群体无人机供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁耦合的无接触式充电的群体无人机供电系统，包括：主机，所述主机由燃油为其提供燃料，携带有至少一个电源，包括多个发射端，且每个发射端都具有发射线圈和与发射线圈相对应的第一共振线圈，所述电源与所述发射端电连接；以及至少一个无人机，每个无人机携带有可重复充电装置，且每个无人机包括一个接收端，所述接收端具有接收线圈和与接收线圈相对应的第二共振线圈，所述接收端与所述可重复充电装置电连接，其中每个发射端可为一个无人机充电，且所述发射线圈、第一共振线圈、第二共振线圈以及接收线圈构成一个电磁共振式耦合机构。本发明专利技术还公开一种基于上述群体无人机供电系统的充电方法。

Group unmanned aerial vehicle power supply system

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无人机供电系统，尤其涉及一种基于电磁耦合的无接触式充电的群体无人机供电系统，用于同时给多个小型无人机充电，来保证无人机的续航。本专利技术还涉及一种基于上述群体无人机供电系统的充电方法。
技术介绍
与有人机相比，无人机具有诸多优势：小而轻、且不易被发现、开发和维护成本低、机动性好、起降要求低等。随着无人机的大众化，其应用领域已涵盖科研、民用及军事。世界上从事无人机研究和生产的国家已经超过30个，无人机基本型数量已增加到300多种。在评估无人机性能好坏的诸项指标中，无人机的续航能力是一个重要的指标，而长航程也是今后无人机的主要发展趋势之一。对于无人机而言，更长的续航能力就意味着能够更加高效、可持续地完成任务，特别是在争分夺秒的未来战争中，长续航里程就可以起到持续地获取战场信息作用。当前市场上可提供蓄电池和油气无人机，目前最大的蓄电池无人机大概只能航行1小时左右；相对于蓄电池无人机，油气无人机能够航行的时间相对长很多，但是油气无人机无论从灵敏度还是体积上，都不如蓄电池无人机灵活。目前从能源角度出发，增加无人机续航里程的途径总结起来主要可分为两种：携带更多的电能或者在任务中多次进行电能补给。对于前者，由于目前比较成熟的蓄电池技术的已经发展到了瓶颈期，更大的蓄电池容量就意味着更大的蓄电池体积和重量，因而增加蓄电池容量必将影响无人机的机动性能和轻量化；对于通过多次进行电能补给这种途径，如果是基于传统接触式电能传导方式的充电技术，那么意味着无人机在需要补充电能的时候都需要返回降落到基站或者母港中，并投入人力为其充电，显然这样的方式在可靠性、灵活性、便捷性等方面有所不足，而基于该方式的悬停充电形式安全性低，对无人机的各项技术性能都有很高的要求，实现难度大。因此，设计一种可以使无人机在任务中灵活、便捷地进行充电的方案并对实现该方案的技术进行研究是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决
技术介绍
中存在的问题，提供一种群体无人机供电的方法，实现了可用于实际给多架小型无人机充电。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种基于电磁耦合的无接触式充电的群体无人机供电系统，包括：主机，所述主机由燃油为其提供燃料，携带有至少一个电源，包括多个发射端，且每个发射端都具有发射线圈和与发射线圈相对应的第一共振线圈，所述电源与所述发射端电连接；至少一个无人机，每个无人机携带有可重复充电装置，且每个无人机包括一个接收端，所述接收端具有接收线圈和与接收线圈相对应的第二共振线圈，所述接收端与所述可重复充电装置电连接，其中每个发射端可为一个无人机充电，且所述发射线圈、第一共振线圈、第二共振线圈以及接收线圈构成一个电磁共振式耦合机构。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述发射端和接收端都包括功率变换器。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述无人机包括导航系统。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述导航系统为视觉导航系统和/或惯性导航系统。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述可重复充电装置为蓄电池。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一种充电方法，其基于上述群体无人机供电系统实现对无人机的充电，所述方法包括以下步骤：1)使无人机的接收端被安置在主机的一个发射端的感应范围内；2)使主机的电源释放交流电，所述发射端的发射线圈与第一共振线圈响应于交流电产生一个磁场；3)无人机的接收端的第二共振线圈与第一共振线圈相互耦合产生一个耦合磁场，接收线圈产生一个电流；以及4)接收线圈对可重复充电装置进行充电，其中步骤1)和2)的顺序可以互换。