无人机软磁复合无线充电系统

最近，主要应用于军事应用的无人驾驶飞行器（UAV）技术由于其技术进步而开始将其应用领域扩展到公共或私营部门。由于可靠性、机动性和成本效益方面的操作优势，无人机具有无限的潜力。
摄影或摄像的应用为它带来快速增长的可行性，并且在交通监控、快递服务、森林火灾监视以及监测危险区域或生态系统等领域已经出现了新兴应用。但其中一个具有挑战性的问题仍有待解决，因为大多数无人机受限于电池的容量和重量限制。
无线电力传输（WPT）将是处理无人机所需电能问题的替代技术。它可以使无人机增加其飞行范围，操作时间，并将促进自主飞行。多年来，感应式WPT已成功应用于各种电动车辆，包括我们早期开发的无线电动公交车。感应式WPT系统通常由发射线圈（Tx线圈）和接收线圈（Rx线圈）组成，而我们的电动公交车的Tx线圈在整个公交线路的道路表面下被布置为分段回路。
感应式WPT的原理基于法拉第定律，其中Tx线圈中的交流电（AC）产生了时变磁场。来自Tx线圈的时变磁场通过空气耦合到Rx线圈，从而通过耦合磁场在Rx线圈中产生时变电流。然后在Rx线圈端子上产生输出电压，其中指定的DC电压可以从Rx线圈处的AC电压转换。
感应式WPT的原理很明确，并作为使用定制Tx-Rx结构的主要电源成功应用于我们的电动巴士。基于法拉第定律的相同原理，WPT也可应用于无人机。感应式WPT系统的实际方案中使用了铁氧体以改善磁耦合。已知铁氧体具有优异的导磁率高频特性和适合的导电性等电特性。
虽然总体而言铁氧体是用于传导所需效率的磁场的优化器件，但是铁氧体在无人机的WPT中不太实用。在无人机操作的极端动态环境下，铁氧体的脆特性阻碍了WPT的应用。有几项工作可以提高无人机的性能，但由于实际特性有限，无法将其作为WPT的高效铁氧体磁性材料。本文中的软磁复合材料可以替代铁氧体，目的是将感应式WPT系统集成到无人机中。
本文研究了不同的铁磁材料在无人机WPT系统磁芯中的应用。该比较研究是基于新开发的软磁复合材料（SMC）和用作WPT系统磁芯的常规铁氧体进行的。特别是，主要通过考虑恶劣环境来讨论如何为无人机WPT系统选择合适的铁磁芯材料。