一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构

本发明涉及无线充电，具体为一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构。

背景技术：

1、无人艇具有尺寸小巧、机动灵活、价格低廉等优点，在海洋资源开发中发挥着重要的作用。但无人艇常采用磷酸铁或锂电池供给能量，存在着电能供给不便等相关问题，具体表现为(1)泊岸以及船体空间占用面积大：船用设备需通过拖拉电缆，将其接入码头陆地侧的电网进行电能供给。岸电与传输、船舶受电及各类加工设备均需占用一定的空间；(2)维护成本高：传统岸电设备复杂，其安装、维修与维护的费用较高；(3)安全性差：供电接口与充电连接电缆在海洋环境下存在易触电、易受腐蚀等问题，会对设备与操作人员造成危险。

2、无线电能传输技术是一种以非接触的方式实现电能在不同设备之间进行传输的技术。其主要利用磁场、电场、电磁波、声波和激光做传输媒介，实现能量的灵活、可靠、安全传输。作为一种新型的电能传输方式，无线电能传输技术为解决无人艇电能供给问题提供了新思路，其中，磁耦合谐振式无线充电技术利用发射端线圈与接收端线圈的耦合构成磁共振体系，将一部分磁场所携带的能量转化为电能。通常情况下，对准两个耦合线圈可获得最佳耦合系数与最大磁通量。在整个过程中，接收线圈收到的磁通量越大，则说明两个线圈耦合性越好。与陆地环境不同的是，海洋具有更强的风、浪和流等环境扰动，会引起无人艇偏离平衡位置，发生大角度横倾和纵倾等运动。这类运动将使无线充电发射和接收线圈无法正对，导致耦合度下降，功率输出不稳定。然而，无线充电过程中输出功率波动会降低设备安全性与寿命，使系统无法正常工作。为此提供了一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，以解决海洋环境中由于风浪的扰动使无人艇无线充电系统输出功率波动与能效下降的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，包括原边能量发射线圈、补偿线圈和副边能量接收线圈，所述原边能量发射线圈与补偿线圈之间由同一根利兹线绕制而成，两者绕制方向相反，即电流走向相反，一个为顺时针电流走向，一个为逆时针电流走向；所述副边能量接收线圈也由利兹线绕制，绕制方向与原边能量发射线圈一致，即电流走向一致；所述原边能量发射线圈、补偿线圈和副边能量接收线圈的形状绕制为圆形，所述原边能量发射线圈和补偿线圈的上方均匀设有若干个铁氧体导磁片。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述原边能量发射线圈与补偿线圈串联。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述副边能量接收线圈为平面结构，所述原边能量发射线圈与补偿线圈为弧形结构。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述原边能量发射线圈置于码头，所述副边能量接收线圈与无人艇的壳体外壁直接接触，并与无人艇一同在海洋环境中受风浪做多自由度运动。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述铁氧体导磁片无缝布置在原边能量发射线圈与补偿线圈上。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述原边能量发射线圈、补偿线圈、副边能量接收线圈和铁氧体导磁片构成的弧形三线圈磁耦合机构还与高频逆变装置、整流装置、谐振补偿网络、滤波装置以及副边负载形成无线充电系统。

8、本发明的有益效果是：本发明的用于无人艇充电的抗偏转弧形三线圈磁耦合机构，其通过添加反向串联补偿线圈，施加反向磁场以塑造更均匀的磁场，减少了互感值的波动，从而使系统能效与输出功率在高偏转情况下保持恒定。适用于无人艇无线充电的应用场合，具有更强的抗偏转性能。

技术特征：

1.一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，包括原边能量发射线圈(1)、补偿线圈(2)和副边能量接收线圈(3)，其特征在于：所述原边能量发射线圈(1)与补偿线圈(2)之间由同一根利兹线绕制而成，两者绕制方向相反，即电流走向相反，一个为顺时针电流走向，一个为逆时针电流走向；所述副边能量接收线圈(3)也由利兹线绕制，绕制方向与原边能量发射线圈(1)一致，即电流走向一致；所述原边能量发射线圈(1)、补偿线圈(2)和副边能量接收线圈(3)的形状绕制为圆形，所述原边能量发射线圈(1)和补偿线圈(2)的上方均匀设有若干个铁氧体导磁片(4)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，其特征在于：所述原边能量发射线圈(1)与补偿线圈(2)串联。

3.根据权利要求1所述的一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，其特征在于：所述副边能量接收线圈(3)为平面结构，所述原边能量发射线圈(1)与补偿线圈(2)为弧形结构。

4.根据权利要求1所述的一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，其特征在于：所述原边能量发射线圈(1)置于码头，所述副边能量接收线圈(3)与无人艇(5)的壳体外壁直接接触，并与无人艇(5)一同在海洋环境中受风浪做多自由度运动。

5.根据权利要求1所述的一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，其特征在于：所述铁氧体导磁片(4)无缝布置在原边能量发射线圈(1)与补偿线圈(2)上。

6.根据权利要求1所述的一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，其特征在于：所述原边能量发射线圈(1)、补偿线圈(2)、副边能量接收线圈(3)和铁氧体导磁片(4)构成的弧形三线圈磁耦合机构还与高频逆变装置、整流装置、谐振补偿网络、滤波装置以及副边负载形成无线充电系统。

技术总结
本发明公开了一种应用于无人艇无线充电的弧形三线圈磁耦合机构，包括原边能量发射线圈、补偿线圈和副边能量接收线圈，原边能量发射线圈与补偿线圈之间由同一根利兹线绕制而成，两者绕制方向相反，即电流走向相反，一个为顺时针电流走向，一个为逆时针电流走向；副边能量接收线圈也由利兹线绕制，绕制方向与原边能量发射线圈一致，即电流走向一致。本发明的用于无人艇充电的抗偏转弧形三线圈磁耦合机构，其通过添加反向串联补偿线圈，施加反向磁场以塑造更均匀的磁场，减少了互感值的波动，从而使系统能效与输出功率在高偏转情况下保持恒定。适用于无人艇无线充电的应用场合，具有更强的抗偏转性能。

技术研发人员：何红坤,谢威,黄大志
受保护的技术使用者：江苏海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15