本發(fā)明涉及無線電能傳輸，尤其涉及一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、無人機因其獨特的視角和靈活的機動特性，在電力巡檢、物流配送和邊境巡邏等領域展示出了顯著的應用優(yōu)勢。然而，其續(xù)航能力有限，巡航范圍受限，這成為目前限制無人機推廣的主要問題。傳統(tǒng)的充電或更換電池的方式需要人員跟隨，無法滿足無人系統(tǒng)的自動化、自主化和智能化要求。因此，提供更安全、高效、智能的供能方式成為無人機急需解決的問題。

2、無線電能傳輸技術(wpt)作為一種新興的電能柔性接入與傳輸方式，其廣闊的市場前景和科學研究價值，正日益引起同行的高度重視，現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程及自動化領域研究與開發(fā)的熱點。目前，無線電能傳輸技術中常用的近場耦合主要分為磁場耦合無線電能傳輸(ipt)和電場耦合無線電能傳輸(cpt)，此外還有激光無線電能傳輸(opt)和微波無線電能傳輸(mpt)等。

3、電場耦合的電能傳輸(cpt)由于耦合極板具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕和成本低等優(yōu)勢，電場耦合式無線充電技術在無人機充電領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景，但當前對無人機的電場耦合機構研究還較為薄弱。電場耦合的電能傳輸(cpt)利用電場來傳遞能量，而不是磁場。電場可以穿過金屬屏障而不會產(chǎn)生顯著的功率損耗。cpt系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是其低成本，在cpt系統(tǒng)中，金屬板用于形成電容器以傳輸能量，而在ipt系統(tǒng)中，線圈由昂貴的利茨線制成，而鋁板是一種成本效益高的選擇，它具有良好的導電性、低重量和低成本。因此，cpt技術更適合應用于無人機無線充電領域。

4、現(xiàn)有電場耦合式無人機無線充電系統(tǒng)的接收極板多安裝在無人機底部的起落架上，受限于無人機的尺寸和其自身空氣動力學的影響導致其接收極板尺寸小進一步造成無人機充電系統(tǒng)的充電效率較低。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有電場式無人機無線充電系統(tǒng)受限于無人機尺寸導致極板尺寸小充電功率低的技術問題

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案，一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)，包括：層疊設置的第一耦合機構和第二耦合機構；

4、所述第一耦合機構設置在無人機(1)底部與無人機機巢(2)底部之間，所述第二耦合機構設置在無人機(1)頂部與無人機機巢(2)頂部之間。

5、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述無人機機巢(2)包括安裝平臺(201)，以及設置在所述安裝平臺(201)上的機巢箱(202)和滑桿(203)，以及滑動設置在所述滑桿(203)上的起降平臺(204)；

6、所述起降平臺(204)通過驅(qū)動組件驅(qū)動沿所述滑桿(203)滑動，所述機巢箱(202)的一端為開口設置，所述滑桿(203)的一端位于所述機巢箱(202)內(nèi)且安裝在所述機巢箱(202)側壁上，所述滑桿(203)的另一端伸出所述機巢箱(202)開口的一端。

7、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述滑桿(203)上還套設有第一滑塊(205)，所述第一滑塊(205)位于所述機巢箱(202)側壁與起降平臺(204)之間，所述第一滑塊(205)與所述機巢箱(202)側壁的第一滑塊(205)上還套設有彈簧(206)；

8、所述機巢箱(202)頂端內(nèi)側壁上還設置可沿豎直方向滑動的極板安裝板(207)，所述機巢箱(202)頂端開設有若干滑孔(208)，所述極板安裝板(207)上端面上安裝有若干導向桿(209)，若干導向桿(209)分別沿若干滑孔(208)滑動，所述極板安裝板(207)與所述第一滑塊(205)之間通過拉索組件連接。

9、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述拉索組件包括若干導向輪(210)和鋼索(211)；

10、若干所述導向輪(210)分別安裝在所述機巢箱(202)側壁和底端內(nèi)壁上，所述鋼索(211)的一端與所述第一滑塊(205)連接，所述鋼索(211)的另一端繞過若干所述導向輪(210)后與所述極板安裝板(207)的上端面連接。

