电脚的控制器通信地连接至移动设备的控制器以用于数据交换。充电脚的控制器可例如无线地或以有线方式连接至移动设备的控制器。
141.充电脚中的至少一个充电脚的控制器可以具体被配置成充电装置的控制器与移动设备的控制器之间的中介者。因此，充电系统可以更模块化地整体适配或适配至不同的移动设备，而不明显地干预移动设备的控制器或电气设备。
142.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电脚的控制器被配置成用于读出来自移动设备的控制器的移动设备的移动数据和/或向移动设备的控制器传送有待由移动设备执行的操控指令。
143.充电脚的控制器可以被配置成用于例如使用特定的、预限定的控制信号来与移动设备进行通信。举例来讲，可以提供的是，充电脚的控制器仿真遥控器的控制信号，或者充电脚的控制器经由移动设备的已经存在的编程接口连接至移动设备的控制器。
144.充电脚的控制器可以被配置成用于例如向被实施为飞行器的移动设备的控制器传送用于执行着陆进场或旋转位置变化的信号，其中，可以可选地使充电脚的控制器通过充电装置的控制器传递控制信号。因此，充电装置可以在插入部插入到插入口中的过程中承担例如对飞行器的监督。
145.本发明还涉及一种用于根据以上和以下实施例的充电系统的移动设备、尤其是飞行器。
146.可以有利地提供一种移动设备，尤其是飞行器，移动设备可以在对应的充电装置处自动地或独立地对其自身充电和/或可以与充电装置交换数据。作为结果，可以避免手动用户干预。
147.移动设备还可以例如是陆地运载器、航天器或水运运载器。
148.特别地(但非排他地)，如果水运运载器被提供用于在水上和/或水下操作的话，可以任选地提供密封件和/或锁定系统以便保护接触元件、配对接触元件、电气部件、处于腐蚀风险的部件或移动设备或充电装置的其他部件免于与水直接接触。
149.为了将移动设备带到充电装置的范围内以用于将插入部插入到充电架中，可以提供的是，首先手动地或自动地将移动设备(具体为飞行器)导引至充电装置，直到移动设备的插入部可以被插入到插入口中。除了已经提到的标记之外，为此目的还可以提供使用全球定位系统(例如gps或伽利略(galileo))的定向。
150.本发明还涉及一种用于移动设备的充电脚。
151.本发明另外涉及一种充电装置，充电装置用于对移动设备的可充电电池组充电和/或用于在充电装置与移动设备之间传输数据。充电装置包括插入口和充电架，其中，移动设备的插入部通过插入口可插入到充电架中，以便在充电装置与移动设备之间建立电连接。提供的是，充电架从插入口开始渐缩以便在插入到充电架的过程中对移动设备的插入部进行定向。
152.充电架的锥度使得移动设备或其插入部能够将其自身定向在充电架中，而无需手动干预。移动设备优选地仅通过其重力来定向，而移动设备的插入部连续地更深地穿透到充电架中。
153.作为将移动设备基于重力插入到充电架中的替代方案或除此之外，还可以提供的是，移动设备通过由移动设备和/或充电架所引起的推进而被插入到充电架中，即以基于驱动力的方式。就此而言，移动设备可以朝向充电架移动移动，和/或充电架可以朝向移动设备移动。移动设备基于驱动力的插入可以非常特别适合于在水中或在空间中的应用。
154.举例来讲，移动设备还可以通过充电装置的夹持器或通过充电装置的抽吸装置被插入到充电架中。
155.可以有利地提供通用充电装置，以便自动地对充电装置中的不同移动设备进行定向和充电，如果适用的话，仅稍微适配对应的插入部。
156.充电装置可以可选地包括锁定装置以便将连接至充电装置的移动设备锁定在充电架中。
157.除了充电和/或数据交换之外，还可以提供的是，充电装置交换移动设备的单独部件(例如，可充电电池组、数据存储器或偏转部件)以便从移动设备移除货物(例如，土壤样本或信件邮件)，或将货物(例如，有待递送至收件人的包裹或信件邮件)添加至移动设备，或修理移动设备。
158.本发明另外涉及一种用于移动设备、尤其是用于飞行器的插入部。插入部被实施为用于将移动设备通过插入口插入到充电装置的充电架中，所述充电架从插入口开始以如下方式圆锥形地渐缩：插入部在插入过程中将其自身定向在充电架中。
159.插入部可特别地用于在充电装置的充电架中的无人机或无人驾驶飞行器的机械定向。
