[发明专利]具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统

说明书

一种具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，属于无线电能传输技术领域。本发明针对现有无线电能传输中，初级线圈和次级线圈之间的耦合系数会随着二者之间的位置偏移发生改变，影响电能传输效率的问题。包括：全桥逆变电路的输入端与输入电源连接，全桥逆变电路的输出端经原边补偿拓扑与松耦合变压器的原边线圈连接，松耦合变压器的副边线圈经副边补偿拓扑与整流与滤波电路连接，整流与滤波电路的输出端连接无人机充电负载；电流采样电路用于采集全桥逆变电路的输入端电流并传递至DSP控制器；DSP控制器为全桥逆变电路提供驱动信号并控制原边线圈的开关切换。本发明用于无人机负载充电。

技术领域

本发明涉及具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

由于目前蓄电池技术的限制，在要求灵活性与小型化的无人机上，不可能携带过大容量蓄电池。而传统接触式的有线充电方式又存在操作繁复，使用寿命短的缺陷，并且在室外使用时还存在安全隐患。

无线电能传输技术不需要使用金属电缆等介质就可以传输电能，具有电气隔离、方便安全等优点，其有效解决了有线电能传输存在的种种问题。目前，无线电能传输技术已经被广泛的应用于电动汽车大功率无线充电、植入式医疗、水下探测器无线供电以及机器人关节电能信号同步传输等领域。

传统无线电能传输系统技术中，松耦合变压器耦合系数较低。由于初级线圈和次级线圈之间的耦合系数及系统产生的漏磁通由线圈的形状、大小和材料决定；因此，随着初级线圈和次级线圈之间的偏移，耦合系数会大幅减小，进而导致系统的传输效率大幅降低。

发明内容

针对现有无线电能传输中，初级线圈和次级线圈之间的耦合系数会随着二者之间的位置偏移发生改变，影响电能传输效率的问题，本发明提供一种具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统。

本发明的一种具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，包括全桥逆变电路、原边补偿拓扑、松耦合变压器、副边补偿拓扑、整流与滤波电路、驱动电路、电流采样电路及DSP控制器；

所述全桥逆变电路的输入端与输入电源连接，全桥逆变电路的输出端经原边补偿拓扑与松耦合变压器的原边线圈连接，松耦合变压器的副边线圈经副边补偿拓扑与整流与滤波电路连接，整流与滤波电路的输出端连接无人机充电负载；

所述松耦合变压器的原边线圈包括分层排布的多个六边形线圈，多个六边形线圈相并联，并分别通过一个开关与原边补偿拓扑连接；

所述电流采样电路用于采集全桥逆变电路的输入端电流并传递至DSP控制器；

所述DSP控制器一方面用于控制驱动电路输出驱动信号给全桥逆变电路；另一方面用于在所述无线充电系统启动的初始阶段控制多个六边形线圈分别对应的开关依次闭合，同时通过电流采样电路对应采集的电流确定将接入电路的目标六边形线圈，再控制目标六边形线圈对应的开关闭合。

根据本发明的具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，所述六边形线圈包括7个，分三层排布；第一层包括一个六边形线圈，第二层与第三层各包括三个六边形线圈；第二层与第三层中的三个六边形线圈分别借助其120°顶角形成圆周向的无缝拼接。

根据本发明的具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，所述第二层旋转180°后与第三层的位置重合；第一层、第二层与第三层的中心点重合。

根据本发明的具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，三层原边线圈排布后的叠加外轮廓为边长为所述六边形线圈边长二倍的六边形。

根据本发明的具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，还包括A/D转换电路，所述电流采样电路输出的电流信号经A/D转换电路转换为数字信号后输入至DSP控制器。

根据本发明的具有位置捕捉功能的无人机无线充电系统，所述驱动电路输出的驱动信号设置延时。