一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统，包括电源、振荡电路、发射PZT换能器、接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块；所述电源、振荡电路、发射PZT换能器构能量传输的发射端，所述接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块构成能量传输的接收端；所述发射PZT换能器与接收PZT换能器共振进行能量传输。本发明专利技术以超声波作为耦合媒介，通过超声发射‑接收压电陶瓷换能器之间的共振，从而实现了能量的无接触传输。本系统将超声波作为媒介可以摆脱隔板电能传输的局限性，在一定有效距离范围内进行无接触电能传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量传输系统，具体是一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统。
技术介绍
最早在1956年Rosen利用超声波方式实现能量传输设计了一种由一次、二次PZT压电陶瓷(PZT-PbZrTiO3，锆钛酸铅)组成的压电变压器，使用声波进行能量传输。目前超声波无线能量传输，主要应用在医疗和航天军工领域。在医疗领域，通过皮肤给植入人体的PZT传输声能量，实现对植入式医疗设备(心脏起搏器等)的经皮能量传输。在航天和军工领域，使用PZT换能器产生声波，给密闭环境内工作的电子设备进行供电，类似这种超声波无线能量传输技术都是隔固体进行传输的。采用隔板方法来实现超声波无线能量传输的技术能够提高传输的能量，但其缺点也是明显的，需要让超声波发射装置和能量接收装置紧贴隔板。相比之下，隔气体传输由于受到空气介质特殊性(空气声阻抗和固体声阻抗极不匹配)的制约，发展比较缓慢。目前以超声波作为能量传输媒介的无接触能量传输的研究主要集中在超声波能量的收集，就是通过一种超声波接收换能器来实现对超声波能量的收集。此种方式所能收集到的最大能量为4.8×10-10W/cm，难以在实际应用。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种在一定有效距离范围内进行无接触电能传输的新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统，包括电源、振荡电路、发射PZT换能器、接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块；所述电源、振荡电路、发射PZT换能器构能量传输的发射端，所述接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块构成能量传输的接收端；所述发射PZT换能器与接收PZT换能器共振进行能量传输。进一步的，所述发射PZT换能器以及接收PZT换能器均采用圆盘辐射纵-弯模式转换压电换能器。本专利技术的有益效果是：本专利技术以超声波作为耦合媒介，通过超声发射-接收压电陶瓷换能器之间的共振，从而实现了能量的无接触传输。本系统将超声波作为媒介可以摆脱隔板电能传输的局限性，在一定有效距离范围内进行无接触电能传输。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术基于PZT的超声波无接触能量传输系统示意图。图2为本专利技术纵-弯模式转换空气换能器结构示意图。图3为本专利技术基于PZT的超声波无接触能量传输系统机电等效电路。图4为超声波在换能器中传输过程原理图。图5为超声波传输距离与负载功率、系统效率的关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1-5所示，本专利技术公开一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统，，包括电源、振荡电路、发射PZT换能器、接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块；所述电源、振荡电路、发射PZT换能器构能量传输的发射端，所述接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块构成能量传输的接收端；所述发射PZT换能器与接收PZT换能器共振进行能量传输。运行原理：其中发射和接收PZT换能器的固有谐振频率分别为fs和fr，当匹配电源输出交流电的频率fe应与发射换能器谐振频率fs以及接收换能器谐振频率fr相同，即fe＝fs＝fr时，这时换能器间将发生共振，从而实现了能量的传输。根据声学的有关理论可知，固体-气体之间声阻抗严重不匹配(固体声阻抗为1～35MRayl，空气声阻抗为0.0004Mrayl，1Ragl＝1Pa·s/m)，为使换能器与空气之间能产生良好的声阻抗匹配，本系统中的换能器将采用圆盘辐射纵-弯模式转换压电换能器。纵-弯模式转换匹配换能器具有功率容量大，与空气声阻抗产生良好匹配的特点，其结构如图2所示。当辐射圆盘振动时，设其表面任意一点的振动速度为V(x,ω)，根据Rayleigh积分，其表面任意一点的振动声压为： τ ( y , ω ) = j ρ k c 2 ∫ S V ( x , ω ) e - j k r r d S ]]>式中，ρ、k、c分别为空气的密度、波数和声速；r为辐射圆盘的表面上任意两点x和y之间的距离。则振动表面的声强为：I(y，ω)＝Re[t(x，ω)V*(x，ω)/T]式中，V*(x，ω)为V(x，ω)的共轭复数。由声强可以得到振动圆平面的辐射功率： W ( ω ) = ∫ S I ( y , ω ) d S = Re [ j k r c 2 π ∫ ∫ S V ( x , ω ) V * ( x , 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统，其特征在于，包括电源、振荡电路、发射PZT换能器、接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块；所述电源、振荡电路、发射PZT换能器构能量传输的发射端，所述接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块构成能量传输的接收端；所述发射PZT换能器与接收PZT换能器共振进行能量传输。

【技术特征摘要】
1.一种新型基于PZT的超声波无接触能量传输系统，其特征在于，包括电源、振荡电路、发射PZT换能器、接收PZT换能器、能量收集接口电路以及能量管理模块；所述电源、振荡电路、发射PZT换能器构能量传输的发射端，所述接收PZT换能器、能量收集接口电路以...

【专利技术属性】
技术研发人员：严合国，严正，
申请(专利权)人：桐城市闲产网络服务有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34