【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水下充電，具體涉及一種水下航行器充電系統及充電方法。
技術介紹
1、自主式水下航行器作為一種重要的海上力量，是進行海洋地質地貌勘探、海洋環境觀測、海洋資源勘探等工作的重要工具，但受自主式水下航行器自身體積和負載能力限制，所搭載的電池容量有限，續航問題一直限制了自主式水下航行器的進一步發展。由于打撈回收充電需要人為參與，研究人員積極探索不需要打撈回收即可實現能源補給的方法。
2、目前，無線充電技術由于避免了水下濕插拔存在的漏電隱患且具備一定的傳輸效率的特點，廣泛應用于水下航行器的能源補給中，如中國專利申請cn202311226168.x、cn202311155076.7等。然而，無線充電系統需要在水下航行器端搭載較重的耦合器，這極大地影響了水下航行器的帶載能力、作業時間和作業靈活性。
3、為此，本專利技術提供了一種水下航行器充電裝置，不需要在航行器端搭載較重的耦合器，降低充電系統對于水下航行器作業能力的影響。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決現有水下航行器無線充電系統需在航行器端搭載較重的耦合器，影響水下航行器帶載能力、作業時間和作業靈活性的不足之處，而提供一種水下航行器充電系統及充電方法。
2、本專利技術的構思：
3、針對目前無線充電系統需要在水下航行器端搭載耦合器的問題，本專利技術考慮如何在不增加或者少增加水下航行器負載的情況下能夠解決其自身充電問題，為此，對水下航行器的結構進行了進一步地研究，發現水下航行器
4、為實現上述目的，本專利技術所提供的技術解決方案是：
5、一種水下航行器充電系統，其特殊之處在于：其通過驅動水下航行器永磁同步電機傳動軸反轉(此處的反轉指的是與水下航行器航行時永磁同步電機傳動軸旋轉方向相反的方向，即定義水下航行器航行時永磁同步電機傳動軸旋轉方向為正向)感生出感應電壓，水下航行器的電氣系統將感應電壓進行儲存變換后，存儲于水下航行器電池中，實現充電目的；所述水下航行器的電氣系統兼具控制永磁同步電機工作和控制水下航行器電池充電的功能；
6、常規水下航行器的推進系統只需要工作在推進模式下，即通過電池→控制器→推進器(永磁同步電機)，此時電氣系統只需要負責控制電機即可，然而，本專利技術中因推進系統需要兼具推進模式和充電模式，即電池→控制器→推進器和電池←控制器←推進器，此時的電氣系統則需要同時具備控制永磁同步電機和控制電池充電兩個功能。因此，本專利技術在設計充電系統的同時，還需要對常規水下航行器中的電氣系統進行改造，使其具備控制電池充電功能，且能在控制電機和控制電池充電兩個功能之間按需切換，同時具備監測電池電流、電壓的能力，通過電流、電壓信息即可判斷電池是否充滿。這一部分改造對于本領域技術人員而言，比較容易實現，將控制器優化為電池充電與推進電機控制器即可；
7、所述充電系統包括設置在水下的充電裝置，以及設置在水下航行器永磁同步電機傳動軸與螺旋槳之間的單向離合器；
8、所述充電裝置包括基座平臺、移動平臺、電機、充電桿、固定電磁鐵、通信單元以及控制單元；
9、所述基座平臺上設置有水密接插件，通過水密電纜外接供電源；
10、所述電機通過移動平臺安裝在基座平臺上，其輸出軸同軸連接充電桿的一端；
11、所述充電桿的另一端的端面結構與水下航行器永磁同步電機傳動軸的端面結構相適配；
12、所述固定電磁鐵設置在基座平臺中，在基座平臺上表面形成航行器固定區域；
13、所述通信單元設置在基座平臺中，與水下航行器和控制單元通訊，判斷水下航行器是否到達航行器固定區域；
14、所述控制單元設置在基座平臺中，用于控制固定電磁鐵通斷、電機啟停以及移動平臺在基座平臺上的位置(即移動平臺相對于基座平臺的位置，從而將安裝在可移動平臺上的電機輸出軸、充電桿和水下航行器永磁同步電機傳動軸對準并連接)；
15、充電時，電機輸出軸、充電桿以及水下航行器永磁同步電機傳動軸，三者同軸；因單向離合器的引入，水下航行器永磁同步電機傳動軸反轉時，螺旋槳會自動脫離傳動軸，故螺旋槳不會跟隨傳動軸反轉，如此，也不會帶動周圍產生水流，不產生任何動力傳送的功能，避免不必要的損耗。
