一种基于变压器隔离的水下无线充电系统的制作方法

本技术涉及一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，属于水下无线充电。

背景技术：

1、随着海洋开发的不断发展，水下机电设备由于能源清洁，驱动灵活，可重复使用，工作安静等优点，水下机电设备在海洋环境监测，海底资源探测与军事应用方面有着越来越广泛的应用。为了长时间水下作业，机电设备需要配备足够大的电池，或者回收补能再次作业，配备更大的电池增加了机电设备的体积和重量，在小型机电设备，和机动性强的作业中不适用；回收补能，增加了一次作业的时长。为了满足水下长时间作业和便捷补能，通常采用水下基站无线充电系统。

2、无线充电技术一般采用磁耦合技术、磁共振技术、微波技术、激光和超声波技术。磁耦合技术一般适用于短距离，功率范围广，高效的应用场景。磁共振技术较磁耦合技术距离更远一些，功率更大一些。微波技术适用于远距离传能，微波的损耗较大，因此效率较低，电磁波在海水中会进一步衰减，无法作为水下传能应用。激光在水下散射严重，且效率较低。超声波，窄带噪声波适用于水下远距离传能，但是效率较低。更多会选择磁共振技术做水下无线充电。

3、根据无线充电系统的工作环境不同，无线充电系统的工作介质可以分为空气介质，淡水介质和海水介质。对于无线充电系统来讲，传输效率跟系统参数有关，还与传输介质有关，以下为空气、淡水、海水的相关参数

4、

5、

6、从上面的参数可以看出空气介质和海水介质的电导率和相对节点常数的差异都很大。因此在高频磁场中，线圈之间的海水中会形成一个类似于短路环的漩涡。海水的介电常数较空气的介电常数大得多，因此发射线圈与接收线圈的分布电容会增大，还应该考虑无线充电系统的发射端输入线缆与大地形成的共模变化和接收端线缆与大地形成的共模电压的变化。若共模电压过大对系统造成破坏性的损伤。因此在大功率水下无线充电系统中需要考虑线圈与海水形成的电压带来的安规风险。同时还应考虑共模电流流过谐振网络和线圈，造成系统电参数的变化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提供一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其通过在接收端和发射端均接入分布电容很小的隔离变压器，依靠变压器的强耐压性和低分布电容的特性，将系统中的分布电压分担一部分在隔离变压器上，使得输出端对地电压和输入端对地电压减小，保证系统的安全，同时由于加入了变压器，对于共模电流而言相当于加入了很小的电容，增加共模回路的阻抗，大幅度减小共模电流，保证无线充电系统中谐振参数和线圈的电参数。此使用新型有以下优点：不会更改系统原有的拓扑结构，不会降低原有拓扑的输出功率，也不会改变输入参数，变压器能够简单的加入系统中，解决共模电流引起的系统电参数的变化和共模电压对系统造成的损坏。

2、本实用新型提供一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其包括发射装置、接收装置、传能系统电路部分、系统分布电容等效电路部分，所述发射装置、接收装置均包括线圈、电路舱、磁芯及绝缘层，所述发射装置、接收装置之间的传能介质为海水，所述传能系统电路部分包括输入端、逆变电路、输入变压器、谐振电路、发射线圈、接收线圈、输出变压器、整流滤波电路，所述系统分布电容等效电路部分包括输入接地电容、输出接地电容、线圈与电路舱分布电容、发射线圈与接收线圈分布电容、变压器分布电容。

