[发明专利]面向旋翼无人机的轻量化无线充电系统

说明书

本发明公开了一种面向旋翼无人机的轻量化无线充电系统，包括发射端和接收端，发射端包括直流稳压电源、Buck变换器、全桥逆变器、LCC补偿拓扑和第一控制电路，接收端包括电感、整流桥、滤波电容、电池和第二控制电路，其中，接收端的电感与发射端的LCC补偿拓扑的电感构成磁耦合机构，且两个电感尺寸不对称，发射端采用LCC补偿拓扑,且接收端未采用LCC补偿拓扑构成LCC‑None补偿拓扑。该系统在不采用接收端补偿电容的前提下，不仅保证接收端的轻量化和简单化，还维持了无线充电系统的高性能工作状态。

技术领域

本发明涉及旋翼无人机技术领域，特别涉及一种面向旋翼无人机的轻量化无线充电系统。

背景技术

近年来，旋翼无人机广泛地应用于图像拍摄、线路巡检以及快递运输等领域，并且具备机械结构简单、安全性高以及使用成本低等优点。然而，受限于旋翼无人机的结构尺寸、载重负荷以及电池容量等因素，旋翼无人机续航里程或续航时间通常较短(20～30min)。虽然增加电池容量有效地提升了旋翼无人机的续航里程和续航时间，但是不可避免地影响旋翼无人机的载重负荷和整体成本。因此，在不改变电池容量的前提下，通常采用快速(大功率)充电方法提高旋翼无人机特定时间内利用率。

现阶段，旋翼无人机采用的接触式充电(电线连接)方法存在充电接口不统一，易受天气环境影响以及人工参与操作等问题，难以充分地适用于日益发展的自动化和智能化旋翼无人机充电需求。非接触式无线充电系统有效地解决了上述问题，其工作原理为：电能发射装置(发射端)将能量以磁场方式隔空传输到位于旋翼无人机上能量接收装置(接收端)，经过能量变换与功率调节后，对其中电池进行恒流或恒压充电。采用无线充电的旋翼无人机实现了无人值守的自动化充电，极大地提升了其在实际应用中的灵活性、便捷性和安全性等。

如前所述，由于旋翼无人机的结构尺寸、载重负荷以及电池容量等参数通常受限，并且无线充电系统需将能量接收装置安放于其上，此时能量接收装置应该具备重量轻、尺寸小、结构简单以及易于安装等性能。针对此需求，从磁耦合机构、复合补偿拓扑以及充电控制电路角度出发，设计了具备较强抗偏移性能的轻量化且简单化磁耦合机构、设计了发射端LCC补偿拓扑与接收端无(None)补偿拓扑(简称为LCC-None补偿拓扑)，设计了采用发射端Buck变换器的恒流/恒压充电电路。

现有关于旋翼无人机无线充电系统的磁耦合机构和接收端补偿拓扑，根据旋翼无人机的不同结构和尺寸，主要分为三种，如图1所示。类型1和类型3中接收线圈影响旋翼无人机上摄像头或机械装置的全方向运动，并且接收线圈的尺寸较大将影响旋翼无人机内部电子元器件。类型2充分地利用了旋翼无人机的起落架，虽然有效地解决了类型1和类型3存在的问题，但是存在耦合系数较低、控制难度高以及发射线圈阵列复杂等问题。因此，亟待一种在保证接线线圈轻量化和简单化的基础上，使其更加适用于旋翼无人机无线充电系统。

另外，为保证旋翼无人机无线充电系统的接收端最大限度的轻量化和简单化，通常采用串联补偿拓扑，但这种方式的补偿电容的体积较大且成本较高，随着功率的增加，此问题也将愈发严重。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种面向旋翼无人机的轻量化无线充电系统。