本发明专利技术公开了一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置和系统，该装置包括依次连接的直流电压源和多通道无线传能单元，每一通道无线传能单元包括依次连接的变换器、用以消除供电线圈交叉耦合的补偿单元和供电线圈，其中，多通道无线传能单元中的各个供电线圈形成供电线圈阵列，供电线圈阵列用于将变换器变换后的电能无线传输至无人机的多个接收端的受电线圈，以向无人机无线供电。本发明专利技术能够实现对高机动性自主作业无人机的快速补能。现对高机动性自主作业无人机的快速补能。现对高机动性自主作业无人机的快速补能。
【技术实现步骤摘要】
基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置和系统
[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，尤其涉及一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置和系统。
技术介绍
[0002]随着无人机技术的发展，无人机因其自主飞行、机动灵活、视野全面、设备搭载便捷等诸多优势，不仅在军事中具有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。近年来，无人机开始在民用市场崭露头角，并已在电力巡检、农林植保、城市安防等领域有诸多应用，且具备较为可观的市场规模前景。
[0003]但是由于电池的容量、使用寿命等技术水平限制，无人机的续航能力提升一直是一个技术挑战。无人机大多采用有线插头或者更换电池的方式来实现充电，但无人机的续航时间很短，很难超过一个小时，而多次进行插拔式充电或更换电池极不方便，且由于野外复杂地理环境及气象条件，市电网络的接入存在较大难度，电池更换较为繁琐，并不能解决续航能力短的问题。
[0004]目前，磁耦合谐振式无线输电技术是一种新型的能量传输技术。该技术可使无人机充电摆脱线路的限制，实现无人机与电源完全分离，极大提升了无人机续航的灵活性、安全性等要求，让户外条件下的供电变得更为简洁和方便，同时也避免了常见的诸如电线老化短路、插座进水等原因而引发的电路故障。
[0005]结合新型的磁耦合谐振式无线传能技术，面向自主作业无人机灵活、安全、高效的无限功率适应性传输需求，在无人机静态化无线充电的基础上，探索无人机空中悬停动态耦合扰动下的无线电能传输机理是目前研究的热点。针对无人机动态耦合下的抗偏移性能的提升，构建满足无人机悬停位置偏差的耦合系统高效传能策略，搭建高适应性全向多接收端野外无线充电平台，实现高供电自由度下的无人机高效快捷充电，是无人机无线充电领域面临的技术挑战。
技术实现思路
[0006]本专利技术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，本专利技术的第一个目的在于提供一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，该装置基于矩阵式供电阵列的多元矩阵式供电线圈阵列，基于悬停位置偏差的受电线圈精准位置识别电磁信号传感器，基于供电线圈阵列灵活扩展的高适应激活单元，基于用于实现各通道输出功率的实时调控并实现大功率输出的聚合输出控制单元，以及基于用于消除各通道之间的功率抵消和环流状况并实现均流预测控制的均流预测控制单元，可实现对高机动性自主作业无人机的快速补能。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输系统。
[0008]为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，包括依次连接的直流电压源和多通道无线传能单元，每一通道无线传能单元包括依次连接的变换器、用以消除供电线圈交叉耦合的补偿单元和所述供电线圈，其中，所述多通道无线传能单元中的各个所述供电线圈形成供电线圈阵列，所述供电线圈阵列用于将所述变换器变换后的电能无线传输至无人机的多个接收端的受电线圈，以向所述无人机无线供电。
[0010]可选的，所述供电线圈阵列上设置有至少三个电磁信号传感器，无线电能传输装置通过三个电磁信号传感器识别受电线圈内部永磁体的磁场，并根据三个电磁信号传感器的磁场范围识别结果确定受电线圈所在接收端的降落位置。
[0011]可选的，该装置还包括：激活单元，与所述供电线圈阵列连接，用于在确定所述接收端位于有效充电区域时，激活检测到最大永磁体磁场信号的供电线圈进行供电。
[0012]可选的，所述激活单元还用于在所述接收端位于相邻供电线圈中间位置或者四供电线圈中间位置时，同时激活两相邻供电线圈或者四供电线圈进行供电。
[0013]可选的，每一通道无线传能单元还包括：聚合输出控制单元，分别与相应的变换器和供电线圈连接，用于实现各通道输出功率的实时调控，并实现大功率输出。
[0014]可选的，所述聚合输出控制单元包括：
[0015]相位差动态辨识模块，分别与相应的变换器和供电线圈连接，用于采集相应供电线圈的电流和相应变换器的输出电压，并计算得到相应供电线圈的电流和相应变换器的输出电压之间的相位角差值；
[0016]增益动态辨识模块，与所述供电线圈连接，用于采集相应供电线圈的电流，并计算得到相应通道负载端的输出电流；
[0017]第一PI控制模块，与所述相位差动态辨识模块连接，用于将实时计算的所述相位角差值与预设相位角差值进行比较，并计算得到时序导通控制角；
