[发明专利]适用于无人机的电磁谐振耦合式无线充电效率优化方法

权利要求书

1.适用于无人机的电磁谐振耦合式无线充电效率优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、设计无人机的无线充电平台：设计用于为无人机(6)充电补给的无线充电平台，所述无线充电平台包括无线充电平台底板(1)和通过连接柱(2)设置在无线充电平台底板(1)上侧且供无人机(6)降落的无线充电平台顶板(3)，所述无人机(6)为四旋翼无人机，所述四旋翼无人机的四个支腿(7)位于同一圆环上，所述无人机(6)的机身中心位置处通过接收线圈(9)安装架(8)连接有接收线圈(9)，无线充电平台底板(1)上设置有无线充电平台控制盒(5)和带动与所述接收线圈(9)配合的发射线圈(11)移动的二轴滑台(4)；

步骤二、建立线圈无线充电的等效电路模型：利用计算机建立线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型；

步骤三、根据公式确定发射线圈半径r₁，其中，λ为四旋翼无人机的四个支腿(7)所在圆环的内径，Δ为抗干扰间距且Δ取

步骤四、确定发射线圈匝数：预估发射线圈(11)匝数范围，在预估的发射线圈(11)匝数范围内，缠绕多个匝数各不相同且半径均为r₁的接收线圈(9)，再缠绕多个匝数各不相同且半径均为r₁的发射线圈(11)，任选一个接收线圈(9)和一个发射线圈(11)，将两线圈呈同轴布设，固定接收线圈(9)和发射线圈(11)之间的间距，获取两线圈无线电能的传输效率，选定两线圈无线电能的传输效率最大时的匝数为发射线圈(11)匝数；

步骤五、优化接收线圈匝数：根据确定的发射线圈(11)匝数，保持线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中发射电路电感线圈参数保持不变，固定接收线圈(9)的半径，固定接收线圈(9)和发射线圈(11)之间的间距，根据发射电路的自谐振频率和接收电路的自谐振频率相同条件，改变接收线圈(9)匝数获取接收线圈(9)变匝数下与发射线圈(11)的无线电能的传输效率，选定无线电能的传输效率最大时的匝数为接收线圈(9)匝数；

步骤六、优化接收线圈半径：根据确定的发射线圈(11)匝数，保持线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中发射电路电感线圈参数保持不变，固定接收线圈(9)的匝数，固定接收线圈(9)和发射线圈(11)之间的间距，根据发射电路的自谐振频率和接收电路的自谐振频率相同条件，改变接收线圈(9)半径获取接收线圈(9)变径下与发射线圈(11)的无线电能的传输效率，选定无线电能的传输效率最大时的半径为接收线圈(9)半径；

所述接收线圈(9)半径不大于发射线圈半径r₁；

步骤七、优化发射线圈和接收线圈的谐振频率：根据发射电路的自谐振频率和接收电路的自谐振频率相同条件，保持发射电路和接收电路的线圈电感不变，同时改变发射线圈(11)和接收线圈(9)的谐振电容，固定接收线圈(9)和发射线圈(11)之间的间距，采用优化后的发射线圈(11)参数和优化后的接收线圈(9)参数，获取发射线圈(11)和接收线圈(9)的不同谐振频率下的无线电能的传输效率，选定无线电能的传输效率最大时的发射线圈(11)和接收线圈(9)的谐振频率；

所述发射线圈(11)参数包括发射线圈(11)匝数和发射线圈(11)半径；

所述接收线圈(9)参数包括接收线圈(9)匝数和接收线圈(9)半径；

步骤八、优化发射线圈和接收线圈的间距：根据发射电路的自谐振频率和接收电路的自谐振频率相同条件，采用优化后的发射线圈(11)参数和优化后的接收线圈(9)参数，利用Matlab软件建立线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中电源频率、发射线圈(11)和接收线圈(9)的间距、以及无线电能的传输效率三者的三维坐标系，获取无线电能的传输效率最大时的线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中电源频率、以及发射线圈(11)和接收线圈(9)的间距；

步骤九、发射线圈和接收线圈无线电能传输效率的非同轴优化：根据无人机落在无线充电平台上的坐标，无线充电平台控制盒(5)控制二轴滑台(4)工作，利用二轴滑台(4)带动优化后的发射线圈(11)在无线充电平台顶板(3)底部移动，使发射线圈(11)的中心坐标与无人机在无线充电平台上的坐标上下对齐，实现发射线圈(11)和优化后的接收线圈(9)的同轴对准，实现发射线圈(11)和接收线圈(9)无线电能传输效率非同轴优化；

步骤四至步骤八中，无线电能的传输效率其中，w为线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中电源角频率，M为发射线圈(11)和接收线圈(9)呈同轴布设下的互感值且R_L为线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中负载的等效电阻，Z_in为线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中发射电路的等效输入阻抗，Z₂为线圈电磁谐振耦合式无线充电的等效电路模型中接收电路的阻抗；μ₀为真空中磁导率，N₁为发射线圈(11)匝数，N₂为接收线圈(9)匝数，r₂为接收线圈(9)半径，D为发射线圈(11)和接收线圈(9)的间距；

所述发射线圈(11)匝数为3～15。