具有落点位置捕捉功能的无人机无线充电系统研究
发布时间：2021-10-21 20:25
随着科技的发展,无人机的应用场景越来越广泛,其不仅应用于军事领域,还会给人们的生活带来了许多方便,无人机的应用具有广大的前景。然而,在无人机的远距离飞行中无法对其进行精准控制,无人机的充电问题限制了其更广泛的应用,因此,无人机无线充电具有很大的发展潜力。无线电能传输技术用于无人机的充电可以更好的发挥其优势,充电时可以脱离电线的束缚,更便携。由于无人机停落时的位置准确度有限,因此无人机无线充电平台面积比较大,这样面临了系统效率不高的问题。因此,本课题将设计具有落点位置捕捉功能的无人机无线充电系统,能够对无人机的落点位置进行捕捉,切换不同的线圈,提升系统的效率。本课题将对松耦合变压器的传输原理进行分析,并推导松耦合变压器的两种电路模型;根据推导的电路模型,分析松耦合变压器的互感变化对无线电能传输系统输出功率的影响;并且针对无人机无线充电的特点,选择松耦合变压器的原、副边线圈的类型;基于有限元的技术计算松耦合变压器的互感和耦合系数,并对其进行分析和优化设计。为了提高充电的效率,将对无线电能传输的补偿网络包括低阶的S补偿和P补偿以及高阶的LCC补偿进行分析,并推导补偿网络参数的计算公式,以便实...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT实验组成员和无线电能传输装置
哈尔滨工业大学硕士学位论文-5-太阳能电池板，实现光能到电能的转化，一部分用来给无人机供电，维持正常飞行，一部分用来存储到无人机的电池中；当夜晚太阳照射结束时，无法进行光能到电能的转换，这时候需要将白天储存在蓄电池里的能量作为能源，为无人机进行供电，维持晚上的正常飞行[17-20]。图1-6太阳能充电无人机在理论上，利用太阳能给无人机供电，可以维持无人机的“永久”飞行。但是事实上，要想实现太阳能无人机的日夜不停工作，需要满足两点要求：第一点，太阳能到电能的转化量需要达到无人机耗电量的两倍以上[21]；第二点，当晚上太阳能电池板无法进行能量转换时，白天利用蓄电池储存的电量可以满足无人机一天正常巡航的要求电量[22]。而事实上，由于当前太阳能电池板开发技术的限制，太阳能电池的能量密度小，太阳能到电能的转化效率低(不到20%)，为了维持无人机正常飞行的电量，需要在机身上安装较大面积的太阳能电池板，同时还需要采用大展弦比机翼来提高气动效率，并不适用于小型低空无人机工作。除此之外，对于可以安装较大面积太阳能电池板的高空长航时太阳能无人机，大展弦比机翼会导致气动弹性问题，从而将影响无人机工作时的安全性能。此外，使用太阳能供电的无人机，会受到季节、飞行高度和飞行纬度等因素的影响，当光能不足时，电能的转换效率极低，无法维持无人机的正常工作电量，所以太阳能无人机在应用上受到很大的局限性[23,24]。意大利马尔凯理工大学也对无人飞行器做了大量研究，提出一种可以完成自主起飞、导航和降落等操作的无人飞行器，主要是利用人工智能视觉技术，实现环境的自动识别，对特定的无人机充电平台进行定位和识别，自主降落，实现充电功能[25,26]。由于该飞行器具有自主识别功能，所以在整个
传输尺寸长×宽为540mm×800mm的区域范围内实现高达2kW功率传输。在使用相同成本的材料时，对于原边或副边线圈相对位置的偏移问题时，DD型线圈比圆形线圈有更好的抗偏移性，其表现在耦合系数的变化更校为进一步提升无线电能传输线圈的抗偏移能力，MickelBudhia将DD型线圈进行改良，在松耦合变压器的副边线圈的DD型线圈上继续增加了一个Q型线圈，被称为DD-DDQ型平面线圈结构，如图1-9所示为DDQ型线圈结构图，这种结构常被应用于电动汽车动态充电，当原、副边线圈的相对位置发生较大变化时，系统仍能为电动汽车传输能量。图1-9DDQ线圈结构文献[32]的ICPT系统中采用了一种新型空间线圈结构，其表面为螺旋分布的结构，基于此线圈结构搭建了传输距离为300mm，传输功率可达220W的无线电能传输实验样机。利用有限元分析技术(FEA)，可以将松耦合变压器等效为集总电感和电阻的电路模型，由模型的电路表达式可以估算电感与电阻等模型的参数，也由此可知原副线圈之间互感值非常校但是，不同于其它形状的线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线充电技术的物流无人机及充电桩设计方案[J]. 佘佳俊,梁祖懿,杨皓然,谭心屿,李伟华. 电子制作. 2019(09)
[2]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[3]温州地区太阳能电池板实际发电能力的分析[J]. 华晓玲,梁步猛,吴桂初. 温州大学学报(自然科学版). 2014(02)
[4]新型S/SP补偿的非接触谐振变换器分析与控制[J]. 侯佳,陈乾宏,严开沁,李明硕,张强,阮新波. 中国电机工程学报. 2013(33)
[5]小型太阳能无人机持久飞行技术研究[J]. 赵辉杰,马建超. 中国电子科学研究院学报. 2013(04)
[6]军用无人机电源技术进展[J]. 石治国. 电源技术. 2012(05)
[7]一种零电流转换软开关逆变器的损耗分析及其与硬开关逆变器的效率比较[J]. 王汝锡,李锦,刘进军. 电源技术应用. 2007(01)
