CN115257416A - 一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法。本发明涉及无线电能传输技术领域，本发明为针对现有接驳技术和定位技术的不成熟，无人潜航器在进入潜航器接驳机构后，通过机械引导和对位手段仍可能存在无线电能传输系统磁耦合器外尺寸20％的横向或旋转偏移。本发明提出的磁耦合机构具备型号通用化的特征优势，实现了同一发射端对不同接收端的电气互操作性(满足系统功率、效率、偏移适应性的指标要求)，即同一发射端可以针对不同型号尺寸的接收端实现供电，简化工程设计复杂度，有利于未来无人潜航器无线电能传输技术的产业化和军备推广投入。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，是一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法。
背景技术
自主式无人潜航器无线电能传输系统的发射端通常安装于接驳坞站中，接收端安装于潜航器的腹部位置。现有技术中，接驳坞站主要以喇叭口笼型支架为主，无人潜航器在完成任务后返回接驳坞站实现自主式无线充电。然而，现有接驳技术和定位技术的不成熟，无人潜航器在进入接驳坞站后能够实现0～30mm的前后位置对齐，但是对于无人潜航器因深海洋流导致的横滚难以避免。洋流引起的无人潜航器横滚会导致磁耦合机构原、副边产生偏移，影响电能传输的功率、效率，而解决这一问题最直接且有效的办法即需要优先解决磁耦合机构因无人潜航器横滚导致的性能下降问题。
此外，由于相关技术水平的制约，一种型号的无人潜航器接驳坞站只能对其对应型号的自主式无人潜航器实现接驳和无线充电，直接导致了设备的使用通用化局限性以及未来战略布局的扩展性。因此，针对上述问题，亟需设计一种具备通用化接驳和无线电能传输功能的自主式无人潜航器无线电能传输系统，并合理设计其投切运行和控制方法。即实现同一接驳坞站的发射端可以针对多个不同型号自主式无人潜航器携带的不同接收端均实现稳定、高效、抗偏移的无线电能传输功能。
现有技术方案中，有研究机构在科研文献中提出了半嵌入式的磁耦合机构，但这无疑会改变无人潜航器的流体力学特征，影响其移动特征和机动性；有些研究机构设计了360°环绕的全嵌入式螺线管线圈磁耦合机构，以实现在360°偏移下的旋转对称性，但是这种磁耦合机构体积重量都非常大，不利于无人潜航器的轻量化设计。
此外，在现有技术方案中，目前没有公开资料有发表针对无人潜航器无线电能传输通用化设计的相关研究和设计。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明为针对现有接驳技术和定位技术的不成熟，无人潜航器在进入潜航器接驳机构后，通过机械引导和对位手段仍可能存在无线电能传输系统磁耦合器外尺寸20％的横向或旋转偏移。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法，本发明提供了以下技术方案：
一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，所述系统包括：自主式无人潜航器，接收端电气总成，屏蔽隔断，磁耦合机构接收端，磁耦合机构发射端和发射端电气总成；
发射端电气总成与磁耦合机构发射端电气连接，磁耦合机构接收端和接收端电气总成电气连接，磁耦合机构发射端安装于自主式无人潜航器的接驳机构中，磁耦合机构接收端安装于自主式无人潜航器的腹部位置，屏蔽隔断位于磁耦合器接收端和接收端电气总成之间。
优选地，发射端电气总成包括功率因数矫正模块、逆变器模块、发射端补偿模块、原边WiFi通讯模块和原边PI控制器，功率因数矫正模块与岸基侧电网通过海底电缆连接，将电网侧电流调节成可供无线电能传输系统用的稳压直流电流，通过逆变器模块进行直流/交流变换，经过发射端补偿模块进行谐振变换从而供给磁耦合机构发射端进行无线电能传输。
