CN210380392U - 一种无线能量传输系统 - Google Patents
一种无线能量传输系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210380392U CN210380392U CN201920784958.2U CN201920784958U CN210380392U CN 210380392 U CN210380392 U CN 210380392U CN 201920784958 U CN201920784958 U CN 201920784958U CN 210380392 U CN210380392 U CN 210380392U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impedance matching
- wireless energy
- matching network
- transducer
- radio frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Transmitters (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种无线能量传输系统，包括依次电连接的连续波信号源、射频功率放大器、发射阻抗匹配网络、声‑电信道、接收阻抗匹配网络、射频AC‑DC转换器和负载电路，其中声‑电信道包括发射换能器、接收换能器和金属器壁，发射换能器和接收换能器固定在金属器壁的两侧。本实用新型还公开了阻抗匹配技术以及基于共振型整流器的射频AC‑DC转换器，该系统能够穿透密封金属舱体(或容器)的壳体传输电能，彻底免除在这些舱体(或容器)的壳体上打孔的需要，并且能够将传输的电能高效地输出为电子设备可以使用的稳压直流，解决了现有超声无线能量传输系统存在的诸多不足，完善了超声无线能量传输技术，提高超声无线能量传输系统的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线能量传输技术，更准确地说，涉及一种针对密闭金属容器进行超声波无线传输的系统。
背景技术
无线能量传输技术一般利用电磁波、交变磁场或电场作为能量的载体，当需要穿透密封金属舱体的壳体传输信息和能量时，这些技术就因为壳体的屏蔽效应而失效了，所以在这些场合(例如高压氧舱、航天器、潜水器等)不得不在壳体上打孔后利用导线传输电能，这样就破坏了金属壳体的结构完整性，影响金属壳体的使用寿命，增加维护成本。而超声波作为一种机械波，不受电磁屏蔽效应的限制，可以穿透金属物体传播，因此在上述场合，可以使用超声波作为能量的载体，消除在金属壳体上打孔的需要，保持金属壳体的结构完整性，提高其寿命，降低维护成本。
早在21世纪初，利用超声波进行无线能量传输的概念就被提出，后续也开展了大量的研究，但是目前针对密闭金属容器进行超声能量传输的系统设计实用性均较低，针对具体结构、技术细节等的技术研究也不完善。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种无线能量传输系统，解决现有的超声无线能量传输系统存在的诸多不足，完善超声波无线能量传输技术，提高超声无线能量传输系统的实用性。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种无线能量传输系统，包括依次电连接的连续波信号源、射频功率放大器、发射阻抗匹配网络、声-电信道、接收阻抗匹配网络、射频AC-DC转换器和负载电路。
优选的，所述声-电信道包括发射换能器、接收换能器和金属器壁，所述发射换能器和所述接收换能器固定在所述金属器壁的两侧表面。
优选的，所述声-电信道还包括粘接剂，所述发射换能器和所述接收换能器通过所述粘接剂固定在所述金属器壁的两侧。
优选的，所述粘接剂的材料为环氧树脂。
优选的，所述发射阻抗匹配网络和/或所述接收阻抗匹配网络与所述发射换能器和/或所述接收换能器组成网络拓扑结构。
优选的，所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络和/或所述接收阻抗匹配网络为电抗元件网络，与所述发射换能器和/或所述接收换能器进行串联连接。
优选的，所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络和/或所述接收阻抗匹配网络为电抗元件网络，与所述发射换能器和/或所述接收换能器进行并联连接。
优选的，所述网络拓扑结构为二阶网络结构，所述二阶拓扑结构为L型。
优选的，所述射频AC-DC转换器包括进行电连接的共振型整流器和DC-DC转换器，所述共振型整流器与所述接收阻抗匹配网络进行电连接，所述DC-DC转换器与所述负载电路进行电连接。
优选的，所述共振型整流器包括四个高速整流二极管D1-4、一个滤波电容C5、一个共振电感L1和四个共振电容C1-4。其中所述四个共振电容C1-4与所述四个高速整流二极管D1-4进行并联连接。
优选的，所述射频功率放大器的输出阻抗、所述发射阻抗匹配网络的输入阻抗、所述接收阻抗匹配网络的输出阻抗和所述射频AC-DC转换器的输入阻抗为50Ω。
本实用新型涉及了一种超声无线能量传输系统，该系统能够实现为密封金属舱体(或容器)没有持续电源供应的一侧的电子设备提供电源供应，从而彻底免除在这些舱体(或容器)的金属壳体上打孔进行有线供电的需要，最大限度的降低维护成本，提高安全系数。
同时，本实用新型超声无线能量传输系统中设计了一种阻抗匹配技术，以及一种基于共振型整流器的射频AC-DC转换器，能够将传输的电能高效地输出为电子设备可以使用的稳压直流，解决了现有超声无线传输系统存在的诸多不足，完善了超声无线能量传输系统的技术，提高了超声无线能量传输系统的实用性。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型无线能量传输系统结构的示意图。
图2是本实用新型阻抗匹配网络拓扑结构的示意图。
图3是本实用新型射频AC-DC转换器的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本实用新型实施例提供的一种无线能量传输系统的结构框图。如图1所示的无线能量传输系统(100)，包括依次电连接的连续波信号源(11)、射频功率放大器(12)、发射阻抗匹配网络(13)、声-电信道、接收阻抗匹配网络(15)、射频AC-DC转换器(16)和负载电路(17)。
其中所述声-电信道包括发射换能器(141)、接收换能器(144)和金属器壁(143)，所述发射换能器(141)和所述接收换能器(144)固定在所述金属器壁(143)的两侧。优选的，所述声-电信道还包括粘接剂(142)，所述发射换能器(141)和所述接收换能器(144)通过所述粘接剂(142)固定在所述金属器壁(143)的两侧，所述粘接剂(142)的声阻抗与发射/接收换能器、金属器壁(143)接近，优选的，所述粘接剂(142)的材料为环氧树脂。
