Forschung zum Hochleistungsmagnetkupplung auf Basis von Lignocellulose-Verbundwerkstoffen für drahtlose Ladesysteme

ZUSAMMENFASSUNG Dieser Artikel schlägt eine Magnetkupplung auf Basis eines Lignocellulose-Verbundkernes für drahtlose Ladesysteme unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) vor, um die Einschränkungen herkömmlicher Magnetkerne – darunter übermäßiges Gewicht, geringe Plastizität, fehlende Umweltfreundlichkeit und Inkompatibilität mit der spezifischen Struktur von UAVs – zu adressieren und gleichzeitig die Senderkonfiguration zur Verbesserung der Toleranz gegenüber Fehlausrichtungen zu optimieren. Zunächst wird die Systemschaltung vorgestellt und die Konfiguration der Magnetkupplung analysiert. Anschließend wird der Lignocellulose-Verbundkern entworfen und dessen Herstellungsmethode vorgestellt, gefolgt von einem Vergleich mit Ferrit. Drittens wird eine fehlausrichtungstolerante Magnetkupplung, die an die UAV-Struktur anpassbar ist, analysiert und entworfen; die Kupplungsparameter werden mithilfe des NSGA-II-Algorithmus optimiert und deren Machbarkeit durch Simulation verifiziert. Abschließend wird eine experimentelle Plattform aufgebaut. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer diagonalen quadratischen horizontalen Fehlausrichtung von 90 mm und einer Rotation um 360° die Schwankungen der gegenseitigen Induktivität innerhalb von ±5 % bleiben. Das System erreicht eine Ladeleistung von 115 W und eine Effizienz von 81,2 % im ausgerichteten Zustand.