应用于无人机的无线充电技术研究
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摘要：针对无人机有线充电不便利、需要人工干预的问题，采用磁耦合谐振式无线充电技术，设计一种无人机无线充电系统。提出一种适用于无人机无线充电耦合装置，其发射装置具有双极性磁场特性，接收装置采用在小型铁氧体条上绕制线圈的方式，接收装置装设在起落架底端。利用有限元分析方法分析耦合装置磁场分布，发现磁场被约束在接收装置附近，避免无线充电系统对无人机产生漏磁干扰。根据系统恒压输出要求选择原边LCL一副边串联补偿拓扑，建立系统电路数学模型，获得输入输出电压关系，以指导系统参数设计。搭建样机系统，结果表明：系统实测与电路模型计算理论值一致;所设计系统可以在错位30mm的范围内对80w无人机正常充电。
关键词：无人机;无线充电;磁耦合谐振;耦合装置;补偿
DoI：10.15938/j.emc.2019.08.001
中图分类号：TM12文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2019）08-0001-09
0引言
无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）具有高灵活性的优点，已经在侦查、勘测、巡检、救援等领域发挥重要作用。受负重能力的限制，无人机搭载电池容量有限，续航能力不足、巡航范围受限成为限制无人机进一步发展的瓶颈问题之一。目前，无人机充电主要依赖于人工手动插拔插头的方式，这种方式降低了无人机的作业范围，即使利用中继充电站对无人机进行电能补给也无法摆脱充电过程中人的作用。而且，传统接触式充电方式自动化程度低，降低了无人机的工作效率，也无法实现无人机无人值守的目标。无线充电技术避免了导线的直接接触，省去了人工插拔插头的步骤，为无人机充电过程实现全自动提供了可能。
磁耦合谐振式无线充电是无线充电领域应用最为广泛的一种方式，其基本原理是在原边发射线圈通人交变励磁电流后产生交变磁场，完成电能到磁能的转变，该交变磁场与接收线圈耦合后感生出电动势，实现磁能到电能的转化，最终以非导线直接接触的方式实现电能传递。此外，通过调整电路参数，使发射端和接收端工作在相同的谐振频率下，可以提高系统的电能传递能力及效率。当前，已有一些学者尝试对无人机进行无线充电，以提高无人机作业范围、实现其无人值守。韩国庆尚大学将发射线圈和接收线圈设计为平面空心线圈，接...
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