用於無人飛機的充電系統的製作方法

2023-12-01 16:02:31

用於無人飛機的充電系統的製作方法
【專利摘要】一種用於無人飛機的充電系統，其特徵在於：包括有安裝架空輸電線的取電裝置；電能發射裝置，將工頻交流電轉換為高頻交流電；設置在無人飛機上的電能接收裝置，電能接收裝置和電能發射裝置之間通過無線實現電能傳輸；以及機載電池，設置於無人飛機上並給該無人飛機供電，機載電池串接在電能接收裝置的電流迴路上。與現有技術相比，本發明提出了一種基於交流輸電架空線的電動無人飛機充電系統，實現無人機全自主的、安全的充電方式，提升無人飛機續航裡程；同時，提供了一種基於不穩定交流電源的、高頻感應恆電流式充電電路，完全實現無人化充電操作，減小無人機對地面基地或移動基站的依賴，減少人工作業，降低人力成本。
【專利說明】用於無人飛機的充電系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種充電系統，特別是一種用於無人飛機的充電系統。
【背景技術】
[0002]隨著時代的發展，社會對空中執行任務的需求日漸強烈。而相比起載人飛機，無人機擁有著許多無可比擬的優勢:尺寸相對較小，總體布局靈活，成本較低，使用方便，可以進入危險環境，能夠滿足特殊用途的需求。
[0003]電動無人機是指依靠電動機而不是內燃機驅動的飛機，電力來源包括燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等。電動飛機使用電動力推進系統代替內燃機動力，獲得了很多優點和獨特品質，最突出的優點是節能環保，效率高、能耗低；此外，還具有安全可靠(不會發生爆炸和燃料洩漏)、結構簡單、操作使用簡便、維修性好等特點。如今，電動無人機可以在低空、小區域進行高精度航拍及監測，具有效率高、比有人駕駛直升機使用成本低得多的特點，可以作為空中作業平臺，搭載高解析度數位相機、光學攝像機等設備，根據需要對整個區域進行掃描，或對重點目標進行拍攝、監測。無人機應用不但在軍事上被廣泛重視，在民生領域也越來越受到關注。
[0004]現有的電動無人機在需要充電時通常是返回地面基地，然後將電池拆卸下來充電或者更換電池，這種方式由此造成的缺點是:首先，無人飛機的飛行工作半徑小。由於續航受到電池容量和性能的限制，無人飛機無法長時間在空中飛行，當電池耗盡時就需要返回地面基地；其次，需要大量的人工作業。雖然，增加地面基地或者地面移動基站的分布密度可以提高無人飛機的工作半徑，但多個基地或移動基站的設立需要投入更多的人力和物力，大大增加經濟成本。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種可擴大飛行半徑且有效減少人工作業量的用於無人飛機的充電系統。
[0006]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:該充電系統包括有
[0007]取電裝置，安裝於架空輸電線上；
[0008]電能發射裝置，將工頻交流電轉換為高頻交流電，該電能發射裝置安裝在架空輸電線的杆塔上，所述取電裝置通過交流母線將電能傳輸至所述電能發射裝置；
[0009]電能接收裝置，接收來自所述電能發射裝置的電能，該電能接收裝置設置在無人飛機上，所述電能接收裝置和所述電能發射裝置之間通過無線實現電能傳輸；以及
[0010]機載電池，設置於無人飛機上並給該無人飛機供電，所述的機載電池串接在所述電能接收裝置的電流迴路上。
[0011]架空輸電線可以採用多種分布結構，作為優選，所述的架空輸電線可以為通過電流的單股線組成的絞線或通過電流的不相互絕緣的多股線組成的絞線。[0012]為滿足不同充電電路的電流、電壓需求，作為優選，所述架空輸電線上可以間隔設置有多個串聯或者並聯連接的取電裝置。
[0013]為了便於裝配和方便維修更換，作為優選，所述的取電裝置包括有兩個結構相同且可對稱地拼合於一起的採電單元，每個採電單元包括有絕緣層、磁芯和相應地繞設於所述磁芯上的一組取電線圈，每組取電線圈具有兩個輸出端，所述取電裝置經所述整流器整流後具有四個交流輸出端，所述架空輸電線穿設在由兩個所述採電單元的絕緣層拼合後形成的孔腔中，所述磁芯套設於所述絕緣層之外。取電裝置採用模塊化設計，是由兩個獨立的採電單元拼合而成，可以實現更為靈活多樣的電路連接結構，以便滿足不同電壓、電流的需求；而且方便加工生產和後續維修，降低生產和維修成本；另外，這種模塊化結構設計的取電裝置還具有電路容錯能力。
[0014]作為優選，所述電能發射裝置包括有脈寬調製整流器和高頻逆變器，所述取電裝置的輸出端和所述脈寬調製整流器的輸入端相連，所述脈寬調製整流器輸出端和所述高頻逆變器的輸入端相連，所述脈寬調製整流器和高頻逆變器之間為直流連接；所述電能接收裝置的控制電路包括有高頻整流充電器；所述電能發射裝置和電能接收裝置之間通過高頻感應變壓器實現無線電能傳輸。
