[发明专利]一种基于无线电能传输的易分离式水下变压器

说明书

本发明涉及一种基于无线电能传输的易分离式水下变压器，包括前端能量发送装置、后端能量接收装置。本发明针对深海环境下传统接触式输变电方式存在密封、绝缘、磨损、寿命、操作便捷性等一系列问题，提出了一种基于谐振式无线电能传输的易分离松耦合变压器方案。该方案采用谐振式无线电能传输原理，针对水介质特性进行了特殊设计，实现了水下非接触式电能传输和变换的功能，在保证高传输效率的同时有效避免了接触式动密封、磨损等难点，提高了电力传输和变换的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子工程技术领域，具体涉及一种基于谐振式无线电能传输技术的高效率低耦合系数易分离的水下变压器。

背景技术

随着海洋探测和开采技术在广度和深度的发展，对水下设备的持续工作时间提出了越来越高的要求。水下随深度增加的压力和导电液体环境，要求水下输变电装置必须具有高可靠性，传统的湿插拔电连接器和整体式水下输配电设备在耐压、密封、绝缘、工作寿命等方面均存在较大的技术难度和风险，而现有的无线电能传输方式却因水下环境的特殊性而无法充分发挥起作用，现有的无线电能传输方式应用于水下时，会产生涡流损耗，严重降低传输效率。

目前，大多数水下应用装置普遍使用远距离输电或者蓄电池为水下用电设备提供所需电能(典型引用如水下自治式潜器AUV、水下电潜泵)，一般采用接触式电能传输方法，然而水具有导电特性，为了适应水下环境需设计复杂的动密封结构，这会使得接口处会出现严重磨损并存在漏电隐患，因此，远距离电气设备的输变电和水下电池的充电成为难题。

发明内容

本发明的目的是为了克服常规接触式水下输变电装置存在电气接口动密封难度高、绝缘要求高、易磨损、机械寿命低、水下操作复杂且成本高等问题，提供一种基于谐振式无线电能传输技术的无物理接触且易于水下分离对接的水下变压器。本申请的发明人注意到，水下无线传输能提高电气接口的可靠性、安全性、便捷性，并延长其使用寿命，将会成为未来海洋开发过程中一种新颖可靠的水下输变电方式。而且，申请人解决了现有无线传输方式应用于水下时的涡流损耗问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于无线电能传输的易分离式水下变压器，其特征在于，其包括输入变换电路、原边谐振补偿电路、松耦合变压器、副边谐振补偿电路、输出变换电路,所述松耦合变压器包括松耦合变压器原边线圈、松耦合变压器副边线圈以及原边磁芯、副边磁芯，所述输入变换电路、原边谐振补偿电路以及松耦合变压器原边线圈封装在一起，所述副边谐振补偿电路、输出变换电路以及所述松耦合变压器副边线圈封装在一起。

进一步地，所述输入变换电路连接至原边谐振补偿电路，所述输入变换电路将外部输入电压转换成高频交流电压输出给所述原边谐振补偿电路；所述原边谐振补偿电路连接至松耦合变压器原边线圈，组合成原边谐振电路；所述松耦合变压器原边线圈与所述松耦合变压器副边线圈通过磁场进行能量传输；所述松耦合变压器副边线圈连接至副边谐振补偿电路，组合成副边谐振电路；所述副边谐振补偿电路输出交流谐振电压或电流至输出变换电路；所述输出变换电路连接至负载，为后端负载提供所需电制的电力。

进一步地，所述输入变换电路包括整流电路和逆变电路，所述整流电路将交流电压变换为直流电压并输出至所述逆变电路，所述逆变电路将直流电压变换成高频交流电压。

进一步的，所述原边谐振补偿电路包括谐振补偿电容或谐振补偿电感与谐振补偿电容的组合，所述谐振补偿电容与所述松耦合变压器原边线圈并联或者串联，构成原边谐振电路。

进一步的，所述松耦合变压器包括原边线圈、副边线圈以及原边磁芯、副边磁芯，所述原边线圈和所述副边线圈之间通过外部封装实现完全的物理和电气隔离，所述的原边磁芯和所述的副边磁芯用以提高所述原边线圈和所述副边线圈之间的耦合系数。

进一步的，所述的副边谐振补偿电路包括谐振补偿电容或谐振补偿电感与谐振补偿电容的组合，所述谐振补偿电容与所述松耦合变压器副边线圈并联或者串联，构成副边谐振电路，所述副边谐振电路的谐振频率与原边谐振电路的谐振频率一致。