优选地，磁耦合器发射端包括发射端线圈和发射端磁芯，发射端线圈和发射端磁芯与潜航器接驳机构内侧表面呈相同的表面曲率以实现更好的接驳性能和无线电能均一化传输距离，确保系统电能传输性能的稳定。
优选地，磁耦合器接收端包括接收端线圈和接收端磁芯，接收端线圈采用DD型线圈结构，DD线圈由两个方形线圈组成，且两个方形线圈的绕制方向相反，接收端磁芯采用嵌入式结构，槽体能够将DD线圈嵌入且齐平。
优选地，屏蔽隔断由铝基金属材料制作而成，屏蔽隔断安装位置在高于磁耦合器接收端40mm，屏蔽层两侧与自主式无人潜航器外壳进行机械锁紧连接。
优选地，接收端电气总成包括接收端补偿模块、整流器模块、直流变换模块、自主式无人潜航器锂离子电池、副边WiFi通讯模块和副边PI控制器，接收端补偿模块与磁耦合器接收端连接，将拾取到的磁场转换为电能后传递给整流器模块进行交直流变换，通过直流变换模块进行参数调整，为自主式无人潜航器的锂离子电池负载实现供电；自主式无人潜航器的接收端侧与接驳机构的发射端侧通过WiFi模块实现近场无线通讯，接驳机构根据自主式无人潜航器的型号代码和拓扑类型确定原副边的PI控制参数后，系统实现预定功率的供电运行，开启自主式无人潜航器无线充电功能。
优选地，发射端线圈和发射端磁芯间需设置有0.5mm间隙并由高耐压聚酰亚胺材料进行填充，发射端线圈和发射端磁芯外侧包覆有防水耐压的非金属有机复合材料外壳,发射端线圈和发射端磁芯外侧包覆的外壳与潜航器接驳机构的外壳直接嵌入连接固定。
一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：无人潜航器通过水声声纳，机器视觉进行声光导引之接驳坞站机构；
步骤2：无人潜航器通过近场WiFi进行通讯传输，确定即将驶入的额潜航器型号代码；
步骤3：接驳坞站根据型号代码确定发射端线圈得电开启数量和开启的线圈编号；
步骤4：接入低频弱电，调整发射端和接收端之间的前后距离，利用低频磁通信方法进行精准位置对齐；
步骤5：接驳坞站根据型号代码决定原边控制器的PI控制量；
步骤6：系统开始运行，开启自主式无人潜航器无线充电。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出一种发射端多扁平螺线管纵向串联排布，接收端弧形扁平DD线圈的磁耦合机构，优势在于使得接收端在发射端所包裹的角度范围内任意位置，互感波动率低于10％，系统在洋流横滚旋转偏移的影响下仍能够实现稳定的功率、效率输出。
本发明提出的磁耦合机构具备型号通用化的特征优势，实现了同一发射端对不同接收端的电气互操作性(满足系统功率、效率、偏移适应性的指标要求)，即同一发射端可以针对不同型号尺寸的接收端实现供电，简化工程设计复杂度，有利于未来无人潜航器无线电能传输技术的产业化和军备推广投入。
通过本发明所提出的控制方法，可以对不同功率需求的无人潜航器进行功率调节，实现对不同型号自主潜航器的精确判断和无线充电控制，确保通用化互操作性的运行准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统整体结构图；
图2为发射端侧各部件连接示意图；
图3为接收端侧各部件连接示意图；
图4为系统电路原理示意图；
图5为系统磁耦合机构发射端示意图；
图6为系统磁耦合机构接收端示意图；
图7为系统磁耦合机构整体示意图；
图8为系统磁耦合机构正视图；
图9为系统控制流程框图；
图10为本发明一个具体实施例的磁耦合机构的尺寸参数示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图10所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明涉及一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法。
本发明旨在提出一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及其控制方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