[0015]作為優選，所述脈寬調製整流器可以包括有直流正極輸出端、直流負極輸出端、第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第一電容、第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關；其中，所述取電裝置的第一交流輸出端的一路和所述第一二極體的正極相連，另一路經所述第一電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述取電裝置的第二交流輸出端的一路和所述第二二極體的正極相連，另一路經所述第二電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述取電裝置的第三交流輸出端的一路和所述第三二極體的正極相連，另一路經所述第三電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述取電裝置的第四交流輸出端的一路和所述第四二極體的正極相連，另一路經所述第四電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述第一二極體的負極、所述第二二極體的負極、所述第三二極體的負極和所述第四二極體的負極共接後連接至所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端；所述第一電容的兩端分別連接在所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端和直流負極輸出端。
[0016]作為另一優選，所述脈寬調製整流器包括有直流正極輸出端、直流負極輸出端、第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第一電容、第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關；其中，所述取電裝置的第一交流輸出端的一路和所述第一二極體的負極相連，另一路經所述第一電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端；所述取電裝置的第二交流輸出端的一路和所述第二二極體的負極相連，另一路經所述第二電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端；所述取電裝置的第三交流輸出端的一路和所述第三二極體的正極相連，另一路經所述第三電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述取電裝置的第四交流輸出端的一路和所述第四二極體的正極相連，另一路經所述第四電子開關連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述第一二極體的正極和所述第二二極體的正極共接後連接至所述脈寬調製整流器的直流負極輸出端；所述第三二極體的負極和所述第四二極體的負極共接後連接至所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端；所述第一電容的兩端分別連接在所述脈寬調製整流器的直流正極輸出端和直流負極輸出端。
[0017]上述的脈寬調製整流器由PI閉環控制器驅動，該PI閉環控制器具有四路脈寬調製輸出信號，脈寬調製輸出信號分別驅動第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關的門極。
[0018]上述兩種脈寬調製整流器電路保證了電能的單向流動，實現了可取電電流正弦控制和功率因數校正，完全消除了對電網的低次諧波注入，解決了由於架空線電流幅值變化導致的充電電壓不穩的問題，使得電力傳輸線路的電能質量獲得了改善；由於取電器線圈本身具有足夠的電感，無需增加額外的電感實現電流濾波，從而使系統的重量減輕、成本降低。
[0019]作為優選，所述第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關和第四電子開關可以為各種現有的電子電力開關，如上述各電子開關可以為MOS場效應管(MOSFET)或者PN結型場效應電晶體(JFET)或者三極體(BJT)或者絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)中的任意一種或者組合。
