基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统

本发明涉及无线充电，尤其涉及基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统。

背景技术：

1、随着经济社会的发展，电网分布密度和广度不断扩大，为保障用电安全，相关电网公司需要安排巡视线路等工作，而巡线距离长，工作量大，传统的人工巡检已不再能高效的完成电力巡检的任务，无人机技术的应用提高了电力巡检效率，大大节省了人力、物力资源。但是在应用中无人机续航时间短成为了电力巡检中急需解决的问题。

2、目前无人机续航时间短的问题解决办法主要有两类，一类是携带更多的电能，这样就意味着要带多块电池或者扩大电池体积，这样在一方面提升巡航时间的同时，也增加了无人机的重量；另一类是需要对无人机进行多次充电，传统的接触式充电技术意味着无人机在需要补充电能的时候返回降落到基站中，并人为为其充电，这种方式无疑大大增加了人力、物力成本及时间成本，严重制约了无人机在电力巡检中的应用。

3、而无线供电可以避免该问题。现有无人机无线充电系统已有一些提高无人机续航能力的研究，主要手段是设置基站或特定停机坪充电，无人机需折返所设点充电，效率低。低频下线圈电感极大，几十上百mh，对应串联谐振的电容需要几百uf。在串联谐振电路中，当电感值较大或者谐振频率较低时，为了实现谐振条件，电容的数值往往需要相应增大。串联谐振电路的谐振频率可以通过以下公式计算：其中f为谐振频率，l为电感值，c为电容值。可以看出，当l较大或者f较小时，c的数值需要增大以满足谐振条件。低频下的谐振电路通常需要处理较高的电流，能够耐流大电流的ac电容体积很大。而通过直接对高压线无线取能的方式中由于ac电容体积过大，就没有对电路进行补偿，造成充电系统功率密度低。

技术实现思路

1、本发明提供基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，解决的技术问题在于：高压线无线取能的方式中由于ac电容体积过大，没有对电路进行补偿，造成充电系统功率密度低。

2、为解决以上技术问题，本发明提供基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，包括架空高压线和安装于无人机上的无线接收端，所述无线接收端包括副边线圈l1、副边线圈l2，还包括副边谐振电路、功率控制器和输出电路；所述副边谐振电路包括二极管d2、二极管d5、极性电容c2和极性电容c3，副边线圈l1的一端连接极性电容c3的正极端和二极管d5的负极端，极性电容c3的负极端和二极管d5的正极端连接且共同连接二极管d2的正极端、极性电容c2的负极端和功率控制器的一端，二极管d2的负极端和极性电容c2的正极端共同连接副边线圈l2的一端，副边线圈l1的另一端连接副边线圈l2的另一端连接功率控制器的另一端。

3、优选地，副边线圈l1和副边线圈l2的电感值相等。

4、优选地，极性电容c2和极性电容c3容值相等，且容值大小是根据串联谐振条件而设置。

5、优选地，该系统的工作原理如下：

6、在0<t<1/2fr内，电流流经极性电容c2进行谐振补偿，1/2fr表示半周期，t表示时刻；

7、在1/2fr<t<1/fr内，电流流经极性电容c3进行谐振补偿，1/fr表示全周期。

8、优选地，所述功率控制器采用亚低频功率控制器。

9、优选地，所述输出电路包括并联连接的极性电容c1和负载电阻r7。

10、优选地，副边线圈l1和副边线圈l2的电感值为50mh。

11、优选地，极性电容c2和极性电容c3的电容值为202uf。

12、优选地，极性电容c1的电容值为4700uf。

13、优选地，负载电阻r7的电容值为30ω。

14、本发明提供的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，包括架空高压线和安装于无人机上的无线接收端，所述无线接收端包括副边线圈l1、副边线圈l2，还包括副边谐振电路、功率控制器和输出电路；副边谐振电路包括二极管d2、二极管d5、极性电容c2和极性电容c3。副边谐振电路是在共阳(二极管)极接法倍流整流电路拓扑的基础上分别在两个二极管旁边并联一个电容，在0<t<1/2fr和1/2fr<t<1/fr时间内，极性电容c2和极性电容c3交替补偿循环下去，从而将ac谐振电容体积过大的问题巧妙转换成高功率密度电容，从而有效解决超低频谐振电容体积过大的问题。本发明设计的倍流整流电力电子变换器(副边谐振电路与功率控制器)，在耦合机构伏安特性不变的情况下，降低超低频无线电能传输系统耦合机构及谐振网络中的等效电流，并以此进一步减轻结构重量，提升系统功率密度。

技术特征：

1.基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于，包括架空高压线和安装于无人机上的无线接收端，所述无线接收端包括副边线圈l1、副边线圈l2，还包括副边谐振电路、功率控制器和输出电路；所述副边谐振电路包括二极管d2、二极管d5、极性电容c2和极性电容c3，副边线圈l1的一端连接极性电容c3的正极端和二极管d5的负极端，极性电容c3的负极端和二极管d5的正极端连接且共同连接二极管d2的正极端、极性电容c2的负极端和功率控制器的一端，二极管d2的负极端和极性电容c2的正极端共同连接副边线圈l2的一端，副边线圈l1的另一端连接副边线圈l2的另一端连接功率控制器的另一端。

2.根据权利要求1所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：副边线圈l1和副边线圈l2的电感值相等。

3.根据权利要求2所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：极性电容c2和极性电容c3容值相等，且容值大小是根据串联谐振条件而设置。

4.根据权利要求3所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于，该系统的工作原理如下：

5.根据权利要求4所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：所述功率控制器采用亚低频功率控制器。

6.根据权利要求1所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：所述输出电路包括并联连接的极性电容c1和负载电阻r7。

7.根据权利要求3所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：副边线圈l1和副边线圈l2的电感值为50mh。

8.根据权利要求7所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：极性电容c2和极性电容c3的电容值为202uf。

9.根据权利要求6所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：极性电容c1的电容值为4700uf。

10.根据权利要求6所述的基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，其特征在于：负载电阻r7的电容值为30ω。

技术总结
本发明涉及无线充电技术领域，具体公开了一种基于高压线取能的无人机便捷无线充电系统，包括架空高压线和安装于无人机上的无线接收端，所述无线接收端包括副边线圈L<subgt;1</subgt;、副边线圈L<subgt;2</subgt;，还包括副边谐振电路、功率控制器和输出电路。副边谐振电路是在共阳(二极管)极接法倍流整流电路拓扑的基础上分别在两个二极管旁边并联一个电容，在0<t<1/2f<subgt;r</subgt;和1/2f<subgt;r</subgt;<t<1/f<subgt;r</subgt;时间内，极性电容C<subgt;2</subgt;和C<subgt;3</subgt;交替补偿循环下去，构成高功率密度电容，从而将AC谐振电容体积过大的问题巧妙化解。本发明设计的倍流整流电力电子变换器，在耦合机构伏安特性不变的情况下，降低超低频无线电能传输系统耦合机构及谐振网络中的等效电流，并以此进一步减轻结构重量，提升系统功率密度。

技术研发人员：赵雷,王智慧,杭科宇,谭超意,张驰,陈星宇,谢涵宇
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23