图1为本发明提出的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统整体结构图。系统部件主要包括有：自主式无人潜航器1，接收端电气总成2，屏蔽隔断3，磁耦合机构接收端4，磁耦合机构发射端5，发射端电气总成6。如图所示，所提出的自主式无人潜航器无线电能传输系统的磁耦合机构发射端5应被安装于自主式无人潜航器接驳机构中，磁耦合机构接收端4安装于自主式无人潜航器的腹部位置。其中，所述潜航器接驳机构应包括但不局限于笼式、底座式和锁紧式等，自主式无人潜航器在完成任务后返回潜航器接驳机构实现自主式无线充电。然而，现有接驳技术和定位技术的不成熟，无人潜航器在进入潜航器接驳机构后，通过机械引导和对位手段仍可能存在无线电能传输系统磁耦合器外尺寸20％的横向或旋转偏移。
发射端电气总成与磁耦合机构发射端电气连接。发射端电气总成主要包括功率因数矫正模块6-1、逆变器模块6-2、发射端补偿模块6-3、原边WiFi通讯模块6-4和原边PI控制器6-5。其中功率因数矫正与岸基侧电网通过海底电缆连接，将电网侧电流调节成可供无线电能传输系统用的稳压直流电流，通过逆变器模块进行直流/交流变换，经过发射端补偿模块进行谐振变换从而供给磁耦合机构发射端5进行无线电能传输。
磁耦合器发射端包括发射端线圈5-1和发射端磁芯5-2，发射端线圈和发射端磁芯与潜航器接驳机构内侧表面呈相同的表面曲率以实现更好的接驳性能和无线电能均一化传输距离，确保系统电能传输性能的稳定。发射端线圈采用多级级联式结构，发射端线圈采用扁平式的螺线管紧密绕制在发射端磁芯上。发射端线圈根据不同的设计需求可以采取单层绕制、双层绕制，密绕、分段绕制等，以适应自主式无人潜航器的舱段空间布局。发射端磁芯位于发射端线圈和潜航器接驳机构之间，由软磁磁性材料构成，磁芯材料包括但不限于锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁基纳米晶、钴基纳米晶、铁基非晶、钴基非晶。特别地，为确保磁芯结构适配于潜航器接驳机构的弧形壳体，需要对其采用柔性加工处理，使材料具备一定的形变能力和柔韧性，以确保发射端整体结构在安装过程中由海面沉入海底时因外部压力变化而产生的形态变动，避免产生线圈和磁芯以及潜航器接驳机构间的位移。发射端磁芯宽度需大于发射端线圈宽度的1.5倍以上。发射端线圈和发射端磁芯间需设置有0.5mm间隙并由高耐压聚酰亚胺材料进行填充。发射端线圈和发射端磁芯外侧包覆有防水耐压的非金属有机复合材料外壳。上述外壳与潜航器接驳机构的外壳直接嵌入连接固定。
磁耦合器接收端包括接收端线圈4-1和接收端磁芯4-2。本发明中，接收端线圈采用DD型线圈结构，DD线圈由两个方形线圈组成，且两个方形线圈的绕制方向相反，这是行业内一致认同的设计方法。优选的，DD线圈的长度、宽度和中占比均需根据磁耦合机构发射端线圈结构进行对应的多目标寻优设计，以实现最优参数匹配，达到最佳的无线电能传输效果。接收端磁芯采用嵌入式结构，其槽体能够将DD线圈嵌入且齐平，如图6所示，这种设计有利于实现磁力线的最优空间分布和提高系统磁集成度。接收端磁芯材料包括但不限于锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁基纳米晶、钴基纳米晶、铁基非晶、钴基非晶。特别地，接收端磁芯的顶部磁芯和底部磁芯的磁性材料采用柔性加工处理，使材料具备一定的形变能力和柔韧性。磁芯呈弧形平面结构，曲率同自主式无人潜航器的口径曲率相同，使其可以贴附于自主式无人潜航器舱段的腹部。接收端DD线圈根据不同的设计需求可以采取单层绕制、双层绕制，密绕、分段绕制等，以适应自主式无人潜航器的舱段空间布局。接收端磁芯的顶部磁芯和底部磁芯宽度需略宽于接收端线圈的绕线区域。接收端线圈和接收端磁芯间需设置有0.5mm间隙并由高耐压聚酰亚胺材料进行填充。磁耦合器接收端应与自主式无人潜航器外壳进行连接和固定，并在二者之间安装硅制导热垫片。
本发明提出一种发射端多扁平螺线管纵向串联排布，接收端弧形扁平DD线圈的磁耦合机构，优势在于使得接收端在发射端所包裹的角度范围内任意位置，互感波动率低于10％，系统在洋流横滚旋转偏移的影响下仍能够实现稳定的功率、效率输出。
自主式无人潜航器1在装配有无线电能传输功能的舱段处应采用防水耐压的非金属有机复合材料外壳。
屏蔽隔断3由铝基金属材料制作而成，位于磁耦合器接收端和接收端电气总成之间，其安装位置在高于磁耦合器接收端40mm为宜，屏蔽层两侧与自主式无人潜航器外壳进行机械锁紧连接，确保二者不会产生位移。屏蔽层的作用是进一步的屏蔽和吸收磁耦合器在自主式无人潜航器内部所产生的漏磁通，确保接收端电气总成的电磁兼容性良好。
接收端电气总成2由接收端补偿模块2-1、整流器模块2-2、直流变换模块2-3、锂离子电池2-4、副边WiFI通讯模块2-5和副边PI控制器2-6组成。如图3所示。其中接收端补偿模块与磁耦合器接收端连接，将拾取到的磁场转换为电能后传递给整流器模块进行交直流变换，之后通过直流变换模块进行参数调整，为自主式无人潜航器的锂离子电池负载实现供电。
本发明提出的磁耦合机构具备型号通用化的特征优势，实现了同一发射端对不同接收端的电气互操作性(满足系统功率、效率、偏移适应性的指标要求)，即同一发射端可以针对不同型号尺寸的接收端实现供电，简化工程设计复杂度，有利于未来无人潜航器无线电能传输技术的产业化和军备推广投入。
特别地，在本发明中，磁耦合器接收端线圈的绕线匝数大于磁耦合器发射端线圈，以实现二者的自感相对平衡。
本发明所提出的系统补偿结构包括但不限于S-P,P-P,P-S,LCC-S,LCC-LCC,S-LCC,LCL-S,LCL-LCL等拓扑类型。
特别地，磁耦合机构多线圈结构1可由3个、5个或更多的平面式螺线管线圈组成，具体的数目要求需要根据抗洋流横滚角度、无线电能传输距离、无线电能传输功率进行综合化设计。由于发射端平面式弧形螺线管多线圈结构在弧底的磁场强度会因为磁芯的聚磁作用高于在两侧弧顶的磁场强度，因此为了产生均匀磁场，弧顶侧的平面式弧形螺线管线圈间隙需略大于弧底。
对应的无线充电电气拓扑如图4所示。系统的主要磁路耦合是发射端螺线管线圈阵列1#～n#与接收端DD线圈的互感M1～Mn。发射端侧还包括高频逆变源和补偿电容，接收端侧还包括有补偿电容、整流滤波电路和无人潜航器电池组。图8所示谐振补偿网络为S-S结构，其他结构形式的补偿网络如S-P,P-P,P-S,LCC-S,LCC-LCC,S-LCC,LCL-S,LCL-LCL以及其他高阶补偿网络，均可适用于本发明所提出的磁耦合机构。
具体实施例二：
本发明一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法，所述方法基于一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统整体结构图。系统部件主要包括有：自主式无人潜航器1，接收端电气总成2，屏蔽隔断3，磁耦合机构接收端4，磁耦合机构发射端5，发射端电气总成6。如图所示，所提出的自主式无人潜航器无线电能传输系统的磁耦合机构发射端5应被安装于自主式无人潜航器接驳机构中，磁耦合机构接收端4安装于自主式无人潜航器的腹部位置。其中，所述潜航器接驳机构应包括但不局限于笼式、底座式和锁紧式等，自主式无人潜航器在完成任务后返回潜航器接驳机构实现自主式无线充电。然而，现有接驳技术和定位技术的不成熟，无人潜航器在进入潜航器接驳机构后，通过机械引导和对位手段仍可能存在无线电能传输系统磁耦合器外尺寸20％的横向或旋转偏移。
本发明提供为实现本专利的通用化互操作功能，即同一磁耦合机构发射端实现适配多种不同口径自主式无人潜航器的不同接收端，本系统需配合相应的控制逻辑和控制流程来实现预期效果。由于不同型号的自主式无人潜航器的口径不同，因而其腹部装配的磁耦合结构接收端的尺寸大小、偏移能力、横滚限值等条件均有所不同，因此本发明通过控制器控制磁耦合机构发射端多线圈结构的投切来实现相关功能。具体控制流程如下：