3、优选的，所述传能系统电路部分中输入变压器有两个绕组，且分开绕制，不区分同名端，其中一个绕组接于逆变器的两个桥臂之间，另一个绕组接于谐振网络之前。

4、优选的，所述逆变电路采用全桥拓扑，开关管采用分离式元件，所述谐振电路包括输入谐振电路、输出谐振电路，所述谐振电路将逆变的方波电压平滑成正弦波。

5、优选的，所述开关管采为开关模块。

6、优选的，所述输入谐振电路拓扑采用lcc拓扑，输出谐振电路拓扑采用s拓。

7、优选的，所述输出变压器有两个绕组，且分开绕制，不区分同名端，其中一个绕组接于谐振电路之后，另一个绕组接于整流桥的两端。

8、优选的，所述电路舱为金属结构，且分别接地，所述发射装置与接收装置的线圈相对放置，线圈之间的传能介质为海水。

9、优选的，所述系统分布电容等效电路部分中输入接地电容、输出接地电容、线圈与电路舱分布电容、发射线圈与接收线圈分布电容、变压器分布电容之间相互串联。

10、本实用新型的有益效果：

11、本实用新型提供一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其一体化设计，相较于线圈和电路舱分体设计，安装便捷且更省空间。无线充电原理采用磁共振技术，系统能够实现更高的传输效率，能够更多次的为水下机电补能。在原有电路中插入变压器能够同时解决水下无线充电系统中的共模电流干扰和输入、输出端口的安全问题，同时不会破坏电路的拓扑结构，有着电路结构简单，不需要额外控制的优点。

技术特征：

1.一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，包括发射装置(4)、接收装置(5)、传能系统电路部分、系统分布电容等效电路部分，其特征在于,所述发射装置(4)、接收装置(5)均包括线圈(1)、电路舱(2)、磁芯及绝缘层(3)，所述发射装置(4)、接收装置(5)之间的传能介质为海水，所述传能系统电路部分包括输入端、逆变电路、输入变压器、谐振电路、发射线圈、接收线圈、输出变压器、整流滤波电路，所述系统分布电容等效电路部分包括输入接地电容、输出接地电容、线圈与电路舱分布电容、发射线圈与接收线圈分布电容、变压器分布电容。

2.根据权利要求1所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述传能系统电路部分中输入变压器有两个绕组，且分开绕制，不区分同名端，其中一个绕组接于逆变器的两个桥臂之间，另一个绕组接于谐振网络之前。

3.根据权利要求1所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述逆变电路采用全桥拓扑，开关管采用分离式元件，所述谐振电路包括输入谐振电路、输出谐振电路，所述谐振电路将逆变的方波电压平滑成正弦波。

4.根据权利要求3所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述开关管采为开关模块。

5.根据权利要求3所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述输入谐振电路拓扑采用lcc拓扑，输出谐振电路拓扑采用s拓。

6.根据权利要求1所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述输出变压器有两个绕组，且分开绕制，不区分同名端，其中一个绕组接于谐振电路之后，另一个绕组接于整流桥的两端。

7.根据权利要求1所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述电路舱为金属结构，且分别接地，所述发射装置(4)与接收装置(5)的线圈(1)相对放置，线圈(1)之间的传能介质为海水。

8.根据权利要求1所述的一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其特征在于：所述系统分布电容等效电路部分中输入接地电容、输出接地电容、线圈与电路舱分布电容、发射线圈与接收线圈分布电容、变压器分布电容之间相互串联。

技术总结本技术涉及一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，属于水下无线充电技术领域。包括发射装置、接收装置、传能系统电路部分、系统分布电容等效电路部分，所述发射装置、接收装置均包括线圈、电路舱、磁芯及绝缘层，所述发射装置、接收装置之间的传能介质为海水，所述系统分布电容等效电路部分包括输入接地电容、输出接地电容、线圈与电路舱分布电容、发射线圈与接收线圈分布电容、变压器分布电容。本技术提供一种基于变压器隔离的水下无线充电系统，其一体化设计，安装便捷且更省空间，系统能够实现更高的传输效率，能够更多次的为水下机电补能。同时不会破坏电路的拓扑结构，有着电路结构简单，不需要额外控制的优点。技术研发人员：包清山,倪志,王永刚,陈波受保护的技术使用者：重庆前卫无线电能传输研究院有限公司技术研发日：20231208技术公布日：2024/7/29