一种无人机群快速无线充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机群快速无线充电系统，所述系统包括逆变模块、整流模块、通信控制模块、位置检测模块、地面无线发射系统和无人机无线接收系统。系统采用电磁感应式无线传输方式，整体结构为单

【技术实现步骤摘要】
一种无人机群快速无线充电系统


[0001]本专利技术属于无线电能传输领域，特别是涉及到一种无人机群快速无线充电系统。

技术介绍

[0002]无人机具有灵活性和便捷性的优点，使其在物流、农业、安防、救灾等领域发挥越来越重要的作用。但续航能力与电能补给问题成为了限制其进一步发展的主要因素。传统的无人机充电主要采用有线充电的方式，需要电缆的直接连接，易受雨雪等极端天气的影响，并且长期插拔插销容易造成接触不良等问题，而且有线充电的方式也会消耗大量的人力物力。
[0003]基于传统有线充电方式的诸多弊端，无人机无线充电技术应运而生，无人机的自主充电在电气隔离安全性、非接触充电便捷性和恶劣环境适应性等方面都有着不可替代的优势。
[0004]随着应用业务量的不断增大以及应用领域的不断拓展，单架无人机已无法满足某些场景下的应用需求，而无人机群通过相互的能力补充与行动协调能够实现更高的作业目标，于是，可供多架无人机同时充电的无线充电系统应运而生。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种无人机群快速无线充电系统，用以解决传统充电方式安全系数低、自动化程度低，充电过程繁杂，以及无人机所搭载的电池容量有限，续航能力不足、巡航范围受限的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种无人机群快速无线充电系统，所述系统包括逆变模块、整流模块、通信控制模块、位置检测模块、地面无线发射系统和无人机无线接收系统。发射侧采用工频整流将220V工频交流电变换为直流电，经过逆变模块后变成高频交流电，注入到无线发射线圈将其转变为高频交流磁场；无线接收线圈接收到高频磁场后将其转变为高频交流电，经过功率变换模块整流、调压后向无人机电池充电。
[0007]进一步地，作为一个可执行方案，所述逆变模块采用新型碳化硅高频开关器件，所述逆变电路采用单相全桥拓扑结构，如图1所示。
[0008]进一步地，作为一个可执行方案，所述整流模块包括高频整流和工频整流，在发射侧采用工频整流将工频交流电转换为直流电供给逆变器，在接受侧采用高频整流将高频交流电转变为直流电供给无人机电池。
[0009]进一步地，作为一个可执行方案，所述通信控制模块采用TMS320X2812DSP对逆变模块进行数字控制，并且采用ZigBee通信模块实现对系统各模块的控制。
[0010]进一步地，作为一个可执行方案，所述位置检测模块包括GPS定位系统和超声波测距模块。
[0011]进一步地，作为一个可执行方案，所述地面无线发射系统和无人机无线接收系统中的传输线圈为多匝的圆形线圈优化结构，采用利兹线进行磁能线圈绕制，采用非晶合金
材料进行磁屏蔽，并且采用原边串联谐振，副边串联谐振的补偿结构，如图2所示。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013](1)便捷性。对无人机进行有线充电时需不断插拔，而对于本专利技术，在充电时，只需将无人机停在发射线圈之上就可以充电，无需插拔。
[0014](2)大功率与多负载特性。目前大多数无线充电系统只能供一架无人机充电，本专利技术的电源模块最大能够提供10kW的功率，可同时为10架无人机供电，不但节省了大量的空间，而且满足了某些特殊场合无人机群充电的需求。
[0015](3)充电效率高。本专利技术采用电磁感应式无线电能传输技术，通过在空气磁路中加入高导磁材料增加传输功率和传输效率，达到灵活快速充电的效果。
附图说明
[0016]图1是单相全桥逆变电路图。
[0017]图2是SS补偿网络拓扑结构。
[0018]图3是无人机群快速无线充电系统总体结构设计图。
[0019]图4是电磁感应式电力传输技术示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点表达地更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]本专利技术提出一种无人机群快速无线充电系统，所述系统包括逆变模块、整流模块、通信控制模块、位置检测模块、地面无线发射系统和无人机无线接收系统。
[0022]无人机群快速无线充电技术整体结构采用图1所示的单
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多
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单模型，一个电源模块可以同时供应十个发射线圈，每个发射线圈对应一个接收线圈，并通过检测与投切技术实现控制。在整体系统中，采用新型碳化硅高频开关器件，减少开关损耗，提高逆变电源的传输效率；同时采用最先进的谐振开关技术和智能控制先进算法对高频逆变器的输出频率和电压进行有效控制。采用ZigBee独立通讯系统实现各个模块之间的通信，同时采用电能屏蔽技术减少其他因素对信号的干扰，以提高各个模块之间的通信速率和通信可靠性。
[0023]下面以图3作为具体的实施例。
[0024]充电方式采用图4所示电磁感应式电力传输技术，该技术属于电磁场近耦合无线电能传输技术，是一种大功率传输技术。当发射侧线圈和接受侧线圈工作在同一频率或者在某一特定的频率达到谐振时，就可以实现电能传输。无人机上安装有GPS定位系统，当无人机需要充电时，定位到最近的充电站内的发射线圈，地面超声波测距模块用来检测无人机是否已落下，当无人机完全落下时超声波检测到并将信号传递给控制模块，随后控制相应开关打开，进行充电。
[0025]系统工作时对十个无线发射线圈进行投切控制，当某个发射线圈处的超声波测距模块检测到无人机落下时，通过ZigBee通讯模块将信号发送给DSP，控制系统DSP检测到信号后控制相应开关打开，同时对应发射线圈工作。当无人机出现过载、充电故障等意外情况时，此信息通过通信模块反馈到控制器，从而对无线充电系统进行整体协调。在工作过程
中，其工作效率一般可达90％，充电阶段的最大输电功率为10kW，最多可供十架无人机同时充电。
[0026]以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机群快速无线充电系统，其特征在于：包括地面发射端和无人机接收端等，所属系统采用功率输出能力较大的SS型补偿网络，发射端与接收端通过高频磁场实现能量传输。无人机通过GPS定位到发射线圈，无线发射端的超声波测距传感器检测到无人机落下后将信号发送给DSP，控制相应开关打开，从而为无人机供电。2.根据权利要求1所述的无人机群快速无线充电系统，其特征在于：所述地面无线发射系统和无人机无线接收系统中的传输线圈为多匝的圆形线圈优化结构，采用利兹线进行磁能线圈绕制，采用非晶合金材料进行磁屏蔽，并且采用原边串联谐振，副边串联谐振的补偿结构。3.根据权利要求1所述的无人机群快速无线充电系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高盈奇，何涛，姚鸿升，刘泽堃，王淳奕，周玄，刘雪莉，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：