CN110391690A - 一种自主潜航器无接触充电系统及其充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自主潜航器无接触充电系统及其充电方法，属于电力系统输电领域，由直驱式波浪发电装置、复合储能装置、谐振感应无线充电装置和定位固定装置组成。本发明采用浮力执行器为充电系统提供浮力，浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，因此海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆带动直线电机上下运动。直驱式波浪发电装置与超级电容和铅酸蓄电池复合储能装置连接。充电时，充电系统和自主潜航器上的电磁铁通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定。直线电机发出电能分别通过PWM整流电路和单相全桥逆变电路连接复合储能装置和谐振感应无线充电装置，实现电能实时存储和充电。
Description
技术领域
本发明属于电力系统输电领域，尤其涉及一种自主潜航器无接触充电系统及其充电方法。
背景技术
近年来，无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicles，UUVs)在海洋研究、军事应用以及水下资源探索中使用的越来越多。根据任务用途、是否具有自主性以及供电方法，UUVs可以大致分为有缆水下机器人(Remotely Operated Vehicles，ROVs)、自主潜航器(Autonomous Underwater Vehicles，AUVs)以及混合有缆潜航器(Hybrid RemotelyOperated Vehicles，HROVs)。尽管AUV在最近几年取得了很大的进展，自主潜航器的续航力、速度、航程以及有效载荷仍然受到潜航器上储能装置类型和容量的限制。充电装置及方法对于提高AUV的4个性能指标至关重要。
AUV是UUV的一种，潜航器内有导航系统和储能装置，因此AUV可以在水下自主运行数小时甚至一天。AUV被广泛应用于人类无法接近或者危险的区域，例如冰下、军事以及深海区域。应用领域包括近海测量、海底监测、海洋科学研究、海洋考古、海底搜索以及军事应用。AUV比ROV具有更好的机动性，这使得它们能够在更远的区域执行任务。AUV最早是在20世纪70年代开发的，随着数字电子技术、导航技术、传感器以及电池技术的进步，AUV也逐渐发展成熟。AUV可以在水下几百米到6000米的范围内工作，并且可以以1到5节的速度行驶。典型的AUV结构图如图1所示。大多数AUV都是鱼雷形状，以尽量减少水阻力，从而提高速度。AUV的外壳由坚固的材料制成，如钛、铝或碳纤维，以承受静水压力。AUV配备有声纳、盐度和温度传感器、海洋数据采集器、浮力材料、电缆、照明装置、拍摄装置、导航和通信系统。
目前，AUV的储能装置仍然占据了潜航器内的大量空间，这限制了AUV的续航力以及航程。AUV储能装置，包括燃料电池、半燃料电池、一次和二次电池。大多数AUV使用锂离子电池。此外，海洋热能和波浪能也用于为AUV提供动力。海洋环境中，具有丰富的可再生能源。由于AUV应用场合的限制(在水面上不应有装置，以保证任务的隐匿性)，风能和太阳能发电设备不适合用于AUV供电(都需要将发电装置设置在海面上以吸收能量)。波浪能在给AUV供电方面具有天然优势。早期的波浪发电系统一般采用旋转电机发电，由于需要齿轮、气缸等机械装置，将波浪能转换为机械能，再转换成电能，效率较低、结构复杂、维护困难。而采用永磁直线电机(Permanent Magnet Linear Generator，PMLG)发电的直驱式波浪发电装置(Direct-drive Wave Energy Converter，DDWEC)，直接将波浪能转换为电能，省去了中间机械装置，效率较高、结构简单、容易维护。充分利用海洋可再生能源波浪能，这样可以减小AUV锂离子电池等储能装置的规模，将潜航器内宝贵空间用于其他方面，提高AUV的航程、速度以及有效载荷。
