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)有一個很大的弊端就是裝置接觸面會產(chǎn)生摩擦，一段時間后軌道就會磨損，如有軌電車的軌道，軌道交通就可能發(fā)生危險，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)，特別是在一些危險場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，不過到目前為止因為供電效率不高，未能被大規(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，因此在一段時間內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，尤其以國外的研究成果居多。例如，WAMPFLER公司的載人式電動火車已經(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)出一款可以實現(xiàn)無線快速充電的手機(jī)，獲得了業(yè)界的一致好評。然而我國在相關(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、多次滾動或滑動后容易引發(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，國內(nèi)的專家學(xué)者并沒有在這個領(lǐng)域取得明顯的成果，對于水下供電領(lǐng)域的研究更是少之又少。在我國，非接觸供電技術(shù)僅僅只用于通信方面，即便是我國已經(jīng)成功研發(fā)的水下機(jī)器人探測系統(tǒng)，也沒有將非接觸供電技術(shù)運(yùn)用于其中。面對海洋開發(fā)的大勢所趨，我國應(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，因此缺乏對于水下充電的深入研究。這也成為了制約我國非接觸供電技術(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，不論是國內(nèi)還是國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器在宇宙空間的探測相提并論的。它關(guān)乎一個國家的軍事實力，所以在長遠(yuǎn)時期內(nèi)會有良好的發(fā)展態(tài)勢。

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力。但電池的續(xù)航能力會制約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)計流程如下圖所示。

這個過程的重點(diǎn)就在于要提高電池的充電效率。同時在實際操作中要注意設(shè)計一個合適的結(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)測設(shè)備的需求會越來越大。無纜水下機(jī)器人的研發(fā)成功是一個良好的開端，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)用將會運(yùn)用于實際操作中。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)+的推動下獲得新的發(fā)展，同時它也會成為一個中介性質(zhì)的行業(yè)推動其他行業(yè)的發(fā)展。

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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：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）