【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水下无线电能传输装置，属于水下机器人的无线电能传输领域。
技术介绍
1、水下机器人的电能供给是决定其作业能力、作业范围的重要因素。传统上浮充电的充电方式隐蔽性差，作业复杂、作业时间长，严重地影响了水下机器人的作业半径及生命力。无线电能传输技术作为是一种非接触能量传输方式,将无线电能传输技术运用至水下机器人中能极大提高其隐蔽性，安全性及可靠性。
2、但是现有的无线电能传输装置在水下特定环境中存在一些问题，如水下机器人的位置会因为海底洋流变化存在持续随机波动，所导致的线圈互感波动将对系统传输效率产生干扰。因此，动态无线电能传输效率是评估系统整体性能重要的参数之一。针对此问题的相关专利技术较少，而目前专利技术的热点就是通过阻抗匹配的方法是提升传输效率。现有针对阻抗匹配的研究方法主要有三种，包含无源阻抗匹配网络、中继线圈阻抗匹配及有源阻抗匹配网络。无源阻抗匹配网络有着控制方式复杂，仅能进行离散调节，系统体积过大等缺点。中继线圈阻抗匹配方法对两端线圈的相对位置要求高，极大限制了装备的灵活性。有源阻抗匹配方式属于接收端双级控制，控制难度较大。
技术实现思路
1、针对水下无线电能传输系统接收与发射线圈会因相对位置偏移导致互感值变化，从而引发电能传输效率降低的问题，本专利技术提供一种水下无线电能传输装置。
2、本专利技术的一种水下无线电能传输装置，包括dc-dc变换电路、全桥逆变电路、耦合电路、全桥主动整流电路和控制装置；
3、发射端直流电源的
4、所述控制装置用于控制dc-dc变换电路、全桥逆变电力、耦合电路、全桥主动整流电路实现水下无线电能传输，其中，控制装置通过改变全桥主动整流电路中mosfet主动整流器件的占空比进而改变接收端的等效阻抗，实现阻抗自适应，完成阻抗匹配。
5、作为优选，控制装置通过改变全桥主动整流电路中mosfet主动整流器件的占空比的方法为：
6、获取最优占空比dη-max：
7、
8、式中，m为互感值，r为双端线圈内阻，rl为接收端的实时实际阻抗值，ω为系统工作角频率。
9、作为优选，所述互感值通过实时辨别获取，获取方法为：
10、
11、其中，d为设定接收端输出的占空比值，uin为发射端输出电压，iin为发射端输出电流值。
12、作为优选，控制装置包括发射端mcu控制器、pi控制器、1号pwm发生器和2号pwm发生器、接收端mcu控制器和pwm驱动电路；
13、发射端mcu控制器和接收端mcu控制器进行无线通讯，接收端mcu控制器将负载实际电压值发射端mcu控制器，发射端mcu控制器将全桥逆变电路输出电压电流的rms计算值传递至接收端mcu控制器；
14、1号pwm发生器的pwm信号输出端与dc-dc变换电路的pwm信号输入端连接，发射端mcu控制器通过pi控制器与1号pwm发生器连接，发射端mcu控制器用于根据负载实际电压值控制传递至dc-dc变换器电路的pwm信号占空比，从而控制系统输出电压；
15、2号pwm发生器的pwm信号输出端与全桥逆变电路的pwm信号输入端连接，发射端mcu控制器控制2号pwm发生器向全桥逆变电路输出高频交流pwm信号，从而发射端mcu控制器建立传递磁场；
16、接收端mcu控制器根据电压电流的rms计算值得到接收端的实时实际阻抗值rl，接收端mcu控制器采样耦合电路中接收线圈电流同步信号，再结合得到的rl计算最优占空比dη-max，接收端mcu控制器根据最优占空比dη-max通过pwm驱动电路驱动全桥主动整流电路。
17、作为优选，dc-dc变换电路为buck型降压电路。
18、作为优选，发射端mcu控制器和接收端mcu控制器均采用stm32f103vet6型号芯片实现。
19、作为优选，全桥逆变电路中的开关器件采用dmt3009ldt-7型mosfet管作为开关器件。
20、作为优选，发射端mcu控制器和接收端mcu控制器采用esp8266模块进行无线通讯。
21、作为优选，全桥主动整流电路中的开关器件采用cmp060n10型nmos开关管。
22、本专利技术的有益效果，本专利技术使无线电能传输接收端整流电路兼具整流与阻抗匹配功能，并因此进一步地减小了整体电路体积及控制难度。并在此基础上，本专利技术还通过采集两端电路的实时参数，通过建立参数辨别模型实现了双端互感值的实时辨识，实现了水下无线电能传输系统最优传输效率的自适应控制。本专利技术相较于其他基于阻抗匹配的无线电能传输装置其电路体积更小，大大提升了装备便携性。本专利技术相较于其他阻抗匹配方法只能根据已知互感值调整阻抗匹配控制方式，而本专利技术可通过采集双端电路装置的实时信息实现对未知互感值的辨别。本专利技术根据水下的实际情况建立双端无线wifi通讯模式，实现整体系统的信息参数的快速交互。本专利技术相较于其他无阻抗匹配的无线电能传输装置其在水平、垂直偏移程度在85％以内的情况下传输效率可提升5％以上，整体系统响应时间较小，具有良好的实时性，并且输出电压能够稳定保持在前期设定值上。
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1.水下无线电能传输装置，其特征在于，所述装置包括DC-DC变换电路、全桥逆变电路、耦合电路、全桥主动整流电路和控制装置；
2.根据权利要求1所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，控制装置通过改变全桥主动整流电路中MOSFET主动整流器件的占空比的方法为：
3.根据权利要求2所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，所述互感值通过实时辨别获取，获取方法为：
4.根据权利要求3所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，控制装置包括发射端MCU控制器、PI控制器、1号PWM发生器和2号PWM发生器、接收端MCU控制器和PWM驱动电路；
5.根据权利要求4所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，DC-DC变换电路为BUCK型降压电路。
6.根据权利要求4所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，发射端MCU控制器和接收端MCU控制器均采用STM32F103VET6型号芯片实现。
7.根据权利要求4所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，全桥逆变电路中的开关器件采用DMT3009LDT-7型MOSFET管作为开关器件。<...
【技术特征摘要】
1.水下无线电能传输装置，其特征在于，所述装置包括dc-dc变换电路、全桥逆变电路、耦合电路、全桥主动整流电路和控制装置；
2.根据权利要求1所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，控制装置通过改变全桥主动整流电路中mosfet主动整流器件的占空比的方法为：
3.根据权利要求2所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，所述互感值通过实时辨别获取，获取方法为：
4.根据权利要求3所述的水下无线电能传输装置，其特征在于，控制装置包括发射端mcu控制器、pi控制器、1号pwm发生器和2号pwm发生器、接收端mcu控制器和pwm驱动电路；
5.根据权利要求4所述的水下无线电能传输装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜昊，刘琦，李海悦，李方宇，李惊东，苍晓羽，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：
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