首先，无人潜航器通过水声声呐、机器视觉技术实现声光导引的定位接驳，使得自主式无人潜航器可以行使至接驳机构中实现粗略的位置对齐。进一步地，无人潜航器的接收端侧与接驳机构的发射端侧通过WiFi模块实现近场无线通讯，传递握手信号并告知驶入的自主式无人潜航器的具体型号代码。接驳机构根据其型号代码，判断出发射端线圈的开启数量和具体开启的线圈编号。进而，系统发射端线圈接入低频弱电信号，利用低频磁定位技术调整发射端和接收端之间的前后距离，实现原副边之间的精准位置对齐，确保无线能量传输的稳定性和高效性。通过本发明所提出的控制方法，可以对不同功率需求的无人潜航器进行功率调节，实现对不同型号自主潜航器的精确判断和无线充电控制，确保通用化互操作性的运行准确性和可靠性。
具体的控制流程框图如图9所示。
本发明提供一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：无人潜航器通过水声声纳，机器视觉进行声光导引之接驳坞站机构；
步骤2：无人潜航器通过近场WiFi进行通讯传输，确定即将驶入的额潜航器型号代码；
步骤3：接驳坞站根据型号代码确定发射端线圈得电开启数量和开启的线圈编号；
步骤4：接入低频弱电，调整发射端和接收端之间的前后距离，利用低频磁通信方法进行精准位置对齐；
步骤5：接驳坞站根据型号代码决定原边控制器的PI控制量；
步骤6：系统开始运行，开启自主式无人潜航器无线充电。
具体实施例三：
以图10为例对本发明的具体实施例进行说明，以324mm口径的自主式无人潜航器的3千瓦无线电能传输系统为例进行说明。
发射端采用弧形磁芯结构，磁芯总长度200mm，按照图10进行线圈绕制分布，发射端共有五个平面式弧形螺线管线圈构成，每个线圈均由利兹线绕制10匝。发射端和接收端之间的间隙距离40～100mm可调，即为无线电能传输的距离。接收端由所述平面式弧形DD线圈组成，其中DD线圈外尺寸为200mm*220mm，由利兹线绕制14匝，单层绕制排布。线圈由利兹线绕制，采用的励磁电流频率可以为20kHz～200kHz，更高的频率可以得到更强的传输能力，建议的利兹线规格为单股线经0.05mm*2500股数的利兹线，随所需传输功率增加而加额，建议的最大线载流密度不超过4A/mm2。
发射端和接收端采用的磁芯均为客制化的铁基纳米晶软磁磁芯，磁导率为1000，外表经过绝缘加工处理，厚度建议1～2mm可以有效抑制大功率条件下的磁饱和现象。发射端和接收端的外壳采用加强化的尼龙PA66材料，能够耐受500MPa深水压力。
产生的效果为：在85kHz电流频率下，在-30°～30°的横滚偏移角度下，对于现阶段我国通用型号自主式无人潜航器(如180mm、324mm、533mm口径)，系统互感值、输出功率值波动程度均低于5％。特别地，针对某些特殊应用场景下的特殊口径型号自主式无人潜航器，对线圈参数、传能距离、绕线匝数等应根据传能功率、输入电压电流等参数进行相应的调整和匹配，相关类似设计均应涵盖于本发明的保护范畴。
此外，本实施例中建议的发射端线圈个数为5个，有利于系统布局设计和谐振匹配，但其他数量的线圈组合排布均在本发明的保护范围内。
具体实施例四：
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
具体实施例五：
本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
以上所述仅是一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法的优选实施方式，一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统及方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：所述系统包括：自主式无人潜航器，接收端电气总成，屏蔽隔断，磁耦合机构接收端，磁耦合机构发射端和发射端电气总成；
发射端电气总成与磁耦合机构发射端电气连接，磁耦合机构接收端和接收端电气总成电气连接，磁耦合机构发射端安装于自主式无人潜航器的接驳机构中，磁耦合机构接收端安装于自主式无人潜航器的腹部位置，屏蔽隔断位于磁耦合器接收端和接收端电气总成之间。
2.根据权利要求1所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
发射端电气总成包括功率因数矫正模块、逆变器模块、发射端补偿模块、原边WiFi通讯模块和原边PI控制器，功率因数矫正模块与岸基侧电网通过海底电缆连接，将电网侧电流调节成可供无线电能传输系统用的稳压直流电流，通过逆变器模块进行直流/交流变换，经过发射端补偿模块进行谐振变换从而供给磁耦合机构发射端进行无线电能传输。
3.根据权利要求2所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
磁耦合器发射端包括发射端线圈和发射端磁芯，发射端线圈和发射端磁芯与潜航器接驳机构内侧表面呈相同的表面曲率以实现更好的接驳性能和无线电能均一化传输距离，确保系统电能传输性能的稳定。
4.根据权利要求3所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
磁耦合器接收端包括接收端线圈和接收端磁芯，接收端线圈采用DD型线圈结构，DD线圈由两个方形线圈组成，且两个方形线圈的绕制方向相反，接收端磁芯采用嵌入式结构，槽体能够将DD线圈嵌入且齐平。
5.根据权利要求4所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
屏蔽隔断由铝基金属材料制作而成，屏蔽隔断安装位置在高于磁耦合器接收端40mm，屏蔽层两侧与自主式无人潜航器外壳进行机械锁紧连接。
6.根据权利要求5所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
接收端电气总成包括接收端补偿模块、整流器模块、直流变换模块、自主式无人潜航器锂离子电池、副边WiFi通讯模块和副边PI控制器，接收端补偿模块与磁耦合器接收端连接，将拾取到的磁场转换为电能后传递给整流器模块进行交直流变换，通过直流变换模块进行参数调整，为自主式无人潜航器的锂离子电池负载实现供电；自主式无人潜航器的接收端侧与接驳机构的发射端侧通过WiFi模块实现近场无线通讯，接驳机构根据自主式无人潜航器的型号代码和拓扑类型确定原副边的PI控制参数后，系统实现预定功率的供电运行，开启自主式无人潜航器无线充电功能。
7.根据权利要求5所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输系统，其特征是：
发射端线圈和发射端磁芯间需设置有0.5mm间隙并由高耐压聚酰亚胺材料进行填充，发射端线圈和发射端磁芯外侧包覆有防水耐压的非金属有机复合材料外壳,发射端线圈和发射端磁芯外侧包覆的外壳与潜航器接驳机构的外壳直接嵌入连接固定。
8.一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
步骤1：无人潜航器通过水声声纳，机器视觉进行声光导引之接驳坞站机构；
步骤2：无人潜航器通过近场WiFi进行通讯传输，确定即将驶入的额潜航器型号代码；
步骤3：接驳坞站根据型号代码确定发射端线圈得电开启数量和开启的线圈编号；
步骤4：接入低频弱电，调整发射端和接收端之间的前后距离，利用低频磁通信方法进行精准位置对齐；
步骤5：接驳坞站根据型号代码决定原边控制器的PI控制量；
步骤6：系统开始运行，开启自主式无人潜航器无线充电。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求8所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求8所述的一种自主式无人潜航器通用化抗偏移无线电能传输控制方法。
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