[發(fā)明專利]基于磁共振的水下無(wú)線充電方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410025906.9
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN104158301B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷波;宮飛翔;魏志強(qiáng);叢艷平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;H02J7/02
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11266
• 代理人: 黃曉軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下無(wú)線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁共振的水下無(wú)線充電方法和裝置。

背景技術(shù)

海洋總面積為3.6×108平方千米，占地球總面積的70.8%，在這廣袤富饒的海洋空間，蘊(yùn)藏著豐富的海洋生物資源、海洋能源、海洋熱能和海洋礦物資源。隨著工業(yè)化和城市化的進(jìn)展，陸上可利用的資源越來(lái)越少，人們正逐漸重視海洋資源的有效利用問題，可以說(shuō)二十一世紀(jì)是人類向海洋進(jìn)軍的世紀(jì)。作為探索海洋的重要手段，甚至在某些情況下是唯一的手段，水下機(jī)器人在開發(fā)利用海洋中的作用并不亞于火箭和航天飛機(jī)在探索宇宙空間中的作用。水下機(jī)器人的主要作用是作為一種潛水設(shè)備和運(yùn)載工具供人類在征服和利用海洋的過程中，在一般潛水技術(shù)不可到達(dá)的深度或環(huán)境下進(jìn)行綜合考察和研究并完成多種作業(yè)任務(wù)。例如，在海洋開發(fā)中，水下航行器可在深海、冰下進(jìn)行海洋資源勘探、水文調(diào)查、海底地形地貌攝影與繪圖、海底石油管道與越洋電纜的檢測(cè)與維修、海洋石油平臺(tái)和海洋工作站的檢測(cè)維護(hù)等。

未來(lái)水下機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)為更遠(yuǎn)、更深、更小、功能更強(qiáng)大，AUV（AutonomousUnderwaterVehicle，自主式水下機(jī)器人）憑借其無(wú)纜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到世界各海洋強(qiáng)國(guó)的重視。無(wú)纜在帶來(lái)更好的靈活性與隱蔽性的同時(shí)也產(chǎn)生了相應(yīng)的問題——能源供給如何解決？傳統(tǒng)思路是攜帶大型蓄電池，雖然能提供一定的航行距離，但對(duì)AUV來(lái)說(shuō)負(fù)載過大，無(wú)法做到輕便化與小型化。由此可見，AUV尤其是小型AUV，能源供應(yīng)仍然是制約其性能發(fā)揮的關(guān)鍵因素，迫切需要開發(fā)一種對(duì)AUV進(jìn)行有效的無(wú)線傳輸電能（即無(wú)線充電）的方法。

目前，傳統(tǒng)的無(wú)線電能傳輸方法可以分兩種：一種是感應(yīng)耦合式，已在軌道交通、小家電、大角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等方面開展應(yīng)用；另一種是微波無(wú)線能量傳輸技術(shù)，即直接利用電磁波能量可以通過天線發(fā)射和接受的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸。

若采用上述兩種無(wú)線電能傳輸方法對(duì)AUV進(jìn)行無(wú)線充電存在如下的缺點(diǎn)：雖然微波無(wú)線能量傳輸技術(shù)傳輸距離最遠(yuǎn)、傳輸功率最大，并且可以克服障礙物影響性，但電磁波在水中衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致能量損耗大，傳輸效率反而最低。感應(yīng)耦合式方法雖然傳輸功率也可達(dá)數(shù)百千瓦，小尺度障礙物也不會(huì)對(duì)其功率傳輸帶來(lái)大的影響，但缺點(diǎn)是對(duì)傳輸距離和傳輸穩(wěn)定性要求太高，難以應(yīng)用于復(fù)雜多變的海底自然環(huán)境下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于磁共振的水下無(wú)線充電方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)基于磁共振對(duì)水下設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。

本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于磁共振的水下無(wú)線充電方法，在水下設(shè)置對(duì)水下設(shè)備進(jìn)行充電的水下接駁站，所述方法具體包括：

在待充電的水下設(shè)備靠近所述水下接駁站后，所述水下接駁站中的諧振電路將電能轉(zhuǎn)換為電磁波，通過電磁耦合將所述電磁波傳輸給所述水下接駁站中的諧振體；

所述水下接駁站中的諧振體和所述水下設(shè)備中的諧振體產(chǎn)生磁共振，所述水下接駁站中的諧振體將所述電磁波傳輸給所述水下設(shè)備中的諧振體；

所述水下設(shè)備中的諧振體通過電磁耦合將所述電磁波傳輸給所述水下設(shè)備中的諧振電路，所述水下設(shè)備中的諧振電路將所述電磁波轉(zhuǎn)換為電能，利用所述電能對(duì)所述水下設(shè)備的電池進(jìn)行充電。

所述的在待充電的水下設(shè)備靠近所述水下接駁站后，所述水下接駁站中的諧振電路將電能轉(zhuǎn)換為電磁波，通過電磁耦合將所述電磁波傳輸給所述水下接駁站中的諧振體，包括：

在所述水下接駁站中設(shè)置通信電路、電源、整流電路、串聯(lián)諧振電路和功率放大器，在待充電的水下設(shè)備靠近所述水下接駁站，所述通信電路接收到所述水下設(shè)備發(fā)出的充電請(qǐng)求消息后，所述電源輸出直流電給所述整流電路，所述整流電路將所述直流電轉(zhuǎn)換為交流電后輸出給所述串聯(lián)諧振電路；

所述串聯(lián)諧振電路中的電感利用所述交流電產(chǎn)生電磁波，通過調(diào)整串聯(lián)諧振電路的諧振頻率使所述電磁波的頻率大于設(shè)定數(shù)值，所述功率放大器對(duì)所述電磁波的功率進(jìn)行放大處理，所述串聯(lián)諧振電路通過電磁耦合將功率放大后的電磁波傳輸給所述水下接駁站中的諧振體。

所述的水下接駁站中的諧振體和所述水下設(shè)備中的諧振體產(chǎn)生磁共振，所述水下接駁站中的諧振體將所述電磁波傳輸給所述水下設(shè)備中的諧振體，包括：

在所述水下接駁站中設(shè)置至少兩個(gè)諧振體，所述水下接駁站中的諧振體1接收水下接駁站中的諧振電路通過電磁耦合傳輸過來(lái)的電磁波，所述水下接駁站中的諧振體1和所述水下接駁站中的諧振體2產(chǎn)生磁共振，所述諧振體1將所述電磁波傳輸給所述諧振體2；