[发明专利]非接触式能量传输结构及水下航行器授电系统

说明书

本发明公开了一种非接触式能量传输结构及水下航行器授电系统。所述非接触式能量传输结构，包括至少一个耦合单元，所述耦合单元包括相对设置的初级单元和次级单元，所述初级单元包括初级铁芯和绕制在所述初级铁芯上的初级线圈，所述次级单元包括次级铁芯和绕制在所述次级铁芯上的次级线圈，所述初级铁芯和次级铁芯为弧形。本发明提供的非接触式能量传输结构，由于其加入铁芯，而且ε型铁芯为圆弧形，可以最大程度减小气隙。同时对称使用的耦合单元因相互吸引的电磁力可以保证初级单元与次级单元对准，这些都将提高耦合系数，从而提高非接触式电能传输效率。

技术领域

本发明涉及非接触式充电领域，具体涉及一种用于水下无人航行器的非接触式能量传输的磁场耦合结构及水下航行器授电系统。

背景技术

自主式水下航行器AUV(Autonomous underwater vehicle)作为一种探索海底世界的重要工具，在民用以及军用领域得到越来越广泛的应用。但由于受到自身体积与电池容量限制，AUV不能够长时间在水下工作，现有的能量传输较多采用湿插拔接头，而且必须打捞回收后进行充电，探测范围受到限制；同时必须有保障船辅助，所以无法实现无人职守，降低了AUV的工作效率和隐蔽性。

非接触电能传输技术能够让AUV电路系统与外界环境有良好的隔离效果，免受环境因素的影响，避免了短路等隐患，可靠性高，是目前水下AUV自主、快速、高效地完成电能传输的理想选择。

现有的非接触式能量传输技术，根据传输原理，主要分为三类：基于感应耦合方式的近距离非接触式能量传输、基于磁耦合谐振方式的中等距离非接触式能量传输和基于微波方式的长距离非接触式能量传输。感应耦合技术是一种贴近型的非接触式能量传输方式，传输距离一般只有几十毫米，需要对准磁场耦合装置即松耦合器的初级、次级。磁耦合谐振技术利用两个相同谐振频率的线圈，相距一定的距离时产生谐振传递能量。激光微波对传输介质中的生物体会产生影响，对环境有一定危害，且近距离传输时效率低，所以不适合AUV的电能传输。

现有的非接触式能量传输的磁场耦合装置设计，大部分应用于电动汽车的充电，和电动牙刷、保温杯等小功率电器的充电系统。其磁场耦合装置的设计大部分是平面贴合型的。而由于AUV的圆筒外形的特点以及其所处的海水环境的特殊性，使现有的非接触式能量传输的磁场耦合装置用于AUV时传输的效率比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种非接触式能量传输结构及水下航行器授电系统。

第一方面，提供一种非接触式能量传输结构，用于圆柱形结构的设备，包括至少一个耦合单元，所述耦合单元包括相对设置的初级单元和次级单元，所述初级单元包括初级铁芯和绕制在所述初级铁芯上的初级线圈，所述次级单元包括次级铁芯和绕制在所述次级铁芯上的次级线圈，所述初级铁芯和次级铁芯为弧形，所述初级单元位于所述设备的壳体外侧，所述次级单元位于所述设备的壳体内侧，所述初级单元和所述次级单元均能与所述壳体紧密贴合，所述壳体的厚度即为所述初级铁芯与次级铁芯之间的气隙。

优选地，包括多个所述耦合单元，多个所述耦合单元为偶数个，并且，偶数个所述耦合单元对称设置。

优选地，所述初级铁芯包括初级铁芯连接部、初级铁芯中心柱和初级铁芯边柱，所述初级铁芯中心柱的第一端和所述初级铁芯边柱的第一端均连接到所述初级铁芯连接部的第一面上，所述初级铁芯中心柱的第二端和初级铁芯边柱的第二端为自由端，所述初级线圈绕制在所述初级铁芯中心柱上。

优选地，所述初级铁芯中心柱设有一个，所述初级铁芯边柱设置有两个，所述初级铁芯中心柱与两个所述初级铁芯边柱间隔一定距离的设置在两个所述初级铁芯边柱之间。

优选地，所述初级铁芯连接部上与第一面相对的第二面为曲面，且，所述初级铁芯中心柱的第二端的端面和所述初级铁芯边柱的第二端的端面位于同一个与所述初级铁芯连接部的第二面曲率相同的曲面上。