[发明专利]一种利用超声波实现密闭金属容器内负载闭环供电的系统

说明书

一种利用超声波实现密闭金属容器内负载闭环供电的系统属于无线电能传输领域，系统中的电能发射系统中逆变电路的直流侧为控制电路输出直流电，经逆变电路后转换为交流电，传输至接收换能器A，经电能变换电路处理后为直流负载、充放电电路供电，为密闭金属容器内各个电路供电；电压采集得到直流负载电压与三角波电路进行比较，得到带有电压信息的方波信号，经过放大电路后驱动发射换能器B，接收换能器B接收到的信息经过检波电路，得到与直流电压，并与逆变电路直流侧电压共同输入到控制电路，控制电路用于稳定逆变电路直流侧电压。本发明增加发射侧与接收侧之间的电压回送通道，使系统既可以进行能量传输，又可以进行信息传送，实现系统的闭环稳定供电。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，涉及一种利用超声波为密闭金属容器内电气负载，以非电气接触方式实现闭环供电的系统。

背景技术

超声波无线电能传输技术，是一种利用超声波，以非电气接触方式传递能量的技术，即利用超声换能器，实现电-声-电转换的技术。现阶段已较为成熟的电磁感应耦合和电磁谐振式无线电能传输技术均以电磁场作为传递的媒介，但当电磁场在遇到金属一类的障碍物时，能量传输会被减弱，甚至阻断。而超声波作为一种机械波，具有方向性强、能量易于集中，尤其可以穿透金属介质等特点，因此在需要对密闭金属容器(如金属管道、液罐、储气罐等)内部电气负载进行充电的场合，利用超声波可以作为一种有效的传递方式。

在超声波无线电能传输系统中，目前受到重点关注的是能量的传输，即从能量发射侧到能量接收侧的传输过程中，如何提高能量的传输效率以及传输功率。与此同时，对于接收到的电能质量的要求也越来越高。通常情况下，在接收侧加上稳压环节，便可达到一定程度的稳压。但当能量接收侧有切换电气负载的情况发生时，因接收侧电压受负载参数影响较大，此时电压会产生明显的变化，而能量接收侧的稳压环节的稳压范围小，能力有限，由于能量接收侧主要受到能量发射侧的工作参数影响，这就需要将负载的状态反映到能量发射侧，对发射侧的工作参数进行调整，从而稳定能量接收侧电压；或者有接收侧负载短路、断路等突发状况时，普通的稳压环节已不能达到效果，需要将该状态反馈到发射侧，及时停止发射侧供电。因此，需要有一条反馈负载电压的信息通道，形成系统的“闭环”供电，用于实现能量接收侧稳定供电。

本发明提出了一种基于超声波对密闭金属容器内电气负载闭环供电方法，它使用两对换能器分别实现系统能量的传输与信息的传送。能量换能器在前向通道上为电气负载提供能量从系统发射侧到接收侧的传输，信息换能器引入到反馈通道上实现负载电压信息从系统接收侧到发射侧的传送。两对换能器产生的超声波互相独立并且频率相差较大，在金属介质传递过程中，不会互相干扰。由于引入了信息的反馈通道，实现了对能量接收侧的有效监控，使得电能质量提高了许多，从而增加了超声波无线电能传输系统的可靠性。这为密闭金属容器内的精密电气设备(如电气仪表、传感器等)的持续稳定供电，提供了一种实现的方式。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在超声波无线电能传输系统中，为密闭容器内负载稳定供电的系统及方法，以解决超声波无线电能系统中发射侧与接收侧之间没有负载信息反馈通道的问题，即在接收侧对负载进行能量供给时，反馈给能量发射侧负载的电压情况，并能够根据负载的电压情况，调整能量发射侧工作参数，以达到稳定负载电压的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用超声波实现密闭金属容器内负载闭环供电的系统，该闭环供电系统以超声波的形式进行金属介质下的电能传输与信息传输，包括电能发射系统、电能接收系统、信息发射部分、信息接收部分以及金属传输介质。