[0020]作為優選，所述的架空輸電線的杆塔上安裝有絕緣體，所述絕緣體的上方設置有所述的電能發射裝置，所述電能發射裝置的上方設置有可供無人機降落的停機平臺，其中，所述電能發射裝置包括有多個間隔平行排列設置的磁片和繞設於所述磁片的磁槽內的感應充電線圈。電能發射裝置使用多個磁片間隔設置的結構，採用了輕量化磁芯設計，能夠減少整體體積和重量，方便電能發射裝置安裝在架空線杆塔上，充分利用杆塔上的空間讓無人飛機降落在電能發射裝置上充電。
[0021]與現有技術相比，本發明的優點在於:提出了一種基於交流輸電架空線的電動無人飛機充電系統，實現無人機全自主的、安全的充電方式，從而擴大無人機飛行工作半徑，不僅提升電動無人飛機續航裡程，乃至在已鋪設架空交流輸電線的區域實現無限續航，而且還能夠減小無人機機載電池體積和重量；同時，由於從架空線上取得的電隨著電網負載變化而變化，本申請的充電系統提供了 一種基於不穩定交流電源的、高頻感應恆電流式充電電路，電能發射裝置和電能接收裝置之間可以採用無線傳輸方式實現無電極接觸充電，不必拆卸電池而通過高頻感應充電，完全實現無人化充電操作，減小無人機對地面基地或移動基站的依賴，提高充電的智能化程度，減少人工作業，降低人力成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明實施例的充電系統原理框圖。
[0023]圖2為本發明實施例的取電裝置結構示意圖。
[0024]圖3為本發明實施例的取電裝置等效電路圖。
[0025]圖4為本發明實施例的取電裝置安裝電路結構示意圖之一。
[0026]圖5為本發明實施例的取電裝置安裝電路結構示意圖之二。
[0027]圖6為本發明實施例的脈寬調製整流器電路結構示意圖之一。
[0028]圖7為本發明實施例的脈寬調製整流器電路結構示意圖之二。
[0029]圖8為本發明實施例的感應充電電路的電路功能框圖。
[0030]圖9為圖8所示高頻感應充電電路的具體電路連接結構圖之一。
[0031]圖10為圖8所示高頻感應充電電路的具體電路連接結構圖之二。[0032]圖11為本發明實施例的電能發射裝置的結構示意圖。
[0033]圖12為本發明實施例的脈寬調製整流器電路的控制原理圖。
[0034]圖13為本發明實施例的高頻感應充電電路的控制原理圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0036]如圖1?13所示，本實施例涉及一種用於無人飛機的充電系統，該充電系統包括有取電裝置1、電能發射裝置2、電能接收裝置3和機載電池4 ;取電裝置I安裝於架空輸電線14上，架空輸電線14可以為通過電流的單股線組成的絞線或者可以為通過電流的不相互絕緣的多股線組成的絞線；架空輸電線14的杆塔上安裝有絕緣體，絕緣體的上方設置有電能發射裝置2，電能發射裝置2可以用於將工頻交流電轉換為高頻交流電用於無線充電，也可以將工頻交流電轉換為直流電用於有線充電；取電裝置I通過交流母線將電能傳輸至電能發射裝置2 ;電能發射裝置2的下方設置有絕緣板，電能發射裝置2的上方設置有可供無人機降落的停機平臺，電能接收裝置3接收來自電能發射裝置2的電能，該電能接收裝置3設置在無人飛機上，電能接收裝置3和電能發射裝置2之間可以通過有線或無線實現電能傳輸；機載電池4設置於無人飛機上並給該無人飛機供電，並且，機載電池4串接在電能接收裝置3的電流迴路上。
[0037]其中，取電裝置I採用模塊化設計，該取電裝置包括有兩個結構相同且可對稱地拼合於一起的獨立採電單元，每個採電單元包括有絕緣層13、磁芯11和相應地繞設於該磁芯11上的一組取電線圈12，參見圖2，兩個採電單元拼合後，由兩個半圈絕緣層13形成一個封閉的絕緣環，兩個半圈磁芯11形成一個封閉的磁環，架空輸電線14穿設在整個絕緣環的孔腔中，磁芯11套設於絕緣層13之外，即磁環套設於絕緣環之外，架空輸電線14位於絕緣環的中心。
[0038]本實施例的取電裝置共有兩組取電線圈12，每組取電線圈12具有兩個輸出端，如圖3所示，為本實施例取電裝置的等效電路，該等效電路中的To即為架空輸電線14，Ta表示取電裝置的其中一個採電單元中的取電線圈12，Tb表示取電裝置另一個採電單元中的取電線圈12，位於To和Ta、Tb之間的為取電裝置的磁芯11，AP、AN為第一組取電線圈12的兩個交流輸出端，BP、BN為第二組取電線圈12的兩個交流輸出端，由兩個獨立的採電單元拼合後的取電裝置經過整流器整流後具有四個交流輸出端。架空輸電線14的交流電流在取電裝置的磁芯11中產生交流磁場，從而在兩組取電線圈12的輸出口 AP與AN、BP與BN上產生相同的感應電動勢。
[0039]架空輸電線14上可以安裝多個取電裝置，多個取電裝置可以用串、並聯結構連接以滿足不同的電壓、電流需求。如圖4所示，取電裝置的安架空輸電線14上間隔設置有多個串聯連接的取電裝置。如圖5所示，架空輸電線14上間隔設置有多個並聯連接的取電裝置。
