CN109177759B - 自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 - Google Patents

自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构的接收端体积小，占有自主式水下航行器内部空间小，不改变自主式水下航行器外形，对于非对准的容忍能力更强，降低了自主式水下航行器的停靠精度。

Description

自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行 器系统
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别是一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统。
背景技术
自主式水下航行器AUV(Autonomous underwater vehicle)具有自动控制、智能化、灵活性高等优点，是帮助人类完成侦查、情报收集、海地考察、海洋资源勘探等水下任务的重要工具。但是受AUV自身体积和负载能力限制，所搭载的电池容量有限，续航问题一直限制了AUV的进一步发展。目前，解决AUV续航问题的常用做法是利用母船对AUV跟随作业，当AUV电池电量即将耗尽时，返回母船，利用母船对AUV进行充电。这种繁琐的方式降低了AUV的隐蔽性和工作效率，无法完成无人值守的目标。
以非物理接触对AUV进行无线充电的方法不会产生电火花、不会受海水的腐蚀、不需要人为干预，是解决AUV续航问题、实现无人值守目标的理想方法。当前的一些AUV无线充电磁耦合装置存在的问题有：改变了AUV外形、必须精确对准。此外，AUV内部空间紧张，能用于放置无线充电系统的空间有限，对于磁耦合装置的体积也提出要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种占用空间小、不改变自主式水下航行器外形、不需要精确对准的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构。
为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：
一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。
优选地，所述绕线部朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器所在的方向延伸，所述绕线部、分体线圈朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器所在侧的面构造为圆弧柱面，所述圆弧柱面能够贴合在所述自主式水下航行器的外表面上。
优选地，在处于充电状态的所述自主式水下航行器的周向上，多个分体线圈依次排列，多个分体线圈之间的间隙小于1cm。
优选地，所述至少两个绕线部包括位于所述长形主体两端的第一绕线部和第二绕线部，所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部上的第一线圈和绕设在第二绕线部上的第二线圈。
优选地，所述第一线圈和/或第二线圈呈方形，在处于充电状态的所述自主式水下航行器的周向上紧密排列。
优选地，所述长形主体的与所述绕线部相反一侧的端面构造为圆弧柱面。
优选地，所述接收端包括接收磁芯和绕设在所述接收磁芯上的接收线圈，所述接收线圈设置在靠近所述自主式水下航行器壳体的位置。
优选地，所述发射磁芯和/或所述接收磁芯为软磁体磁芯。
优选地，所述接收磁芯构造为I型磁芯或H型磁芯。
另一方面，本发明采用如下技术方案：
一种自主式水下航行器系统，包括自主式水下航行器和对自主式水下航行器进行无线充电的充电坞，其特征在于，所述系统包括如上所述的磁耦合结构，其中，所述发射端设置在所述充电坞上，所述接收端设置在所述自主式水下航行器上。
本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构的接收端体积小，占有自主式水下航行器内部空间小，不改变自主式水下航行器外形，对于非对准的容忍能力更强，降低了自主式水下航行器的停靠精度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出本发明具体实施方式提供的发射端和接收端装配示意图；
图2示出本发明具体实施方式提供的发射端示意图；
图3示出本发明具体实施方式提供的发射磁芯示意图；
图4示出本发明具体实施方式提供的I型磁芯接收端示意图；
图5示出本发明具体实施方式提供的H型磁芯接收端示意图；
图6本发明具体实施方式提供的自主式水下航向器进行充电时的示意图。
图中，
1、自主式水下航行器；2、发射端；21、发射磁芯；211、主体；212、第一绕线部；213、第二绕线部；22、发射线圈；221、第一线圈；222、第二线圈；3、接收端；31、接收磁芯；32、接收线圈。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请提供了一种自主式水下航行器1无线充电的磁耦合结构，如图1所示，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端2和设置在自主式水下航行器1上的接收端3，用于对所述自主式水下航行器1进行无线充电，当自主式水下航行器1需要充电时，自主式水下航行器1会返回充电坞进行充电，此磁耦合结构解决了自主式水下航行器1的续航能力差、充电困难等问题。所述发射端2包括发射磁芯21和绕设在所述发射磁芯21上的发射线圈22，所述发射磁芯21包括长形的主体211和位于所述主体211上的至少两个绕线部，所述发射线圈22包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。
