[發明專利]一種水下航行器無線充電系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202210293717.4
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN114578835A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王宇晗;夏濤;訾振豪;王逸涵;馬家輝;貝靜雯;李航;張小亮
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06;H02J7/00;H02J50/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發明提供一種水下航行器無線充電系統及其控制方法，其中水下航行器無線充電系統包括波浪發電平臺、第一整流器、直流支撐電容、全橋逆變器、第一補償電路和電能發射線圈；水下航行器包括電能接收線圈、第二補償電路、第二整流器和電池；水下航行器充電時，波浪發電平臺產生的電能傳遞至電能發射線圈；電能接收線圈與電能發射線圈通過強磁耦合產生變化電流；變化電流為電池充電；本發明實現水下航行器電能接收線圈與基站電能發射線圈的精確對接，且能夠實時跟蹤充電效率的變化，并根據效率變化情況調整工作頻率，使得水下無線充電系統在海底復雜多變的環境以及洋流運動的影響下，能夠保持穩定的電能傳輸。

技術領域

本發明屬于水下無線充電技術領域，尤其涉及一種水下航行器無線充電系統及其控制方法。

背景技術

隨著深海活動的發展，水下航行器在海洋安全、海洋經濟與科學、海洋考古、救援與軍事等方面有著廣泛的應用。此外，水下航行器是一種智能運動平臺，可以在真實的海洋環境中依靠遙控或自主安全導航，完成管道檢測、環境監測、水下搜救、海洋油氣勘探開發等多種任務。

為了滿足上述需求，需要水下無人航行器(AUV)具有長時間續航的能力。在既不增加儲能裝置重量，又滿足水下設備的密封性能的情況下，只能采用非接觸式的無線充電技術。但在水下作業時，水下無人航行器容易受到洋流的干擾，發射線圈與接收線圈無法保持相對穩定位置來取得最佳的傳輸效率，導致充電速度慢的問題。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種水下航行器無線充電系統及其控制方法。

第一方面，本發明提供一種水下航行器無線充電系統，包括水下充電基站和水下航行器；

所述水下充電基站包括依次電連接波浪發電平臺、第一整流器、直流支撐電容、全橋逆變器、第一補償電路和電能發射線圈；所述水下航行器包括電能接收線圈、第二補償電路、第二整流器和電池；所述水下航行器充電時，波浪發電平臺產生的電能通過所述第一整流器、直流支撐電容、全橋逆變器和第一補償電路傳遞至電能發射線圈；所述電能接收線圈與電能發射線圈通過強磁耦合產生變化電流；變化電流通過第二補償電路和第二整流器傳遞至電池端為電池充電；

所述水下充電基站還包括聲吶裝置；所述水下航行器還包括水聽器、定位控制器、上位機、壓力傳感器、運動控制器、推進器和充電頻率跟蹤器；所述水聽器用于接收所述聲吶裝置發射的聲學信號；所述定位控制器用于根據所述聲學信號和電能接收線圈的感應電壓提供水下航行器的定位方法；所述壓力傳感器用于采集水下航行器所在水深的壓力值；所述上位機用于根據水下航行器的定位方法和水下航行器所在水深的壓力值計算水下航行器相對于水下充電基站的位置；所述運動控制器用于根據水下航行器相對于水下充電基站的位置控制推進器調整的位置和角度；所述充電頻率跟蹤器用于檢測水下航行器充電時的充電頻率。

第二方面，本發明提供一種水下航行器無線充電系統的控制方法，所述控制方法應用于第一方面所述的水下航行器無線充電系統，所述控制方法包括：

建立三維坐標系；所述三維坐標系的原點位于電能發射線圈的中部，x軸垂直于y軸且x軸、y軸和原點所在平面平行于水面，z軸垂直于x軸、y軸和原點所在平面；

將聲吶裝置中的第一聲吶、第二聲吶和第三聲吶分別放置于三維坐標系的原點、x軸和y軸上；所述聲吶裝置發射唯一且可識別的聲音信號；

根據以下公式計算第一聲吶、第二聲吶和第三聲吶分別與水下航行器的距離：