[发明专利]一种自主水下航行器的无线充电系统

说明书

技术领域

本发明属于水下无线充电技术领域，涉及一种自主水下航行器的无线充电系统。

背景技术

随着科技的进步,人们对于海底世界的探索越来越多,自主水下航行器的使用也更加广泛。为了提高自主水下航行器的续航能力,需要对其进行回收并充电。为了避免母船回收自主水下航行器带来的高昂成本，人们希望能在水下完成对潜水器的充电过程。传统的水下充电方式是通过“湿插拔”，即通过特殊的机械结构挤开水，实现直接的电气连接的方式。然而这一过程会造成设备的磨损，并且需要很高的对准精度，使得“湿插拔”的应用受到一定的限制。

为了更简单的在水下对自主水下航行器进行充电，专利CN 103708012A和专利CN102320362A都公开了一种回收自主水下航行器的接驳基站，使得自主水下航行器在海底有一个安全的停靠点，并且能够进行无线充电。然而自主水下航行器在进入基站的过程中，会有一定的横滚角，导致接驳基站和自主水下航行器上用来进行无线充电的发射和接收线圈不能对齐，造成充电效率低甚至不能进行充电；此外，自主水下航行器的直径各不相同，所携带的电池容量也不相同，这就意味着其额定的充电功率也不相同。大功率的无线充电如果用一路电路来承载，往往会造成电路上的元件承受过高的电压和电流应力，同时造成热量集中，降低了系统的可靠性。因此，需要设计出一套能适应不同直径自主水下航行器，并且能克服航行器自身的横滚角对实现无线充电的影响，还要能克服单个电路承载过高功率所带来的潜在隐患的水下无线充电系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够适应不同AUV直径的自主水下航行器的无线充电系统，该系统适应性强，且能够克服因自主水下航行器存在横滚角所造成的发射和接收线圈之间对不齐的问题；此外，该无线充电系统的接收端采用多路并联，通过均衡控制策略保证每一路输出功率相同，满足大功率的无线充电需求。

本发明采用的技术方案如下：

一种自主水下航行器的无线充电系统主要包括：AUV接驳基站、水密直线电机、发射线圈、伸缩杆、接收线圈和自主水下航行器；所述的AUV接驳基站的接驳腔体内壁沿周向均匀安装若干个伸缩杆，每个伸缩杆由一台水密直线电机控制伸缩，伸缩杆顶端固定有发射线圈，在自主水下航行器上沿周向均匀设置有与发射线圈个数相同的接收线圈。

所述的发射线圈和接收线圈的接触面均绕制成曲面，朝向一致，且曲率为AUV接驳基站所需适应的AUV的最大直径和最小直径所对应的曲率的平均值。

所述的发射线圈和接收线圈的直径应满足：

AUV接驳基站所能适应的最大自主水下航行器的横滚角为：±θ(单位：度)，其中，θ＝45Δd/R，Δd为接收线圈与发射线圈的直径差，R为自主水下航行器的半径。

为避免各对发射、接收线圈之间的相互干扰，所述的伸缩杆的数目优选为奇数个。

为使安装方便，所述的AUV接驳基站的接驳腔体的截面可以设计为多边形，其边数为伸缩杆数量的两倍。

当自主水下航行器进入AUV接驳基站后，二者通信，触发伸缩杆径向运动，当发射线圈与自主水下航行器外表面接触后，伸缩杆4停止运动，开始进行无线充电；充电结束后，自主水下航行器向AUV接驳基站发出信号，触发伸缩杆径向收缩。

在充电电路设计上，所述的每个接收线圈经过整流、升压(boost)后，输出相互并联给电池充电；通过均衡控制策略，保证每一路输出的功率相同。所述的均衡控制策略使用PID控制，以升压(boost)电路的输出电压作为控制目标，以升压(boost)电路的输入电流与所有升压(boost)电路输入的平均电流的差值、以及升压(boost)电路的输入电压与所有升压电路输入电压平均值的差值，作为PID内环控制的误差输入。

与现有技术相比,本发明的优点在于:

(1)采用多组线圈组合，共同为电池充电。利用发明的均衡控制算法，使得每一路承载的功率相同，降低了每一路的承载功率。即使有一路发生故障,剩余几路仍然能继续充电,降低了系统故障概率；

(2)接收线圈的直径大于发射线圈，且二者应满足一定要求，保证在自主水下航行器进入接驳基站后即使有一定的横滚角下，也能保证充电的正常进行；

(3)利用水密直线电机和伸缩杆带动发射线圈径向运动，使得发明的无线充电系统能适用于不同直径的自主水下航行器；

附图说明

图1是自主水下航行器进入接驳基站(a)和没进入接驳基站时(b)的斜视图；