非接觸供電技術(shù)及其水下應(yīng)用探討

張璇 張真雪 張楠

摘 要：非接觸供電技術(shù)（Contactless Power Supply，簡(jiǎn)稱CPS），是不同于接觸式供電技術(shù)。目前利用接觸式供電技術(shù)的主要有有軌電車、輕軌等移動(dòng)性的交通工具。隨著人們生活水平的提高，一般的接觸式供電技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足日常的生活需求，在這種情況下，非接觸性供電技術(shù)就出現(xiàn)了。目前，非接觸性供電技術(shù)已經(jīng)成為了相關(guān)研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：非接觸供電；水下應(yīng)用；水下機(jī)器人

非接觸供電技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到了生活中來，它源于科技的發(fā)展，在人們正常的需求下催生出來的。目前，海洋的發(fā)展引起了人們的重視。水下非接觸供電技術(shù)為探索海洋的奧秘提供了技術(shù)支持，它也逐漸成為水下探測(cè)的重要基礎(chǔ)。

1 非接觸供電技術(shù)的概況

1.1 非接觸供電初探

一般而言，非接觸供電技術(shù)也可以叫作感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)。它主要是運(yùn)用電磁感應(yīng)的相關(guān)原理，同時(shí)運(yùn)用電子能量轉(zhuǎn)換技術(shù)以及控制理論，從而使供電與運(yùn)輸同時(shí)進(jìn)行，在沒有任何接觸的情況下成為可能。非接觸供電技術(shù)的特色就在于它的“非接觸”，傳統(tǒng)的接觸供電技術(shù)有一個(gè)很大的弊端就是裝置接觸面會(huì)產(chǎn)生摩擦，一段時(shí)間后軌道就會(huì)磨損，如有軌電車的軌道，軌道交通就可能發(fā)生危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響人們的日常生活。

1.2 非接觸供電技術(shù)的特征

與以往的接觸供電相比，非接觸供電具有操作更安全、靈活性強(qiáng)、無污染而且具有便攜型好的特點(diǎn)，特別是在一些危險(xiǎn)場(chǎng)所可以避免由于摩擦而引發(fā)的爆炸及火災(zāi)。

1.3 非接觸供電技術(shù)的發(fā)展

非接觸供電技術(shù)雖然大有前景，不過到目前為止因?yàn)楣╇娦什桓撸茨鼙淮笠?guī)模地推廣與運(yùn)用。但是隨著科技的進(jìn)步以及工業(yè)化的發(fā)展，以前的傳輸方式因其安全性以及節(jié)能性差已經(jīng)無法滿足工業(yè)活動(dòng)的需求，而非接觸供電技術(shù)與之相比則更安全便捷，因此在一段時(shí)間內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，尤其以國(guó)外的研究成果居多。例如，WAMPFLER公司的載人式電動(dòng)火車已經(jīng)獲得初步成功，成為目前比較成功的非接觸供電技術(shù)的代表。另外，日本對(duì)于便攜式設(shè)備的研究，如早在11年前就有一家日本公司研發(fā)出一款可以實(shí)現(xiàn)無線快速充電的手機(jī)，獲得了業(yè)界的一致好評(píng)。然而我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果卻比較少，主要成果都是一些理論性的研究，缺乏實(shí)質(zhì)性的成果。

