研究与开发
|
应用于无人机无线充电的轻量化磁耦合结构
陈千懿, 高立克, 陈绍南, 肖静
广西电网有限责任公司电力科学研究院,南宁 530023
Lightweight magnetic coupling structure for wireless charging of UAV
Chen Qianyi, Gao Like, Chen Shaonan, Xiao Jing
Guangxi Power Grid Electric Power Research Intitute, Nanning 530023
摘要 针对现在广泛应用的电力巡检无人机存在的充电自主化水平低问题,本文设计了基于磁耦合谐振原理的无线充电系统。针对目前广泛采用的具有对中机构的“固定机场”,通过COMSOL仿真分析3种不同磁耦合机构的磁路分布、磁场强度及抗偏移性能,发现螺线管型磁耦合机构耦合系数高、磁通密度大、抗偏移性能更好。进一步分析了LCC-S电路拓扑结构,并基于此设计了无线充电系统参数并搭建了样机系统。实验结果表明,所设计的无人机无线充电系统接收线圈质量为69g,可以实现100W的功率输出,整机效率达到了80.27%。研究成果为高效轻量化的无人机无线充电系统设计提供了一种有益的参考。
关键词 :
无人机 ,
无线充电 ,
螺线管型 ,
耦合机构 ,
轻量化
Abstract :In view of the low level of charging autonomy in the widely used electric patrol UAV, this paper designs a wireless charging system based on the principle of magnetic coupling resonance. Aiming at the “fixed airport” with centering mechanism which is widely used at present, Through COMSOL simulation, the magnetic circuit distribution, magnetic field strength and anti drift performance of three different magnetic coupling mechanisms are analyzed. It is found that the solenoid type magnetic coupling mechanism has high coupling coefficient, high magnetic flux density and better anti drift performance. Further analysis of the LCC-S circuit topology, the design of wireless charging system parameters and building a prototype system is based on this. The experimental results show that the weight of the receiving coil of the wireless charging system is 69g, which can achieve 100W power output, and the efficiency of the whole system is 80.27%. The research results provide a useful reference for the design of wireless charging system of UAV.
Key words :
UAV
wireless charging
solenoid type
coupling mechanism
lightweight
收稿日期: 2019-11-14
作者简介 : 陈千懿(1991-),男,广西南宁人,硕士,助理工程师,主要从事配电网分析、配电自动化等研究工作。
引用本文:
陈千懿, 高立克, 陈绍南, 肖静. 应用于无人机无线充电的轻量化磁耦合结构[J]. 电气技术, 2020, 21(5): 15-20.
Chen Qianyi, Gao Like, Chen Shaonan, Xiao Jing. Lightweight magnetic coupling structure for wireless charging of UAV. Electrical Engineering, 2020, 21(5): 15-20.
链接本文:
https://dqjs.cesmedia.cn/CN/Y2020/V21/I5/15
[1] 高坤, 李昶君, 杨金波, 等. 无人机在高原山区线路巡检中的应用[J]. 电气技术, 2015, 16(4): 130-131, 133. [2] Mahony R, Kumar V.Aerial robotics and the quadrotor[from the guest editors[J]. IEEE robotics & automation magazine, 2012, 19(3): 19. [3] Skorput P, Mandzuka S, Vojvodic H.The use of unmanned aerial vehicles for forest fire monitoring. paper presented at the international symposium elmar. [4] 马秀娟, 武帅, 蔡春伟, 等. 