160.本发明另外地涉及一种用于对充电装置中的移动电气设备充电的充电方法，根据充电方法，移动设备由于充电装置的充电架的几何形状与移动设备的插入部组合而独立地将其自身定向并且由此在充电装置与移动设备之间建立电连接。随后，可以有利地启动充电过程或者充电装置与移动设备之间的数据传输。充电架的几何形状优选地是以上已经描述的渐缩的几何形状。
161.在本发明的一个有利改进中，可以提供的是，充电装置自动地将充电架的尺寸适配于移动设备的尺寸和/或自动地将充电架的旋转位置适配于移动设备的定向。
162.本发明还涉及一种根据以上和以下实施例的充电系统的至少一个充电装置用于为飞行器提供飞行通道的有利用途。
163.可以将一个或更多个充电装置定位在例如无人驾驶飞行器的设想的飞行进入区域中，以便增加无人驾驶飞行器的航程。具体地，有可能使用多个充电装置来形成较长的飞行通道。举例来讲，由此可以使无人驾驶飞行器进行包裹递送的有利基础设施成为可能。
164.充电装置可以具体地被提供用于移动设备(具体地飞行器)的用户独立充电。通过移动设备的识别，可以随后产生针对充电过程的开账单或发票。也可以租用充电装置。
165.不言而喻，对于移动电气设备、充电脚、充电装置、移动设备的插入部或充电方法，已经结合根据本发明的充电系统所描述的特征也是有利地可实现的—反之亦然。此外，根据本发明已经提及的与充电系统相关联的优点还可以理解为与移动电气设备、充电脚、充电装置、移动设备的插入部或充电方法相关—反之亦然。
166.另外应当指出的是，诸如“包括”、“具有”或“带有”的术语不包括其他特征或步骤。此外，以单数表示步骤或特征的诸如“一(a)/一(an)”或“该(the)”的术语不排除多个特征或步骤，反之亦然。
167.然而，在本发明的整体性实施例中，还可以提供的是，将在本发明中由术语“包括”、“具有”或“带有”引入的特征详尽地列举。因此，在本发明的背景下的一个或更多个列举可以被认为是自包含的，例如在每种情况下对于每个权利要求进行考虑。本发明可以例如排他地由权利要求1中提及的特征组成。
168.此外，应当强调的是，在本情况下描述的值和参数伴随地包括对应地提及的值或参数的
±
10％或更小、优选
±
5％或更小、更优选
±
1％或更小、并且非常特别优选
±
0.1％或更小的偏差或变化，条件是在本发明的实施方式中在实践中不排除这些偏差。以起始值和结束值的方式指定范围还包括分别由提及的范围包括的所有那些值和分数，尤其是起始值和最终值以及相应的平均值。
附图说明
169.下面参考附图更详细地描述本发明的示范性实施例。
170.在每种情况下图示出了优选的示范性实施例，其中本发明的单独特征是彼此组合地展示的。由本领域技术人员还可独立于同一示范性实施例的其他特征来实现示范性实施例的特征，并且可相应地将示范性实施例的特征与其他示范性实施例的特征直接关联，以形成进一步便利的组合和子组合。
171.在附图中，功能相同的元件设置有相同的附图标记。
172.在附图中，示意性地：
173.图1在透视图示中示出了具有充电装置和移动电气设备的充电系统；
174.图2在透视图示中示出了根据第二示范性实施例的具有充电架的充电装置；
175.图3在透视图示中示出了根据第三示范性实施例的具有充电架的充电装置；
176.图4在透视图示中示出了根据第二示范性实施例的移动电气设备的充电脚；
177.图5在透视图示中示出了根据第三示范性实施例的移动电气设备的充电脚；
178.图6在剖视图示中示出了将充电脚固定至移动设备的底座的示范性手段；
179.图7在单独的透视图示中示出了图1的移动电气设备的充电脚；
180.图8在剖视图示中示出了根据第一示范性实施例的弹性安装的接触元件或相应的配合接触元件；
181.图9在剖视图示中示出了根据第二示范性实施例的弹性安装的接触元件或相应的配合接触元件；
182.图10在剖视图示中示出了根据第三示范性实施例的弹性安装的接触元件或相应的配合接触元件；
183.图11在平面图中示出了移动电气设备在充电架中的定向的原理；以及
184.图12在透视图示中示出了根据第四示范性实施例的具有充电架的充电装置。
具体实施方式
185.图1示出了根据本发明第一示范性实施例的具有移动电气设备2和充电装置3的充电系统1。
186.在示范性实施例中，移动电气设备被实施为飞行器2或无人驾驶飞行器2。然而，一般而言，移动电气设备可以是任意的移动电气设备，例如还可以是移动终端，诸如移动电话或平板电脑等。在移动电气设备在下文中被称为飞行器2的情况下，这不应被理解为是限制性的，而是仅旨在提供更好的理解。
