一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的制作方法

本发明涉及无线电能传输，尤其涉及一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统。

背景技术：

1、水下航行器广泛应用于诸如海上风力发电机基座情况检查、海缆智能巡检等水下作业任务。水下航行器的供能核心问题在于设备的供能方式，设备的供能方式对设备的工作状态、工作效率等有着很大的影响。如在进行水下搜救、探测等任务时，如果水下设备能够在水下完成供能过程，将极大地提高设备的工作时长和设备可靠性，从而更高效、安全、可靠、及时地完成任务。

2、水下无线电能传输可以将电能以非接触的方式从发送器提供给接收器。这种传输方式不存在发送器和接收器的直接电气连接，避免了传统湿插拔供电方式由于金属接插件接触引起的火花、漏电、腐蚀等缺点。然而，现有的水下无线传能系统的充电效率和性能较差，难以满足高效传能的需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，用于解决现有的水下无线传能系统的充电效率和性能较差，难以满足高效传能的需求的技术问题。

2、有鉴于此，本发明提供了一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，包括无线发射端、多级中继线圈、无线接收端和控制端；

3、多级中继线圈与无线发射端无线连接，无线接收端与多级中继线圈无线连接；

4、无线发射端和无线接收端分别与控制端电连接；

5、水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的控制方法包括：

6、s1、控制端采集水下工作环境参数，根据水下工作环境参数配置无线发射端的初始工作频率和无线接收端的负载阻抗范围；

7、s2、控制端采集当前水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率；

8、s3、控制端根据当前水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率，判断是否需要调整无线发射端的工作频率和无线接收端的负载阻抗，若是，执行步骤s4；

9、s4、根据水下工作环境参数和水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率，采用模拟退火算法求解最优无线发射端的工作频率和最优无线接收端的负载阻抗，执行步骤s5；

10、s5、调整无线发射端的工作频率至最优无线发射端的工作频率，调整无线接收端的负载阻抗至最优无线接收端的负载阻抗，使得水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率最优。

11、可选地，步骤s5具体包括：

12、调整无线发射端的工作频率至最优无线发射端的工作频率，以预置频率步长前后调整无线发射端的工作频率，调整无线接收端的负载阻抗至最优无线接收端的负载阻抗，以预置阻抗步长前后调整无线接收端的负载阻抗，使得水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率最优。

13、可选地，预置频率步长为1khz，预置阻抗步长为2ω。

14、可选地，无线发射端包括依次连接的直流供电电源、e类逆变器和发射线圈。

15、可选地，e类逆变器包括扼流电感、三极管、中间电容和匹配电容；

16、扼流电感的一端连接在直流供电电源正极，扼流电感的另一端连接三极管的集电极，三极管的发射极连接直流供电电源的负极，三极管的基极接入谐振信号，中间电容并联在三极管的集电极和发射极两端，匹配电容的一端连接三极管的集电极，匹配电容的另一端连接发射线圈的一端，发射线圈的另一端连接三极管的发射极。

17、可选地，多级中继线圈由至少两个中继线圈组成，中继线圈由高频利兹线螺旋形绕制而成，多级中继线圈由亚克力柱穿心固定。

18、可选地，多级中继线圈采用防水性环氧树脂进行封装。

19、可选地，无线发射端的发射线圈和无线接收端的接收线圈背面均采用由铁氧体板和铝板组成的屏蔽结构。

20、可选地，无线接收端包括接收线圈、谐振电容、整流稳压电路和用电负载；

21、接收线圈的一端与谐振电容的一端连接，谐振电容的另一端连接整流稳压电路的正极，接收线圈的另一端连接整流稳压电路的负极，用电负载并联在整流稳压电路的两端。

22、可选地，无线发射端的发射线圈和无线接收端的接收线圈的线圈由高频利兹线螺旋形绕制而成，且匝数不小于10。

23、从以上技术方案可以看出，本发明提供的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统具有以下优点：

24、本发明提供的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，无线发射端、多级中继线圈和无线接收端能够实现长距离可靠地无线电能传输性能，在进行水下无线传能时，首先根据水下工作环境参数配置无线发射端的初始工作频率和无线接收端的负载阻抗范围，然后基于当前水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率，判断是否需要调整无线发射端的工作频率和无线接收端的负载阻抗，若需要调整，则采用模拟退火算法求解最优无线发射端的工作频率和最优无线接收端的负载阻抗，调整无线发射端的工作频率至最优无线发射端的工作频率，调整无线接收端的负载阻抗至最优无线接收端的负载阻抗，使得水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率最优，能够精确地根据水下工作环境条件进行最优工作频率和最优负载阻抗，从而达到最佳的充电效率和系统性能，解决了现有的水下无线传能系统的充电效率和性能较差，难以满足高效传能的需求的技术问题。

技术特征：

1.一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，包括无线发射端、多级中继线圈、无线接收端和控制端；

2.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，步骤s5具体包括：

3.根据权利要求2所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，预置频率步长为1khz，预置阻抗步长为2ω。

4.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，无线发射端包括依次连接的直流供电电源、e类逆变器和发射线圈。

5.根据权利要求4所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，e类逆变器包括扼流电感、三极管、中间电容和匹配电容；

6.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，多级中继线圈由至少两个中继线圈组成，中继线圈由高频利兹线螺旋形绕制而成，多级中继线圈由亚克力柱穿心固定。

7.根据权利要求6所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，多级中继线圈采用防水性环氧树脂进行封装。

8.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，无线发射端的发射线圈和无线接收端的接收线圈背面均采用由铁氧体板和铝板组成的屏蔽结构。

9.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，无线接收端包括接收线圈、谐振电容、整流稳压电路和用电负载；

10.根据权利要求1所述的水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，其特征在于，无线发射端的发射线圈和无线接收端的接收线圈的线圈由高频利兹线螺旋形绕制而成，且匝数不小于10。

技术总结本发明公开了一种水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统，首先根据水下工作环境参数配置无线发射端的初始工作频率和无线接收端的负载阻抗范围，然后基于当前水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率，判断是否需要调整无线发射端的工作频率和无线接收端的负载阻抗，若需要调整，则采用模拟退火算法求解最优无线发射端的工作频率和最优无线接收端的负载阻抗，调整无线发射端的工作频率和无线接收端的负载阻抗，使得水下高频多中继线圈磁耦合无线传能系统的能量传输效率最优。解决了现有的水下无线传能系统的充电效率和性能较差，难以满足高效传能的需求的技术问题。技术研发人员：袁耀,喇元,尹芳辉,赵一晖,沈思成受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29