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种群体无人机供电系统与现有技术相比，具有这样的有益效果：本专利技术针对无人机续航时间短，无法长时间巡航等问题，提出一种群体无人机供电系统，主机采用大型燃油机携带电源，通过耦合线圈的电磁谐振将能量传递给分布在其周围的小型无人机，提高了无人机的续航能力的同时也保证了无人机的灵活性。同时对主从机之间应用视觉和/或惯性导航，实现无人机之间的相对控制，保证了小型无人机与主机之间的准确定位和导航，从而保证了小型无人机准确找到充电位置，提高充电效率，具有广阔的应用前景。附图说明图1为根据本专利技术的一个实施方案的群体无人机供电系统的简要示意图；图2为本专利技术的电磁耦合的无接触式充电技术的原理示意图；图3为根据本专利技术的一个实施方案的无人机导航系统示意图；图4为根据本专利技术的一个实施方案的群体无人机供电系统的充电流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现参照图1-4对本专利技术的群体无人机供电系统的一个实施方案进行详细描述。其中，图1示出了根据本专利技术的一个实施方案的群体无人机供电系统的简要示意图。如图1所示，群体无人机供电系统包括一个主机1和六个无人机2。优选地，主机1为中大型六旋翼无人机，采用燃油作为燃料，续航能力强，并且搭载有电源3，其中电源提供交流电。在本实施方案中，主机1包括6个发射端11，每个发射端11都具有发射线圈111和与发射线圈相对应的第一共振线圈112，其中电源3与发射端11之间电连接，电源产生的交流电流流过发射端的发射线圈和与发射线圈对应的第一共振线圈产生一个磁场。优选地，在电源和发射端之间存在一个功率变换器，功率转换器可以将电源释放的低频交流电转化为高频交流电。无人机2携带有可重复充电装置，在本实施方案中为蓄电池，无人机2设有接收端21，接收端具有接收线圈211和与接收线圈对应的第二共振线圈212，第二共振线圈212和第一共振线圈112之间进行相互耦合产生一个耦合磁场，接收线圈211响应于耦合磁场产生电流，为蓄电池供电。优选地，在接收端21和蓄电池之间存在一个功率变换器。以此方式，主机通过电磁感应耦合原理同时给六个小型无人机充电。图2示出了磁耦合的无接触式充电技术的原理示意图。当小无人机2靠近主机1时，小型无人机的电磁耦合线圈和主机的耦合线圈之间产生电磁共振，能量就可以由主机电源无接触传递给无人机，实现主机对无人机的充电。具体地，发射线圈111、第一共振线圈112、第二共振线圈212和接收线圈211构成了电磁共振式耦合机，第一共振线圈112和第二共振线圈212之间形成耦合磁场。为了减小趋肤效应，四个线圈均采用利兹线圈绕制而成。优选地，将两个相互耦合的共振线圈自身的品质因数Q设计地较高，通过这两个高Q值的共振线圈，可以在空间内产生更高强度的磁场，使得电能可以在较远的距离进行高效传递。分析电磁场近场耦合无线电能传输技术的基本方法是互感耦合理论，其基本原理是磁场耦合，下面对其基本原理作简单介绍。当原级线圈接入工频交流电时，次级线圈通过电磁感应产生感应电动势。设I1和I2分别是原级线圈和次级线圈中的电流值，M是线圈之间的互感系数。当原级线圈中接入角频率为ω的高频交流电压时，会在原级线圈周围的空间产生高频电磁场。由于原级线圈和次级线圈之间相互耦合，次级线圈则会感应到原级线圈产生的高频电磁场产生高频感应电动势。次级线圈上的感应电压是由原级线圈的电流I1决定的，感应电压的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁耦合的无接触式充电的群体无人机供电系统，其特征在于，包括：主机，所述主机由燃油为其提供燃料，携带有至少一个电源，包括多个发射端，且每个发射端都具有发射线圈和与发射线圈相对应的第一共振线圈，所述电源与所述发射端电连接；至少一个无人机，每个无人机携带有可重复充电装置，且每个无人机包括一个接收端，所述接收端具有接收线圈和与接收线圈相对应的第二共振线圈，所述接收端与所述可重复充电装置电连接，其中每个发射端可为一个无人机充电，且所述发射线圈、第一共振线圈、第二共振线圈以及接收线圈构成一个电磁共振式耦合机构。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁耦合的无接触式充电的群体无人机供电系统，其特征在于，包括：主机，所述主机由燃油为其提供燃料，携带有至少一个电源，包括多个发射端，且每个发射端都具有发射线圈和与发射线圈相对应的第一共振线圈，所述电源与所述发射端电连接；至少一个无人机，每个无人机携带有可重复充电装置，且每个无人机包括一个接收端，所述接收端具有接收线圈和与接收线圈相对应的第二共振线圈，所述接收端与所述可重复充电装置电连接，其中每个发射端可为一个无人机充电，且所述发射线圈、第一共振线圈、第二共振线圈以及接收线圈构成一个电磁共振式耦合机构。2.根据权利要求1所述的群体无人机供电系统，其特征在于，所述发射端和接收端都包括功率变换器。3.根据权利要求1所述的群体无人机供电系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：连翠玲，商建超，张田龙，左庆浩，张翠华，董旺，郭文龙，李晓松，
申请(专利权)人：河北省自动化研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13