所述绕线部一端和所述长形主体211连接，另一端为自由端，朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器1所在的方向延伸，所述绕线部、分体线圈朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器1所在侧的面构造为圆弧柱面，所述圆弧柱面的半径应稍大于所述自主式水下航行器1的外表面的半径，以使所述圆弧柱面能够贴合在所述自主式水下航行器1的外表面上，从而可以在不改变自主式水下航行器1外形的条件下对所述自主式水下航行器1进行充电。优选地，所述长形主体211与所述绕线部相反一侧的端面构造为圆弧柱面。
在处于充电状态的所述自主式水下航行器1的周向上，多个分体线圈依次排列，多个分体线圈之间的间隙小于1cm。
在一个具体的实施例中，如图3所示，所述至少两个绕线部包括位于所述长形主体211两端的第一绕线部212和第二绕线部213，所述第一绕线部212和所述第二绕线部213优选为两个相同的绕线部，所述绕线部为圆弧柱体，所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部212上的第一线圈221和绕设在第二绕线部213上的第二线圈222。所述第一线圈221和/或第二线圈222呈方形，在处于充电状态的所述自主式水下航行器1的周向上紧密排列。所述分体线圈为单层或多层，以各自绕线部为中心依次紧密向外绕制。优选地，所述第一线圈221和所述第二线圈222的线圈匝数相同。
进一步地，所述接收端3包括接收磁芯31和绕设在所述接收磁芯31上的接收线圈32，所述接收线圈32设置在靠近所述自主式水下航行器1壳体的位置。当自主式水下航行器1返回充电坞时，发射端2贴合自主式水下航行器1外表面，发射端2对应接收线圈32，对自主式水下航行器1进行充电。充电过程中保证接收线圈32位于发射端2的中心位置附近，并允许有一定错位，对自主式水下航行器1非对准容忍能力强，提高充电效率。
所述接收磁芯31构造为I型磁芯或H型磁芯，如图4和5所示，在具体的实施例中，可以使用制作工艺简单的I型磁芯，也可以使用对自主式水下航行器1错位容忍能力更强的H型磁芯。所述I型磁芯和所述H型磁芯体积小，占用自主式水下航行器1内部空间小。所述接收线圈32绕制在所述接收磁芯31的中间位置，线圈层数大于或等于1，线圈绕制宽度小于或等于接收磁芯31的长度。接收磁芯31的长度由发射磁芯21的长度和自主式水下航行器1无线充电时发射端2和接收端3之间可能出现的偏离角决定，保证在最差的对准条件下仍有很好地耦合能力，从而降低了自主式水下航行器1的停靠精度，对非对准的容忍能力较强，提高了充电效率。
优选地，所述发射磁芯21和/或所述接收磁芯31为软磁体磁芯，软磁体磁芯材料可以是铁氧体或软磁合金。添加软磁体磁芯能提高磁耦合结构的耦合能力、降低磁耦合结构的漏磁。
本申请还提供一种自主式水下航行器系统，包括自主式水下航行器1和对自主式水下航行器1进行无线充电的充电坞，所述系统包括如上所述的磁耦合结构，其中，所述发射端2设置在所述充电坞上，所述接收端3设置在所述自主式水下航行器1上。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，其特征在于，包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈；在处于充电状态的所述自主式水下航行器的周向上，多个分体线圈依次排列，多个分体线圈之间的间隙小于1cm；所述接收端包括接收磁芯和绕设在所述接收磁芯上的接收线圈，所述接收线圈设置在靠近所述自主式水下航行器壳体的位置，所述接收磁芯构造为I型磁芯或H型磁芯。
2.根据权利要求1所述的磁耦合结构，其特征在于，所述绕线部朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器所在的方向延伸，所述绕线部、分体线圈朝向处于充电状态的所述自主式水下航行器所在侧的面构造为圆弧柱面，所述圆弧柱面能够贴合在所述自主式水下航行器的外表面上。
3.根据权利要求1所述的磁耦合结构，其特征在于，所述至少两个绕线部包括位于所述长形主体两端的第一绕线部和第二绕线部，所述分体线圈包括绕设在所述第一绕线部上的第一线圈和绕设在第二绕线部上的第二线圈。
4.根据权利要求3所述的磁耦合结构，其特征在于，所述第一线圈和/或第二线圈呈方形，在处于充电状态的所述自主式水下航行器的周向上紧密排列。
5.根据权利要求1所述的磁耦合结构，其特征在于，所述长形主体的与所述绕线部相反一侧的端面构造为圆弧柱面。
6.根据权利要求1-5之一所述的磁耦合结构，其特征在于，所述发射磁芯和/或所述接收磁芯为软磁体磁芯。
7.一种自主式水下航行器系统，包括自主式水下航行器和对自主式水下航行器进行无线充电的充电坞，其特征在于，所述系统包括权利要求1-6之一所述的磁耦合结构，其中，所述发射端设置在所述充电坞上，所述接收端设置在所述自主式水下航行器上。
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