[发明专利]一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法

说明书

本发明公开了一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，包括：空中作业无人机的电量检测模块检测作业无人机的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值，由接收机控制模块控制接收机通信模块向多个供电无人机的发射机通信模块发送充电信号，多供电无人机的发射机控制模块根据接收到的充电信号启动发射机飞行控制模块，并根据发射机GPS动态定位模块将多供电无人机粗定位到受电(作业)无人机下方，多供电无人机再根据磁感应原理实现充受线圈的精确对准。以获得最大的负载获得功率为目标，基于精确对准的多发射单接收系统的等效电路图，由电路理论优化各发射线圈上的电流值，进而获得对应的各馈电电压源最优电压值。

技术领域

本发明涉及无线电能传输系统的优化设计方法，尤其涉及一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法。

背景技术

一个世纪前，尼古拉·特斯拉(NicolaTesla)提出了基于磁耦合的无线电能传输技术。随着电力电子技术在高频供电领域的成熟，结合现今应用上巨大的需求，磁耦合的无线电能传输技术在近几十年取得了飞速的发展。特别是自2007年，MIT学者基于单发射单接收磁谐振式无线电能传输系统取得重大突破以来，磁谐振式无线电能传输获得广泛的研究。

从传输结构上来看，磁谐振式无线电能传输系统的早期结构由四个部分组成：源匹配环、发射谐振线圈、接收谐振线圈和负载匹配环。为了在更远的传输距离上，获得高负载获得功率和高传输效率的传输，多中继线圈无线电能传输系统被提出；在需要给多终端设备充电的场合，单发射多接收线圈无线电能传输系统成为不二之选；当单个发射端的功率不能满足接收端的功率需求上，多发射端系统会是良好的备选方案。

无人驾驶飞行器，即无人机，在拍摄、巡逻、救援、运送等方面得到了广泛的应用。但由于无人机携带电池容量的限制，无人机的运行时间较短。一般地，对耗尽电量的无人机返回地面后，一种直接换上新电池、另一种是进行静止的有线或无线充电。无论是换电池或是进行静止充电都要终止作业无人机当前执行的任务，这样需耗费大量的时间也耽搁无人机空中作业的正常进行。特别是作业无人机在空中稳定悬停执行不间断任务 (如拍摄露天大型演出、军事侦察等)的情况，这种耽搁是不允许的。

发明内容

本发明针对无人机需在空中稳定悬停执行不间断任务的应用背景下，设计了一种以无人机作为供电机对空中作业无人机进行在线充电方案。针对单个发射机的最大输出功率不能满足接收机的能量供给要求的情况，设计多个供电机进行充电的方案。本发明开发的多发射单接收无人机在线充放电方法可以有效地弥补现有电池容量的局限性，实现作业无人机不间断工作的需求；提出的优化多发射线圈上电流的方法有效提高受电无人机的功率获得量，缩短充电的时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，包括两个以上的供电无人机和单个受电无人机；

所述受电无人机包含接收机控制模块、接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块；

所述供电无人机包含发射机控制模块、发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块；

所述接收机控制模块是受电无人机的控制中枢，分别与接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块相连接；

所述发射机控制模块是供电无人机的控制中枢，分别与发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块相连接；

所述电量检测模块用于检测受电无人机内携带电池的电量；

所述接收机飞行控制模块用于调整或维持受电无人机的飞行姿态；