[发明专利]一种基于电磁耦合的飞行器无线充电系统及方法

权利要求书

1.一种基于电磁耦合的飞行器无线充电系统，其特征在于：包括弹上设备和地面设备，两设备之间为设有玻璃窗口的金属舱壁；

所述地面设备包括发射线圈(4)、地面馈线(5)和无线电能发射装置(6)；所述发射线圈(4)和无线电能发射装置(6)输出端通过地面馈线(5)连接，无线电能发射装置(6)的输入端与电源连接；所述无线电能发射装置(6)接收电源输入，将输入工频交流市电变换为高频交流电，并通过发射线圈(4)将电能输送至弹上设备；所述无线电能发射装置(6)接收弹上设备的反馈信息，并执行对应操作；

所述弹上设备包括无线电能接收装置(1)、弹上馈线(2)和接收线圈(3)；所述无线电能接收装置(1)输入端与接收线圈(3)通过弹上馈线(2)连接，无线电能接收装置(1)输出端与弹上电池连接；所述接收线圈(3)接收发射线圈(4)输送的电能，并通过无线电能接收装置将高频交流电变换为电池需要的直流电压，并将反馈信息依次通过接收线圈(3)和发射线圈(4)发送至无线电能发射装置(6)；所述反馈信息包括电池参数及相关充电参数；

所述无线电能发射装置(6)包括EMC滤波器(7)、整流滤波模块(8)、DC-DC模块(9)、高频逆变器(10)、LCC补偿网络(11)、第一控制/信息传输电路(12)和显示控制器(13)；

所述电源输入依次经过EMC滤波器(7)、整流滤波模块(8)、DC-DC模块(9)、高频逆变器(10)和LCC补偿网络(11)处理后传输至发射线圈(4)；

所述第一控制/信息传输电路(12)与DC-DC模块(9)、高频逆变器(10)、显示控制器(13)和发射线圈(4)连接，用于通过发射线圈(4)接收反馈信息，根据反馈信息控制DC-DC模块(9)和高频逆变器(10)，并向显示控制器(13)实时发送弹上电池的充电状态信息；

所述无线电能接收装置(1)包括依次串联连接的S补偿网络(14)、整流滤波(15)、BUCK电路(16)、保护板(17)和开关(18)，以及充电管理模块(19)和第二控制/信息传输电路(20)；

所述补偿网络(14)为S串联补偿，用于控制接收线圈(3)的感应电压恒定；

所述整流滤波(15)用于将接收的高频交流电转换为直流电；

所述BUCK电路(16)受充电管理模块(19)控制，用于功率调节，完成电池充电方式切换；

所述保护板(17)用于采样弹上电池的参数信息，并将参数信息发送至充电管理模块(19)；

所述开关(18)用于在无线电能发射装置(6)不工作时保持常开，从物理上隔绝弹上电池与无线电能接收装置(1)的充电电路的连接；

所述充电管理模块(19)与保护板(17)进行通信并通过第二控制和信息传输电路(20)和接收线圈(3)向发射端返回电池数据信息；

所述反馈信息包括充电完成信息和故障信息；当第二控制/信息传输电路(20)生成充电完成信息或故障信息的同时，切断BUCK电路(16)的输出开关，断开开关(18)，接着将充电完成信息或故障信息反馈至第一控制/信息传输电路(12)，第一控制/信息传输电路(12)收到充电完成信息或故障信息后关闭DC-DC模块(9)的电能输出，同时将充电完成信息或故障信息报送至显示控制器(13)进行显示；

所述弹上电池与弹上设备之间设有保护电路，用于在弹上电池与充电电路之间产生物理隔断效果，避免飞行器在飞行过程中受到影响；所述保护电路包括两个二极管、继电器、一个三极管和两个电阻；第一二极管正端连接外部电源正极，第一二极管负端连接继电器公共端B；继电器常开触点C端输出电压；继电器电源输入正端连接外部24V电源和第二二极管负端、继电器电源输入负端连接第二二极管正端与三极管集电极，三极管发射极与电阻R3并联连接且接地，三极管基极连接电阻R3另一端和电阻R2一端，所述电阻R2另一端连接继电器控制器。

2.根据权利要求1所述的系统实现的一种基于电磁耦合的飞行器无线充电方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，弹上设备端口初始化后，关闭BUCK电路(16)，关闭开关(18)；

S2，延时等待高频逆变器(10)软起；

S3，向保护板(17)发送第一组数据；若保护板(17)返回数据正确，则进入下一步，否则，关闭BUCK电路(16)，关闭开关(18)；

S4，弹上设备向第一控制/信息传输电路(12)发送第一组数据的返回数据，并向保护板(17)发送第二组数据；若保护板(17)返回数据正确，则进入下一步，否则，关闭BUCK电路(16)，关闭开关(18)；

S5，弹上设备向第一控制/信息传输电路(12)发送第二组数据的返回数据；

S6，由第二组数据的返回数据实时计算弹上电池的压差、电流和总电压；并据此判断弹上电池充电状态；若状态为充电完成、过流、欠压或过压，则关闭BUCK电路(16)，关闭模拟芯片，关闭开关(18)；若弹上电池状态为恒流或恒压状态，则打开BUCK电路(16)，模拟开关恒流输出，打开开关(18)，并返回S3；

当弹上电池指标或舱体口盖需要调整时，不变动地面设备，通过调整补偿网络(14)和接收线圈(3)的参数实现；

所述调整补偿网络(14)和接收线圈(3)的参数的方法具体为：

根据弹上变化要求确定发射线圈的激励电流和补偿电容值；

计算出绕线时电磁耦合机构的互感值，得到接收线圈的自感值限制以及线圈的绕匝数；

所述发射线圈(4)和接收线圈(3)为8字形绕线方式以减少热损耗；

当弹上电池充电完成或充电参数异常时，将断电请求信号发送至地面设备，地面设备随即发出控制指令断开弹上设备的开关(18)。