项目研究技术线路图
线圈对比仿真实验图
遗传算法计算图（部分）
为展现学院大学生创新创业训练项目最新进展，营造浓厚科研学术氛围，激励和引领学生科研项目向更高层次和更深程度推进，“踔厉奋发，行健不息——孙越崎学院大创项目中期进展汇报”系列推文将为同学们展示优秀大创项目的进展情况和阶段性成果。让我们以此为榜样，在机遇与挑战中砥砺前行。
项目名称：
高耦合低漏磁无人机无线电能传输系统研究
指导老师：荣灿灿
项目负责人：卢祁彪
项目背景
当今时代，无人机相关技术日趋成熟，制造成本不断下降，同时因独特优势，无人机现已被广泛地应用于各个行业领域之中。但因有限的续航能力一直阻碍着其进一步的发展，无人机续航能力的提高成为技术进步的一大突破口。
无人机首次出现于20世纪二十年代，在最初的一段时间里，其主要被应用于军事备战领域，如侦察监视、攻击特定目标、运送物资等。如今，无人机已拥有了近百年的发展历史，其相关技术日趋成熟，制造成本不断下降，同时因其体积小、效率高等独特优势，目前已被广泛地应用到了社会的各行各业之中，社会使用率与需求量都在飞速增加。但现阶段的无人机技术仍存在一些问题：
（1）有限的续航能力：在动力电池能量密度无法取得突破性研究进展的前提下，现多数无人机通常只能一次性工作20-40min，严重限制了无人机的应用。
（2）较高的电磁泄漏：无线电能传输系统是借助原、副线圈间电磁场的转换来实现电能无线传输的，过程中产生的电磁辐射将会对人体产生不利影响。
（3）繁杂的耦合机构：目前的无线充电技术会在机身上增加诸多附加结构，严重了影响无人机的正常工作。
项目内容
抓住这一技术空缺，孙越崎学院越崎特色2020-02班的卢祁彪同学在荣灿灿老师的指导下，带领其团队进行了“高耦合低漏磁无人机无线电能传输系统”的项目研究。该项目拟通过研究双路逆变电路、柔性耦合线圈以及传输线圈阵列与铝板网孔阵列结合的降漏磁结构，实现无人机的高耦合低漏磁无线电能传输系统的搭建。
项目研发过程
综合考虑以上问题后，卢祁彪同学选择了多匝矩形线圈——“对于交流电频率，现在无线充电技术中常用的交流电频率为85kHz；对于接收线圈的结构参数，我们采用无人机的实际大小来确定，以无人机机脚的截面直径为弯曲线圈的弯曲半径，其长度为线圈的长边长度，弯曲角度为180°；我们还根据无人机无线充电时所需的电流大小为10A与利磁线不同线径所承受的最大电流不同的现象，确定了实验中线圈所用的线径大小为2mm；由于无人机机脚为狭长的圆柱状，且为不过多的增加无人机的负载，我们决定弯曲的接收线圈匝数为3匝；对于线圈形状的选取，我们通过Ansys Maxwell有限元电磁仿真软件分别搭建了圆形与矩形线圈，搭建过程中我们以矩形边长和圆形直径分别为100mm、150mm、200mm及250mm进行了4组实验，设计每组下矩形线圈的边长与圆形的直径相同，不同组间的边长/直径不同的对比仿真实验，分析仿真结果，在相同的线圈参数下，矩形线圈形成的磁场分布更加适用于无人机机脚平行且细长的几何特征，能够比圆形线圈下的磁场为无人机机脚提供更均匀高效的磁场，因此最终线圈的形状确定为矩形。”
同时，卢祁彪同学介绍道，目前项目组已初步学习了遗传算法，并且能写出相应的算法，来对线圈进行计算优化。
“试玉要烧三日满，辨材须待七年期。”卢祁彪同学在大创项目准备期间通过查阅文献和仿真实验对比已得到应用于后续实验的接收线圈参数，并利用曲面等效平面的方法，推导出了多匝矩形线圈之间的磁链与互感大小表达式，明确了基于互感最大值为目标函数，及各点互感波动值为限制条件的线圈优化思路。通过深入学习Ansys Maxwell有限元电磁场仿真软件的使用，他们目前已能够绘制与构建出各式线圈的仿真结构，能够对各项参数及电磁场进行仿真计算，且绘制出了研究过程中使用的圆形与矩形线圈的磁场仿真图，利用布尔运算法搭建了曲面线圈模型。
感悟与思考
“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”大创项目过程中的艰难困苦并没有阻碍卢祁彪同学上下求索的决心信心，相反，他越挫越勇，最终带领每位成员满载而归，“负责一项大创项目，在项目实施的无数次的实验中，我收获到的不仅仅有实验技能，还有坚持不懈的团队合作精神。团队成员一起攻坚克难的经历，成为了我们共同的美好记忆。大创项目对于我们每一位参与者来说，就像一颗创新的种子，在我们的心底逐渐生根发芽。因为大创项目，我们对科研有了更为清晰的认识，对未来有了更为明确的规划。感谢大创项目，让我们遇见了更好的自己!”
长松卧壑困风霜，没有经历过逆境的创新创造没有根基，易弯易折，然时来屹立扶明堂——虽然卢祁彪同学的大创项目如今仍处在探索研究阶段，但相信以其凌云之志，终将铸成自己的大创项目。真诚期盼卢同学及越崎学子能将新火试新茶，趁青春意气年华，继续书写自己的创新篇章。