一种仿生鱼的多线圈无线充电系统

本发明属于无线充电，具体涉及一种仿生鱼的多线圈无线充电系统。

背景技术：

1、近年来，无线电能传输技术受到了全世界的广泛关注，它打破了传统有线电能传输的固有格局，摆脱了冗杂电线的束缚，使得供电电源和充电设备完全隔离，供电电路和充电电路实现独立封装，较好地解决了有线电能传输存在的电线裸露、易产生接触火花、可移动性差等问题，在某些极端环境和特殊条件下具有独特的优势，在电动汽车、工业生产、生物医疗、航空航天、海洋、高山海岛等多个领域具有广阔的应用前景。无线电能传输技术应用在海洋领域，能够提高水下设备的充电安全性、可靠性、灵活性和隐蔽性，增强水下设备的工作能力，其典型应用案例是水下自主航行器与海底基站或母船对接充电，以及海洋观测网络中的机电设备供电。

2、作为无线电能传输的一个重要领域，国外对水下无线电能传输技术的研究已经比较深入，取得了一系列研究成果，并成功在多型军民用产品中推广应用，但国内在此方面的研究还不完善，采用无线电能传输技术的水下产品并不多。水下无线电能传输技术解除了电路间的物理连接，可以从根本上解决有线传输在安全性、可靠性、灵活性和隐蔽性等方面的弊端，是破解水下设备能源问题的重要手段，具有光明的发展和应用前景。

3、公开号为cn107600373b的中国发明专利公开了一种微型仿生水下机器人自主导航返程充电方法及系统，具体为超声波发射模块向四周发射超声波，机器人身上两个超声波接收器接收。当两个超声波接收器同时接收到超声信号时，表示鱼体是朝着超声源游动；当两个超声波接收器接收到超声信号有一个时间差，微处理器控制机器人转向，直到能同时接收到超声信号为止；当机器人和充电基站的相对位置达到无线充电要求时，基站中的电磁铁通电，感应磁铁通电将鱼体固定进行补偿，并且防止水流影响充电效果。整个方法及充电装置简单实用，定位方便准确，解决的微型仿生水下机器人水下定位充电难的问题。

4、上述装置虽然能对机器人在水下进行无线充电，但是其需要在机器人到达设定位置后将其固定再进行充电，这种定位和固定过程复杂，充电效率低，且即使机器人固定后因为水流的影响，也可能会发生错位，或者固定时就未能完全按照设定位置完美固定机器人，造成位置上的偏差，上述的错位情况都会导致无线充电的效率降低，但上述充电系统并不能针对机器人的错位进行相应补偿尽量保持较高的充电效率。

5、因此，针对于仿生鱼类的续航问题所提出了一种新的水下充电方法，来解决仿生鱼类的巡航时间等问题，此方法能够在不影响仿生鱼类性能的情况下进行高错位性高效率的充电，极大的提高了其水下工作的时间，延长了电池的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种仿生鱼的多线圈无线充电系统，无需固定仿生鱼，操作简单高效，而且能根据仿生鱼的位置调节对应发射线圈的输出功率，使得仿生鱼不论处于什么位置，充电功率都不变。

2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种仿生鱼的多线圈无线充电系统，包括充电基站和仿生鱼，所述充电基站包括依次连接的发电机和发射线圈；所述仿生鱼包括依次连接的接收线圈、整流器、降压变换器和电池；所述仿生鱼的躯干处设有若干鱼鳍，所述充电基站为圆筒状，内部设有与仿生鱼相匹配的通道，所述通道侧壁设有与鱼鳍相匹配的通槽；所述鱼鳍上设有次级检测线圈或接收线圈，所述次级检测线圈和接收线圈在所有鱼鳍中至少各设置一个；所述通道侧壁设有与鱼鳍相匹配的通槽，所述通槽中设有与鱼鳍上次级检测线圈相匹配的初级检测线圈或者与鱼鳍上接收线圈相匹配的发射线圈；