[0040]本實施例的電能發射裝置2和電能接收裝置3之間是採用無線送電方式實現感應充電，如圖8所示，電能發射裝置2包括有脈寬調製整流器21和高頻逆變器22，電能接收裝置3的控制電路包括有高頻整流充電器31 ;取電裝置I的輸出端和脈寬調製整流器21的輸入端相連，脈寬調製整流器21輸出端和高頻逆變器22的輸入端相連，脈寬調製整流器21和高頻逆變器22之間為直流連接；電能發射裝置2和電能接收裝置3之間通過高頻感應變壓器Tc實現無線電能傳輸。其中，高頻感應變壓器Tc包括有初級無線送電線圈23、次級無線受電線圈32、初級無線送電磁芯24和次級無線受電磁芯33，初級無線送電磁芯24和次級無線受電磁芯33可以是導磁材料或者是空氣。
[0041]其中，脈寬調製整流器21可以採用以下兩種電路結構實現:該脈寬調製整流器21包括有直流正極輸出端DC+、直流負極輸出端DC-、第一二極體Dl、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第一電容Cl、第一電子開關K1、第二電子開關K2、第三電子開關K3和第四電子開關K4 ;取電裝置的第一交流輸出端AP的一路和第一二極體Dl的正極相連，另一路經第一電子開關Kl連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;取電裝置的第二交流輸出端AN的一路和第二二極體D2的正極相連，另一路經第二電子開關K2連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;取電裝置的第三交流輸出端BP的一路和第三二極體D3的正極相連，另一路經第三電子開關K3連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;取電裝置的第四交流輸出端BN的一路和第四二極體D4的正極相連，另一路經第四電子開關K4連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;第一二極體Dl的負極、第二二極體D2的負極、第三二極體D3的負極和第四二極體D4的負極共接後連接至脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+ ;第一電容Cl的兩端分別連接在脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+和直流負極輸出端DC-。
[0042]脈寬調製整流器21的另一種電路連接結構為:取電裝置的第一交流輸出端AP的一路和第一二極體Dl的負極相連，另一路經第一電子開關Kl連接至脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+ ;取電裝置的第二交流輸出端AN的一路和第二二極體D2的負極相連，另一路經第二電子開關K2連接至脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+ ;取電裝置的第三交流輸出端BP的一路和第三二極體D3的正極相連，另一路經第三電子開關K3連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;取電裝置的第四交流輸出端BN的一路和第四二極體D4的正極相連，另一路經第四電子開關K4連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;第一二極體Dl的正極和第二二極體D2的正極共接後連接至脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-;第三二極體D3的負極和第四二極體D4的負極共接後連接至脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+ ;第一電容Cl的兩端分別連接在脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+和直流負極輸出端DC-。
[0043]上述脈寬調製整流器21電路中的第一電子開關K1、第二電子開關K2、第三電子開關K3和第四電子開關K4為電力電子開關器件，可以是MOS場效應管(MOSFET)或者PN結型場效應電晶體(JFET)或者三極體(BJT)或者絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)中的任意一種或者組合。
[0044]上述兩種脈寬調製整流器21電路都保證了電能只能從交流側流入到直流側，而不可以反向流動，這對於維持電網穩定非常重要。
