CN109094391A - 一种适用于无人艇的无线充电方法及装置 - Google Patents

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    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种适用于无人艇的无线充电方法及装置。使用本发明能够实现对无人艇的远距离充电，且设备尺寸小、电磁干扰弱、方向性好、能量密度高、保密性强、安全性高。本发明采用激光方式对无人艇进行无线充电，并对激光器和光电池进行设计，利用光电池平行返回的光子激发激光器产生更多光子，使得激光器发出的激光发射强度能够随无人艇在波浪中的波动自动调整，无需不断调整发射端和接收端的对准度，不会因对准问题造成能量浪费、其他设备的损坏，安全性高，且设备尺寸小、电磁干扰弱、方向性好、能量密度高、保密性强、易于实现，适合于无人艇使用。

Description

一种适用于无人艇的无线充电方法及装置
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种适用于无人艇的无线充电方法及装置。
背景技术
无人艇一般通过自身携带的能源提供电力，比如发电机组或蓄电池组，自身携带能源过多，会挤占任务载荷的总体资源，任务执行能力弱，自身携带能源过少，会造成续航能力不足，需频繁返回母舰补充能源。
目前常见的无线充电方式主要有电磁感应方式、磁共振耦合方式、微波方式和激光方式四种，其中，电磁感应方式和磁共振耦合方式适用于近距离的无线充电；微波方式和激光方式适用于远距离的无线充电。其中，微波方式设备尺寸大、电磁干扰强，不适宜应用于无人艇；激光方式设备尺寸小、电磁干扰弱、方向性好、能量密度高、保密性强，适宜于无人艇的应用。
然而，一般的激光无线充电是静止式的，即发射端和接收端相对位置不变，对准后将电能转换为激光，由发射端发射，照射到接收端后再转换为电能。这种模式对于海上不断随波波动的无人艇是不适用的，激光对准容易出现偏差，造成能量浪费，严重的甚至会因激光的高能量而损坏其他设备。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于无人艇的无线充电方法及装置，能够实现对无人艇的远距离无线充电，且无需时时调节发射端和接收端的对准问题，且传输的激光强度随无人艇的波动自动变化，避免激光的能源浪费以及对无人艇其他设备的损伤。
本发明的适用于无人艇的无线充电装置，包括激光器和光电池，其中，所述激光器的出光端镀有透射率大于或等于99％的半透膜；所述光电池表面镀有半透膜，所述光电池上半透膜的反射率大于激光器出光端半透膜的反射率；所述光电池排布成角锥棱镜阵列。
进一步的，发射端还包括准直透镜，所述激光器发出的激光经准直透镜准直和扩束后照射到光电池上。
进一步的，所述角锥棱镜阵列面为弧状。
进一步的，所述激光器为半导体激光器。
进一步的，所述光电池为砷化镓光电池。
本发明还提供了一种适用于无人艇的无线充电方法，采用上述无线充电装置对无人艇进行充电。
有益效果：
本发明通过对激光器和光电池的设计，利用光电池平行返回的光子激发激光器的光子产生效率，使得激光器发出的激光发射强度能够随无人艇在波浪中的波动自动调整激，无需不断调整发射端和接收端的对准度，不会因对准问题造成能量浪费、其他设备的损坏，安全性高，且设备尺寸小、电磁干扰弱、方向性好、能量密度高、保密性强、易于实现，适合于无人艇使用。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种适用于无人艇的无线充电方法及装置，采用激光方式对无人艇进行无线充电，并对激光器和光电池进行设计，使得激光器发出的激光发射强度能够随无人艇在波浪中的波动自动调整激，无需不断调整发射端和接收端的对准度，不会因对准问题造成能量浪费、其他设备的损坏，安全性高，且易于实现，适合于无人艇使用。
如图1所示，无人艇无线充电装置包括安装于母舰的激光发射装置和安装于无人艇的激光接收装置。其中，激光发射装置包括整流电源、激光器，激光接收装置包括接收光电池和能量存储单元。
其中，整流电源用于将母舰的电制变换为激光器需要的电制，为激光发射提供能量。在本实施例中，整流电源由AC/DC转换器组成，将交流电源逆变为直流电源供激光器使用。
激光器将电能转换为激光，并出射激光。
其中，激光器的出光端镀有半透膜，用于将光子反射回来，形成激光谐振腔；本发明半透膜的透射率较高，要求大于或等于99％，仅能将少量光子反射回来，发射能量较弱的激光。
激光器的类型不限，优选半导体激光器，特别是由多个半导体bar组成大功率激光器。
其中，激光发射装置还可以包括准直透镜，用于提升激光质量，减小发散角，提供准直度，实现激光器发射激光的准直和扩束。准直透镜一般包括一组同轴的凹透镜和凸透镜。
所述光电池用于接收激光，并将接收到的激光转化为电能，存储在能量存储单元中。
所述光电池的接收表面镀有半透膜，光电池上半透膜的反射率大于激光器出光端半透膜的反射率，可将一部分光子反射回激光器中，降低激光器阈值，使得激光器发出更多的光子，提高激光产生效率，提高传输能量。其中，将小尺寸的光电池排布成角锥棱镜阵列，实现激光的平直返回；其中，还可以使角锥棱镜阵列面为弧形，从而形成猫眼效应，进一步实现激光的平直返回。平直返回的光子能够激发激光器发射出更多的同轴的光子，提高激光能量及转换效率。本发明中光电池的类型不限，优选砷化镓光电池。
能量存储单元用于储存激光接收组件转换的电能，以供无人艇使用。本实施例能量存储单元由DC/DC装置、充电装置和蓄电池组组成，DC/DC装置将光电池转换的直流电变换为可为蓄电池充电的电压，再由充电装置将电能存储在蓄电池组中。
采用上述充电装置进行充电时，首先将发射端和接收端进行初始对准，初始对准后即可开启激光器开始对无人艇进行充电，在能量传输过程中，由激光器发射激光，照射到接收端的光电池上，由于光电池上镀有半透膜且光电池排布成角锥棱镜阵列，照射的激光一部分透射到光电池上转化为电能，一部分可平行返回，反馈进入激光器，降低激光器的阈值，激发更多的同轴的光子，提高激光发射强度，实现高能量的传输。当无人艇随波浪波动时，发射端和接收端未能对准，从接收端反馈的激光变弱，在发射端激发的光子数量自动减少，降低激光发射强度，保证能量无线传输的安全性，同时不造成能量的浪费。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于无人艇的无线充电装置，包括激光器和光电池，其特征在于，所述激光器的出光端和光电池表面均镀有半透膜；其中，激光器出光端半透膜的透射率大于或等于99％，光电池表面半透膜的反射率大于激光器出光端半透膜的反射率；所述光电池排布成角锥棱镜阵列。
2.如权利要求1所述的适用于无人艇的无线充电装置，其特征在于，还包括准直透镜，所述激光器发出的激光经准直透镜准直和扩束后照射到光电池上。
3.如权利要求1所述的适用于无人艇的无线充电装置，其特征在于，所述角锥棱镜阵列面为弧状。
4.如权利要求1所述的适用于无人艇的无线充电装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。
5.如权利要求1所述的适用于无人艇的无线充电装置，其特征在于，所述光电池为砷化镓光电池。
6.一种适用于无人艇的无线充电方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任意一项所述的无线充电装置对无人艇进行充电。
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