超聲無線電能傳輸系統(tǒng)功率傳輸特性及功率提升方法研究.pdf

1、無線電能傳輸（WPT，Wireless Power Transfer）技術因其便捷、靈活、安全及環(huán)境友好等優(yōu)點得到了飛速發(fā)展，其應用前景獲得了廣泛關注。感應耦合電能傳輸（ICPT，Inductively Coupled Power Transfer）技術在WPT領域中發(fā)展最為成熟，但其無法透過金屬介質進行電能的無線傳輸，這就限制了WPT技術的應用場合。
　　超聲無線電能傳輸（UPT，Ultrasonic Power Transfe

2、r）技術開始受到海內外學者重視，因為其可穿透金屬介質的特點，主要應用在航天、軍工以及航海領域，給工作在密閉金屬環(huán)境內的電子設備進行供電，如坦克、核裝置、裝甲車以及潛艇內部的電子儀器等。目前國內對UPT系統(tǒng)的研究非常少，其能量傳輸機理復雜，難以對系統(tǒng)進行建模，多以實驗方式驗證UPT技術的可行性，且集中在微小功率的電能傳輸。因此，本文針對UPT系統(tǒng)工作機理進行研究，主要集中在系統(tǒng)功率傳輸特性及功率提升方法的探索。本文建立了UPT系統(tǒng)模型，可

3、以較好地模擬系統(tǒng)輸出特性，同時提出系統(tǒng)諧振網絡補償方法，可提高系統(tǒng)傳輸功率且消除系統(tǒng)無功功率。
　　本文以UPT系統(tǒng)功率傳輸為研究重點，主要包括以下內容：
　?、賹PT系統(tǒng)整體結構及工作原理進行了詳細分析，集中研究了超聲波在介質中的傳播特性，以及超聲換能器實現(xiàn)聲能和電能間轉換的工作原理，并通過壓電效應及機電類比規(guī)律，建立了超聲換能器的機電等效模型。
　?、诜治隽薝PT系統(tǒng)的工作機理，建立了系統(tǒng)整體電路模型，把系統(tǒng)非電

4、路部分轉換為電路模型，并對系統(tǒng)發(fā)射端、傳播過程和接收端模型進行了詳細的理論推導，獲得了UPT系統(tǒng)最大功率傳輸條件。
　　③針對UPT系統(tǒng)傳輸功率不足且存在無功功率的問題，提出了系統(tǒng)發(fā)射端及接收端諧振網絡補償方法，并對參數(shù)的選取進行了推導，分析了每種補償方式適用范圍，實現(xiàn)了系統(tǒng)功率提升、濾波、調諧等功能。
　?、艽罱藢嶒炂脚_驗證UPT系統(tǒng)模型及最大功率傳輸條件的正確性，分析了系統(tǒng)工作頻率及負載對輸出功率的影響。通過搭建諧振補