CN210608704U - 一种自主水下航行器无线充电装置 - Google Patents
一种自主水下航行器无线充电装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210608704U CN210608704U CN201921796661.4U CN201921796661U CN210608704U CN 210608704 U CN210608704 U CN 210608704U CN 201921796661 U CN201921796661 U CN 201921796661U CN 210608704 U CN210608704 U CN 210608704U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transmitting
- underwater vehicle
- coils
- receiving
- autonomous underwater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000002567 autonomic effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 208000004350 Strabismus Diseases 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种自主水下航行器无线充电装置,包括充电槽、发射线圈外壳、发射线圈、接收线圈外壳和接收线圈;充电槽负责供电,发射线圈外壳固定在充电槽内壁,轴线与充电槽轴线重合;发射线圈有多个均布在发射线圈外壳中围成圆形,分为两组并产生相互加强的磁场,磁场方向为发射线圈外壳径向;接收线圈外壳固定在自主水下航行器中,轴线与自主水下航行器轴线重合;接收线圈有四个均布在接收线圈外壳内,分成两组,相邻两个接收线圈不同组,每个线圈磁场方向为接收线圈外壳径向;本实用新型实现无线充电过程中耦合磁场对自主水下航行器内部器件影响最小化,也保证自主水下航行器发生任意角度旋转偏移时,发射线圈和接收线圈间的互感稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下无线充电线圈设计的技术领域,尤其是指一种自主水下航行器无线充电装置。
背景技术
业内习知,自主水下航行器可在水下巡视和探测,为岸上人员提供有价值信息。自主水下航行器电量有限,需要返回基地充电,目前常用的充电方式是将自主水下航行器打捞上岸更换电池或重复充电,耗费时间和人力,同时频繁的电池更换也可能导致接触不良问题。通过无线电能传输的方式给自主水下航行器充电,可免去了打捞上岸的环节,消除充电时摩擦和漏电的危险。
目前对于自主水下航行器无线充电的研究,较少针对自主水下航行器的特殊结构和水下应用场合对线圈结构优化设计。大多数设计中,发射线圈和接收线圈处于同一轴线上,使得耦合磁场集中在自主水下航行器内部,可能会干扰自主水下航行器内部器件的工作。因此,需要设计一套优化线圈结构的自主水下航行器无线充电系统,使得耦合磁场主要分布于自主水下航行器外壳附近,且具有强抗旋转偏移能力和恒压输出能力。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有自主水下航行器无线充电系统设计的不足,提出了一种合理可靠的自主水下航行器无线充电装置,通过优化线圈结构,采取合适补偿拓扑,实现无线充电过程中耦合磁场对自主水下航行器内部器件影响最小化,同时在自主水下航行器发生任意角度旋转偏移时,保证发射线圈和接收线圈间的互感稳定。
为实现上述目的,本实用新型所提供的技术方案为:一种自主水下航行器无线充电装置,包括有充电槽、发射线圈外壳、发射线圈、接收线圈外壳、接收线圈;其中,所述充电槽为圆柱形空槽,能够提供无线充电的电能,自主水下航行器进入充电槽中进行充电;所述发射线圈外壳为空心扁圆环柱体,固定在充电槽内壁,其轴线与充电槽轴线重合;所述发射线圈有多个填充于发射线圈外壳的内、外圆之间形成的环形槽中围成圆形,将所有发射线圈分成两组半圆,通过改变各个发射线圈的绕组方向,保证两组半圆的发射线圈产生的磁场方向一致,从而产生相互加强的磁场,且磁场方向为发射线圈外壳的径向,所有发射线圈通过外接电路串联在一起,且该外接电路连接充电槽,能够将充电槽的电能引进发射线圈;所述接收线圈外壳为空心扁圆柱体,固定在自主水下航行器中,其轴线与自主水下航行器轴线重合;所述接收线圈数量为四个,沿接收线圈外壳周向均布在接收线圈外壳内,四个接收线圈分成两组,相邻两个接收线圈不同组,每组两个接收线圈串联,产生相互加强的磁场,每个接收线圈的磁场方向为接收线圈外壳的径向,两组接收线圈耦合产生的电能通过外接电路引出后各自经过整流桥并联于同一负载供电;在自主水下航行器进入充电槽中充电时,所有发射线圈和四个接收线圈处于同一平面,这一平面与充电槽和自主水下航行器的轴线垂直,无论自主水下航行器发生任意角度旋转偏移,发射线圈和接收线圈之间的互感维持恒定,该互感为发射线圈与两组接收线圈间的互感值中的较大值。
进一步,每个发射线圈和接收线圈均由绕线和磁芯组成,所述磁芯能够提高发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,所述绕线为高频导电导体,在磁芯上绕若干匝。
进一步,所述充电槽配置有独立电源或外接电网。
本实用新型与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、本实用新型所设计的线圈结构在无线充电过程中,耦合磁场主要集中在接收线圈所在位置的自主水下航行器外壳附近,对自主水下航行器内部其它器件影响较小。
