【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线能量传输，尤其是涉及一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统。
技术介绍
1、无线能量传输方式指的是通过发射端将能量转化为不同媒介如电磁波、超声波、微波等，再通过接收端将媒介能量转化为能量，从而实现非接触式的能量传输方式。这种方式避免了发射端与接收端的直接接触可能存在的安全隐患，可以在一些特殊场合如水下、体内或者其他有线连接不便的情况下驱动用电设备正常有效的工作，有效提高人民生活的便捷性并保障国家平稳安全。
2、无线能量传输方式中电磁波传输技术应用最为广泛，其中常用的主要有射频方式、电感耦合方式和磁耦合谐振方式，但这几种无线能量传输方式对特定微型设备如水下传感器和植入式医疗设备等进行无线能量传输均存在一定的局限性。射频方式虽然具有很远的传输距离，但由于其高频工作特性存在电磁干扰、人体组织吸收等问题，而且发射端设计非常复杂，成本更高；而电感耦合方式当限制线圈的体积时导致其工作频率较高，在海水和人体中损耗更大，而且传输效率受限于传输距离，当传输距离增大时其传输效率急剧降低；磁耦合谐振方式是在电感耦合的基础上增加了线圈间共振耦合过程，提高了传输效率和传输距离，但仍存在设备微型化与传输功率和效率之间的矛盾，很难实现小型化高效率的系统设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，可以有效地应对系统在高电导率介质中的涡流与传输距离问题，解决在水下尤其是高电导率介质中能量传输效率较低的问题，同时让装置体积、重量不至
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，包括发射端与接收端，所述发射端与接收端之间发生磁电耦合；所述发射端由直流电源、功率放大电路以及发射线圈构成，所述接收端由磁电换能器、驱动电路以及水下设备构成，所述发射端与接收端相对放置。
3、优选的，所述发射线圈由激励线圈和中继谐振线圈构成，所述中继谐振线圈置于介质中，所述激励线圈和中继谐振线圈采用串联谐振的形式。
4、优选的，所述激励线圈和中继谐振线圈均采用利兹线圈绕制。
5、优选的，所述激励线圈和中继谐振线圈均为平面螺旋线圈结构。
6、优选的，所述磁电换能器为对称三明治结构，两侧为磁致伸缩层，中间为压电层，所述磁致伸缩层与压电层之间用环氧树脂粘连。
7、优选的，所述磁致伸缩层采用的磁致伸缩材料为feco基的非晶复合材料。
8、优选的，所述压电层采用的压电材料为弛豫铁电单晶材料。
9、优选的，所述功率放大电路中采用d类功率放大器。
10、优选的，所述系统由所述发射端的直流电源供电，经过所述功率放大电路后产生交流电，又通过所述发射线圈给所述接收端的磁电换能器提供交流磁场，所述磁电换能器在交流磁场的作用下产生交流电流，并在所述驱动电路的作用下对所述水下设备进行供电。
11、因此，本专利技术采用上述一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统的有益效果为：
12、(1)与传统的线圈式无线能量传输系统相比，本专利技术中增加了中继谐振线圈，有效地解决了系统在高电导率介质中的涡流与传输距离问题，提升在水下进行无线能量传输的效率。
13、(2)本专利技术的发射线圈都采用利兹线圈绕制，可以有效地减弱导线的趋肤效应。
14、(3)本专利技术的发射线圈都采用平面螺旋线圈结构，与传统的圆柱形或立体螺旋线圈相比，在相同线径的情况下平面螺旋线圈承受大功率大电流的能力更强，且其具有更低的空间占用，使得整个供电系统更加紧凑。
15、(4)本专利技术的磁电换能器中的压电层采用弛豫铁电单晶材料，与常规pmn-pt单晶材料相比，具有锰掺杂的pmn-pt由于具有更高的机械品质因数，功率密度较大，在机电共振频率附近具有更高的磁电系数，在将机械能转换为电能时更为高效。
16、(5)本专利技术的磁电换能器中的磁致伸缩层采用feco基的非晶复合材料，其有效磁机械耦合因子、机械品质因数都较高，有利于磁电复合材料实现更高的能量转换效率，从而使得整体无线供电系统效率提升。
17、(6)本专利技术的功率放大电路中采用d类功率放大器，该电路开关管的开通损耗较低，且其开关管电压应力小，适合应用于高输入电压的场合，负载适应性很强，开关工作条件并不会因为负载的变化而发生变化。
18、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：包括发射端与接收端，所述发射端与接收端之间发生磁电耦合；所述发射端由直流电源、功率放大电路以及发射线圈构成，所述接收端由磁电换能器、驱动电路以及水下设备构成，所述发射端与接收端相对放置。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述发射线圈由激励线圈和中继谐振线圈构成，所述中继谐振线圈置于介质中，所述激励线圈和中继谐振线圈采用串联谐振的形式。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述激励线圈和中继谐振线圈均采用利兹线圈绕制。
4.根据权利要求2所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述激励线圈和中继谐振线圈均为平面螺旋线圈结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述磁电换能器为对称三明治结构，两侧为磁致伸缩层，中间为压电层，所述磁致伸缩层与压电层之间用环氧树脂粘连。
6.根据权利要求5所述的一种基于
7.根据权利要求5所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述压电层采用的压电材料为弛豫铁电单晶材料。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述功率放大电路中采用D类功率放大器。
9.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述系统由所述发射端的直流电源供电，经过所述功率放大电路后产生交流电，又通过所述发射线圈给所述接收端的磁电换能器提供交流磁场，所述磁电换能器在交流磁场的作用下产生交流电流，并在所述驱动电路的作用下对所述水下设备进行供电。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：包括发射端与接收端，所述发射端与接收端之间发生磁电耦合；所述发射端由直流电源、功率放大电路以及发射线圈构成，所述接收端由磁电换能器、驱动电路以及水下设备构成，所述发射端与接收端相对放置。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述发射线圈由激励线圈和中继谐振线圈构成，所述中继谐振线圈置于介质中，所述激励线圈和中继谐振线圈采用串联谐振的形式。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述激励线圈和中继谐振线圈均采用利兹线圈绕制。
4.根据权利要求2所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述激励线圈和中继谐振线圈均为平面螺旋线圈结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁电耦合的多线圈水下无线能量传输系统，其特征在于：所述磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁仲明，黄凯，郑思辰，刘梦龙，张东来，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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