本發(fā)明屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)及供電方法。

背景技術(shù)：

無線供電技術(shù)主要通過電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波和激光等方式實(shí)現(xiàn)非接觸式的電力傳輸。根據(jù)在空間實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸供電距離的不同，可以把無線電能傳輸形式分為短程、中程和遠(yuǎn)程三大類。

其中，通過電磁感應(yīng)電能傳輸技術(shù)（ICPT）實(shí)現(xiàn)的一類屬于短程傳輸。ICPT主要以磁場為媒介，利用變壓器耦合，通過初級(jí)和次級(jí)線圈感應(yīng)產(chǎn)生電流，電能可以隔著很多非金屬材料進(jìn)行傳輸從而將能量從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端，實(shí)現(xiàn)無電氣連接的電能傳輸。電磁感應(yīng)傳輸功率大，能達(dá)幾百千瓦，但電磁感應(yīng)原理的應(yīng)用受制于過短的供電端和受電端距離。

通過電磁耦合共振電能傳輸技術(shù)（ERPT）或射頻電能傳輸技術(shù)(RFPT)實(shí)現(xiàn)的一類屬于中程傳輸。ERPT主要是利用接收天線固有頻率與發(fā)射場電磁頻率相一致時(shí)引起電磁共振，發(fā)生強(qiáng)電磁耦合的工作原理，通過非輻射磁場實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。電磁共振型與電磁感應(yīng)型相比，采用的磁場要弱得多，傳輸功率可達(dá)幾千瓦，能實(shí)現(xiàn)更長距離的傳輸，傳輸距離可達(dá)3～4m。RFPT主要通過功率放大器發(fā)射射頻信號(hào)，通過檢波、高頻整流后得到直流電，供負(fù)載使用。RFPT距離較遠(yuǎn)，能達(dá)10m，但傳輸功率很小，為幾毫瓦至百毫瓦。

通過微波電能傳輸技術(shù)（MPT）或激光電能傳輸技術(shù)（LPT）實(shí)現(xiàn)的一類屬于遠(yuǎn)程傳輸。MPT是將電能轉(zhuǎn)化為微波，讓微波經(jīng)自由空間傳送到目標(biāo)位置，再經(jīng)整流，轉(zhuǎn)化成直流電能，提供給負(fù)載。微波電能傳輸適合應(yīng)用于大范圍、長距離且不易受環(huán)境影響的電能傳輸。LPT是利用激光可以攜帶大量的能量，用較小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的電能傳輸。激光方向性強(qiáng)、能量集中，不存在干擾通信衛(wèi)星的風(fēng)險(xiǎn)，但障礙物會(huì)影響激光與接收裝置之間的能量交換，射束能量在傳輸途中會(huì)部分喪失。

隨著各種高科技產(chǎn)品的不斷問世，在山頂或樹林中安裝有紅外攝像機(jī)、山頂上臨時(shí)通訊基站等小功率設(shè)備，存在大量的供電需求，而正常的供電設(shè)施往往無法到達(dá)設(shè)備所在地。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種使用便捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)成本低、安全高效的無人機(jī)機(jī)載無線供電系統(tǒng)，機(jī)載電池通過無線電能傳輸?shù)姆绞綖樵诶щy到達(dá)區(qū)的小功率設(shè)備提供無線充電服務(wù)，大大地節(jié)省了人力、物力和財(cái)力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)，包括無人機(jī)、小功率受電設(shè)備、發(fā)射單元和接收單元，發(fā)射單元設(shè)置于無人機(jī)上，接收單元設(shè)置于小功率受電設(shè)備上；發(fā)射單元包括依次連接的機(jī)載電池、DC/DC變換器、逆變器、原邊補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈和增強(qiáng)線圈，連接控制器和發(fā)射線圈的電流檢測模塊，連接控制器和逆變器的驅(qū)動(dòng)電路，連接控制器和DC/DC變換器的功率控制模塊；接收單元包括依次連接的接收線圈、副邊補(bǔ)償電路、整流濾波電路和電池；增強(qiáng)線圈與發(fā)射線圈同心且在同一平面上，發(fā)射線圈與接收線圈平行且同軸。

在上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)中，機(jī)載電池包括至少1個(gè)可拆卸電池模塊，電池模塊為扁平式，層疊在無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)上。

在上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作頻率為90kHz。

在上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)中，原邊補(bǔ)償電路為與發(fā)射線圈串聯(lián)的電容，發(fā)射線圈與電容組成振蕩電路的頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，為90kHz。

在上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)中，增強(qiáng)線圈及接收線圈的頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，為90kHz。

無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)供電的方法，包括以下步驟：

步驟1、機(jī)載電池提供直流電，控制器輸出的一路PWM信號(hào)控制功率控制模塊，從而間接控制DC/DC變換器，為后級(jí)逆變器提供不同的輸入直流電壓，用于控制功率；