2、本实用新型装置抗旋转偏移性能更强,自主水下航行器发生任意角度旋转都不影响发射线圈和接收线圈之间的互感。
3、本实用新型装置安装灵活且拆卸方便,易于维护。
附图说明
图1为自主水下航行器无线充电装置在与发射线圈外壳轴线垂直的平面上的截面图。
图2为自主水下航行器无线充电装置的剖面图。
图3为发射线圈和接收线圈排布方式的带标识截面图。
图4为自主水下航行器发生0°到360°旋转偏移时,发射线圈和接收线圈之间的互感波动折线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1和图2所示,本实施例所提供的自主水下航行器无线充电装置,包括充电槽1、发射线圈外壳2、发射线圈3、接收线圈外壳4和接收线圈5;所述充电槽1为圆柱形空槽,可配置有独立电源或外接电网,提供无线充电的电能,自主水下航行器6进入充电槽1中进行充电;所述发射线圈外壳2为空心扁圆环柱体,固定在充电槽1内壁,其轴线与充电槽1轴线重合;所述发射线圈3有多个填充于发射线圈外壳2的内、外圆之间形成的环形槽中围成圆形,将所有发射线圈3分成两组半圆,通过改变各个发射线圈3的绕组方向,保证两组半圆的发射线圈3产生的磁场方向一致,从而产生相互加强的磁场,且磁场方向为发射线圈外壳2的径向,所有发射线圈3通过外接电路(图中未画出)串联在一起,且该外接电路连接充电槽1,能够将充电槽1的电能引进发射线圈3;所述接收线圈外壳4为空心扁圆柱体,固定在自主水下航行器6中,其轴线与自主水下航行器6轴线重合;所述接收线圈5数量为四个,沿接收线圈外壳4周向均布在接收线圈外壳4内,四个接收线圈5分成两组,相邻两个接收线圈5不同组,每组两个接收线圈5串联,产生相互加强的磁场,每个接收线圈5的磁场方向为接收线圈外壳4的径向,两组接收线圈5耦合产生的电能通过外接电路(图中未画出)引出后各自经过整流桥并联于同一负载供电;每个发射线圈3和接收线圈5均由绕线和磁芯组成,所述磁芯能够提高发射线圈3和接收线圈5之间的耦合系数,所述绕线为高频导电效果较好的导体,在磁芯上绕若干匝;在自主水下航行器6进入充电槽1中充电时,所有发射线圈3和四个接收线圈5处于同一平面,这一平面与充电槽1和自主水下航行器6的轴线垂直,即发射线圈3和接收线圈5之间的耦合磁场方向始终与自主水下航行器6轴线垂直,这样对自主水下航行器6的内部元件影响最小,无论自主水下航行器6发生任意角度旋转偏移,发射线圈3和接收线圈5之间的互感基本维持恒定,且该互感值为发射线圈3与两组接收线圈5间的互感值中的较大值。
参见图3所示,所有发射线圈分成两组半圆(T1-T4)和(T5-T8),虽然两组半圆的发射线圈产生的磁场方向时刻变化,但两组半圆的发射线圈产生的磁场方向始终一致,使总磁场相互加强。四个接收线圈分成相互垂直的两组(A1和A2)和(B1和B2),每组两个接收线圈串联,且每组两个接收线圈产生相互加强的磁场。仿真研究表明,比起所有发射线圈产生的磁场方向一致向圆心或圆外的排布方式,本装置所采用的排布方式,使得发射线圈和接收线圈的耦合系数更大。
仿真验证:在MAXWELL中搭建线圈模型,令自主水下航行器发生0°到360°旋转偏移,发射线圈和接收线圈之间互感产生的波动曲线见图4所示,由图可知,互感维持在20μH左右,波动不超过5%,因此,证明本实用新型装置的抗旋转偏移性能更强,自主水下航行器发生任意角度旋转偏移,发射线圈和接收线圈之间的互感基本维持稳定,不受影响。另外,从仿真中容易发现,充电过程中耦合磁场主要分布于线圈所在截面的自主水下航行器外壳附近,所以对自主水下航行器内部器件的影响较小。
综上所述,本实用新型装置通过优化线圈结构,采取合适补偿拓扑,实现无线充电过程中耦合磁场对自主水下航行器内部器件影响最小化的同时,在自主水下航行器发生任意角度旋转偏移时,也保证了发射线圈和接收线圈之间的互感稳定,具有实际应用价值,值得推广。
以上所述实施例只为本专利之较佳实施例,并非以此限制本专利的实施范围,故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本专利的保护范围内。
Claims (3)
1.一种自主水下航行器无线充电装置,其特征在于:包括有充电槽、发射线圈外壳、发射线圈、接收线圈外壳、接收线圈;其中,所述充电槽为圆柱形空槽,能够提供无线充电的电能,自主水下航行器进入充电槽中进行充电;所述发射线圈外壳为空心扁圆环柱体,固定在充电槽内壁,其轴线与充电槽轴线重合;所述发射线圈有多个填充于发射线圈外壳的内、外圆之间形成的环形槽中围成圆形,将所有发射线圈分成两组半圆,通过改变各个发射线圈的绕组方向,保证两组半圆的发射线圈产生的磁场方向一致,从而产生相互加强的磁场,且磁场方向为发射线圈外壳的径向,所有发射线圈通过外接电路串联在一起,且该外接电路连接充电槽,能够将充电槽的电能引进发射线圈;所述接收线圈外壳为空心扁圆柱体,固定在自主水下航行器中,其轴线与自主水下航行器轴线重合;所述接收线圈数量为四个,沿接收线圈外壳周向均布在接收线圈外壳内,四个接收线圈分成两组,相邻两个接收线圈不同组,每组两个接收线圈串联,产生相互加强的磁场,每个接收线圈的磁场方向为接收线圈外壳的径向,两组接收线圈耦合产生的电能通过外接电路引出后各自经过整流桥并联于同一负载供电;在自主水下航行器进入充电槽中充电时,所有发射线圈和四个接收线圈处于同一平面,这一平面与充电槽和自主水下航行器的轴线垂直,无论自主水下航行器发生任意角度旋转偏移,发射线圈和接收线圈之间的互感维持恒定,该互感为发射线圈与两组接收线圈间的互感值中的较大值。
