本发明专利技术涉及船舶无线充电技术领域，具体公开了一种艞板一体式无线电能传输装置及其耦合机构参数设计方法，传输装置包括固定在船舶艞板背面上的能量拾取模块，以及固定在岸基上的能量发射模块。能量发射模块设有岸基发射线圈及自动调节机构，岸基发射线圈沿岸基边缘的方向呈长轨道型。能量拾取模块设有船载接收线圈以及安装在船载接收线圈中心的对位机构和测距传感器。船舶停靠时，艞板会展开到岸基地面上，自动调节机构与对位机构、测距传感器相互配合，使岸基发射线圈自动对准于船载接收线圈的上方，不仅实现了在船舶靠岸驻停的同时进行电能补给，还把可能出现的耦合机构三维空间全向偏移转换成了船舶前后方向的偏移和角度偏移，易于实现抗偏。易于实现抗偏。易于实现抗偏。
【技术实现步骤摘要】
艞板一体式无线电能传输装置及其耦合机构参数设计方法
[0001]本专利技术涉及船舶无线充电
，尤其涉及艞板一体式无线电能传输装置及其耦合机构参数设计方法。
技术介绍
[0002]船舶在靠港期间，主要使用船上的燃料油发电机来满足自身的用电需求，发电机的废气排放对港口空气和水域造成了很大污染。同时，发电机的运行会产生较大噪音，影响附近居民及船员的工作和生活。如果靠港船舶能够使用岸上电源系统供电，关闭船上的发电机，就可以很好地解决上述问题。
[0003]船舶岸电技术是指允许装有特殊设备的船舶在泊位期间接入码头陆地侧的电网，从岸上获得其水泵、通信、通风、照明和其他设施所需的电力，从而关闭自身的燃料油发电机，减少废气的排放量。2000年，瑞典的哥德堡港渡船码头首次安装了高压岸电系统。据统计，此项技术使船舶靠港期间的污染物排放量减少了94％
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97％。随后，国外的许多港口也陆续安装了岸电系统。近年来，我国对节能减排、环境保护工作的重视度越来越高。2009年，青岛港在国内首先完成了部分码头的岸电改造，岸电技术如今也在国内越来越多港口得到实际应用。
[0004]现有的岸电技术是通过电缆和插头在船与岸之间传输电能的。尽管这项技术越来越成熟，但目前仍有一些难以解决的问题：第一，在充满盐水的潮湿环境中，电缆和插头会遭受机械磨损和腐蚀，导致额外的维护费用和安全隐患。尤其是在雨雪天气，插头、插座易造成漏电。第二，我国供电系统的电制与船舶上的电制不匹配。港口码头常采用三相四线TN系统，而船舶大多采用三相三线IT系统，如果TN系统直接向IT系统供电，容易导致绝缘击穿等安全问题。第三，我国电力频率为50Hz，如果向国外60Hz的船舶供电，需要大功率变频器。第四，电缆的连接、断开过程大多是在人员的协助下进行的，通过操作人员将插头插入插座或从插座上拔出。此过程通常需要几分钟或更长时间，且人员直接触摸操作不安全。
[0005]现有的岸电技术之所以存在上述难以解决的问题，归根结底，在于电缆连接方式难以实现船电系统与岸电系统间的电气隔离。因此，要解决电气隔离的问题，就需要使用一种非接触式的电能传输方式，这就是无线电能传输技术。
[0006]然而，对于船舶无线电能传输系统中用于能量传输的磁耦合机构装置，船载接收装置一般被竖直固定在船舷侧边，对应的岸基发射模块被竖直安装在地面固定设备上。岸基能量发射模块和船载能量拾取模块之间的偏移是有一定范围的，超出一定范围，拾取功率可能达不到要求水平。因此二者之间的准确对位显得十分重要。但是，由于海浪波动会使船体发生晃动，当船体停靠在岸边时，部分机械波到岸边后反弹折回有时会重叠增加振幅，导致船舶颠簸摇晃更加严重。船体晃动的方向是不确定的，因此耦合机构可能发生横向、纵向或者综合的偏移情况，对于常见的竖直正对的能量发射装置和能量接收装置具有很大的对准难度。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供艞板一体式无线电能传输装置及其耦合机构参数设计方法，解决的技术问题在于：如何在船舶发生横向、纵向或者综合的偏移时，使拾取功率保持在要求的水平。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种艞板一体式无线电能传输装置，包括固定在船舶艞板背面上的能量拾取模块，以及固定在岸基上的能量发射模块；
[0009]所述能量发射模块设有岸基发射线圈及用于调节所述岸基发射线圈水平位置的自动调节机构，所述岸基发射线圈沿岸基边缘的方向呈长轨道型；
[0010]所述能量拾取模块设有船载接收线圈以及安装在所述船载接收线圈中心的对位机构和测距传感器；
[0011]所述对位机构用于在船舶艞板放下在岸基上时，供所述自动调节机构对准，以调节所述岸基发射线圈从初始位置沿平行于岸基边缘的方向移动到对齐所述船载接收线圈的中心的位置；所述测距传感器用于测量所述船载接收线圈到岸基地面的距离d，并根据距离d，计算所述岸基发射线圈沿垂直于岸基边缘的方向移动后与岸基边缘的距离h，供所述自动调节机构获取距离h从而调整所述岸基发射线圈移动至与岸基边缘相距h的位置，使所述岸基发射线圈的中心对准所述船载接收线圈的中心。
[0012]优选的，
[0013][0014]其中，L表示船舶艞板的长度，L1表示船载接收线圈的中心距离近船端的距离，Q表示船舶艞板的端部离岸基边缘的距离。
[0015]优选的，所述能量发射模块还包括与所述岸基发射线圈层级设置的发射端磁芯，所述发射磁芯与所述岸基发射线圈形状相同。
[0016]优选的，所述能量拾取模块包括与所述船载接收线圈层级设置的接收端磁芯、磁屏蔽板，所述接收端磁芯与所述船载接收线圈形状相同。
[0017]优选的，所述磁屏蔽板与所述船载接收线圈同宽，与所述岸基发射线圈同长。
[0018]优选的，所述岸基发射线圈与所述船载接收线圈均采用D型线圈。
[0019]优选的，所述船载接收线圈短于并窄于所述岸基发射线圈。
[0020]本专利技术提供的一种艞板一体式无线电能传输装置，将船载的能量拾取模块集成到艞板的背面，相对应地，将能量发射模块水平放置在岸基地面上。岸基发射线圈被设计成为长矩形，以增加船舶行进方向的前后偏移适应性。船载接收线圈被设计短于并窄于岸基发射线圈，以保证角度偏移适应性。船舶驶入充电区域，停靠在岸基旁边时，艞板会展开到岸基地面上，岸基地面上的自动调节机构与船载接收线圈中心的对位机构、测距传感器相互配合，使岸基发射线圈自动对准于船载接收线圈的上方，不仅实现了在船舶靠岸驻停的同时进行电能补给，还把可能出现的电磁耦合机构三维空间全向偏移转换成了船舶前后方向的偏移和角度偏移，易于实现抗偏，能够使拾取功率保持在要求的水平，从而实现船舶靠岸时无线电能补给的可靠性与便利性，解决船舶在海水上各种偏移对无线能量传输系统的影响。
[0021]本专利技术还提供一种艞板一体式无线电能传输装置的耦合机构参数设计方法，所述
耦合机构包括岸基发射线圈和船载接收线圈，方法包括步骤：
[0022]S1、确定系统的工作频率、输入电压、输出电压、输出电流和耦合机构的传输距离；
[0023]S2、根据系统功率等级设计船载接收线圈的形状、尺寸；
[0024]S3、遍历优化岸基发射线圈的长度对船载接收线圈前后偏移的影响；
[0025]S4、根据岸基发射线圈的长度对船载接收线圈前后偏移的影响确定岸基发射线圈的长度；
[0026]S5、遍历优化岸基发射线圈的宽度对船载接收线圈角度偏移的影响；
[0027]S6、根据岸基发射线圈的宽度对船载接收线圈角度偏移的影响确定岸基发射线圈的宽度。
[0028]进一步地，在所述步骤S4中，确定的岸基发射线圈的长度对船载接收线圈前后偏移的影响为：在前偏移50cm到后偏移50cm范围内互感波动率在
±
3％以内。
[0029]进一步地，在所述步骤S6中，确定的岸基发射线圈的宽度对船载接收线圈角度偏移的影响为：在偏移角度α从0
°
到15...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.艞板一体式无线电能传输装置，其特征在于：包括固定在船舶艞板背面上的能量拾取模块，以及固定在岸基上的能量发射模块；所述能量发射模块设有岸基发射线圈及用于调节所述岸基发射线圈水平位置的自动调节机构，所述岸基发射线圈沿岸基边缘的方向呈长轨道型；所述能量拾取模块设有船载接收线圈以及安装在所述船载接收线圈中心的对位机构和测距传感器；所述对位机构用于在船舶艞板放下在岸基上时，供所述自动调节机构对准，以调节所述岸基发射线圈从初始位置沿平行于岸基边缘的方向移动到对齐所述船载接收线圈的中心的位置；所述测距传感器用于测量所述船载接收线圈到岸基地面的距离d，并根据距离d，计算所述岸基发射线圈沿垂直于岸基边缘的方向移动后与岸基边缘的距离h，供所述自动调节机构获取距离h从而调整所述岸基发射线圈移动至与岸基边缘相距h的位置，使所述岸基发射线圈的中心对准所述船载接收线圈的中心。2.根据权利要求1所述的艞板一体式无线电能传输装置，其特征在于：其中，L表示船舶艞板的长度，L1表示船载接收线圈的中心距离近船端的距离，Q表示船舶艞板的端部离岸基边缘的距离。3.根据权利要求2所述的艞板一体式无线电能传输装置，其特征在于：所述能量发射模块还包括与所述岸基发射线圈层级设置的发射端磁芯，所述发射磁芯与所述岸基发射线圈形状相同。4.根据权利要求3所述的艞板一体式无线电能传输装置，其特征在于：所述能量拾取模块包括与所述船载接收线圈层级设置的接收端磁芯、磁屏蔽板，所述接收端磁芯与所述船载接收线圈形状相同。5.根据权利要求4所述的艞板一体式无线电能传输装置，其特征在于：所述磁屏蔽板与所述船载接收线圈...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国东，胡凯，何旭涛，唐春森，李世强，王智慧，
申请(专利权)人：浙江舟山海洋输电研究院有限公司重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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