[发明专利]用于水下移动设备充电的单电容WPT系统及参数设计方法

权利要求书

1.一种用于水下移动设备充电的单电容WPT系统，包括电能发射端和电能接收端，其特征在于，所述电能发射端包括供电基站设备和电能发射球，所述供电基站设备中配置有电能发射电路，所述电能发射电路包括供电电源、高频逆变器和原边谐振网络，所述电能发射球通过导电线缆连接在所述原边谐振网络中，在所述电能发射球的外侧包覆有第一绝缘防护层；所述电能接收端设置在水下移动设备上，包括凸出设置在水下移动设备外表面的电能接收球和位于水下移动设备内部的电能接收电路，所述电能接收电路包括副边谐振网络、整流滤波电路和用电负载，在所述电能接收球的外侧包覆有第二绝缘防护层，所述电能发射球和所述电能接收球之间构成单电容耦合结构实现电能无线传输。

2.根据权利要求1所述的用于水下移动设备充电的单电容WPT系统，其特征在于：所述高频逆变器采用全桥型逆变器结构，所述整流滤波电路包括全桥整流器和滤波电容。

3.根据权利要求1所述的用于水下移动设备充电的单电容WPT系统，其特征在于：所述原边谐振网络包括相互串联的谐振电感L₁和谐振电容C₁，所述电能发射球通过导电线缆连接在谐振电感L₁和谐振电容C₁的公共连接端上；所述副边谐振网络包括相互串联的谐振电感L₂和谐振电容C₂，所述电能接收球连接在谐振电感L₂和谐振电容C₂的公共连接端上。

4.根据权利要求3所述的用于水下移动设备充电的单电容WPT系统，其特征在于：所述电能发射球和所述电能接收球的结构、尺寸均相同。

5.如权利要求4所述的用于水下移动设备充电的单电容WPT系统的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据水下移动设备应用需求确定目标输出功率和负载R_L；

S2：根据传输距离需求以及S1确定的目标输出功率确定电能发射球和电能接收球的尺寸和材质；包括第一绝缘防护层和第二绝缘防护层的厚度d_s和相对介电常数ε_s；电能发射球和电能接收球的半径R，传输距离范围d_w以及传输介质的相对介电常数ε_w；并按照预估耦合电容值，ε₀为真空中的介电常数；

S3：根据经验确定系统角频率；根据步骤S2预估的耦合电容值和系统角频率以及经验选定谐振电感L₂电感值，并按照ω²L₂C₂＝1确定谐振电容C₂的电容值，其中ω为系统角频率；

S4：设置谐振电容C₁的电容值等于谐振电容C₂的电容值，初步设置谐振电感L₁的电感值等于谐振电感L₂的电感值，并构建水下环境中具有二端口特征的实验装置；

S5：采用LCR电桥测量实验装置的输入阻抗，通过调节谐振电感L₁的大小，观察LCR电桥上显示的阻抗值，当电路呈阻性时，确定谐振电感L₁的电感值；

S6：通过调节供电电源的输入电压使系统输出功率满足目标；

S7：给出最终的系统参数。