通过在海面下多点设置直驱式波浪发电充电系统，可以提高AUV的续航力。按照充电时充电装置是否直接与潜航器接触分为直接接触充电法(Direct Electric Contact，DEC)和无接触充电法(Wireless Power Transfer，WPT)。DEC是一种高效的充电方法。由于盐水的高导电性、生物污损以及连接机制的复杂性，在水下建立安全的电力连接是一项具有挑战性的工程。水下电力连接器称为湿端子连接器，需要很高精度的配对。所以尽管DEC充电效率非常高，但由于其易受电极错位的影响，且难以适应AUV高度的变化，因此其在水下应用受到限制。此外，这些连接器通常容易因为生物污损而失效，价格昂贵且使用寿命有限。为克服这一局限性，本系统采用无接触充电将充电系统电能传输至AUV中。
综上所述，研究一种基于直驱式波浪发电的自主潜航器无接触充电系统具有实际意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对自主潜航器，提供一种自主潜航器无接触充电系统及其充电方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种自主潜航器无接触充电系统，具体包括如下部分：
(1)直驱式波浪发电装置，所述直驱式波浪发电装置包括浮力执行器、系缆、永磁直线电机、PWM整流电路和单相全桥逆变电路；
其中，浮力执行器通过系缆连接永磁直线电机，通过浮力执行器为直驱式波浪发电装置提供浮力，浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆缆带动永磁直线电机运动；永磁直线电机将机械能转化为电能，通过PWM整流电路将输出三相交流电能转化为直流电能，再经过单相全桥逆变电路将直流电能转化为交流电能；
(2)复合储能装置，所述复合储能装置包括超级电容器组、铅酸蓄电池组及双向DC/DC电路；
其中，超级电容器组和铅酸蓄电池组并联，再经过双向DC/DC电路连接至直驱式波浪发电装置上，通过超级电容器组和铅酸蓄电池组储存和释放电能，通过双向DC/DC电路实现复合储能装置充放电的控制；
(3)谐振感应无线充电装置，所述谐振感应无线充电装置分为充电系统部分和负载部分，分别设置在充电系统和自主潜航器内；
其中，充电系统部分包括一次侧耦合线圈和RC补偿电路，负载部分包括二次侧耦合线圈、RC补偿电路和整流电路，经过单相全桥逆变电路得到的三相交流电经过RC补偿电路滤波到一次侧耦合线圈，通过电磁感应将电能传输至二次侧耦合线圈，再经过RC补偿电路滤波以及整流电路转化为直流电，再给自主潜航器充电；
(4)定位固定装置；所述定位固定装置包括分别设置在充电系统和自主潜航器上的电磁铁；当自主潜航器不充电时，电磁铁不通电，当自主潜航器需要充电时，电磁铁通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定在充电系统上。
一种基于自主潜航器无接触充电系统的充电方法，具体包含如下步骤；
步骤1，利用直驱式波浪发电装置发电，并储存至复合储能装置中；
步骤2，定位固定装置中分别设置在自主潜航器与充电系统上的电磁铁通电，通过电磁铁将自主潜航器固定在充电系统上；
步骤3，自主潜航器和充电系统通过谐振感应无线充电装置实现无接触充电，直驱式波浪发电装置中永磁直线电机发出的交流电通过PWM整流电路、单相全桥逆变电路输送至谐振感应无线充电装置中，复合储能装置也将超级电容器组和铅酸蓄电池组中储存的电能通过双向DC/DC电路输送至谐振感应无线充电装置中，通过谐振感应无线充电装置中的一次侧和二次侧耦合线圈将电能最终传输给自主潜航器；
步骤4，充电完成后，定位固定装置中的电磁铁断电，自主潜航器离开充电系统。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本系统针对自主潜航器，提出了一种基于直驱式波浪发电的充电装置，相较于太阳能发电系统和风力发电系统，直驱式波浪发电装置能够设置在海面以下，能保证自主潜航器任务的隐匿性；
2、本系统采用直驱式波浪发电装置，利用海洋中丰富的波浪能，可以减小自主潜航器锂离子电池等储能装置的规模，将潜航器内宝贵空间用于其他方面，提高自主潜航器的航程、速度以及有效载荷，通过在海面下多点设置直驱式波浪发电充电系统，可以提高自主潜航器的续航力；
3、本系统采用超级电容铅酸蓄电池复合储能，利用超级电容高功率密度的特性实现对自主潜航器短时快速充电，充电时，充电系统和自主潜航器的电磁铁通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定；
4、本系统采用谐振感应无线充电装置实现自主潜航器无接触充电，无接触充电法不像直接接触充电法需要很高精度的配对，能适应自主潜航器高度的变化，且维护简单。