2 水下非接觸供電的必要性

非接觸性供電技術(shù)的興起克服了傳統(tǒng)供電靈活性差、多次滾動(dòng)或滑動(dòng)后容易引發(fā)安全問題的弊端，所以水下環(huán)境是這種設(shè)備使用的絕佳地帶。雖然非接觸供電技術(shù)成為當(dāng)下的熱點(diǎn)，但由于技術(shù)掌握不足、起步晚等原因，國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者并沒有在這個(gè)領(lǐng)域取得明顯的成果，對(duì)于水下供電領(lǐng)域的研究更是少之又少。在我國(guó)，非接觸供電技術(shù)僅僅只用于通信方面，即便是我國(guó)已經(jīng)成功研發(fā)的水下機(jī)器人探測(cè)系統(tǒng)，也沒有將非接觸供電技術(shù)運(yùn)用于其中。面對(duì)海洋開發(fā)的大勢(shì)所趨，我國(guó)應(yīng)該逐步把研究方向轉(zhuǎn)向非接觸供電領(lǐng)域。據(jù)了解，我國(guó)現(xiàn)在的水下研究重點(diǎn)是要提高電池的能量密度，因此缺乏對(duì)于水下充電的深入研究。這也成為了制約我國(guó)非接觸供電技術(shù)發(fā)展的瓶頸，相關(guān)人員應(yīng)該嘗試向這一領(lǐng)域做進(jìn)一步的研究。

3 非接觸供電在水下的應(yīng)用

非接觸供電在水下的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，目前，不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都將非接觸供電在水下的應(yīng)用研究集中在自治水下機(jī)器人（AUV）這一領(lǐng)域。原因在于水下機(jī)器人這種技術(shù)是可以和宇宙飛船以及各種航天探測(cè)器在宇宙空間的探測(cè)相提并論的。它關(guān)乎一個(gè)國(guó)家的軍事實(shí)力，所以在長(zhǎng)遠(yuǎn)時(shí)期內(nèi)會(huì)有良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

3.1 水下機(jī)器人的工作方式

水下機(jī)器人也可以叫作無人潛水器。無纜水下機(jī)器人是目前研究的重點(diǎn)，它主要采用蓄電池所轉(zhuǎn)化出的化學(xué)動(dòng)力來支撐運(yùn)作，隨著相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，蓄電池已經(jīng)不能滿足大型無纜水下機(jī)器人的工作，所以又出現(xiàn)了充電性鋰電池或者是低成本的混合型動(dòng)力。但電池的續(xù)航能力會(huì)制約AUV的正常作業(yè)，頻繁更換電池成為非接觸供電技術(shù)在水下應(yīng)用的難點(diǎn)所在。

3.2 AUV的新型供電方式分析

鑒于落后的供電方式，必須采用新型供電方式才是解決無纜水下機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)難題的關(guān)鍵，減少充電次數(shù)是重中之重。所以，能夠做到減少充電次數(shù)，同時(shí)又能保證正常的工作感應(yīng)式的傳輸方式無疑是最好的選擇。這種感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)流程如下圖所示。

這個(gè)過程的重點(diǎn)就在于要提高電池的充電效率。同時(shí)在實(shí)際操作中要注意設(shè)計(jì)一個(gè)合適的結(jié)構(gòu)，而且還應(yīng)該注重相關(guān)材料的選擇。除此之外，要做好突發(fā)事件的準(zhǔn)備，這就需要對(duì)水下環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。

4 非接觸供電技術(shù)在水下應(yīng)用的前景

隨著全球海洋開發(fā)步伐的加快，各種水下考察、監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求會(huì)越來越大。無纜水下機(jī)器人的研發(fā)成功是一個(gè)良好的開端，將為更深層次的水下應(yīng)用設(shè)備的開發(fā)提供技術(shù)依據(jù)。

隨著非接觸供電技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的非供電應(yīng)用將會(huì)運(yùn)用于實(shí)際操作中。目前，非接觸供電技術(shù)已在很多方面獲得成功，尤其是在水下應(yīng)用中成果顯著。筆者認(rèn)為，非接觸供電技術(shù)將在生產(chǎn)、化工以及日趨重要的交通領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，任何行業(yè)和技術(shù)都可以在互聯(lián)網(wǎng)+的推動(dòng)下獲得新的發(fā)展，同時(shí)它也會(huì)成為一個(gè)中介性質(zhì)的行業(yè)推動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3]徐凱.應(yīng)用于AGV的非接觸供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2014.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）