【摘 要】
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自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),具有活动范围较广、灵活性较好、智能化操作等优点,逐步成为人类探索海洋的重要工具。利用磁耦合谐振无线电能传输技术,
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自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),具有活动范围较广、灵活性较好、智能化操作等优点,逐步成为人类探索海洋的重要工具。利用磁耦合谐振无线电能传输技术,对AUV进行无线充电,可以提高AUV的工作效率和隐蔽性。在海水环境中,海水的导电性使电能在传输过程中出现涡流损耗,降低传输效率;海流冲击使航行器与基站发生横滚和相对轴向偏移,导致耦合线圈互感变化,影响电能传输的稳定性。针对海洋环境中需解决的关键技术问题,本文主要研究内容如下:1.提出三线圈无线电能传输结构,两个发射线圈与接收线圈同尺寸,且在接收线圈两端对称放置,降低海水的涡流损耗。建立三线圈系统空间电场解析式及涡流损耗等效阻抗计算方法,对比两线圈模型,分析得出在海水中三线圈结构可使涡流损耗减小。2.针对AUV在海洋环境中充电时,海流冲击对无线电能传输性能的影响,提出同心螺旋三线圈结构,即两发射线圈套在基站回收笼外面,直径大于接收线圈,接收线圈固定在AUV上,三个线圈的轴心与AUV轴向一致。建立同心螺旋三线圈结构合成电场离散计算模型,仿真和实验证明合成电场离散计算方法的正确性,以及同心螺旋三线圈系统具有抗轴向扰动的能力。3.研究三线圈结构的补偿电路拓扑结构,对两个发射线圈并联时的共享补偿电容电路、单独补偿电容电路及两个发射线圈串联时的补偿电路进行分析。仿真和实验结果表明,在海洋环境下,三线圈结构和传统二线圈结构在传输相同功率的条件下,三线圈传输效率可以提高10%左右,以及当两个发射线圈并联时共享补偿电容拓扑结构对互感变化具有更强的鲁棒性。研究结果表明,三线圈无线电能传输系统可以减少涡流损耗,具有较强的抗海流冲击能力,在海洋环境下具有很好的应用前景。
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