附图说明
图1是本发明AUV以及无接触充电系统的示意图；
图2是本发明A典型的AUV结构图；
图3是本发明A谐振感应无线充电装置结构图。
图中标号具体如下：1-浮力执行器，2-系缆，3-永磁直线电机，4-PWM整流电路，5-单相全桥逆变电路，6-超级电容器组，7-铅酸蓄电池组，8-双向DC/DC电路，9-一次侧耦合线圈，10-一次侧RC补偿电路，11-二次侧耦合线圈，12-二次侧RC补偿电路，13-整流电路，14-设置在充电系统上的电磁铁，15-设置在自主潜航器上的电磁铁，16-压力/深度传感器，17-声音通信装置，18-声呐装置，19-照明装置，20-动力系统，21-主电池区，22-导航系统，23-副电池区，24-应急照明装置，25-GPS/Wifi通信装置，26-谐振感应无线充电装置。
具体实施方式
一种基于直驱式波浪发电及复合储能的自主潜航器无接触充电系统，具体包括如下部分：
(1)直驱式波浪发电装置，所述直驱式波浪发电装置包括浮力执行器、系缆、永磁直线电机、PWM整流电路和单相全桥逆变电路；
其中，浮力执行器通过系缆连接永磁直线电机，通过浮力执行器为直驱式波浪发电装置提供浮力，浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆缆带动永磁直线电机运动；永磁直线电机将机械能转化为电能，通过PWM整流电路将输出三相交流电能转化为直流电能，再经过单相全桥逆变电路将直流电能转化为交流电能；
(2)复合储能装置，所述复合储能装置包括超级电容器组、铅酸蓄电池组及双向DC/DC电路；
其中，超级电容器组和铅酸蓄电池组并联，再经过双向DC/DC电路连接至直驱式波浪发电装置上，通过超级电容器组和铅酸蓄电池组储存和释放电能，通过双向DC/DC电路实现复合储能装置充放电的控制；
(3)谐振感应无线充电装置，所述谐振感应无线充电装置分为充电系统部分和负载部分，分别设置在充电系统和自主潜航器内；
其中，充电系统部分包括一次侧耦合线圈和RC补偿电路，负载部分包括二次侧耦合线圈、RC补偿电路和整流电路，经过单相全桥逆变电路得到的三相交流电经过RC补偿电路滤波到一次侧耦合线圈，通过电磁感应将电能传输至二次侧耦合线圈，再经过RC补偿电路滤波以及整流电路转化为直流电，再给自主潜航器充电；
(4)定位固定装置；所述定位固定装置包括分别设置在充电系统和自主潜航器上的电磁铁；当自主潜航器不充电时，电磁铁不通电，当自主潜航器需要充电时，电磁铁通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定在充电系统上。
一种基于自主潜航器无接触充电系统的充电方法，具体包含如下步骤；
步骤1，利用直驱式波浪发电装置发电，并储存至复合储能装置中；
步骤2，定位固定装置中分别设置在自主潜航器与充电系统上的电磁铁通电，通过电磁铁将自主潜航器固定在充电系统上；
步骤3，自主潜航器和充电系统通过谐振感应无线充电装置实现无接触充电，直驱式波浪发电装置中永磁直线电机发出的交流电通过PWM整流电路、单相全桥逆变电路输送至谐振感应无线充电装置中，复合储能装置也将超级电容器组和铅酸蓄电池组中储存的电能通过双向DC/DC电路输送至谐振感应无线充电装置中，通过谐振感应无线充电装置中的一次侧和二次侧耦合线圈将电能最终传输给自主潜航器；
步骤4，充电完成后，定位固定装置中的电磁铁断电，自主潜航器离开充电系统。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本系统所使用的AUV以及无接触充电系统的示意图如图1所示。无接触充电系统包括4个装置：直驱式波浪发电装置、复合储能装置、谐振感应无线充电装置和定位固定装置。
直驱式波浪发电装置：
浮力执行器1。如图1所示，浮力执行器为充电系统提供浮力，浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，因此海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆缆带动直线电机运动。
系缆2，用于浮力执行器通过系缆与永磁直线电机连接。
永磁直线电机3，用于将机械能转化为三相交流电能。
PWM整流电路4，用于将永磁直线电机3所输出的交流电能转化为直流电能。
单相全桥逆变电路5，用于将经过PWM整流电路4得到的直流电能转化为三相交流电能，输出可控频率交流电，进行谐振无线能量传输。
