一种水下航行器的可重构磁耦合装置及充电平台

本申请涉及无线电能传输，尤其涉及一种水下航行器的可重构磁耦合装置及充电平台。

背景技术：

1、水下航行器被广泛应用在海洋探测、资源开发以及环境监测等领域，其长期稳定作业对能源供给提出了更高要求；现有的技术方案中，通常采用有线方式对水下航行器进行充电，但有线充电连接复杂，对密封可靠性具有较高要求，安全性较差；同时现有的无线充电方案受水流扰动等因素的影响，水下航行器在充电过程中发生偏移和旋转，从而导致充电传输效率低。

技术实现思路

1、本申请实施例的主要目的在于提出一种水下航行器的可重构磁耦合装置及充电平台，能够提高充电传输效率。

2、为实现上述目的，本申请实施例的一方面提出了一种水下航行器的可重构磁耦合装置，所述装置包括发射端结构模块、驱动重构机构、接收端磁耦合模块和导向式平台结构；其中，

3、所述发射端结构模块设置于所述导向式平台结构，所述发射端结构模块用于形成磁通传导路径；

4、所述驱动重构机构设置于所述导向式平台结构，所述驱动重构机构与所述发射端结构模块连接，所述驱动重构机构用于控制所述发射端结构模块进行形态切换；

5、所述接收端磁耦合模块设置于水下航行器，所述接收端磁耦合模块用于与所述发射端结构模块形成磁耦合，并接收所述发射端结构模块传输的电能，以对所述水下航行器进行供电或充电；

6、所述导向式平台结构用于引导所述水下航行器进入预设充电位置，以使所述接收端磁耦合模块与所述发射端结构模块形成磁耦合并进行充电。

7、在一些实施例中，所述发射端结构模块包括若干个曲面线圈单元；若干个所述曲面线圈单元沿周向间隔分段设置于所述导向式平台结构，以形成非闭合环状结构。

8、在一些实施例中，所述发射端结构模块设置有展开状态和收缩状态；其中，

9、若所述发射端结构模块在所述展开状态，若干个所述曲面线圈单元根据预设间隔设置，以形成导向通道；

10、若所述发射端结构模块在所述收缩状态，若干个所述曲面线圈单元的相邻间隔小于预设阈值，以对所述水下航行器形成包覆式结构或者半包覆式结构，并形成磁通传导路径。

11、在一些实施例中，所述发射端结构模块的若干个曲面线圈单元构成整体曲面，所述整体曲面包括圆柱面、椭球面或非规则自由曲面中的一种或多种组合。

12、在一些实施例中，所述驱动重构机构包括导轨结构和执行机构；其中，

13、所述导轨结构设置于所述导向式平台结构，所述导轨结构与所述发射端结构模块的若干个曲面线圈单元滑动连接；

14、所述执行机构分别与若干个所述曲面线圈单元传动连接，驱动若干个所述曲面线圈单元沿所述导轨结构滑动，以对所述发射端结构模块进行状态切换。

15、在一些实施例中，所述驱动重构机构还包括位置检测模块，所述位置检测模块用于检测所述水下航行器的位置；若所述水下航行器的位置处于预设充电位置内，所述驱动重构机构驱动所述发射端结构模块的若干个所述曲面线圈单元沿第一方向移动，以使所述发射端结构模块切换为收缩状态；若所述水下航行器的位置远离所述导向式平台结构，所述驱动重构机构驱动所述发射端结构模块的若干个所述曲面线圈单元沿第二方向移动，以使所述发射端结构模块切换为展开状态；其中，所述第一方向表征使所述曲面线圈单元接近所述水下航行器的方向，所述第二方向表征使所述曲面线圈单元远离所述水下航行器的方向。

16、在一些实施例中，所述导向式平台结构采用笼式结构或者框架式结构，以形成导向腔体或者限位框架，对所述水下航行器进行引导，并限制所述水下航行器的径向偏移。

17、在一些实施例中，所述接收端磁耦合模块包括接收器磁芯、内层接收线圈和外层接收线圈；其中，

18、所述内层接收线圈设置于所述接收器磁芯的外表面；

19、所述外层接收线圈设置于所述内层接收线圈的外表面；所述内层接收线圈与所述外层接收线圈根据预设角度进行角度偏置；其中，所述内层接收线圈与所述外层接收线圈沿周向具有角度偏置，所述角度偏置为固定角度偏置，或者所述内层接收线圈与所述外层接收线圈沿周向呈非均匀角度分布。