4、所述发射线圈与接收线圈能耦合传递电能；所述初级检测线圈与次级检测线圈耦合用于检测仿生鱼进入通道内与设定位置的偏差值，所述充电基站还包括主控制器，所述主控制器与初级检测线圈电性连接，所述主控制器用于根据初级检测线圈检测的偏差值调整发射线圈的输出功率。

5、作为优选，所述仿生鱼躯干处的鱼鳍包括背鳍和若干腹鳍，所述通道侧壁设有与仿生鱼背鳍相匹配的第一通槽和与腹鳍相匹配的第二通槽；所述次级检测线圈设置在背鳍左右侧，所述接收线圈设置在腹鳍的上下侧；所述第一通槽左右侧壁设有若干与次级检测线圈相匹配的初级检测线圈；所述第二通槽上下侧壁设有若干发射线圈。

6、作为优选，所述充电基站的通道在入口处呈外扩的喇叭状。

7、作为优选，所述初级检测线圈和次级检测线圈采用长方形线圈；所述发射线圈和接收线圈采用三相线圈绕组；所述三相线圈绕组包括三个双极绕组，每个双极绕组包括两个半圆形线圈在相反的极性缠绕串联；三个双极绕组依次叠放在屏蔽板上；从下往上的三个双极绕组的半圆形线圈的直径边依次错开°。

8、作为优选，所述屏蔽板采用导电材料；上下层相邻的双极绕组的半圆形线圈的直角边和直角边之间的圆弧处设有与之贴合的铁氧体磁芯圈。

9、作为优选，所述仿生鱼进入通道内与设定位置的偏差值包括横向偏差和纵向偏差；所述横向偏差为仿生鱼在水平面上与水平面设定位置的偏差；所述纵向偏差为仿生鱼在竖直平面与竖直平面设定位置的偏差。

10、作为优选，所述主控制器根据纵向偏差决定第二通道上侧壁的发射线圈工作或者第二通道下侧壁的发射线圈工作；所述主控制器根据横向偏差确定第二通道上工作的发射线圈通过的电流值。

11、作为优选，所述主控制器根据下式确定第二通道上工作的发射线圈通过的电流

12、

13、其中，是发射线圈电流的实际值，ip,nom是发射线圈电流的标称值，mmax是发射线圈和接收线圈之间的最大互感；mltm是发射线圈和接收线圈的实际互感。

14、作为优选，所述第一通槽同一侧壁上相邻的初级检测线圈的中心距不小于初级线圈的长度，小于初级检测线圈与次级检测线圈长度之和。

15、作为优选，所述充电基站还包括依次连接在发电机和发射线圈之间的整流器、逆变器和补偿器。

16、本发明的有益效果是：

17、1、在第一通槽和第二通槽中分别设置若干初级检测线圈和发射线圈使得仿生鱼在充电基站通道内的任意位置时，都能被检测到其具体位置，并且有相应的发射线圈为其充电，而且充电基站的主控制器还能根据仿生鱼的位置偏差调整发射线圈的输出功率，使得与接收线圈耦合系数高的发射线圈输出功率高，与接收线圈耦合系数低的发射线圈输出功率低，这样通过多个发射线圈的相互配合既能使得仿生鱼在任一位置的总充电功率尽量接近未发生偏差时的充电功率，既能保证充电效率，又能避免能源不必要的浪费，节约能源；本系统无需仿生鱼进入设定位置后进行固定再进行充电，仿生鱼可以在充电基站通道内的任一位置进行充电，即便因为水流影响位置发生了偏移，主控制器也能根据仿生鱼新的位置偏差调整对应的发射线圈的输出功率，确保高效节能的无线充电正常进行，这大大简化了仿生鱼进行充电的操作流程，提高了充电效率。

18、2、充电基站通道的入口处呈外扩的喇叭状，能更好的引导仿生鱼进入充电基站的通道，简化仿生鱼进入充电基站的导航要求。

19、3、将接收线圈安装在腹鳍的上下两侧，避免了接收线圈安装在鱼腹部或者躯干其他部位线圈需要弯曲的情况，降低了对线圈材质柔韧性的要求，同时允许使用高匝数线圈，提高了无线充电效率。