复合储能装置：
超级电容器组6，用于将直驱式波浪发电装置储存在电容内。并在需要充电时，释放所存电能。充放电速度快，但容量小。将超级电容器组6用于存储尖峰负荷相对应的能量，主要用于平抑发电机瞬时功率的变化。
铅酸蓄电池组7。与铅酸蓄电池组7并联，将直驱式波浪发电装置储存在电容内。并在需要充电时，释放所存电能。与超级电容器组6不同的是，铅酸蓄电池组7充放电速度慢，但容量大。将铅酸蓄电池组7用于存储基荷相对应的能量。
双向DC/DC电路8，用于将超级电容器组6和铅酸蓄电池组7并联，再经过双向DC/DC电路连接至直驱式波浪发电装置上。通过超级电容器组6和铅酸蓄电池组7储存和释放电能，通过双向DC/DC电路8实现复合储能装置充放电的控制。
谐振感应无线充电装置：
首先分为充电系统部分和负载部分，分别设置在充电系统和自主潜航器内。其中，充电系统部分包括一次侧耦合线圈9和一次侧RC补偿电路10。负载部分包括二次侧耦合线圈11、二次侧RC补偿电路12和整流电路13。经过单相全桥逆变电路5得到的三相交流电经过一次侧RC补偿电路10滤波到一次侧耦合线圈9，通过电磁感应将电能传输至二次侧耦合线圈11，再经过二次侧RC补偿电路12滤波以及整流电路13转化为直流电，再给自主潜航器充电。
定位固定装置：
设置在充电系统上的电磁铁14。
设置在自主潜航器上的电磁铁15。
当自主潜航器不充电时，设置在充电系统上的电磁铁14和设置在自主潜航器上的电磁铁15都不通电，当自主潜航器需要充电时，设置在充电系统上的电磁铁14和设置在自主潜航器上的电磁铁15都通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定在充电系统上。
本系统所使用的AUV如图2所示。
AUV是UUV的一种，潜航器内有导航系统和储能装置，因此AUV可以在水下自主运行数小时甚至一天。大多数AUV都是鱼雷形状，以尽量减少水阻力，从而提高速度。AUV的外壳由坚固的材料制成，如钛、铝或碳纤维，以承受静水压力。
AUV主要装置：
设置在自主潜航器上的电磁铁15，压力/深度传感器16，声音通信装置17，声呐装置18，照明装置19，动力系统20，主电池区21，导航系统22，副电池区23，应急照明装置24，GPS/Wifi通信装置25，谐振感应无线充电装置26(负载部分)。
其中，动力系统20在AUV的尾部，下方为压力/深度传感器16。动力系统20右边为主电池区21，AUV中部为导航系统22，导航系统22右边分别为副电池区23和照明装置19。AUV壳体下方设置有自主潜航器上的电磁铁15，压力/深度传感器16，声音通信装置17，声呐装置18，壳体上方设置有应急照明装置24和GPS/Wifi通信装置25。AUV的动力是由AUV动力系统20中的永磁电机提供的，由于锂聚合物电池具有高能量密度，因此锂聚合物电池在AUV中普遍使用。当推进功率随着速度的增加而显著增加时，潜航器中的储能装置限制了其续航力、速度和航程，此时AUV应返回主船进行充电或更换电池。也可以在水下多点设置充电系统提高AUV的自主性、续航力。
直驱式波浪发电装置原理：
采用旋转电机发电的波浪发电装置，需要气缸、齿轮箱等装置，具有装置复杂、难以维护、转换效率低等缺点。而采用永磁直线电机发电的直驱式波浪发电装置，不需要气缸、齿轮箱等装置，直接将波浪能转换为电能，转换效率高，维护也更方便。故本系统采用直驱式波浪发电装置供电。直驱式波浪发电装置采用永磁直线电机作为提取波浪能的装置，通过浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，因此海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆带动永磁直线电机运动。不同于传统的旋转电机的转子沿一个方向作速度和频率一定的旋转，直线电机中动子沿竖直方向做上下往复的振荡，动子运动速度和频率都是不断变化的，通过调节波浪发电机q轴电流参考值iqref，就可调节波浪发电机输出有功功率。
复合储能装置原理：