应用于无人机的无线充电技术研究[J]. 电机与控制学报, 2019, 23(8): 1-9. [5] 闫美存, 王旭东, 刘金凤, 等. 非接触式励磁电源的谐振补偿分析[J]. 电机与控制学报, 2015, 19(3): 45-53. [6] Junaid A B, Lee Y, Kim Y.Design and implementation of autonomous wireless charging station for rotary- wing UAVs[J]. Aerospace Science and Technology, 2016, 54: 253-266. [7] Kim S, Covic G A, Boys J T.Comparison of tripolar and circular pads for IPT charging systems[J]. IEEE Transaction on Power Electronic, 2018, 33(7): 6093-6103. [8] Lu M, James A, Bagheri M. Unmanned aerial vehicle (UAV) charging from powerlines[C]//Paper Presented at the2017 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2019. [9] 沈来来, 陈杰, 刘国东, 等. 基于双向DCDC电路有源二次滤波研究[J]. 北京交通大学学报, 2019, 43(2): 86-92, 99. [10] 诸嘉慧, 高强, 刘齐, 等. 谐振式WPT耦合线圈形状设计与参数优化[J]. 电工电能新技术, 2019, 38(7): 67-72. [11] 孙跃, 陈宇, 唐春森, 等. 感应电能传输系统输出电压调压电路研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(增刊1): 226-230. [12] 谭林林, 颜长鑫, 黄学良, 等. 无线电能传输系统电压稳定在线控制策略的研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(19): 12-17. [13] 陈政, 闫海, 毛行奎, 等. 基于最大功效积的磁谐振无线电能传输系统的PCB线圈优化设计[J]. 电气技术, 2018, 19(3): 12-19. [14] 谢文燕, 林苏斌. 无线电能传输磁耦合结构分析与优化[J]. 电气技术, 2014, 15(9): 27-31. [15] 刘帼巾, 白佳航, 崔玉龙, 等. 基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究[J]. 电工技术学报, 2019, 34(8): 1569-1579. [16] 温洪昌, 殷强. 基于COMSOL Multiphysics恒流螺线管的电磁场仿真分析[J]. 电子技术, 2017, 46(11): 27-30.
[1]
陈雨晨, 陈凯楠, 郑树轩, 赵争鸣. 无线电能传输磁耦合机构磁心解析模型与设计方法 [J]. 电气技术, 2022, 23(6): 83-92.
[2]
蔡光柱, 杨振, 郑鹏超. 大跨越输电线路巡检机器人系统的设计 [J]. 电气技术, 2022, 23(4): 76-81.
[3]
李明泽, 谢忠, 朱学森, 闫郭伟. 基于改进层次分析法的无人机输电线路巡检能力量化研究 [J]. 电气技术, 2022, 23(12): 44-51.
[4]
张晓磊, 孙奕威, 魏春双, 任少鹏. 小型无人机舵机测试系统的研究 [J]. 电气技术, 2021, 22(9): 77-81.
[5]
宋福根, 吕学伟. 基于坐标变换技术的无人机避障策略 [J]. 电气技术, 2021, 22(7): 53-59.
[6]
吕学伟, 宋福根. 多旋翼无人机输电线路巡检避障技术综述 [J]. 电气技术, 2021, 22(4): 1-6.
[7]
纪鑫哲, 周琬善, 刘久付, 潘生云, 孔放. 基于双边LCL与LCC混合补偿的电动汽车恒流恒压无线充电系统的研究 [J]. 电气技术, 2021, 22(2): 17-20.
[8]
郑心城, 陈为. 电动汽车无线充电的磁耦合结构综述 [J]. 电气技术, 2020, 21(12): 92-15.
[9]
王汉丰, 唐春森, 左志平, 吴新刚, 许巍. 电动车无线供电系统多负载模式分析及导轨结构优化设计 [J]. 电气技术, 2019, 20(8): 6-1067.
[10]
陈宏亮, 林苏斌. 全方向无线充电负载位置前端监测 [J]. 电气技术, 2019, 20(8): 28-32.
[11]
唐春森, 钟良亮, 吴新刚, 苏炳柯, 钟明祥. 基于阻抗特性的电动汽车无线充统异物检测方法 [J]. 电气技术, 2018, 19(6): 7-13.
[12]
郑心城, 陈为. 电动汽车无线充电的磁耦合结构综述 [J]. 电气技术, 2017, 18(4): 9-15.
[13]
祁文婷, 阎瑞煊, 雷飞, 程孟璇. 一种简易无线充电系统的设计 [J]. 电气技术, 2017, 18(2): 102-105.
[14]
曾德智, 陈锐坚, 廖栩荣, 邱桂添, 陈志坚. 基于四旋翼无人机的电气设备在线监测系统的设计 [J]. 电气技术, 2015, 16(10): 50-54.
[15]
高坤 李昶君 杨金波 莫卫权 李立新. 无人机在高原山区线路巡检中的应用 [J]. 电气技术, 2015, 16(04): 130-131.