[發明專利]基于可變電感的無人潛航器高抗偏移無線充電系統

在審

• 申請號: 202310349536.3
• 申請日: 2023-04-04
• 公開（公告）號: CN116365896A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 紀君逸;葉子心;許易成
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/06
• 分類號: H02M7/06;H02M1/14;H02M1/00;H02M1/08;H02J50/05
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 王法男

一種無線充電技術領域的基于可變電感的無人潛航器高抗偏移無線充電系統，包括可變電感、諧振電容、副邊線圈、整流橋、濾波電容、電池、定額電流信號、PI控制器、限制器、電壓可控電流源、功率線、信號線，整流橋與濾波電容、電池并聯連接，可變電感、諧振電容、副邊線圈依次串接在功率線上，PI控制器、限制器、電壓可控電流源依次串接在信號線上。本發明采用接收端電路失諧設計實現了無線充電功率隨偏移距離增加非線性變化，實現了一定偏移范圍內充電功率的穩定性；通過可變電感調控失諧電路，進一步擴大抗偏移的范圍。通過該可變電感失諧電路設計，無人潛航器可在±60％線圈尺寸范圍內維持充電效率在88％以上，滿足實際應用標準。

技術領域

本發明涉及的是一種無線充電技術領域的充電系統，特別是一種接收端電路采用失諧設計的基于可變電感的無人潛航器高抗偏移無線充電系統。

背景技術

水下無人潛航器作為海洋探測重要裝備，在海洋探測、軍事應用、海洋資源開發、海洋生物研究等領域發揮重大作用。但因其存在續航不足的問題，目前進一步的發展和應用受到限制。

現有的無人潛航器充電方式主要有打撈更換電池方式、濕插拔接頭充電方式和無線充電方式。其中打撈更換電池方式需要母船跟隨，人力物力耗費大，同時也增加了無人潛航器的停機時間和無效行程；濕插拔接頭充電方式需要高精度的水下對接技術，成本高昂，其次此外由于海水的腐蝕性、滲透性問題，會出現短路、漏電等電氣安全隱患；而現有的傳統無線充電方式雖然提高了充電的安全性、靈活性和隱蔽性，擺脫復雜的捕獲機構，降低了對無人潛航器的定位精度要求，但是存在著充電功率隨潛航器相對充電站偏移距離的增加而顯著減小的問題，充電功率不穩定，制約了該充電方式的發展應用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種基于可變電感的無人潛航器高抗偏移無線充電系統，不但可以解決傳統無線充電方式抗偏移能力差的問題，傳統的電路補償拓撲設計抗偏移范圍有限的問題，還可以解決傳統無線充電方式依賴水下無線通訊的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括可變電感、諧振電容、副邊線圈、整流橋、濾波電容、電池、定額電流信號、PI控制器、限制器、電壓可控電流源、功率線、信號線；整流橋包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管，第一二極管的正極與第四二極管的負極相連，第二二極管的正極與第三二極管的負極相連，第一二極管的負極與第二二極管的負極相連，第三二極管的正極與第四二極管的正極相連；整流橋與濾波電容、電池并聯連接；可變電感、諧振電容、副邊線圈依次串接在功率線上，功率線的一端與第一二極管的正極相連接，功率線的另一端與第二二極管的正極相連接；PI控制器、限制器、電壓可控電流源依次串接在信號線上，電池的電流信號以及定額電流信號均與信號線一端的PI控制器相連接，信號線的另一端與可變電感相連接。

本發明主要組成有：失諧輸出電路、可變電感、有源阻尼控制電路等。

在S-S諧振電路中加入諧振電感構成失諧電路，隨著主、副線圈偏移距離的增加，通過副線圈的充電電流在小范圍內按照二次函數變化，使得充電功率穩定，同時降低電路損耗，提高充電效率。可變電感主要由勵磁繞組(接入控制電路)和諧振繞組(接入輸出電路)構成。通過改變控制電路電流，影響磁路的磁場強度，從而控制磁芯磁導率，最終改變電感大小。可變電感的中心磁芯(繞有諧振繞組)包含一個氣隙，以避免磁飽和。勵磁繞組按照相反極性串聯，產生相反的磁通方向，以抵消諧振繞組產生的交流電壓。

本發明為實現對可變電感的控制，設計有源阻尼控制電路。如果測得輸出電流小于額定電流，產生偏差△i，通過PI控制器控制柵極電壓來降低輸出電流至所需水平。為提高驅動能力，采用帶MOSFET的壓控電流源。