当系统工作时，连续波信号源(11)输出射频正弦连续波，经射频功率放大器(12)放大功率后，驱动发射换能器(141)，发射换能器(141)在功率正弦信号的激励下产生功率超声波，超声波穿透金属器壁(143)后，由接收换能器(144)俘获，接收换能器(144)再将超声波转换为电信号并输出给接收阻抗匹配网络(15)，接收阻抗匹配网络(15)再输出的射频功率信号经射频AC-DC转换器(16)转换为电压恒定的低纹波直流，然后驱动负载电路(17)。
本实用新型的无线能量传输系统，能够实现为密封金属舱体(或容器)没有持续电源供应的一侧的电子设备提供电源供应，从而彻底免除在这些舱体(或容器)的金属壳体上打孔进行有线供电的需要，最大限度的降低维护成本，提高安全系数。
参考图2，图2是本实用新型发射阻抗匹配网络(13)和/或接收阻抗匹配网络(15)与发射换能器(141)和/或接收换能器(144)组成网络拓扑结构。
优选的，如图2的(a)所示，所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络(13)和/或所述接收阻抗匹配网络(15)为电抗元件网络，与所述发射换能器(141)和/或所述接收换能器(144)进行串联连接。
优选的，如图2的(b)所示，所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络(13)和/或所述接收阻抗匹配网络(15)为电抗元件网络，与所述发射换能器(141)和/或所述接收换能器(144)进行并联连接。
优选的，如图2的(c)、(d)所示，所述网络拓扑结构为二阶网络结构，所述二阶拓扑结构为L型。
根据金属器壁的材质、厚度以及系统所需传输的功率等级，可以选择不同材质、尺寸以及谐振频率的换能器。发射/接收阻抗匹配网络的结构根据声—电信道的散射参量(Scattering parameter)的不同，从图2中的四种一阶或二阶网络中选择(图中X1和X2代表电抗元件，即电容器或者电感器，Zp代表发射/接收换能器的电端口)，电抗元件的值也根据声-电信道的散射参量计算得出。
发射阻抗匹配网络(13)、接收阻抗匹配网络(15)共同完成声-电信道的双端口共轭阻抗匹配，从而减小声-电信道输入和输出端口的电反射，以提高其功率传输效率。
参考图3，图3是本实用新型射频交流直流转换器的结构示意图。射频AC-DC转换器(16)包括进行电连接的共振型整流器(161)和DC-DC转换器(162)，所述共振型整流器(161)与所述接收阻抗匹配网络(15)进行电连接，所述DC-DC转换器(162)与所述负载电路(17)进行电连接。所述共振型整流器(161)包括四个高速整流二极管D1-4、一个滤波电容C5、一个共振电感L1和四个共振电容C1-4，其中所述四个共振电容C1-4与所述四个高速整流二极管D1-4进行并联连接。
电感L1和电容C1-4分别称为共振电感和共振电容，共振电感与共振电容的作用是通过电流共振扩展共振型整流器的导通周期，DC-DC转换器的作用是稳定共振型整流器的工作点，这两个特性共同实现射频AC-DC转换器的输入阻抗匹配。共振电感和共振电容的值可以根据射频AC-DC转换器的输入阻抗、输入频率、输入功率以及输出电压计算得出。射频AC-DC转换器的输入阻抗与接收阻抗匹配网络的输出阻抗共轭匹配，发射阻抗匹配网络的输入阻抗与射频功率放大器的输出阻抗共轭匹配，四者一般选取为射频系统中的常用特征阻抗，即50Ω。
射频交直流转换器(16)具备输入阻抗匹配功能，从而可以降低对接收阻抗匹配网络(15)输出信号的反射，进一步提高系统总体的功率传输效率。
超声无线能量传输系统中的阻抗匹配技术，以及基于共振型整流器的射频交直流转换器，能够将传输的电能高效地输出为电子设备可以使用的稳压直流，解决了现有超声无线传输系统存在的诸多不足，完善了超声无线能量传输技术，提高了超声无线能量传输系统的实用性。
虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种无线能量传输系统，其特征在于：包括依次电连接的连续波信号源(11)、射频功率放大器(12)、发射阻抗匹配网络(13)、声-电信道、接收阻抗匹配网络(15)、射频AC-DC转换器(16)和负载电路(17)；
其中所述声-电信道包括发射换能器(141)、接收换能器(144)和金属器壁(143)，所述发射换能器(141)和所述接收换能器(144)固定在所述金属器壁(143)的两侧；
其中所述射频AC-DC转换器(16)包括进行电连接的共振型整流器(161)和DC-DC转换器(162)，所述共振型整流器(161)与所述接收阻抗匹配网络(15)进行电连接，所述DC-DC转换器(162)与所述负载电路(17)进行电连接。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述声-电信道还包括粘接剂(142)，所述发射换能器(141)和所述接收换能器(144)通过所述粘接剂(142)固定在所述金属器壁(143)的两侧。
3.根据权利要求2所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述粘接剂(142)的材料为环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述发射阻抗匹配网络(13)和/或所述接收阻抗匹配网络(15)与所述发射换能器(141)和/或所述接收换能器(144)组成网络拓扑结构。
5.根据权利要求4所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络(13)和/或所述接收阻抗匹配网络(15)为电抗元件网络，与所述发射换能器(141)和/或所述接收换能器(144)进行串联连接。
6.根据权利要求4所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述网络拓扑结构为一阶网络结构，所述发射阻抗匹配网络(13)和/或所述接收阻抗匹配网络(15)为电抗元件网络，与所述发射换能器(141)和/或所述接收换能器(144)进行并联连接。
7.根据权利要求4所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述网络拓扑结构为二阶网络结构，所述二阶拓扑结构为L型。
8.根据权利要求1所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述共振型整流器(161)包括四个高速整流二极管D1-4、一个滤波电容C5、一个共振电感L1和四个共振电容C1-4；其中所述四个共振电容C1-4与所述四个高速整流二极管D1-4进行并联连接。