20、在一些实施例中，若所述水下航行器带动所述接收端磁耦合模块产生绕所述水下航行器轴线旋转，所述内层接收线圈和所述外层接收线圈根据所述预设角度生成相位互补关系，所述内层接收线圈的耦合区域和所述外层接收线圈的耦合区域根据所述相位互补关系进行补偿，生成连续有效耦合区域。

21、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种水下航行器的充电平台，所述充电平台设置有前面所述的可重构磁耦合装置；其中，

22、所述充电平台还包括平台底座、支撑结构、导向外壳和电能变换模块，所述导向式平台结构设置于所述平台底座，所述电能变换模块与所述发射端结构模块电连接，用于向所述发射端结构模块提供高频激励电流。

23、本申请实施例至少包括以下有益效果：本申请提供一种水下航行器的可重构磁耦合装置及充电平台,该方案通过发射端结构模块、驱动重构机构、接收端磁耦合模块和导向式平台结构组成水下航行器的可重构磁耦合装置；发射端结构模块和驱动重构机构设置在导向式平台结构上，发射端结构模块形成磁通传导路径进行电能传输，驱动重构机构与发射端结构模块连接，由驱动重构机构控制发射端结构模块进行不同形态的切换；接收端磁耦合模块设置在水下航行器，与发射端结构模块形成磁耦合，对水下航行器进行充电；导向式平台结构通过结构设计引导水下航行器进行充电；通过设置驱动重构机构驱动发射端结构模块进行不同的状态切换，同时发射端结构模块设置不同形态进行切换，适配不同的水下航行器以及对应的位置，减少漏磁，提高耦合程度，从而提高电能传输效率、水下无线充电的稳定性和安全性。

1.一种水下航行器的可重构磁耦合装置，其特征在于，所述装置包括发射端结构模块、驱动重构机构、接收端磁耦合模块和导向式平台结构；其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射端结构模块包括若干个曲面线圈单元；若干个所述曲面线圈单元沿周向间隔分段设置于所述导向式平台结构，以形成非闭合环状结构。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发射端结构模块设置有展开状态和收缩状态；其中，

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发射端结构模块的若干个曲面线圈单元构成整体曲面，所述整体曲面包括圆柱面、椭球面或非规则自由曲面中的一种或多种组合。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述驱动重构机构包括导轨结构和执行机构；其中，

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述驱动重构机构还包括位置检测模块，所述位置检测模块用于检测所述水下航行器的位置；若所述水下航行器的位置处于预设充电位置内，所述驱动重构机构驱动所述发射端结构模块的若干个所述曲面线圈单元沿第一方向移动，以使所述发射端结构模块切换为收缩状态；若所述水下航行器的位置远离所述导向式平台结构，所述驱动重构机构驱动所述发射端结构模块的若干个所述曲面线圈单元沿第二方向移动，以使所述发射端结构模块切换为展开状态；其中，所述第一方向表征使所述曲面线圈单元接近所述水下航行器的方向，所述第二方向表征使所述曲面线圈单元远离所述水下航行器的方向。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向式平台结构采用笼式结构或者框架式结构，以形成导向腔体或者限位框架，对所述水下航行器进行引导，并限制所述水下航行器的径向偏移。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收端磁耦合模块包括接收器磁芯、内层接收线圈和外层接收线圈；其中，

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，若所述水下航行器带动所述接收端磁耦合模块产生绕所述水下航行器轴线旋转，所述内层接收线圈和所述外层接收线圈根据所述预设角度生成相位互补关系，所述内层接收线圈的耦合区域和所述外层接收线圈的耦合区域根据所述相位互补关系进行补偿，生成连续有效耦合区域。

10.一种水下航行器的充电平台，其特征在于，所述充电平台设置有权利要求1-9任一项所述的可重构磁耦合装置；其中，