[發明專利]非接觸式能量傳輸結構及水下航行器授電系統

有效

• 申請號: 201710287399.X
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN106971836B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 蔡春偉;楊子;許楊昕;郭玉興
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: H01F38/14
• 分類號: H01F38/14;H01F27/24;H01F27/30;H02J50/10;B63H21/17
• 代理公司: 北京博訊知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11593
• 代理人: 柳興坤

本發明公開了一種非接觸式能量傳輸結構及水下航行器授電系統。所述非接觸式能量傳輸結構，包括至少一個耦合單元，所述耦合單元包括相對設置的初級單元和次級單元，所述初級單元包括初級鐵芯和繞制在所述初級鐵芯上的初級線圈，所述次級單元包括次級鐵芯和繞制在所述次級鐵芯上的次級線圈，所述初級鐵芯和次級鐵芯為弧形。本發明提供的非接觸式能量傳輸結構，由于其加入鐵芯，而且ε型鐵芯為圓弧形，可以最大程度減小氣隙。同時對稱使用的耦合單元因相互吸引的電磁力可以保證初級單元與次級單元對準，這些都將提高耦合系數，從而提高非接觸式電能傳輸效率。

技術領域

本發明涉及非接觸式充電領域，具體涉及一種用于水下無人航行器的非接觸式能量傳輸的磁場耦合結構及水下航行器授電系統。

背景技術

自主式水下航行器AUV(Autonomous underwater vehicle)作為一種探索海底世界的重要工具，在民用以及軍用領域得到越來越廣泛的應用。但由于受到自身體積與電池容量限制，AUV不能夠長時間在水下工作，現有的能量傳輸較多采用濕插拔接頭，而且必須打撈回收后進行充電，探測范圍受到限制；同時必須有保障船輔助，所以無法實現無人職守，降低了AUV的工作效率和隱蔽性。

非接觸電能傳輸技術能夠讓AUV電路系統與外界環境有良好的隔離效果，免受環境因素的影響，避免了短路等隱患，可靠性高，是目前水下AUV自主、快速、高效地完成電能傳輸的理想選擇。

現有的非接觸式能量傳輸技術，根據傳輸原理，主要分為三類：基于感應耦合方式的近距離非接觸式能量傳輸、基于磁耦合諧振方式的中等距離非接觸式能量傳輸和基于微波方式的長距離非接觸式能量傳輸。感應耦合技術是一種貼近型的非接觸式能量傳輸方式，傳輸距離一般只有幾十毫米，需要對準磁場耦合裝置即松耦合器的初級、次級。磁耦合諧振技術利用兩個相同諧振頻率的線圈，相距一定的距離時產生諧振傳遞能量。激光微波對傳輸介質中的生物體會產生影響，對環境有一定危害，且近距離傳輸時效率低，所以不適合AUV的電能傳輸。

現有的非接觸式能量傳輸的磁場耦合裝置設計，大部分應用于電動汽車的充電，和電動牙刷、保溫杯等小功率電器的充電系統。其磁場耦合裝置的設計大部分是平面貼合型的。而由于AUV的圓筒外形的特點以及其所處的海水環境的特殊性，使現有的非接觸式能量傳輸的磁場耦合裝置用于AUV時傳輸的效率比較低。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種非接觸式能量傳輸結構及水下航行器授電系統。

第一方面，提供一種非接觸式能量傳輸結構，用于圓柱形結構的設備，包括至少一個耦合單元，所述耦合單元包括相對設置的初級單元和次級單元，所述初級單元包括初級鐵芯和繞制在所述初級鐵芯上的初級線圈，所述次級單元包括次級鐵芯和繞制在所述次級鐵芯上的次級線圈，所述初級鐵芯和次級鐵芯為弧形，所述初級單元位于所述設備的殼體外側，所述次級單元位于所述設備的殼體內側，所述初級單元和所述次級單元均能與所述殼體緊密貼合，所述殼體的厚度即為所述初級鐵芯與次級鐵芯之間的氣隙。

優選地，包括多個所述耦合單元，多個所述耦合單元為偶數個，并且，偶數個所述耦合單元對稱設置。

優選地，所述初級鐵芯包括初級鐵芯連接部、初級鐵芯中心柱和初級鐵芯邊柱，所述初級鐵芯中心柱的第一端和所述初級鐵芯邊柱的第一端均連接到所述初級鐵芯連接部的第一面上，所述初級鐵芯中心柱的第二端和初級鐵芯邊柱的第二端為自由端，所述初級線圈繞制在所述初級鐵芯中心柱上。

優選地，所述初級鐵芯中心柱設有一個，所述初級鐵芯邊柱設置有兩個，所述初級鐵芯中心柱與兩個所述初級鐵芯邊柱間隔一定距離的設置在兩個所述初級鐵芯邊柱之間。

優選地，所述初級鐵芯連接部上與第一面相對的第二面為曲面，且，所述初級鐵芯中心柱的第二端的端面和所述初級鐵芯邊柱的第二端的端面位于同一個與所述初級鐵芯連接部的第二面曲率相同的曲面上。