基于超聲波的隔金屬介質(zhì)無線電能傳輸技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，電氣設(shè)備日益普及。但在金屬密閉容器以及其他氣密設(shè)備內(nèi)部，使用導(dǎo)線直接為電氣設(shè)備供電會(huì)破壞金屬容器的密閉性和完整性，無線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer，WPT)是解決該問題的有效方法。近年來，基于超聲波的無線電能傳輸技術(shù)(Ultrasonic Wireless Power Transfer，USWPT)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)開始得到國(guó)內(nèi)外科技工作者的重視，尤其是可穿透金屬介質(zhì)的特點(diǎn)，使得人

2、們可以采用“無線電能傳輸”技術(shù)為密閉金屬容器內(nèi)的電氣設(shè)備（例如傳感器）提供電力。
　　本文主要對(duì)基于超聲波的隔金屬介質(zhì)無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行了探索性研究。具體工作如下:
　　闡述了USWPT技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)基于壓電超聲換能器的隔金屬介質(zhì)USWPT系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了理論分析。根據(jù)電-力類比原理，建立了壓電換能器的機(jī)電等效模型，分析了換能器的阻抗特性，進(jìn)一步建立了發(fā)射端和接收端在諧振頻率附近的電路模型。
　　

3、設(shè)計(jì)了隔金屬介質(zhì)USWPT系統(tǒng)專用的超聲發(fā)射換能器和接收換能器，主要包括對(duì)換能器結(jié)構(gòu)分析、材料選擇和尺寸計(jì)算。對(duì)制作的換能器樣品進(jìn)行了測(cè)試，得到了各項(xiàng)電學(xué)等效參數(shù)。
　　為研究隔金屬介質(zhì)USWPT系統(tǒng)的功率傳輸能力，設(shè)計(jì)了頻率和電壓可調(diào)的超聲電源，主要包括全橋逆變電路、PWM控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。分析了移相ZVS-PWM控制方式下電源主電路的工作特點(diǎn)。
　　對(duì)USWPT系統(tǒng)的阻抗匹配進(jìn)行了研究，為減小換能器工作時(shí)的無功損耗，提