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一种超 声波液介无线 电能传输系统

阅读：1发布：2021-01-16

专利汇可以提供一种超声波液介无线电能传输系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种超声波液介无线电能传输系统，由发射部分、传输部分和接收部分组成；发射部分：发射部分由超声波电源系统和发射换能器组成，超声波电源系统主要由电源、整流电路、高频逆变单元、匹配电路、检测电路、PWM产生电路和驱动电路组成，发射换能器由压电振动单元和工具头组成；传输部分：传输部分由液体介质和管道组成，采用水为液体介质，管道采用不锈钢材质；接收部分：接收部分由接收换能器、整流电路和目标设备组成，本发明超声波的无线电能传输系统解决了超声波在空气中传播时，衰减快，传播距离的技术缺陷。，下面是一种超声波液介无线电能传输系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超声波液介无线电能传输系统，由发射部分、传输部分和接收部分组成；发射部分：发射部分由超声波电源系统和发射换能器组成，超声波电源系统主要由电源、整流电路、高频逆变单元、匹配电路、检测电路、PWM产生电路和驱动电路组成，发射换能器由压电振动单元和工具头组成；
传输部分：传输部分由液体介质和管道组成，采用水为液体介质，管道采用不锈钢材质；
接收部分：接收部分由接收换能器、整流电路和目标设备组成。
2.根据权利要求1所述的超声波液介无线电能传输系统，其特征在于：所述管道的直径根据工具头直径放大1倍设计，所述管道的长度根据发射换能器的功率、目标设备功率要求、超声波在介质液体中的衰减系数进行计算设计，其计算公式为：
2
W=W0×（1—μ）×L×η
上式中：
W：发射电源功率
W0：目标设备功率
μ：超声波在介质液体中的线性衰减系数
L：管道长度
η：机电转换系数。

说明书全文

一种超 声波液介无线 电能传输系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超声波液介无线电能传输系统

背景技术

[0002] 超声波无线输电是一种新型的中短距离输电方式，这种输电方式具有方向性强、能量易于集中、无电磁干扰等优点，超声波无线电能传输应用领域主要是医疗、生物和家用领域，如密封环境下电子设备的定期充电、低功率移动设备的无线充电等。根据传播介质的不同，基于超声波的无线电能传输方式有空气传播、超声波在空气中传播时，衰减很快，其传播距离很短，以毫米、厘米计。

发明内容

[0003] 本发明提一种超声波液介无线电能传输系统，以解决现有技术中超声波在空气中传播时，衰减快，其传播距离短技术问题，本发明采取的技术方案是：

[0004] 一种超声波液介无线电能传输系统，由发射部分、传输部分和接收部分组成；

[0005] 发射部分：发射部分由超声波电源系统和发射换能器组成，超声波电源系统主要由电源、整流电路、高频逆变单元、匹配电路、检测电路、PWM产生电路和驱动电路组成，发射换能器由压电振动单元和工具头组成；

[0006] 传输部分：传输部分由液体介质和管道组成，采用水为液体介质，管道采用不锈钢材质；

[0007] 接收部分：接收部分由接收换能器、整流电路和目标设备组成。

[0008] 所述管道的直径根据工具头直径放大1倍设计，所述管道的长度根据发射换能器的功率、目标设备功率要求、超声波在介质液体中的衰减系数进行计算设计，其计算公式为：

[0009] W=W0×（1—μ）×L×η2

[0010] 上式中：

[0011] W：发射电源功率

[0012] W0：目标设备功率

[0013] μ：超声波在介质液体中的线性衰减系数

[0014] L：管道长度

[0015] η：机电转换系数

[0016] 有益效果：与空气介质传播相比，本发明超声波液介无线电能传输系统具有接收能量大、传播距离远的特点，其应用范围更广、实用性更强。附图说明

[0017] 图1超声波液介无线电能传输系统示意图。

具体实施方式

[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。由于超声波的波长短且频率高，因而在传播过程中它具有方向性好、能量大、穿透能力强等区别于可闻声波的特点。超声波在气体介质中传播时衰减得非常厉害，在液体和固体介质传播的过程中衰减比较弱，所以超声波多应用于液体和固体介质中。

[0020] 本发明超声波液介无线电能传输系统的基本原理是通过发射部分压电材料的压电效应产生超声波，通过管道内液体介质传播到接收部分，再通过接收部分的压电材料的逆压电效应,将接收的超声波转化成电能，如图1所示。本发明超声波液介无线电能传输系统由发射部分、传输部分和接收部分组成。

[0021] 发射部分1：发射部1分由超声波电源系统和发射换能器4组成。

[0022] 超声波电源系统主要由电源、整流电路、高频逆变单元、匹配电路、检测电路、PWM产生电路和驱动电路组成。220V单相交流电经过整流电路整流滤波得到直流电压，然后经全桥结构高频逆变电路得到满足压电换能器要求的高频电压，经匹配电路的阻抗变换,提高电路输出功率和效率。检测电路、PWM产生电路和驱动电路共同组成了控制电路，通过闭环反馈,控制主电路功率管门极的开关频率,实现主电路与压电换能器的机电共振。

[0023] 发射换能器由压电振动单元和工具头组成，根据需要，并考虑超声波的衰减，超声频率设计范围为20～40KHz，发射功率为几百至几千瓦，工具头采用钛合金材料。

[0024] 接收部分3：接收部分3由接收换能器5、整流电路和目标设备组接收换能器5接收超声波后，经逆压电效应得到高频电流,经整流后供给目标直流用电设备直接使用。接收换能器的材料、各项技术参数等同于发射换能器4的参数，以实现能量的强耦合。

[0025] 传输部分2：传输部分2由液体介质和管道组成，采用水为液体介质，管道采用不锈钢材质，管道直径根据工具头直径放大1倍设计，管道长度根据发射换能器的功率、目标设备功率要求、超声波在介质液体中的衰减系数等因素进行计算设计。

[0026] W=W0×（1—μ）×L×η2

[0027] 上式中：

[0028] W：发射电源功率

[0029] W0：目标设备功率

[0030] μ：超声波在介质液体中的线性衰减系数

[0031] L：管道长度

[0032] η：机电转换系数

[0033] 与空气介质传播相比，本发明超声波液介无线电能传输系统具有接收能量大、传播距离远的特点，其应用范围更广、实用性更强。

[0034] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：说明书中的其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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