11、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一耦合機構包括安裝在所述起降平臺(204)上的第一發(fā)射極板(301)和第二發(fā)射極板(302)，以及分別設置在所述無人機(1)底部兩側起落架(101)上的第一接收極板(401)和第二接收極板(402)；

12、所述第二耦合機構包括安裝在所述極板安裝板(207)上的第三發(fā)射極板(303)和第四發(fā)射極板(304)，以及設置所述無人機(1)頂部殼體上的第三接收極板(403)和第四接收極板(404)。

13、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一發(fā)射極板(301)和第二發(fā)射極板(302)的上端面以及第三發(fā)射極板(303)和第四發(fā)射極板(304)的下端面均設置有電介質(zhì)板(305)。

14、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一、第二耦合機構均等效為六電容交叉模型，將第一、第二耦合機構的六電容交叉模型分別等效為等效π模型得到系統(tǒng)電路，系統(tǒng)電路中cm為第一耦合機構的耦合互容，cin1、cin2為第一耦合機構的耦合自容，cm*為第二耦合機構的耦合互容，cin1*、cin2*為第二耦合機構的耦合自容；

15、原邊傳輸電路包括直流電源uin、高頻逆變器、第一原邊補償電路和第二原邊補償電路，所述高頻逆變器的輸入端與所述直流電源uin連接；

16、所述第一原邊補償電路和第二原邊補償電路的輸入端均與所述高頻逆變器的輸出端連接，所述第一原邊補償電路的輸出端與所述第一接收極板(401)和第二接收極板(402)連接，所述第二原邊補償電路的輸出端與所述第三接收極板(401)和第四接收極板(402)連接；

17、副邊傳輸電路包括第一副邊補償電路、第二副邊補償電路、第一整流器、第二整流器和濾波電容c0；

18、所述第一副邊補償電路的輸入端分別與第一發(fā)射極板(301)和第二發(fā)射極板(302)連接，所述第二副邊補償電路的輸入端分別與第三發(fā)射極板(301)和第四發(fā)射極板(302)連接，所述第一副邊補償電路的輸出端與第一整流器的輸入端連接，所述第二副邊補償電路的輸出端與所述第二整流器輸入端連接，所述第一整流器的一個輸出端與第二整流器一個輸出端均與所述濾波電容c0的一端連接，所述第一整流器的另一個輸出端與第二整流器另一個輸出端均與所述濾波電容c0的另一端連接，所述濾波電容c0的兩端還分別與負載r0的兩端連接。

19、作為本發(fā)明所述的一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一原邊補償電路和第一副邊補償電路以及第二原邊補償電路和第二副邊補償電路均為對稱設置的lc網(wǎng)絡拓撲結構；

20、定義第一發(fā)射極板或第三發(fā)射極板為發(fā)射極板p1，第二發(fā)射極板或第四發(fā)射極板為發(fā)射極板p2，第一接收極板或第三接收極板為發(fā)射極板p4，第二接收極板或第四接收極板為發(fā)射極板p3，對四極板耦合機構的數(shù)學模型和等效電路的推導得到與icpt系統(tǒng)相對應的耦合自容c1、c2和耦合互容cm，表示為：

21、

22、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能方法中任一項所述的方法的步驟。

23、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種基于層疊式耦合機構的多路無線傳能方法中任一項所述的方法的步驟。

24、本發(fā)明的有益效果：通過設置層疊式的第一和第二耦合機構，不僅減小了單個耦合機構的體積以及各極板間的交叉耦合，還提高了系統(tǒng)整體的充電功率。

25、通過設置沿豎直方向滑動的極板安裝板、第一滑塊、彈簧和拉索組件，在起降平臺滑進滑出的同時驅(qū)動極板安裝板上下滑動，使進入無人機進入機巢充電時，第三發(fā)射極板和第四發(fā)射極板分別與第三接收極板和第四接收極板貼合進行電能傳輸，無人機離開機巢起飛時，第三發(fā)射極板和第四發(fā)射極板分別與第三接收極板和第四接收極板脫離，實現(xiàn)了雙通道的電能傳輸。