[發明專利]一種四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機

有效

• 申請號: 202111348169.2
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114454738B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 武曉康;孫兆龍;王毅;高鍵鑫;劉洋;孫盼;馮國利;熊義勇;戈子豪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: B60L53/12
• 分類號: B60L53/12;B60L53/122;B60L53/62;B64C27/26;B64D27/24;B64C9/00;H02J50/12;H05K7/20;H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 胡江

1.一種四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機，包括無人機本體和無線供電系統，其特征在于:

無人機本體包括位于中部的大展弦比流線型結構的翼身(1)；位于翼身左側的左尾撐(2)、左電池艙(3)、左V尾(4)及左外翼(5)；位于翼身右側的右尾撐(6)、右電池艙(7)、右外翼(8)、右V尾(9)、垂直方向旋翼(10)；

無線供電系統包括發射系統、接收系統和控制系統；

所述發射系統向接收系統的發射線圈輸入高頻交流電，包括發射端變換器和發射線圈；

所述接收系統包括接收線圈和接收端變換器；接收系統感應發射線圈形成的高頻強磁場，感應、整流和濾波為無人機電池所需的充電電壓；接收系統采用全橋可控整流拓撲結構，用四個mosfet代替傳統不控整流的四個二極管；每個mosfet上設置同步整流芯片檢測反向導通壓降，在電流反向導通的時候，開通mosfet，降低損耗；線圈則采用利茲線，磁材選用納米晶材料；

所述控制系統包括發射端變換器控制器、接收端變換器控制器、保護裝置及通訊模塊；控制系統分布在發射端變換器和接收端變換器內，用于進行充電控制和電氣安全控制。

2.根據權利要求1所述的四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機，其特征在于:所述發射端變換器包括PFC模塊、高頻逆變模塊及控制單元，發射端變換器將220V/50Hz交流電經過PFC整流濾波后轉換為直流電，再通過由一組碳化硅MOS管組成的高頻逆變單元轉換為高頻方波電壓，向發射線圈輸入高頻交流電；所述發射線圈包括利茲線、高磁導率材料的磁材和諧振電容組；發射線圈安裝在無人機機庫停機面板下面，發射線圈上表面與機庫停機面板相平。

3.根據權利要求1所述的四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機，其特征在于:所述接收線圈和發射線圈采用相同的形狀，接收線圈選用平面單極矩形線圈，且采用輕量化的磁材；接收線圈通過感應發射線圈形成的高頻強磁場得到感應電動勢，并通過諧振電容得到相位匹配的高頻電流；接收線圈將發射線圈產生的高頻電磁場以電磁感應的形式耦合感應產生與發射線圈相同頻率的交流電；接收線圈的電能通過接收端變換器的全橋整流和濾波為無人機電池所需要電壓。

4.根據權利要求1所述的四旋翼和固定翼復合模塊式無線充電無人機，其特征在于:所述接收端變換器由高頻整流模塊和濾波模塊組成；發射端變換器將交流220V市電通過PFC模塊整流轉為直流電，再通過高頻逆變模塊轉化為高頻交流電；接收端變換器將接收線圈產生的高頻感應電動勢經過整流濾波后變換為直流電供給負載使用；

接收變換器安裝位置為無人機電池艙下部，變換器的冷卻方式為自然風冷；發射端變換器對外接口有用于連接供電電源的工頻交流輸入接口，用于連接發射線圈的高頻交流輸出接口及通訊接口；發射端變換器兩側留有若干個安裝孔，通過螺桿固定在無人機機庫或者無人機停機坪內的支撐裝置上；

接收端變換器接收到接收線圈感應耦合器感應的高頻感應電動勢經過全橋整流得到脈動的直流電經過濾波后變換為平穩直流電，供給無人機電池使用；控制單元通過CAN通訊喚醒BMS進入握手充電階段啟動無線充電；正常充電過程中，控制單元接到BMS信息和指令并實時監控電池的充電電壓與電流，產生控制信號，通過無線通訊發送到原邊控制單元。