一种基于超声波的穿透金属板无线电能传输装置

摘要

本发明提供了一种基于超声波的穿透金属板无线电能传输装置，属于无线电能传输技术领域。其包括发射系统、能量传输装置和接收系统。能量传输装置包括发射换能器、接收换能器、金属板和内螺纹圆柱。其中，发射换能器采用夹心式纵振压电换能器结构，包括压电陶瓷片、电极片、带外螺纹的前盖板、后盖板和预应力螺栓。采用了基于超声波的无线电能传输技术，有效解决了感应耦合技术和电场耦合技术中难以避免的电磁干扰问题；填补了基于电磁原理的无线输电技术无法在密闭金属容器中应用的空缺；对发射换能器和接收换能器分别进行了阻抗匹配，减小了无功损耗，提高了系统的传输能力和传输效率；换能器与金属容器间采用螺纹连接，拆卸方便。

主权项

一种基于超声波的穿透金属板无线电能传输装置，其特征在于，该穿透金属板无线电能传输装置包括发射系统、能量传输装置和接收系统；所述发射系统包括超声波电源和发射端阻抗匹配网络；超声波电源由工频电源、整流电路、逆变电路以及PWM产生电路和驱动电路组成，它为发射换能器提供超声频段的电能；发射端阻抗匹配网络用于减小发射换能器工作过程中的容性特性带来的无功损耗并进行阻抗变换，使调整后的发射换能器输入阻抗与超声波电源内阻相匹配，实现最大能量传输，其网络构成由发射换能器参数与超声波电源内阻决定；所述能量传输装置包括发射换能器、接收换能器、金属板以及两个分别用于紧固发射换能器和接收换能器的内螺纹圆柱；发射换能器采用夹心式纵振压电换能器结构，包括压电陶瓷片、电极片、带外螺纹的前盖板、后盖板和预应力螺栓，它利用逆压电效应将超声波电源提供的电能转化为机械能，再以超声波的形式从发射换能器与金属介质的接触面传播出去；接收换能器的结构与发射换能器的结构完全一致，各项技术参数相同，以实现能量的强耦合；它利用压电效应将从接收换能器与金属介质接触面接收的机械能转化为电能，再通过接收换能器的正负电极输出到下一级电路；发射换能器和接收换能器通过内螺纹圆柱固定，两内螺纹圆柱间为金属板；带外螺纹的前盖板将发射换能器和接收换能器分别通过螺纹连接固定在金属板两端的内螺纹圆柱上；所述接收系统包括接收端阻抗匹配网络、整流稳压电路和负载；接收端阻抗匹配网络用于调整接收换能器的输出阻抗，使其与负载阻抗相匹配，其网络构成由接收换能器参数和负载阻抗决定；整流稳压电路将接收换能器输出的高频交流电压调整为稳定的直流电压并输出供负载使用。