Trådlös laddning av luftburna drönare - Wireless charging of airborne drones

Abstract

Sammanfattning Användningen av drönare och deras tillämpningsområden har ökat kraftigt under de senaste åren. Ett växande användningsområde är autonomisering av arbetsuppgifter, såsom rekognoscering av kraftledningar. För att möjliggöra full autonomi krävs även en autonom laddningsmetod. I detta projekt undersöks möjligheten att konstruera trådlös laddare med hjälp av induktiv kraftöverföring för att sedan utvärdera dess prestanda. Rapporten inleds med en genomgång av den teoretiska bakgrund som är central för projektet. Därefter beskrivs projektets olika faser i kronologisk ordning från simuleringar med finita elementmetoden och kretssimuleringar till konstruktionen av en fysisk prototyp. Olika spoltopologiers egenskaper vid felplaceringar utvärderas, där en större primärspole gentemot sekundärspole ger mest fördelaktigt resultat vid felplacering. Projektet resulterar även i en prototyp som överför effekt med en uppmätt maximal verkningsgrad på 69,78 %. En god överensstämmelse mellan simuleringar och experiment validerar resultaten. Effektförluster kopplas främst till spolarnas resistans, avvikelser i resonansfrekvensen, lågt Q-värde och oönskade transienta förlopp.

Abstract The use of drones and their application areas has seen a significant increase in recent years. One emerging application is the automation of tasks such as power line inspection. To enable full autonomy, an autonomous charging method is also required. This project investigates the possibility of constructing a wireless charger using inductive power transfer and then evaluating it’s performance. The report begins with an overview of the fundamental theoretical background that is necessary the project. Next, the project’s phases are presented in chronological order, covering the development process from finite element method simulations and Simulink to the construction of a physical prototype The behavior of different coil topologies under misalignment is evaluated, where a larger primary coil relative to the secondary coil yields the most favorable results. The project culminates in a prototype capable of transferring power with a measured maximum efficiency of 69.78%. Strong agreement between simulation and experimental results validates the outcomes. Power losses are primarily attributed to coil resistance, deviations in resonant frequency, low Q- factor, and undesired transient phenomena.