[发明专利]一种无线能量传输系统

说明书

本发明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。本发明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。

技术领域

本发明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。

发明内容

本发明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，本发明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D_1-4、一个滤波电容C₅、一个共振电感L₁和四个共振电容C_1-4。其中所述四个共振电容C_1-4与所述四个高速整流二极管D_1-4进行并联连接。