超级电容为功率型储能元件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、温度范围宽的特点，但其比能量较小、无法储存大量电能。将超级电容器与铅酸蓄电池互补使用，结合两者分别具有的高功率密度特性与高能量密度特性，将超级电容用于存储尖峰负荷相对应的能量，主要用于平抑发电机瞬时功率的变化，而铅酸蓄电池用于存储基荷相对应的能量。通过双向DC/DC电路，控制复合储能装置的充放电。本系统采用铅酸蓄电池和超级电容复合储能，当充电系统不给AUV充电时，双向DC/DC电路变为Buck电路，直驱式波浪发电装置发出电能，储存至复合储能装置中，作为备用。当充电系统给AUV充电时，双向DC/DC电路变为Boost电路，通过直驱式波浪发电装置以及复合储能装置输出功率，给AUV供电。
谐振感应无线充电装置原理：
水面下的直驱式波浪发电装置吸收波浪能转换成电能，可以储存在充电系统中的复合储能装置中，当AUV需要充电时，通过无接触充电方式，将充电系统复合储能装置内的能量传输至AUV。也可以当AUV需要充电时，通过无接触充电方式，具体是感应无线充电法(Inductive Wireless Power Transfer，IWPT)，直接将直驱式波浪发电装置发出的电能传输至AUV。
本系统采用谐振感应无线充电装置(Resonant Inductive Wireless PowerTransfer，RIWPT)。RIWPT系统的结构图如图3所示，由电力电子器件(逆变器/整流器)、RC补偿电路和一次侧、二次侧耦合线圈组成，并向AUV供电。系统参数包括一次侧自感LP和二次侧自感LS，以及互感M。该系统由直驱式波浪发电装置经过PWM整流得到直流电，经过单相全校逆变电路以及RC补偿电路得到交流电并传输至耦合线圈中。通过耦合线圈将一次侧电能传输至二次侧，实现无接触充电，二次侧交流电能经过RC补偿电路，再经过电力变换，给AUV充电。
谐振感应无线充电装置分为充电系统部分和负载部分，分别设置在充电系统和自主潜航器内。
Claims (2)
1.一种自主潜航器无接触充电系统，其特征在于，具体包括如下部分：
(1)直驱式波浪发电装置，所述直驱式波浪发电装置包括浮力执行器、系缆、永磁直线电机、PWM整流电路和单相全桥逆变电路；
其中，浮力执行器通过系缆连接永磁直线电机，通过浮力执行器为直驱式波浪发电装置提供浮力，浮力执行器保持与海平面的相对距离不变，海浪运动时，浮力执行器也会相应运动，从而通过系缆缆带动永磁直线电机运动；永磁直线电机将机械能转化为电能，通过PWM整流电路将输出三相交流电能转化为直流电能，再经过单相全桥逆变电路将直流电能转化为交流电能；
(2)复合储能装置，所述复合储能装置包括超级电容器组、铅酸蓄电池组及双向DC/DC电路；
其中，超级电容器组和铅酸蓄电池组并联，再经过双向DC/DC电路连接至直驱式波浪发电装置上，通过超级电容器组和铅酸蓄电池组储存和释放电能，通过双向DC/DC电路实现复合储能装置充放电的控制；
(3)谐振感应无线充电装置，所述谐振感应无线充电装置分为充电系统部分和负载部分，分别设置在充电系统和自主潜航器内；
其中，充电系统部分包括一次侧耦合线圈和RC补偿电路，负载部分包括二次侧耦合线圈、RC补偿电路和整流电路，经过单相全桥逆变电路得到的三相交流电经过RC补偿电路滤波到一次侧耦合线圈，通过电磁感应将电能传输至二次侧耦合线圈，再经过RC补偿电路滤波以及整流电路转化为直流电，再给自主潜航器充电；
(4)定位固定装置；所述定位固定装置包括分别设置在充电系统和自主潜航器上的电磁铁；当自主潜航器不充电时，电磁铁不通电，当自主潜航器需要充电时，电磁铁通电，通过磁铁吸力将自主潜航器固定在充电系统上。
2.一种根据权利要求1所述的自主潜航器无接触充电系统的充电方法，其特征在于：具体包含如下步骤；
步骤1，利用直驱式波浪发电装置发电，并储存至复合储能装置中；
步骤2，定位固定装置中分别设置在自主潜航器与充电系统上的电磁铁通电，通过电磁铁将自主潜航器固定在充电系统上；
步骤3，自主潜航器和充电系统通过谐振感应无线充电装置实现无接触充电，直驱式波浪发电装置中永磁直线电机发出的交流电通过PWM整流电路、单相全桥逆变电路输送至谐振感应无线充电装置中，复合储能装置也将超级电容器组和铅酸蓄电池组中储存的电能通过双向DC/DC电路输送至谐振感应无线充电装置中，通过谐振感应无线充电装置中的一次侧和二次侧耦合线圈将电能最终传输给自主潜航器；
步骤4，充电完成后，定位固定装置中的电磁铁断电，自主潜航器离开充电系统。