[0045]同時，抑制注入交流電網側的諧波也非常的重要，為此，上述兩種脈寬調製整流器21電路的實現形式都可以使用同一種控制原理，以實現控制直流輸出電壓和消除電網側諧波的目的。抑制諧波的控制原理圖參見圖12，電壓調節器使用PI閉環控制器，電流調節器也使用PI閉環控制器，該PI閉環控制器具有四路脈寬調製輸出信號，脈衝寬度調製(PWM)模塊的輸出門級驅動信號驅動脈寬調製整流器21中的四個電子開關，即PI閉環控制器的脈寬調製輸出信號分別連接至第一電子開關K1、第二電子開關K2、第三電子開關K3和第四電子開關Κ4這四個電子開關的門級。在這一控制方式下，上述兩種脈寬調製整流器21的交流輸入埠 AP與AN、BP與BN會分別出現相位剛好相反的二次諧波分量，由於相位正好相反所以這些二次諧波分量會在取電裝置的磁芯11中互相抵消，使得只有正弦波作用於架空輸電線14,而不會有諧波注入架空輸電線14,保證電網的穩定性和輸電質量。
[0046]本實施例可以選擇兩種高頻感應充電電路，第一種是非諧振式感應充電電路，參見圖9,具體地，聞頻逆變器22包括有第五電子開關K5、第六電子開關K6、第七電子開關K7和第八電子開關K8，高頻整流充電器31包括有第九電子開關K9、第十電子開關K10、第十一電子開關KU、第十二電子開關K12、第二電容C2和第一電感LI ;脈寬調製整流器21包括有直流正極輸出端DC+和直流負極輸出端DC-；
[0047]其中，脈寬調製整流器21的直流正極輸出端DC+ —路經第五電子開關K5連接至高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23第一輸入端，另一路經第六電子開關K6連接至高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23的第二輸入端；脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC- —路經第七電子開關K7連接至高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23第一輸入端，另一路經第八電子開關K8連接至高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23第二輸入端；高頻感應變壓器Tc的次級無線受電線圈32第一輸入端一路經第十電子開關KlO和第二電容C2的一端相連，另一路經第十二電子開關K12和第二電容C2的另一端相連，高頻感應變壓器Tc的次級無線受電線圈32第二輸入端一路經第九電子開關K9和第二電容C2的一端相連,另一路經第^ 電子開關KlI和第二電容C2的另一端相連；第二電容C2的一端經第一電感LI和機載電池4的正極相連,第二電容C2的另一端連接機載電池4的負極。
[0048]非諧振式感應充電電路適用於高頻感應變壓器Tc的無線受電磁芯的磁導率高、漏磁少的情況，該非諧振式感應充電電路的控制原理如圖13所示:圖中的相角調節器是PI閉環控制器，高頻逆變器22中的四個電子開關以固定的頻率(Fs赫茲)和50%佔空比進行高速開關，產生高頻電壓激勵高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23，由此在初級無線送電磁芯24、次級無線受電磁芯33中產生高頻磁鏈，並在次級無線受電線圈32中感應產生同樣頻率的電動勢。高頻整流充電器31中的四個電子開關也以固定的Fs赫茲和50%佔空比進行高速開關，通過控制高頻整流充電器31產生的高頻電壓波形相對於高頻逆變器22產生的高頻電壓波形的相角，實現對機載電池4的恆流充電。
[0049]當無人機與充電平臺的磁耦合不緊密，就必須使用第二種諧振式感應充電電路。諧振式感應充電電路與非諧振式感應充電電路在結構上的不同點在於:(I)增加了諧振電容；(2)高頻感應變壓器Tc的無線受電磁芯的磁導率較低，漏磁較大。
[0050]具體地，參見圖10，基本電路連接結構和圖9所示相同，所不同的是在原圖9的高頻逆變器22電路的基礎上增設第三電容C3作為諧振電容，該第三電容C3 —端和高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23第二輸入端相連，第三電容C3的另一端經第八電子開關K8和脈寬調製整流器21的直流負極輸出端DC-相連。
[0051]上述兩種感應充電電路中的第五~第十二電子開關K12均為電力電子開關器件，可以是MOS場效應管(MOSFET)或者PN結型場效應電晶體(JFET)或者三極體(BJT)或者絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)中的任意一種或者組合；第二電容C2為濾波電容，第一電感LI為濾波電感，從第一電感LI流入機載電池4的電流即直流充電點電流。