187.为了阐明飞行器2的具体配置无关紧要，还仅示意性地示出了所示的无人驾驶飞行器2(也俗称为“无人机”)。无人驾驶飞行器2优选地被实施为具有四个电动机4的四轴飞行器，四个电动机驱动相应的螺旋桨5(旋翼/空气螺旋桨)并且固定到对应的悬臂6。为了简化图示，图1仅展示了具有一个电动机4和一个相关联的螺旋桨5的单个悬臂6。
188.移动设备或飞行器2包括可充电电池组7和第一控制器8(由虚线表示)。
189.根据本发明的充电系统1用于对移动设备或飞行器2的可充电电池组7充电和/或在充电装置3与移动设备或飞行器2之间传输数据。为此目的，充电装置3具有插入口9，插入口用于将移动设备或飞行器2的插入部10插入到充电装置3的充电架11中，以便在充电装置
3与移动设备或飞行器2之间建立电连接。
190.已知用于建立正确电连接的充电装置3中的起落飞行器2的具体定向是有问题的。
191.一般而言，充电装置3可以具有电气的、光学的、声学的或其他标记，以便促进飞行器2的接近，或者以便引导飞行器2将插入部10插入直到插入口9。为此目的，在示范性实施例中，发光二极管12被提供在充电架11的每个拐角处。但是，插入部10向插入口9的插入被证明是特别有问题的。对此，需要确保飞行器2被校正定向以用于建立随后的电气连接。这是本发明的起始点。
192.本发明提供了使充电架11从插入口9开始渐缩以便在插入充电架11的过程中自动地对移动设备或飞行器2的插入部10进行定向。
193.在根据图1的示范性实施例中，出于此目的，充电架11具有从插入口9开始呈锥形渐缩的四个侧壁13。此外，切口14被设置为与插入口9相对。如果充电架11布置在户外，则切口14可以用于例如导引雨水。此外，底板15也安装在切口14下方。底板15可用于例如更好地将充电装置3固定在车辆上或屋顶上。切口14和底板15均是可选的。
194.飞行器2的插入部10具有固定至飞行器2的起落架17的四个充电脚16。一般而言，可以提供任何所希望数量的充电脚16，优选地对应于充电架11的拐角的数量。此外，作为固定在起落架17上的替代方案，充电脚16也可以布置在用于固定螺旋桨5的悬臂6上。充电脚16也可以竖直地布置在起落架17上或者螺旋桨5上。举例来讲，在图1中由虚线表示两个另外的固定位置。
195.在示范性实施例中，充电脚16以可伸出且可旋转的方式固定至起落架17(参见图1中的箭头)。在这种情况下，可以例如通过使用机械螺钉的夹紧环18实现固定，如图6中所示。在图7中以单独的透视图示补充地示出了图1中的充电脚16之一。
196.充电脚16在其接触部分上沿着相对于充电架11的中心轴线m的插入角α成角度(参见图5)，其中，插入角α优选地对应于充电架11根据其渐缩的锥角β(参见图1)。锥角β可以任选地是可调节的，例如以便使得能够适应具有不同插入角α的不同充电脚16。
197.如果飞行器2然后通过插入口9插入到充电架11中，则由于充电架11的根据本发明的几何形状，它能够将其自身独立地正确定向在充电架11中，如图11中所指示的。渐缩首先导致飞行器2以这样的方式旋转：充电脚16的边缘最终与充电架11的相应的拐角接合(图11中的上面的图示)。同时，由于飞行器2的重力锥形形状迫使飞行器2进入充电架11的中心(图11中的下面的图示)。同时，飞行器2的倾斜也被补偿。
198.在本发明的背景下，充电架11和插入部10形成电接触元件对，电接触元件对在每种情况下包括充电架11的接触元件19以及插入部10的对应的配对接触元件20。
199.在这种情况下，充电架11的接触元件19优选以与两个会聚的侧壁13的拐角邻接的方式布置，如图1和图3所示。在这种情况下，每个拐角配有两个接触元件19，其在示范性实施例中被实施为条状平坦触点。用于形成对应的接触元件对的对应的配对接触元件20以与两个会聚侧表面的边缘邻接的方式布置在充电脚16上，其中配对接触元件20之一被分配给两个侧表面中的每一个。这在图7中可特别好地辨别。
200.为了防止在飞行器2另外运行时对充电脚16的配对接触元件20的损坏，可以补充地提供可选的起落脚21，飞行器2可以在其常规使用的背景下着陆在起落脚上(参见图7中的虚线)。
201.一般而言，可以设置接触元件19和对应的配对接触元件20的任意分布，使得它们在移动设备或飞行器2的插入和定向状态下彼此正确地电接触。配对接触元件20的另一示范性分布在图4和图5中是可辨别的，图4和图5各自示出了移动设备或飞行器2的充电脚16的替代性示范性实施例。
