[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

说明书

本发明公开了一种适用于无人机的电磁谐振耦合式无线充电效率优化方法，包括步骤：一、设计无人机的无线充电平台；二、建立线圈无线充电的等效电路模型；三、确定发射线圈半径；四、确定发射线圈匝数；五、优化接收线圈匝数；六、优化接收线圈半径；七、优化发射线圈和接收线圈的谐振频率；八、优化发射线圈和接收线圈的间距；九、发射线圈和接收线圈无线电能传输效率的非同轴优化。本发明在预留抗干扰间距的情况下尽可能大的确定发射线圈半径，根据发射线圈和接收线圈之间的耦合关系优化接收线圈直径和匝数，保证磁场密度的情况下尽可能小的确定接收线圈半径，进一步优化两个线圈的谐振频率、间距和非同轴性，实现无人机无线充电效率最大化。

技术领域

本发明属于无人机无线充电效率优化技术领域，具体涉及一种适用于无人机的电磁谐振耦合式无线充电效率优化方法。

背景技术

最近几年，随着人工智能技术的逐步完善，智能硬件已开始向小型化、低成本、低功耗的方向迈进，硬件成本的不断走低，为无人机制造业创造了良好的发展环境，无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的飞行器，其广泛用于防灾减灾、搜索营救、核辐射探测、交通监管、资源勘探、国土资源监测、边防巡逻、森林防火、气象探测、农作物估产、管道巡检等各个领域。

正是由于小型无人机的航空特性和大面积巡查的特点，对于无人机的续航提出了更高的要求。增强无人机续航能力的方式只有两种，一是增强蓄电池的储能，二是在飞行过程中进行多次补给。但是，由于蓄电池技术与传统供电技术的限制，使无人机续航能力、灵活性、便捷性等方面的发展受到了限制，如何灵活、便捷地为无人机补充电能成为了无人机发展过程中亟待解决的问题。由于电池的容量与电池的重量成正比，无人机的诸多任务要求无人机必须满足灵活性和轻量化的要求，而且无人机的重量势必也将影响续航。因此，通过在飞行过程中对无人机的电量进行多次补给，来保证无人机的续航能力是较佳方案，通过人为放置充电桩的方式具有极高的可靠性。传统的直接接触式充电方法对于无人机的位置精度要求极高，充电插座很难自主对准，不适用于无人机的自主充电系统，而近些年来，无线充电技术得到了飞速发展。

现无线充电技术主要是磁共振技术和磁感应技术，磁共振原理不同于磁感应利用互相感应原理来交换电磁能，而是利用充电基座与待充物相同频率的共振原理来高效传输能量。当发送端与接受端都以相同的频率振动时，接受端就能接收到发送端所产生的电磁场，进而接收到这个传递过来的能量。这种技术传输距离较远，传输功率较大，适用于大型设备的无线充电。磁感应的基本原理是在发送和接收端都装置一个线圈，当发送端线圈连接电源时形成电流会产生磁能，而接收端线圈感应到这个电磁信号，透过磁场的变化便可产生电力为电池充电。目前大多数的无人机无线充电都是采用磁感应的方式，且充电效率一般在60％～85％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于无人机的电磁谐振耦合式无线充电效率优化方法，根据无人机尺寸设计无人机的无线充电平台上发射线圈尺寸，在预留抗干扰间距的情况下尽可能大的确定发射线圈半径，保证较大的发射功率，根据发射线圈和接收线圈之间的耦合关系优化接收线圈直径和匝数，保证较大的磁场密度的情况下尽可能小的确定接收线圈半径，进一步优化两个线圈的谐振频率、间距和非同轴性，实现无人机无线充电效率最大化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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和通过连接柱设置在无线充电平台底板上侧且供无人机降落的无线充电平台顶板，所述无人机为四旋翼无人机，所述四旋翼无人机的四个支腿位于同一圆环上，所述无人机的机身中心位置处通过接收线圈安装架连接有接收线圈，无线充电平台底板上设置有无线充电平台控制盒和带动与所述接收线圈配合的发射线圈移动的二轴滑台；

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；