9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的无线能量传输系统，其特征在于：所述射频功率放大器(12)的输出阻抗、所述发射阻抗匹配网络(13)的输入阻抗、所述接收阻抗匹配网络(15)的输出阻抗和所述射频交直流转换器(16)的输入阻抗为50Ω。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920784958.2U CN210380392U (zh) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | 一种无线能量传输系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920784958.2U CN210380392U (zh) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | 一种无线能量传输系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210380392U true CN210380392U (zh) | 2020-04-21 |
Family
ID=70262044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920784958.2U Active CN210380392U (zh) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | 一种无线能量传输系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210380392U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098668A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-06 | 中科新声(苏州)科技有限公司 | 一种无线能量传输系统 |
| CN112543065A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-23 | 中北大学 | 面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法 |
-
2019
- 2019-05-28 CN CN201920784958.2U patent/CN210380392U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098668A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-06 | 中科新声(苏州)科技有限公司 | 一种无线能量传输系统 |
| CN112543065A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-23 | 中北大学 | 面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法 |
| CN112543065B (zh) * | 2020-12-03 | 2023-03-03 | 中北大学 | 面向密封金属容器的无线功率传输与通信装置及通信方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10027377B2 (en) | Wireless power supply apparatus | |
| CN103595145B (zh) | 一种基于公共电感耦合实现高速通讯和无线能量传输的系统 | |
| WO2020237916A1 (zh) | 一种无线能量传输系统 | |
| Yang et al. | Bidirectional undersea capacitive wireless power transfer system | |
| CN106655528B (zh) | 基于双侧lc网络的ecpt系统及其参数设计方法 | |
| CN104993614A (zh) | 插入中继线圈的不对称的无线输电系统及方法 | |
| CN210380392U (zh) | 一种无线能量传输系统 | |
| Kumar et al. | A high-frequency inverter architecture for providing variable compensation in wireless power transfer systems | |
| CN204992728U (zh) | 一种超声波无线充电装置 | |
| CN204721105U (zh) | 插入中继线圈的不对称的无线输电系统 | |
| CN109687602B (zh) | 一种无线电能多级传输系统 | |
| Murthy-Bellur et al. | Inverter using loosely coupled inductors for wireless power transfer | |
| Vu et al. | Wireless power transfer through metal using inductive link | |
| CN210092970U (zh) | 基于pt对称原理的多发射线圈并联供电的无线供电系统 | |
| Zhang et al. | A compact dynamic wireless power transfer system via capacitive coupling achieving stable output | |
| Badawi et al. | Resonant circuit response for contactless energy transfer under variable PWM | |
| CN107919740A (zh) | 一种失谐因子实现谐振系统参数设计的方法 | |
| Song et al. | High power density stacked-coils based power receiver for MHz wireless power transfer | |
| CN211296323U (zh) | 一种无电压源串联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统 | |
| CN110957928A (zh) | 基于阻抗补偿方法的交流大电流源电路及其阻抗补偿方法 | |
| Zhao et al. | Analysis and experiments on transmission characteristics of LCCL mobile wireless power transfer system | |
| CN107994686B (zh) | 多负载感应耦合电能传输装置 | |
| Fang et al. | Multiple harmonics analysis for variable frequency variable duty-cycle controlled inductive power transfer systems | |
| CN211296322U (zh) | 一种无电压源并联型自治电磁场双耦合无线电能传输系统 | |
| CN204681144U (zh) | 车辆无线充电设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |