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(shù)因其便捷、靈活、安全及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)得到了飛速發(fā)展，其應(yīng)用前景獲得了廣泛關(guān)注。感應(yīng)耦合電能傳輸（ICPT，Inductively Coupled Power Transfer）技術(shù)在WPT領(lǐng)域中發(fā)展最為成熟，但其無法透過金屬介質(zhì)進(jìn)行電能的無線傳輸，這就限制了WPT技術(shù)的應(yīng)用場合。
　　超聲無線電能傳輸（UPT，Ultrasonic Power Transfe

2、r）技術(shù)開始受到海內(nèi)外學(xué)者重視，因?yàn)槠淇纱┩附饘俳橘|(zhì)的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在航天、軍工以及航海領(lǐng)域，給工作在密閉金屬環(huán)境內(nèi)的電子設(shè)備進(jìn)行供電，如坦克、核裝置、裝甲車以及潛艇內(nèi)部的電子儀器等。目前國內(nèi)對UPT系統(tǒng)的研究非常少，其能量傳輸機(jī)理復(fù)雜，難以對系統(tǒng)進(jìn)行建模，多以實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證UPT技術(shù)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(jī)理進(jìn)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(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(diǎn)，主要包括以下內(nèi)容：
　?、賹PT系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，集中研究了超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，以及超聲換能器實(shí)現(xiàn)聲能和電能間轉(zhuǎn)換的工作原理，并通過壓電效應(yīng)及機(jī)電類比規(guī)律，建立了超聲換能器的機(jī)電等效模型。
　?、诜治隽薝PT系統(tǒng)的工作機(jī)理，建立了系統(tǒng)整體電路模型，把系統(tǒng)非電

4、路部分轉(zhuǎn)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(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)，獲得了UPT系統(tǒng)最大功率傳輸條件。
　?、坩槍PT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(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法，并對參數(shù)的選取進(jìn)行了推導(dǎo)，分析了每種補(bǔ)償方式適用范圍，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功率提升、濾波、調(diào)諧等功能。
　?、艽罱藢?shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)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(fù)載對輸出功率的影響。通過搭建諧振補(bǔ)