[0018]第二PI控制模块，与所述增益动态辨识模块连接，用于将实时计算的相应通道负载端的输出电流与预设电流进行比较，并计算得到变换器移相控制角；
[0019]移相调制控制模块，分别与所述第一PI控制模块、所述第二PI控制模块和相应的所述变换器连接，用于根据所述时序导通控制角和所述变换器移相控制角输出调节信号，以通过所述调节信号调节相应变换器中各个开关管的控制信号时序和占空比，以实现相应通道输出功率的实时调控。
[0020]可选的，每一通道无线传能单元还包括：均流预测控制单元，与相应通道的所述变换器连接，用于消除各通道之间的功率抵消和环流状况，实现均流预测控制。
[0021]可选的，所述均流预测控制单元包括：
[0022]相位比较器，与相应通道的所述变换器连接，用于采集相应通道的所述变换器的输出电压和输出电流信息，并计算得到相应接收端电流的相位；
[0023]幅值比较器，与相应通道的所述变换器连接，用于采集相应通道的所述变换器的输出电压和输出电流信息，并计算得到相应接收端电流的幅值；
[0024]第三PI控制模块，与所述相位比较器连接，用于将实时计算的相应接收端电流的相位与期望输出相位值进行比较，并输出相位比较信号；
[0025]第四PI控制模块，与所述幅值比较器连接，用于将实时计算的相应接收端电流的幅值与期望输出幅值进行比较，并输出幅值比较信号；
[0026]移相脉冲调制发生器，分别与所述第三PI控制模块和所述第四PI控制模块连接，用于根据所述相位比较信号和所述幅值比较信号输出调控信号；
[0027]模块化功率变换模块，分别与所述移相脉冲调制发生器和相应通道的所述变换器连接，所述移相脉冲调制发生器通过所述调控信号调节所述模块化功率变换模块中的开关管的时序和占空比，以调节相应通道的变换器输出电压、输出电流的幅值和相位，实现均流预测控制。
[0028]可选的，所述供电线圈阵列为矩形阵列，所述供电线圈为圆角矩形结构。
[0029]为达到上述目的，本专利技术第二方面提供了一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输系统，包括：
[0030]无人机，包括多个接收端，每一所述接收端内设置有受电线圈；以及，
[0031]如上述所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，所述无线电能传输装置用于通过多通道无线传能单元向各受电线圈传输电能，以向所述无人机供电。
[0032]本专利技术至少具有以下技术效果：
[0033]1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，包括依次连接的直流电压源和多通道无线传能单元，每一通道无线传能单元包括依次连接的变换器、用以消除供电线圈交叉耦合的补偿单元和所述供电线圈，其中，所述多通道无线传能单元中的各个所述供电线圈形成供电线圈阵列，所述供电线圈阵列用于将所述变换器变换后的电能无线传输至无人机的多个接收端的受电线圈，以向所述无人机无线供电。2.如权利要求1所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，所述供电线圈阵列上设置有至少三个电磁信号传感器，无线电能传输装置通过三个电磁信号传感器识别受电线圈内部永磁体的磁场，并根据三个电磁信号传感器的磁场范围识别结果确定受电线圈所在接收端的降落位置。3.如权利要求2所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，还包括：激活单元，与所述供电线圈阵列连接，用于在确定所述接收端位于有效充电区域时，激活检测到最大永磁体磁场信号的供电线圈进行供电。4.如权利要求3所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，所述激活单元还用于在所述接收端位于相邻供电线圈中间位置或者四供电线圈中间位置时，同时激活两相邻供电线圈或者四供电线圈进行供电。5.如权利要求1所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，每一通道无线传能单元还包括：聚合输出控制单元，分别与相应的变换器和供电线圈连接，用于实现各通道输出功率的实时调控，并实现大功率输出。6.如权利要求5所述的基于矩阵式发射线圈阵列的无线电能传输装置，其特征在于，所述聚合输出控制单元包括：相位差动态辨识模块，分别与相应的变换器和供电线圈连接，用于采集相应供电线圈的电流和相应变换器的输出电压，并计算得到相应供电线圈的电流和相应变换器的输出电压之间的相位角差值；增益动态辨识模块，与所述供电线圈连接，用于采集相应供电线圈的电流，并计算得到相应通道负载端的输出电流；第一PI控制模块，与所述相位差动态辨识模块连接，用于将实时计算的所述相位角差值与预设相位角差值进行比较，并计算得到时序导通控制角；第二PI控制模块，与所述增益动态辨识模块连接，用于将实时计算的相应通道负载端的输出电流与预设电流进行比较，并计算得到变换器移相控制角；移相调制控制模块，分别与...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡昌松，王军华，万乐柯，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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