[0052]諧振式感應充電電路的控制方式與非諧振式感應充電電路基本相同，除了一點:即開關頻率Fs需要根據系統諧振點設置，諧振點取決於具體安裝的系統中高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23和次級無線受電線圈32的電感值和第三電容C3 (諧振電容)的電容值。
[0053]本實施例的電能發射裝置2包括有多個間隔平行排列設置的磁片24』和繞設於磁片24』的磁槽內的感應充電線圈23』，磁片24』相當於高頻感應變壓器Tc的初級無線送電磁芯24，感應充電線圈23』相當於高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23，參見圖11，多個磁片24』彼此之間隔開一定距離而構成龍骨結構，以此減輕電能發射裝置2的總重量，感應充電線圈23』纏繞在磁片24』的磁槽中。
[0054]本實施例的電能發射裝置2還集成有自動發熱除雪功能，高頻逆變器22向高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23施加高頻電壓，使高頻感應變壓器Tc的初級無線送電線圈23由於自身電阻發熱，同時使高頻感應變壓器Tc的初級無線送電磁芯24由於自身磁芯損耗發熱，達到讓位於電能發射裝置2上方的停機平臺上的積雪融化的目的。
[0055]本實施例實現了無人飛機的自動充電，擴大了無人飛機的飛行半徑，減少了人工作業的參與，提高了無人飛機充電的智能化程度。由於採用了新型的取電裝置結構，通過兩個相互之間電路獨立、電磁耦合的單匝變壓器對架空輸電線14進行採電，從而實現了更為靈活多樣的電路結構，方便生產安裝和維護；這種新型的取電裝置結合本實施例的脈寬調製整流器電路以及高頻感應充電電路，有效地解決了無人飛機在充電時由於架空輸電線14電流幅值變化導致的充電電壓不穩的問題，同時還解決了電網側諧波抑制的問題，保證了電網工作的可靠性和穩定性。
【權利要求】
1.一種用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:該充電系統包括有 取電裝置(I)，安裝於架空輸電線(14)上； 電能發射裝置(2)，將工頻交流電轉換為高頻交流電，該電能發射裝置(2)安裝在架空輸電線(14)的杆塔上，所述取電裝置(I)通過交流母線將電能傳輸至所述電能發射裝置(2)； 電能接收裝置(3)，接收來自所述電能發射裝置(2)的電能，該電能接收裝置(3)設置在無人飛機上，所述電能接收裝置(3)和所述電能發射裝置(2)之間通過無線實現電能傳輸；以及 機載電池(4)，設置於無人飛機上並給該無人飛機供電，所述的機載電池(4)串接在所述電能接收裝置(3)的電流迴路上。
2.根據權 利要求1所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述的架空輸電線(14)上安裝有多個所述取電裝置(I)，所述取電裝置(I)的輸出端之間通過串聯或並聯方式連接。
3.根據權利要求1所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述的取電裝置包括有兩個結構相同且可對稱地拼合於一起的採電單元，每個採電單元包括有絕緣層(13)、磁芯(11)和相應地繞設於所述磁芯(11)上的一組取電線圈(12)，每組取電線圈(12)具有兩個輸出端，所述取電裝置經所述整流器整流後具有四個交流輸出端，所述架空輸電線(14)穿設在由兩個所述採電單元的絕緣層(13)拼合後形成的孔腔中，所述磁芯(11)套設於所述絕緣層(13)之外。
4.根據權利要求3所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述電能發射裝置(2)包括有脈寬調製整流器(21)和高頻逆變器(22)，所述取電裝置(I)的輸出端和所述脈寬調製整流器(21)的輸入端相連，所述脈寬調製整流器(21)輸出端和所述高頻逆變器(22)的輸入端相連，所述脈寬調製整流器(21)和高頻逆變器(22)之間為直流連接；所述電能接收裝置(3)的控制電路包括有高頻整流充電器(31);所述電能發射裝置(2)和電能接收裝置(3)之間通過高頻感應變壓器(Tc)實現無線電能傳輸。