16、進一步地，所述基座平臺上，水下航行器永磁同步電機傳動軸與充電桿對接區域為半封閉結構，在水下航行器與充電裝置對接后，所述螺旋槳位于該半封閉結構內；如此可以避免傳動軸反轉充電時在開放水域環境內旋轉帶來的更大的粘滯阻力，一定程度上提高系統充電效率。一般情況下充電效率＝輸出充電功率/輸入總功率，其中，輸入總功率＝輸出充電功率+損耗功率，由于前述設計避免了傳動軸反轉充電時在開放水域環境內旋轉帶來的更大的粘滯阻力，減小了該部分帶來的損耗，因此，可以提升系統的充電效率。
17、進一步地，所述充電桿的一端通過平鍵與電機輸出軸適配連接，另一端通過花鍵與水下航行器永磁同步電機傳動軸適配連接。
18、同時，本專利技術還提供了利用上述水下航行器充電系統對水下航行器進行充電的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：
19、s1.水下航行器在檢測到電量不足時，與充電裝置通過通信單元進行通訊，確定充電裝置的位置并逐漸靠近充電裝置；
20、s2.充電裝置檢測到水下航行器到達航行器固定區域，控制單元開通固定電磁鐵，將水下航行器固定在充電裝置的基座平臺上；
21、通過通信單元與水下航行器進行通訊，確定水下航行器是否航行到可以進行充電能源補給的區域，為控制單元提供是否開啟固定電磁鐵的判斷條件；當通信單元通過與水下航行器通訊，獲取當前位置是可以進行充電能源補給的位置后，控制單元收到指令，控制固定電磁鐵吸附住水下航行器，為下一步充電做好準備；
22、s3.充電裝置控制單元控制移動平臺移動，確保充電桿與水下航行器永磁同步電機傳動軸適配連接；
23、s4.充電裝置控制單元啟動電機，電機帶動水下航行器永磁同步電機傳動軸反向旋轉，帶動永磁同步電機轉子切割定子產生磁場，從而在定子上感生出感應電壓；
24、s5.水下航行器內部電氣系統將s4產生的感應電壓進行儲存變換后，存儲于水下航行器電池中，完成充電。
25、進一步地，所述充電桿與水下航行器永磁同步電機傳動軸之間通過花鍵適配連接。
26、本專利技術的工作原理：
27、水下航行器在檢測到電量不足時，與充電裝置進行通訊，確定充電裝置位置并逐漸靠近充電裝置；當充電裝置檢測到水下航行器到本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種水下航行器充電系統，其特征在于：其通過驅動水下航行器永磁同步電機(2)傳動軸(3)反轉感生出感應電壓，水下航行器的電氣系統將感應電壓進行儲存變換后，存儲于水下航行器電池(15)中，實現充電目的；所述水下航行器的電氣系統兼具控制永磁同步電機(2)工作和控制水下航行器電池(15)充電的功能；
2.根據權利要求1所述水下航行器充電系統，其特征在于：
3.根據權利要求1或2所述水下航行器充電系統，其特征在于：
4.利用權利要求1所述水下航行器充電系統對水下航行器進行充電的方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述水下航行器充電系統對水下航行器進行充電的方法，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種水下航行器充電系統，其特征在于：其通過驅動水下航行器永磁同步電機(2)傳動軸(3)反轉感生出感應電壓，水下航行器的電氣系統將感應電壓進行儲存變換后，存儲于水下航行器電池(15)中，實現充電目的；所述水下航行器的電氣系統兼具控制永磁同步電機(2)工作和控制水下航行器電池(15)充電的功能；
2.根據權...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田文龍，馬亞宇，程博，龐圣釗，毛昭勇，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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