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| CN201910573284.6A CN110391690A (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种自主潜航器无接触充电系统及其充电方法 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112152308A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-29 | 北京信息科技大学 | 一种基于声波的覆盖全海深的水下无线充电方法和装置 |
| CN112576433A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-30 | 浙江工业大学 | 一种半封闭式波浪能回收及储能系统 |
| CN113107750A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-13 | 自然资源部第一海洋研究所 | 潜航器海底发电充电站 |
| CN114243938A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-25 | 杭州电子科技大学 | 一种海缆巡检auv的非接触充电系统及其导引对接方法 |
| CN115352290A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种自主式无人潜航器无线电能传输的钟摆型抗偏移磁耦合系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110194066A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-03 | 东南大学 | 一种基于直驱式波浪发电系统及全桥谐振逆变器的自主潜航器快速充电方法 |
-
2019
- 2019-06-28 CN CN201910573284.6A patent/CN110391690A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110194066A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-03 | 东南大学 | 一种基于直驱式波浪发电系统及全桥谐振逆变器的自主潜航器快速充电方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112152308A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-12-29 | 北京信息科技大学 | 一种基于声波的覆盖全海深的水下无线充电方法和装置 |
| CN112152308B (zh) * | 2020-09-04 | 2022-12-09 | 北京信息科技大学 | 一种基于声波的覆盖全海深的水下无线充电方法和装置 |
| CN112576433A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-03-30 | 浙江工业大学 | 一种半封闭式波浪能回收及储能系统 |
| CN113107750A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-13 | 自然资源部第一海洋研究所 | 潜航器海底发电充电站 |
| CN113107750B (zh) * | 2021-04-20 | 2022-12-27 | 自然资源部第一海洋研究所 | 潜航器海底发电充电站 |
| CN114243938A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-25 | 杭州电子科技大学 | 一种海缆巡检auv的非接触充电系统及其导引对接方法 |
| CN114243938B (zh) * | 2021-11-24 | 2023-09-26 | 杭州电子科技大学 | 一种海缆巡检auv的非接触充电系统及其导引对接方法 |
| CN115352290A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种自主式无人潜航器无线电能传输的钟摆型抗偏移磁耦合系统 |
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