202.一般而言，接触元件19和/或配对接触元件20可以被实施为平坦触点、弹簧触点和/或磁性安装的触点或其他触点。特别优选地，使用弹簧触点，图8至图10中展示了一些示范性变体。图8示出了通过多个弹簧均匀安装的平坦触点。图9示出了弹性安装在一侧上的平坦触点，图10示出了板簧形式的接触元件19或相应的配对接触元件20。在一个优选的变体中，配对接触元件20是弹性安装的，并且接触元件19被实施为平坦触点，尤其是带状触点。
203.一般而言，充电架11的锥度可以实施为任何希望的方式。为了说明，图2展示了充电架11的实施例的进一步的示范性变体。图2中的充电架11具有单一的、圆锥形地渐缩的侧壁13，圆锥形地渐缩的侧壁同样具有与插入口9相对定位的切口14。此外根据图2的充电架11具有以环方式周向地延伸的接触元件19，因为本发明的所展示的圆锥形变体不允许移动设备或飞行器2的旋转定向。
204.在图3中展示了充电架11的另一变体。图3中的充电架11由形成对应拐角的多个侧壁区段22以与图1中的变体相当的方式形成。切口14再次设置在下侧上。如在图1的示范性实施例中，接触元件19布置在拐角中。由于分段配置，图3中的充电架11是适应性相对灵活的，尤其是在侧壁区段22布置在可移位的框架结构23上时。然而，在图3中所展示的充电架11的情况下，由于图3中的变体的充电架11缺少可以用于初始导引移动设备2的连续侧壁13，因此可能需要移动设备或飞行器2已经在足够准确地对准的旋转位置中插入到充电架11中。
205.在图3中用虚线另外地指示了接触元件19在面向插入口9的充电表面24上的布置。一般而言，可以提供的是，不将充电架11的接触元件19布置、或不排他地布置在侧壁13或侧壁区段22上。因此，一个或更多个充电脚16可有利地安置在充电表面24上。在图4中指示了相应适合的配对接触元件20。
206.应提及的是，并非所有的接触元件19或配对接触元件20都需要电连接或根本不存在。在本发明的背景下，还可以提供虚拟触点，例如虚拟充电脚，虚拟触点仅用于移动设备或飞行器2在充电架11中的定向。
207.图12中展示了根据本发明的充电装置3的第四示范性实施例。以与图3中所描述的示范性实施例相当的方式，充电架具有形成充电架11的对应拐角的四个侧壁区段22。接触元件19布置在侧壁区段22的拐角中。
208.图12中的侧壁区段22也被可移位地布置，从而使得充电架11被适配地实施为用于插入不同的移动设备或不同的飞行器2。为此目的，侧壁区段22中的每一者布置在专用导轨23’上，其中导轨23’按照十字形方式围绕充电架11的中心轴线m来布置。
209.图12中的充电装置3补充地包括旋转单元15’，以便设定充电架11的旋转位置。因此，充电架11的旋转位置可以有利地适配于移动设备或飞行器2的旋转位置或定向。为此目的，侧壁区段22与它们的导轨23’一起固定在可旋转的转盘15”上。
210.可以提供的是，充电装置3和/或移动设备或飞行器2包括用于控制充电过程的控
制器8、25。举例来讲，飞行器2的第一控制器8(在图1中由虚线指示)可以用于此目的。此外，在图1中充电装置3的第二控制器25同样由虚线展示。控制器8、25可以被配置成检测移动设备或飞行器2与充电架11之间的正确电连接，以便仅在正确电连接的情况下启动充电过程和/或数据传输。充电装置3的第二控制器25可以具体被配置成与移动电气设备或飞行器2的电池管理系统交换数据信号以用于控制充电过程，例如用于在可充电电池组7的多个电池之间的均匀电荷分布的补偿调节。
211.还可以提供的是，充电脚16中的至少一个充电脚包括控制器26(在图1中指示)。
212.充电装置3的控制器25可以被配置成与移动设备或飞行器2的控制器8和/或与充电脚16的控制器26无线地交换以用于识别移动设备或飞行器2和/或用于采集移动设备或飞行器2的移动数据(尤其是飞行数据)的数据，尤其是与移动设备或飞行器2的位置、定向和/或倾斜角度有关的数据。具体地，充电脚16的控制器26可通信连接至移动设备或飞行器的控制器8以用于数据交换。为此目的，充电脚16的控制器26可以例如连接至移动设备或飞行器2的编程接口27并且传送限定的控制信号以用于与控制器8通信。然而，控制器26还可以例如模拟移动设备或飞行器2的遥控器或其控制信号。举例来讲，控制器26可以被配置成读出来自控制器8的移动设备或飞行器2的移动数据(具体为飞行数据)和/或向控制器8传送针对有待由移动设备或飞行器2执行的操控指令(例如，着陆操控或旋转位置的改变)。