步驟2、控制器輸出另一路PWM信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路，間接控制逆變器的工作頻率，使逆變器輸出高頻交流電；

步驟3、選擇工作頻率，原邊補(bǔ)償電路與發(fā)射線圈組成振蕩電路的工作頻率與所選擇工作頻率一致；后級(jí)的增強(qiáng)線圈及接收線圈的工作頻率和所選擇工作頻率保持一致；

步驟4、高頻交流電在發(fā)射線圈外產(chǎn)生高頻交變磁場，通過高頻交變磁場，能量從發(fā)射線圈傳至增強(qiáng)線圈，在增強(qiáng)線圈內(nèi)產(chǎn)生高頻交流電；通過交變磁場能量傳遞到接收線圈中，并產(chǎn)生高頻交流電；高頻交流電通過整流濾波電路后成為可供電池充電的直流電；

步驟5、電流檢測模塊檢測發(fā)射線圈電流并送入控制器進(jìn)行策略控制，保證控制器輸出的PWM信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路的頻率跟隨負(fù)載的變化而變化，保證系統(tǒng)電能傳輸效率最大化。

在上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)供電的方法中，步驟3所選擇工作頻率為90kHz。

本發(fā)明的有益效果是：采用三線圈結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了中遠(yuǎn)距離的傳輸效率，克服了互感耦合結(jié)構(gòu)在特定負(fù)載下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率的局限性，使無線充電系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性和相對較低的環(huán)境電磁輻射特性；無人機(jī)機(jī)載電池的模塊化，保證無人機(jī)的總重量在設(shè)計(jì)重量范圍內(nèi)，且無人機(jī)可正常工作；可拆卸電池模塊根據(jù)無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)設(shè)計(jì)為扁平式，并層疊在無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)上，保證了可拆卸電池模塊的增加或減小不會(huì)使無人機(jī)整體的重心發(fā)射較嚴(yán)重的偏移，確保了無人機(jī)的良好的操控性。采用了與傳統(tǒng)的無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用方式完全相反的方式，將傳統(tǒng)的無線電能傳輸技術(shù)中的受電方無人機(jī)、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備變成供電方，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)機(jī)載電池通過無線電能傳輸?shù)姆绞綖槔щy到達(dá)區(qū)的小功率設(shè)備提供無線充電服務(wù)。上述的無線充電系統(tǒng)使用便捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)成本低、安全高效。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例三線圈結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-增強(qiáng)線圈，2-發(fā)射線圈，3-接收線圈；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例機(jī)載電池的排布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

本實(shí)施例的技術(shù)方案如下：無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)，包括無人機(jī)、小功率受電設(shè)備、發(fā)射單元和接收單元，發(fā)射單元設(shè)置于無人機(jī)上，接收單元設(shè)置于小功率受電設(shè)備上；發(fā)射單元包括依次連接的機(jī)載電池、DC/DC變換器、逆變器、原邊補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈和增強(qiáng)線圈，連接控制器和發(fā)射線圈的電流檢測模塊，連接控制器和逆變器的驅(qū)動(dòng)電路，連接控制器和DC/DC變換器的功率控制模塊；接收單元包括依次連接的接收線圈、副邊補(bǔ)償電路、整流濾波電路和電池；增強(qiáng)線圈與發(fā)射線圈同心且在同一平面上，發(fā)射線圈與接收線圈平行且同軸。

進(jìn)一步，機(jī)載電池包括至少1個(gè)可拆卸電池模塊，電池模塊為扁平式，層疊在無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)上。

進(jìn)一步，系統(tǒng)工作頻率為90kHz。

進(jìn)一步，原邊補(bǔ)償電路為與發(fā)射線圈串聯(lián)的電容，發(fā)射線圈與電容組成振蕩電路的頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，為90kHz。

進(jìn)一步，增強(qiáng)線圈及接收線圈的頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，為90kHz。

無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)供電的方法，包括以下步驟：

步驟1、機(jī)載電池提供直流電，控制器輸出的一路PWM信號(hào)控制功率控制模塊，從而間接控制DC/DC變換器，為后級(jí)逆變器提供不同的輸入直流電壓，用于控制功率；

步驟2、控制器輸出另一路PWM信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路，間接控制逆變器的工作頻率，使逆變器輸出高頻交流電；

步驟3、選擇工作頻率，原邊補(bǔ)償電路與發(fā)射線圈組成振蕩電路的工作頻率與所選擇工作頻率一致；后級(jí)的增強(qiáng)線圈及接收線圈的工作頻率和所選擇工作頻率保持一致；

