超声波无线电能传输的声电通道设计

为了解决磁耦合方式无线电能传输技术在金属障碍环境下因涡流效应而效率低下问题,该文开展了金属障碍环境下超声无线电能传输技术研究。首先从声学的角度分析能量传输通道参数对声波透射系数的影响规律,并指导完成通道参数的配置。然后,采用同时共轭阻抗匹配技术完成通道输入端口与输出端口的阻抗匹配网络设计,并通过实验验证阻抗匹配网络的有效性。测试结果表明,该文所设计的超声波无线电能传输系统透11 mm厚304不锈钢障碍的理论最佳传输效率为68%,进行同时共轭阻抗匹配后通道的实际能量传输效率为56.25%,传输功率达51.53 W。该研究所达到的能量传输效率和传输功率均能满足绝大部分使用需求。该技术在军事、航天等领域具有较好的应用前景。

利用超声波方式实现无线电能传输的可行性的研究

近几年来,无线电能传输受到了国内外学者的广泛关注,但以超声波作为电能传输媒介的方式,却没有得到足够的重视。基于超声波的无线电能传输具有方向性强、能量易于集中以及传播距离足够远等优点,本文给出了基于超声波无线电能传输的电路模型;当以压电材料作为超声换能器时,通过对压电材料的机电等效,得到了超声波无线电能传输的等效电路图;并给出了适合于超声波无线电能传输的两类换能器,估算了超声波电能传输的效率。

超声波无线电能传输系统电气建模方法（英文）

基于等效电路的方法,提出一种适用于超声波无线电能传输系统的电气建模方法。首先采用基本压电方程对压电换能器进行建模,接着推导出系统层面的等效电路模型,并获得系统输出特性。实验结果对所提出的模型进行了验证,实验证明利用一对28 k Hz的压电换能器,该系统能通过5 mm厚的铝板向阻性负载传输2.6 W功率的电能。

纵振式超声波无线电能传输装置仿真与实验

利用ANSYS有限元仿真软件,分析了纵振式超声波无线电能传输装置模型的纵振模态及其共振频率。加工了实验样机,样机的能量发射端采用锥形结构以增强对于空气激振的输出效果。搭建了实验测试系统,对发射与接收端的距离、角度及激振频率等参数进行调节并采集了实验数据。实验结果表明,当增大接收与发射端距离时能量传输效果减弱,装置对心时能量传输具有最佳效果。在最佳传输频率29.88kHz下的能量传递效率可达24%。

海下超声耦合无线电能传输系统电学阻抗变换技术

压电换能器是常用的电声和声电能量转换器件。根据压电换能器在机电谐振状态下显容性的电学阻抗特征,分别研究发射端和接收端压电换能器的阻抗变换问题。在发射端,着眼于消除换能器的容性无功功率,以减轻发射电源的负担,同时能够根据需要提供发射超声波所需要的有功功率;在接收端,着眼于消除等效输出阻抗的容性虚部,并减小实部,以便当负载电阻变动时,能够获得相对稳定的输出电压。给出实现上述阻抗变换的LC网络结构和参数计算方法,并以天然海水为介质、以压电超声换能器为电声和声电转换器件,搭建水下无线电能传输实验装置,以检验阻抗变换效果。实验结果证明了所提阻抗变换技术的有效性。

海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比

通过原理分析,提出了海水中感应耦合无线电能传输(ICWPT)系统的电路模型,其中考虑了海水的涡流效应,建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比,基于单个超声换能器的电路模型,建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输(UCWPT)系统电路模型,分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置,以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置,搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较,并对传输功率进行了讨论。研究发现,ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时,UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。

水下无线电能传输技术及应用研究综述

为了解决海洋水下设备的能源供给问题,无线电能传输技术正成为新型的水下电能传输方式,它具有传统的电能补给方式不可比拟的技术优势,可有效提高水下设备的供电安全性、可靠性、便捷性和隐蔽性。本文在分析水下无线电能传输技术发展现状基础上,论述电磁感应式、磁耦合谐振式和超声波耦合式三种水下无线电能传输技术的实现原理和优缺点,总结分析当前水下无线电能传输领域的研究热点,最后针对技术发展趋势,阐述了水下无线电能传输亟需解决的技术问题。

用于旋转超声加工的超声波发生器频率跟踪策略

针对旋转超声加工中采用无线传输方式传递超声电能时,在超声波发生器频率跟踪电路设计中,反馈信号无法直接从超声振动单元侧直接采集的问题,基于变压器互感耦合原理,分析无线传输变压器初级与次级间电流、电压与电流相位信息的关系。建立利用无线传输变压器初级电流、电压与电流相位信息信号反映次级信号进行超声波发生器频率跟踪的信号采集方法,结合最大电流搜索和电压与电流相位信息锁相跟踪技术,提出了用于旋转超声加工的超声波发生器复合频率跟踪策略。对超声波发生器的信号采集与频率跟踪电路进行设计,并基于STC89C51单片机编制了频率跟踪程序,研制了用于旋转超声加工的超声波发生器,并对研制的超声波发生器在空载及加工中频率跟踪性能进行测试。结果表明:研制的超声波发生器信号在空载和旋转超声加工中频率跟踪性能稳定,可以满足实际旋转超声加工要求。

基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的原理及技术分析

磁耦合谐无线电能传输(wireless power transfer,WPT)是三种无线电能传输技术之一,其优点是传输距离远、传输效率高,不受环境因素的影响。该文对无线电能传输技术进行了总体的介绍以及磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本结构和工作原理,并在医疗器械、电动汽车无线充电等诸多领域显示出广阔的应用前景。

基于LC-L补偿的UPT系统设计

无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术近年来在电气工程领域得到了广泛的应用。基于超声波的无线电能传输(Ultrasonic Power Transfer,UPT)技术,主要是利用发射和接收换能器,把能量从发射端传送到接收端。超声波方向性强、能量集中,可以在空气、水、金属等各种介质中传播,因此,基于超声波的无线电能传输技术具有很好的应用前景。基于此,研究在UPT系统中通过加入LC-L补偿结构来实现系统调谐和阻抗匹配,通过仿真和实验,验证基于LC-L补偿的UPT系统可以实现更高的传输效率。