5.根據權利要求4所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述脈寬調製整流器(21)包括有直流正極輸出端(DC+)、直流負極輸出端(DC-)、第一二極體(Dl)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、第一電容(Cl)、第一電子開關(Kl)、第二電子開關(K2)、第三電子開關(K3)和第四電子開關(K4)； 其中，所述取電裝置的第一交流輸出端(AP)的一路和所述第一二極體(Dl)的正極相連，另一路經所述第一電子開關(Kl)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述取電裝置的第二交流輸出端(AN)的一路和所述第二二極體(D2)的正極相連，另一路經所述第二電子開關(K2)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述取電裝置的第三交流輸出端(BP)的一路和所述第三二極體(D3)的正極相連，另一路經所述第三電子開關(K3)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述取電裝置的第四交流輸出端(BN)的一路和所述第四二極體(D4)的正極相連，另一路經所述第四電子開關(K4)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述第一二極體(Dl)的負極、所述第二二極體(D2)的負極、所述第三二極體(D3)的負極和所述第四二極體(D4)的負極共接後連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+);所述第一電容(Cl)的兩端分別連接在所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+)和直流負極輸出端(DC-)。
6.根據權利要求4所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述脈寬調製整流器(21)包括有直流正極輸出端(DC+)、直流負極輸出端(DC-)、第一二極體(Dl)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、第一電容(Cl)、第一電子開關(Kl)、第二電子開關(K2)、第三電子開關(K3)和第四電子開關(K4)； 其中，所述取電裝置的第一交流輸出端(AP)的一路和所述第一二極體(Dl)的負極相連，另一路經所述第一電子開關(Kl)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+);所述取電裝置的第二交流輸出端(AN)的一路和所述第二二極體(D2)的負極相連，另一路經所述第二電子開關(K2)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+);所述取電裝置的第三交流輸出端(BP)的一路和所述第三二極體(D3)的正極相連，另一路經所述第三電子開關(K3)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述取電裝置的第四交流輸出端(BN)的一路和所述第四二極體(D4)的正極相連，另一路經所述第四電子開關(K4)連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述第一二極體(Dl)的正極和所述第二二極體(D2)的正極共接後連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流負極輸出端(DC-);所述第三二極體(D3)的負極和所述第四二極體(D4)的負極共接後連接至所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+);所述第一電容(Cl)的兩端分別連接在所述脈寬調製整流器(21)的直流正極輸出端(DC+)和直流負極輸出端(DC-)。
7.根據權利要求5或6所述的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述第一電子開關(Kl)、第二電子開關(K2)、第三電子開關(K3)和第四電子開關(K4)為MOS場效應管或者PN結型場效應電晶體或者三極體或者絕緣柵雙極型電晶體的任意一種或組合。
8.根據權利要求1所述`的用於無人飛機的充電系統，其特徵在於:所述的架空輸電線(14)的杆塔上安裝有絕緣體，所述絕緣體的上方設置有所述的電能發射裝置(2)，所述電能發射裝置(2)的上方設置有可供無人機降落的停機平臺，其中，所述電能發射裝置(2)包括有多個間隔平行排列設置的磁片(24』 )和繞設於所述磁片(24』 )的磁槽內的感應充電線圈(23』)。
【文檔編號】H02M5/458GK103872795SQ201410097689
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】王洋, 李大鵬, 蔣棟, 張碩 申請人:王洋, 李大鵬, 蔣棟, 張碩