Parameter definition of on-board charging winding of multicopter with extended flight time

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

AIM: This work aimed to determine the required charging voltage of the battery using an on-board charging winding based on electromagnetic energy generated by the alternating current of the contact wire.

METHODS: A mathematical model was created in COMSOL Multiphysics® 6.0 using Maxwell’s equations and the finite element method to calculate the induced electromotive force in the on-board winding of an unmanned aerial vehicle.

RESULTS: The relationships between the electromotive force induced in the on-board charging winding and its parameters and the distance to the contact wire were determined. The study shows that for a 600 A current in the contact wire, the charging current can allow for battery recharging and the winding weight does not exceed the multicopter lifting capacity.

CONCLUSION: This method may only be recommended for battery recharging of an unmanned aerial vehicle.

About the authors

Konstantin K. Kim

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Author for correspondence.
Email: kimkk@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-7282-4429
SPIN-code: 3278-4938

Dr Sci. (Engineering), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Mikhail V. Mikhailov

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: mihanikk2001@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-6587-6008
SPIN-code: 8379-4655

graduate student

Russian Federation, St. Petersburg

Elena B. Koroleva

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: elzazybina@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-1804-6982
SPIN-code: 5664-6112

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Bogushevskaya VA, Zayats OV, Maslyakov YaN, et al. Development of a remote power supply system for unmanned aerial vehicles. Proceedings of MAI. 2012;51:1–14. (In Russ.) EDN: OWPABH
  2. Nazarenko PA. Model of a solar-powered UAV / PA Nazarenko, VI Satarova, LV Makarova. Proceedings of Tula State University. Technical sciences. 2021;10:44–51. (In Russ.) doi: 10.24412/2071-6168-2021-10-44-51 EDN: RMUUSU
  3. Ovchinnikov AV, Novikova KO, Fetisov VS. Recharge of VTOL UAVs on Landing Platforms with Adaptable Contact Band Width. Electrical and Data Processing Facilities and Systems. 2023;2(19):80–89. (In Russ.) doi: 10.17122/1999-5458-2023-19-2-80-89 EDN: ZTPPNW
  4. Patent RUS № 2837679 / 03.04.2025. Byul. № 10. Kim KK, Koroleva EB, Mikhajlov MV, Solov’ev AS. Sistema posadki bespilotnogo letatel’nogo apparata vertikal’nogo vzleta i posadki. (In Russ.) EDN: GEOEEC
  5. Kim KK, Koroleva EB, Vataev AS. Monitoring of railway infrastructure facilities using unmanned aerial vehicles. In: Eltrans–2023: proceedings of the XI International Symposium, St. Petersburg, May 31 – June 02, 2023 / Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University. St. Petersburg: NP-Print; 2023:247–252. (In Russ.)
  6. Kim KK, Koroleva EB., Tkachuk AA. Unmanned electric aircraft and systems for railway monitoring Transport of the Russian Federation. A journal about science, practice, and economics. 2024;6(115):44–51. (In Russ.) EDN: ICAUZZ
  7. Frolova EA, Dobroskok NA. Kriticheskij obzor metodov elektromagnitnoj beskontaktnoj peredachi energii. Razvivaya energeticheskuyu povestku budushchego: Sb. dokladov mezhd. nauch.-prakt. konf. dlya predstavitelej soobshchestva molodyh inzhenerov TEK, Sankt-Peterburg, 10–11 dekabrya 2021 goda. St. Peterburg: Sankt-Peterburgskij gosudarstvennyj elektrotekhnicheskij universitet im. V.I. Ul’yanova (Lenina), 2021:153–157. (In Russ.) EDN: KSMAZT
  8. Nguyen M, Nguyen CV, Truong LH, et al. Electromagnetic Field Based WPT Technologies for UAVs: A Comprehensive Survey. Electronics. 2020;9(3):461. doi: 10.3390/electronics9030461 EDN: EROGIC
  9. Yıldırım O. Analysis and experimental verification of efficiency parameters affecting inductively coupled wireless power transfer systems. Heliyon. 2024;10(5). doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e27420 EDN: DDSEUF
  10. Shitov V. Jenergija po vozduhu: vse sposoby zarjadit’ dron // Mashiny i mehanizmy. 2022. №199 [Internet] [cited 2025 March 31]. Available from: https://21mm.ru/news/tehnologii/energiya-po-vozdukhu-vse-sposobyzaryadit-dron (In Russ.)
  11. Nikitin VV, Vasiliev VA, Zhao T. Wireless power transmission to the carriage of high speed magnetolevitational transport. Electronics and electrical equipment of transport. 2022; 1: 23-26. (In Russ.) EDN: HTBPUO
  12. Kim KK, Koroleva EB, Rybin PK, Stepanskaya OA. An unmanned aerial vehicle for monitoring an AC contact network. Modern Transportation Systems and Technologies. 2024;10(4):463–476. doi: 10.17816/transsyst636732 (In Russ.) EDN: KDGRRT
  13. Kim KK, Koroleva EB, Vataev AS, et al. Mathematical simulation of the contactless process in charging a multicopter battery from the external electromagnetic field. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Mechanical Engineering. 2024;4(151):28–46. (In Russ.) doi: 10.18698/0236-3941-2024-4 EDN: ZRDBMU
  14. Valinsky OS, Kim KK. Developments of St. Petersburg State University of Railway Communications in the Field of Non-traditional and Renewable Energy. Transport of the Russian Federation. A journal about science, practice, and economics. 2024;(2):32–38. (In Russ.)
  15. Patent № 042897 / 31.03.2023. Byul. 2023-03. Кim КК. Bespilotnyj letatel’nyj kompleks. (In Russ.) EDN: AGVBFH
  16. Kalantarov PL, Cejtlin LA. Calculating Inductances: Reference Book. Leningrad: Energoatomizdat, 1986 (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Kim K.K., Mikhailov M.V., Koroleva E.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».