步驟4、高頻交流電在發(fā)射線圈外產(chǎn)生高頻交變磁場，通過高頻交變磁場，能量從發(fā)射線圈傳至增強(qiáng)線圈，在增強(qiáng)線圈內(nèi)產(chǎn)生高頻交流電；通過交變磁場能量傳遞到接收線圈中，并產(chǎn)生高頻交流電；高頻交流電通過整流濾波電路后成為可供電池充電的直流電；

步驟5、電流檢測模塊檢測發(fā)射線圈電流并送入控制器進(jìn)行策略控制，保證控制器輸出的PWM信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路的頻率跟隨負(fù)載的變化而變化，保證系統(tǒng)電能傳輸效率最大化。

更進(jìn)一步，步驟3所選擇工作頻率為90kHz。

具體實(shí)施時(shí)，無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)，包括發(fā)射單元和接收單元：發(fā)射單元包括依次連接的機(jī)載電池、DC/DC變換器、逆變器、原邊補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈；分別與控制器和發(fā)射線圈連接的電流檢測模塊，與控制器和逆變電路連接的驅(qū)動(dòng)電路，與控制器和DC/DC變換器連接的功率控制模塊，還有增強(qiáng)線圈；接收單元包括依次連接的接收線圈、副邊補(bǔ)償電路、整流濾波電路（二次側(cè)）以及電池。

利用上述的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電的方法如圖1所示，機(jī)載電池提供直流電，在控制器輸出的PWM信號(hào)控制功率控制模塊并間接控制DC/DC變換器，為后級(jí)逆變器提供不同的輸入直流電壓，從而達(dá)到控制功率的目的。同樣，控制器輸出另外一個(gè)PWM信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路，間接控制逆變器的工作頻率。逆變器輸出高頻交流電，本實(shí)施例的工作頻率為90kHz，原邊補(bǔ)償電路為和發(fā)射線圈串聯(lián)的電容，發(fā)射線圈和電容組成的振蕩電路的工作頻率應(yīng)和上述工作頻率保持一致。同理，后級(jí)的增強(qiáng)線圈及接收線圈的工作頻率應(yīng)和上述工作頻率保持高度一致，即為90kHz。高頻交流電在發(fā)射線圈外產(chǎn)生高頻交變磁場，通過高頻交變磁場，能量從發(fā)射線圈傳至增強(qiáng)線圈，在增強(qiáng)線圈內(nèi)產(chǎn)生高頻交流電；同理，通過交變磁場能量可以傳遞到接收線圈中，并產(chǎn)生高頻交流電。高頻交流電通過整流濾波電路（二次側(cè)）后變?yōu)榭晒╇姵爻潆姷闹绷麟?。電流檢測模塊檢測發(fā)射線圈電流并送入控制器進(jìn)行策略控制，保證控制器控制驅(qū)動(dòng)電路輸出的PWM信號(hào)的頻率可以跟隨負(fù)載的變化而變化，保證系統(tǒng)電能傳輸效率較高。

本實(shí)施例提出的無人機(jī)機(jī)載儲(chǔ)能反向無線供電系統(tǒng)及其無線供電方法，機(jī)載電池通過無線電能傳輸?shù)姆绞綖樵诶щy到達(dá)區(qū)的小功率設(shè)備提供無線充電服務(wù)。與傳統(tǒng)的無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用方式完全相反，傳統(tǒng)的無線電能傳輸技術(shù)將無人機(jī)、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)成受電方，而本實(shí)施例則將把無人機(jī)設(shè)計(jì)為供電方。

為了在中遠(yuǎn)距離提高無線電能傳輸效率，克服互感耦合結(jié)構(gòu)在特定負(fù)載下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率的局限性，使無線充電系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性和相對較低的環(huán)境電磁輻射特性。本發(fā)明采用三線圈結(jié)構(gòu)，如圖2所示，三線圈結(jié)構(gòu)包括發(fā)射線圈2、增強(qiáng)線圈1和接收線圈3，發(fā)射線圈2和增強(qiáng)線圈1為同心且在同一平面；接收線圈3與發(fā)射線圈2平行且同軸。

為確保無人機(jī)的良好的操控性，能在設(shè)計(jì)重量范圍內(nèi)正常工作。采用了無人機(jī)機(jī)載電池模塊化，機(jī)載電池分為多塊可方便拆卸的電池模塊，根據(jù)具體執(zhí)行的任務(wù)的受電方所需電量以及飛行往返消耗的電量之和，可以為無人機(jī)機(jī)載電池添加或者減少電池模塊，

為保證可拆卸電池模塊的增加或減小不會(huì)使無人機(jī)整體的重心發(fā)生較嚴(yán)重的偏移，可拆卸電池模塊根據(jù)無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)設(shè)計(jì)為扁平式，并層疊在無人機(jī)機(jī)載平臺(tái)上。如圖3所示，模塊1、模塊2、模塊3，模塊n可單獨(dú)拆卸，安裝時(shí)使重量在無人機(jī)上平均分配。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。