[8]太阳能飞机的现状和发展趋势[J]. 邓海强,余雄庆. 航空科学技术. 2006(01)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统效率分析与优化[D]. 李中启.湖南大学 2016
硕士论文
[1]电动汽车无线充电磁耦合机构优化及系统控制策略研究[D]. 李壮壮.哈尔滨工业大学 2019
[2]电力巡线四旋翼飞行器自主充电系统的设计与实现[D]. 陈昌虎.浙江大学 2016
本文编号：3449668
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT实验组成员和无线电能传输装置
哈尔滨工业大学硕士学位论文-5-太阳能电池板，实现光能到电能的转化，一部分用来给无人机供电，维持正常飞行，一部分用来存储到无人机的电池中；当夜晚太阳照射结束时，无法进行光能到电能的转换，这时候需要将白天储存在蓄电池里的能量作为能源，为无人机进行供电，维持晚上的正常飞行[17-20]。图1-6太阳能充电无人机在理论上，利用太阳能给无人机供电，可以维持无人机的“永久”飞行。但是事实上，要想实现太阳能无人机的日夜不停工作，需要满足两点要求：第一点，太阳能到电能的转化量需要达到无人机耗电量的两倍以上[21]；第二点，当晚上太阳能电池板无法进行能量转换时，白天利用蓄电池储存的电量可以满足无人机一天正常巡航的要求电量[22]。而事实上，由于当前太阳能电池板开发技术的限制，太阳能电池的能量密度小，太阳能到电能的转化效率低(不到20%)，为了维持无人机正常飞行的电量，需要在机身上安装较大面积的太阳能电池板，同时还需要采用大展弦比机翼来提高气动效率，并不适用于小型低空无人机工作。除此之外，对于可以安装较大面积太阳能电池板的高空长航时太阳能无人机，大展弦比机翼会导致气动弹性问题，从而将影响无人机工作时的安全性能。此外，使用太阳能供电的无人机，会受到季节、飞行高度和飞行纬度等因素的影响，当光能不足时，电能的转换效率极低，无法维持无人机的正常工作电量，所以太阳能无人机在应用上受到很大的局限性[23,24]。意大利马尔凯理工大学也对无人飞行器做了大量研究，提出一种可以完成自主起飞、导航和降落等操作的无人飞行器，主要是利用人工智能视觉技术，实现环境的自动识别，对特定的无人机充电平台进行定位和识别，自主降落，实现充电功能[25,26]。由于该飞行器具有自主识别功能，所以在整个
传输尺寸长×宽为540mm×800mm的区域范围内实现高达2kW功率传输。在使用相同成本的材料时，对于原边或副边线圈相对位置的偏移问题时，DD型线圈比圆形线圈有更好的抗偏移性，其表现在耦合系数的变化更校为进一步提升无线电能传输线圈的抗偏移能力，MickelBudhia将DD型线圈进行改良，在松耦合变压器的副边线圈的DD型线圈上继续增加了一个Q型线圈，被称为DD-DDQ型平面线圈结构，如图1-9所示为DDQ型线圈结构图，这种结构常被应用于电动汽车动态充电，当原、副边线圈的相对位置发生较大变化时，系统仍能为电动汽车传输能量。图1-9DDQ线圈结构文献[32]的ICPT系统中采用了一种新型空间线圈结构，其表面为螺旋分布的结构，基于此线圈结构搭建了传输距离为300mm，传输功率可达220W的无线电能传输实验样机。利用有限元分析技术(FEA)，可以将松耦合变压器等效为集总电感和电阻的电路模型，由模型的电路表达式可以估算电感与电阻等模型的参数，也由此可知原副线圈之间互感值非常校但是，不同于其它形状的线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线充电技术的物流无人机及充电桩设计方案[J]. 佘佳俊,梁祖懿,杨皓然,谭心屿,李伟华. 电子制作. 2019(09)
[2]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[3]温州地区太阳能电池板实际发电能力的分析[J]. 华晓玲,梁步猛,吴桂初. 温州大学学报(自然科学版). 2014(02)
[4]新型S/SP补偿的非接触谐振变换器分析与控制[J]. 侯佳,陈乾宏,严开沁,李明硕,张强,阮新波. 中国电机工程学报. 2013(33)
[5]小型太阳能无人机持久飞行技术研究[J]. 赵辉杰,马建超. 中国电子科学研究院学报. 2013(04)
[6]军用无人机电源技术进展[J]. 石治国. 电源技术. 2012(05)
[7]一种零电流转换软开关逆变器的损耗分析及其与硬开关逆变器的效率比较[J]. 王汝锡,李锦,刘进军. 电源技术应用. 2007(01)
[8]太阳能飞机的现状和发展趋势[J]. 邓海强,余雄庆. 航空科学技术. 2006(01)
博士论文
[1]磁耦合谐振式无线电能传输系统效率分析与优化[D]. 李中启.湖南大学 2016
硕士论文
[1]电动汽车无线充电磁耦合机构优化及系统控制策略研究[D]. 李壮壮.哈尔滨工业大学 2019
[2]电力巡线四旋翼飞行器自主充电系统的设计与实现[D]. 陈昌虎.浙江大学 2016
本文编号：3449668
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