专利汇可以提供一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开的一种基于 超 声波 的远距离高功率 水 下无线充电系统,属于远距离、高功率水下无线充电领域。本发明包括电源、前端发射系统、 超声波 、后端接收系统、 电能 储存装置。电源为交流电源或者直流电源,用于为整套系统提供高功率电能。前端发射系统将电能转换成在水中远距离低损耗传播的超声波 能量 。后端接收系统接收超声波能量并将其转换成适用于充电的电 信号 ,为所述的储能装置充电。本发明在深水中的水下机电设备或水下航行体不需要返航的 基础 上,为深水中的水下机电设备或航行体的电储能装置实现基于超声波远距离、高功率无线充电,以进一步延长水下机电设备在深海中的工作时长,扩大水下航行体的深海巡航距离与范围。,下面是一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统专利的具体信息内容。
1.一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:包括电源(1)、前端发射系统(2)、超声波(3)、后端接收系统(4)、电能储存装置(5);所述电源(1)为交流电源或者直流电源,用于为整套系统提供高功率电能;所述的前端发射系统(2)将电能转换成在水中远距离低损耗传播的超声波(3)能量;所述的后端接收系统(4)接收所述的超声波(3)能量并将其转换成适用于充电的电信号,为所述的储能装置(5)充电;
所述前端发射系统(2)主要由信号发生器(2.1)、功率放大器(2.2)、发射端水声换能器(2.3)构成;在上述的外部电源(1)的供电下,信号发生器(2.1)生成具有预定频率的电信号,由功率放大器(2.2)将电信号放大,再传递至发射端水声换能器(2.3),放大的电信号转换为超声波形式的超声能量,并以水为传播媒介向上述的后端接收系统(4)传播;
所述后端接收系统(4)主要由接收端水声换能器(4.1)、变压器(4.2)、整流器(4.3)构成;接收端水声换能器(4.1)接收超声波形式的超声能量,并转换交流电信号形式的电能,再经过所述的变压器(4.2)、整流器(4.3)处理为达到充电指标的直流电信号,所述的储能装置(5)接收所述的直流电信号以进行充电;
为了降低无线充电传输过程的能量耗散,实现远距离、高功率无线充电,所述的发射端水声换能器(2.3)为单指向性好的压电型超声换能器,输出能量集中的窄波束超声波(3),所述的超声波(3)窄波束范围为-3dB开角0.1°~10°。
2.如权利要求1所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了使输出的超声波(3)方向性优异,携带高能量,从而实现水下无线充电系统远距离、高功率传输能量,所述的信号发生器(2.1)输出高频交流电信号,频率为50kHz~1000kHz,从而驱动所述的发射端水声换能器(2.3)在50kHz~1000kHz高频范围内工作,且电压发送响应为160dB以上。
3.如权利要求2所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了实现水下无线充电系统高功率传输能量,所述的发射端水声换能器(2.3)选用具有高发射声功率的换能器,高发射声功率为50W及以上;
为了提高能量转换效率,实现水下无线充电系统高功率传输能量,所述的发射端水声换能器(2.3)具有高电声效率,高电声效率为20%以上;
为了有效应对深海高静水压极端环境,保证深海环境中的能量传输,所述的后端接收系统(4)选用具有耐高静水压、耐腐蚀、耐高盐的结构装置。
4.如权利要求3所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了提高能量传输效率,减少能量的发散损耗,实现水下无线充电系统远距离、高功率传输能量,所述的发射端水声换能器(2.3)以阵列布置的多个换能器,产生聚焦的超声能量波束。
5.如权利要求4所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了经由相控阵产生聚焦的超声能量波束,发射端水声换能器(2.3)选定时延迟换能器或参数阵列换能器或碗形换能器阵列。
6.如权利要求5所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了增加能量接收面积以接收更多的超声能量,实现水下无线充电系统高功率传输能量,所述的接收端水声换能器(4.1)阵列式排布,接收更多的超声能量。
7.如权利要求6所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了增加能量接收面积以接收更多的超声能量,并在非充电状态下保持与水下航行体或机电设备相当的空间体积,所述的接收端水声换能器(4.1)与空间展开结构组装,接收更多的超声能量,提高充电效率,实现远距离、高功率无线充电。
8.如权利要求7所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:为了提高能量转换效率和传输效率,实现水下无线充电系统高功率传输能量,所述的接收端水声换能器(4.1)为压电型超声换能器,在与所述的发射端水声换能器(2.3)工作频率相同的频率下具有较高的声压灵敏度和高的电声效率,高的电声效率为20%以上。
9.如权利要求8所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:所述的变压器(4.2)、整流器(4.3)根据实际情况进行工作调整以及增加额外的电路器件;当接收端水声换能器(4.1)输出电压低于储能装置(5)充电电压标准,变压器(4.2)对电信号进行升压处理;当接收端水声换能器(4.1)输出电压高于储能装置(5)充电电压标准,变压器(4.2)对电信号进行降低压处理。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的一种基于超声波的远距离高功率水下无线充电系统,其特征在于:工作方法为,将前端发射系统(2)通过电线与外部供电装置电源(1)连接,操作设置信号发生器(2.1)以产生预定频率50kHz-1000kHz的电信号,该预定频率为后续发射端水声换能器(2.3)的工作频率;预定频率50kHz-1000kHz的电信号传递至功率放大器(2.2),经过功率放大器(2.2)后电信号进一步放大成为高功率电信号,从而驱动具有
50W及以上高发射声功率的发射端水声换能器(2.3)高功率地工作;阵列排布的发射端水声换能器(2.3)将高功率电信号转化为聚焦的超声波(3)波束以携带高功率超声能量,同时所述的超声波波束为3dB开角0.1°~10°的窄波束,从而保证降低超声波传输过程的能量耗散,实现远距离、高功率能量传输;发射端水声换能器(2.3)向水中发出输出超声波(3)以水为传播媒介向处于远距离处的后端接收系统(4)传播;后端接收系统(4)接收超声波(3),阵列式排布、与空间展开结构结合的接收端水声换能器(4.1)将超声能量转换成电能,以交流电信号输出,再经过变压器(4.2)和整流器(4.3)处理,转换成适用于充电的直流电信号并输出,输出的直流电信号为所述的储能装置(5)充电。
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