[发明专利]基于无线供电的舱段式航行器及其电路参数设计方法

说明书

本发明涉及无线能量传输技术领域，具体公开了基于无线供电的舱段式航行器及其电路参数设计方法，该航行器在连续的N+1节舱段中：第1节舱段的尾端安设有无线能量发射线圈(L_p1)；在第i+1节舱段的首端和尾端分别安设有第i级接收线圈(L_si)和第i级中继发射线圈(L_pi)，第i级接收线圈(L_si)和第i级中继发射线圈(L_pi)之间顺序连接有第i级接收补偿网络、第i级发射补偿网络，1≤i≤N‑1，N≥2；在第N+1节舱段的首端安设有第N级接收线圈(L_sN)，第N级接收线圈(L_sN)连接有第N级接收补偿网络。本发明实现了通过无线的方式为舱段式航行器的各节舱段提供电源，在第1节舱段采用一个逆变电路和一个原边补偿网络，不存在谐振网络之间相互影响的问题，还具有稳定的恒压输出。

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及基于无线供电的舱段式航行器及其电路参数设计方法。

背景技术

分舱段式水下无人航行器(简称舱段式航行器)，其由多个舱段拼接而成，每个舱段独立功能设计之后，再用接插件或者焊接的方式将电气部分物理上连接起来，最后再整体组装。该方式存在的不足有：1)无人航行器功能众多，各种功能的连接线和接插件随之增多，在组装或者维修时需要花更多时间辨别线束；2)电源线穿插多个舱段，经过组装或维修，存在电源线刮擦的风险；3)由于电源线过长，供电部分出现问题时，需要全部拆开航行器，工作量大，时间长。

无线能量传输应用中，若需要携带多个负载(以下以三个负载、谐振网络为LCC-S为例)，一般方法如图1、图2。

图1中，T1、T2、T3称为耦合机构，由左边的发射线圈和右边的接收线圈组成；Lf1、Cf1、Cp1、Cs1、Lf2、Cf2、Cp2、Cs2、Lf3、Cf3、Cp3、Cs3等电容组合称为谐振网络；接收线圈、对应的谐振网络、整流电路等称为接收端；发射线圈、对应的谐振网络与逆变电路等称为发射端；LCC-S是指发射端的谐振网络由Lf、Cf、Cp呈T形分布，接收端谐振网络只有一个电容Cs与接收线圈串联。这种系统拓扑存在明显不足：逆变电路及谐振网络器件过多，增加成本及占用空间。

图2与图1的区别在于发射端多个谐振网络共用一个逆变电路。这种系统拓扑存在明显不足：1)谐振网络器件仍然过多，增加成本及占用空间；2)多个谐振网络同时连接到一个逆变电路，实际应用过程中，各组发射端谐振网络参数不可避免地反射到其它组谐振网络中，即各组谐振网络互相影响，增加逆变器控制难度。

并且，图1、2的设计并不适用于舱段式航行器，其只适用于多个负载位于同一个舱段中的情形。

还有方法如图3所示，虽发射端只采用了一个逆变电路、1个谐振网络实现了为多个负载供电，其采用了多级中继电路，但其每级中级电路只设置有一个中继线圈，若布置在对应的舱段中，则两节舱段之间的中继线圈相差距离较远，能量传输效率低，并且图3的负载侧采用接收线圈与中继线圈进行耦合从而进行无线充电，这要求中继线圈既能与发射端的发射线圈耦合又能与接收端的接收线圈耦合，这无法应用在舱段式航行器这种特殊的结构中为各个舱段中的负载供电。

发明内容

本发明提供基于无线供电的舱段式航行器及其电路参数设计方法，解决的技术问题在于：如何在不增加逆变器且谐振网络不互相影响的情况下，通过无线的方式为舱段式航行器的各节舱段中的负载提供电源。

为解决以上技术问题，本发明首先提供一种基于无线供电的舱段式航行器，包括级联拼接的多节舱段，在连续的N+1节舱段中：

第1节舱段的尾端安设有无线能量发射线圈(L_p1)；