2.根据权利要求1所述的一种自主水下航行器无线充电装置,其特征在于:每个发射线圈和接收线圈均由绕线和磁芯组成,所述磁芯能够提高发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,所述绕线为高频导电导体,在磁芯上绕若干匝。
3.根据权利要求1所述的一种自主水下航行器无线充电装置,其特征在于:所述充电槽配置有独立电源或外接电网。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201921796661.4U CN210608704U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201921796661.4U CN210608704U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN210608704U true CN210608704U (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=70722354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201921796661.4U Expired - Fee Related CN210608704U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN210608704U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110649714A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
-
2019
- 2019-10-24 CN CN201921796661.4U patent/CN210608704U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110649714A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
CN110649714B (zh) * | 2019-10-24 | 2024-04-12 | 华南理工大学 | 一种自主水下航行器无线充电装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110649714B (zh) | 一种自主水下航行器无线充电装置 | |
US9318780B2 (en) | Wirelessly rechargeable battery and power transmitter | |
CN110247463B (zh) | 无线充电系统 | |
CN210608704U (zh) | 一种自主水下航行器无线充电装置 | |
CN106340940B (zh) | 一种无线充电电池 | |
CN109450110A (zh) | 一种线圈耦合的水下无线电能传输器 | |
CN108667157A (zh) | 一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置 | |
CN108649709A (zh) | 一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置 | |
CN108964286A (zh) | 一种大功率动态耦合无线输电的电滑环 | |
CN116470654A (zh) | 一种功率兼容的无人潜航器抗横滚共形化磁耦合无线充电装置及控制方法 | |
CN108649711B (zh) | 一种用于旋转设备无线电能传输的双极型耦合装置 | |
CN108666104A (zh) | 一种用于旋转设备无线电能传输的交叉绕线式耦合装置 | |
CN102710031A (zh) | 二自由度无线能量传输装置 | |
CN110729820B (zh) | 无人机及其机携无线接收单元、为其无线充电的抗偏移耦合线圈 | |
CN109192473B (zh) | 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 | |
CN114407689B (zh) | 一种无人潜航器无线充电抗横滚均匀磁场磁耦合机构 | |
CN106712320B (zh) | 一种基于分布式多线圈耦合的无线充电装置 | |
CN206658107U (zh) | 耦合装置和无线电能传输系统 | |
US20200153276A1 (en) | Wireless kinetic charger | |
CN108649710A (zh) | 一种用于旋转设备无线电能传输的多小线圈耦合装置 | |
CN208571720U (zh) | 一种球窝结构无线电力系统 | |
CN208508624U (zh) | 一种大功率动态耦合无线输电的电滑环 | |
CN205846878U (zh) | 一种用于旋转部件无线电能传输的天线及装置 | |
Dai et al. | Output-voltage adaptive of omnidirectional wireless power transfer based on receivers with digital coils | |
CN107508387B (zh) | 磁共振电能传输系统正向并联协调控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200522 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |