[发明专利]一种集成式轻量化模块化无人机无线充电磁耦合机构

说明书

本发明是一种集成式轻量化模块化无人机无线充电磁耦合机构。本发明涉及无人机无线充电技术领域，所述机构包括：发射线圈、多个接收线圈、软磁材料、补偿电感线圈、整流滤波电路、高频逆变电路、补偿电容、补偿电感；高频逆变电路通过补偿电容和补偿电感并联的方式连接发射线圈，所述发射线圈和补偿电感线圈采用圆盘形式，发射线圈下方铺设软磁材料，补偿电感线圈以与发射线圈同心圆形式反极性内绕，集成于发射线圈中间；多个接收线圈分别连接整流滤波电路后并联，并联后为无人机电池充电；本发明集成后为单层结构，厚度相对以往双层集成结构降低一倍，实现扁平化。

技术领域

本发明涉及无人机无线充电技术领域，是一种集成式轻量化模块化无人机无线充电磁耦合机构。

背景技术

传统的分离式补偿电感所需的磁芯体积正比于电感的感量和功率容量，这导致LCL、LCC等高阶谐振网络中应用的交流谐振电感需要使用较大体积的磁芯，整体重量较大，不利于轻量化实现，也降低了系统的功率密度。同时分离式补偿电感的高度是发射线圈的四五倍以上，不利于发射端的集成，空间利用率较低。为应用于实际，便于发射端模块化实现，需要将补偿电感集成到发射线圈中。

无人机由于体积和结构的限制，续航和载重能力极为有限，为提高无人机续航里程，降低负重，需要设计轻量化的无线充电接收系统。同时不同无人机的电池电压和功率容量有所差异，需要设计模块化接收系统，以便于在实际应用中根据电压和功率需求来组合若干个接收模块以适配，提高系统的通用性，可维护性。

圣地亚哥州立大学米春亭团队针对双侧LCC型补偿结构提出一种集成结构，将两侧的补偿电感以DD型线圈的形式放在以D型线圈方式缠绕的发射线圈和接收线圈的背面，以提高偏移时系统效率。

Ansys公司将双侧LCC补偿拓扑的补偿电感以D型线圈的形式分别放置在发射线圈和接收线圈的背侧，发射线圈和接收线圈均采用DD型结构。

奥克兰大学赵雷团队针对双侧LCL型补偿拓扑，将发射线圈和补偿电感分别作为DD型线圈的一个D型线圈进行发射端集成，接收端以同样的方式进行集成。

浙江大学徐德鸿团队提出了基于空间嵌套结构的磁集成设计方法，将LCC-S结构中的补偿电感以螺线管形式缠绕在发射线圈上，以降低空间漏磁。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，本发明提供了一种集成式轻量化模块化无人机无线充电磁耦合机构，本发明提供了以下技术方案：

一种集成式轻量化模块化无人机无线充电磁耦合机构，所述机构包括：发射线圈、多个接收线圈、软磁材料、补偿电感线圈、整流滤波电路、高频逆变电路、补偿电容、补偿电感；

高频逆变电路通过补偿电容和补偿电感并联的方式连接发射线圈，所述发射线圈和补偿电感线圈采用圆盘形式，发射线圈下方铺设软磁材料，补偿电感线圈以与发射线圈同心圆形式反极性内绕，集成于发射线圈中间；

接收线圈以螺线管形式缠绕在无人机起落架横轴上，每个横轴两侧各缠绕一个螺线管线圈；

多个接收线圈分别连接整流滤波电路后并联，并联后为无人机电池充电；。

优选地，所述螺线管线圈内侧附有软磁材料。

优选地，所述软磁材料为纳米晶带材。

优选地，所述接收线圈与整流滤波电路间并联有补偿电容。

优选地，通过推导单一接收线圈输出电流、功率公式以获得多接收模块并联后的系统整体输出电流。

优选地，整体输出电流通过下式表示：

则接收线圈经过整流后并联得到的输出总电流为

输出总功率、等效效率为：