【摘要】：人類對(duì)海洋的探索日趨頻繁,海下潛航器和海下傳感器網(wǎng)絡(luò)等被廣泛地用于對(duì)海洋進(jìn)行深入研究。給這類設(shè)備充電的傳統(tǒng)方式需要采用濕插拔接口或是需要打撈上船,這一情況在一定程度上制約了這類海下設(shè)備的發(fā)展,而非接觸電能傳輸技術(shù)的提出給海下設(shè)備的充電問(wèn)題提出了新的解決方案。本文對(duì)超聲波耦合以及磁感應(yīng)耦合非接觸電能傳輸系統(tǒng)分別進(jìn)行理論分析,并搭建了上述兩個(gè)系統(tǒng)的等效電路。其中,超聲波傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn),但傳輸效率相對(duì)較低。磁耦合傳輸距離相對(duì)較近,但傳輸效率相對(duì)較高。考慮到海下環(huán)境中,非接觸電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射側(cè)與接收側(cè)間的距離容易受到水流和海下生物的影響而忽遠(yuǎn)忽近,本文提出了兩種將超聲波和磁耦合的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合的海下非接觸充電解決方案。本文提出的方案一是壓電-磁耦合式非接觸電能傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)選擇符合本文要求的壓電復(fù)合材料換能器作為超聲耦合部分。對(duì)磁感應(yīng)耦合部分與超聲耦合部分的整合,本文提出了參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單的直接整合方式和較小電路體積的有機(jī)整合方式。經(jīng)實(shí)物測(cè)試,方案一需要高頻電源提供與壓電換能器諧振頻率一致的工作頻率,適用于對(duì)傳輸效率有較高要求的大功率傳輸場(chǎng)景,如海下潛航器等。該系統(tǒng)可以在長(zhǎng)方形耦合線圈對(duì)角線長(zhǎng)度的一半以內(nèi),即小于5cm的距離實(shí)現(xiàn)效率30%以上的能量傳輸,距離超過(guò)5cm后,其系統(tǒng)傳輸效率也可以達(dá)到20%至30%。本文提出的方案二是磁致伸縮式非接觸電能傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的磁致伸縮換能器可以同時(shí)發(fā)出超聲波和電磁場(chǎng),實(shí)現(xiàn)超聲波與磁感應(yīng)雙耦合。本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了餅狀耦合線圈,改善了磁耦合系統(tǒng)的耦合效果。經(jīng)實(shí)物測(cè)試,方案二對(duì)發(fā)射側(cè)高頻電源工作頻率變化不敏感,適用于對(duì)傳輸效率要求較低且發(fā)射側(cè)電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小功率傳輸場(chǎng)景,如海下傳感器網(wǎng)絡(luò)等。其可以在耦合線圈半徑以內(nèi),即小于3cm的距離實(shí)現(xiàn)效率20%以上的能量傳輸,距離超過(guò)3cm后,其仍可以保持一定的傳輸效率。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM724;U674.941

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本文編號(hào)：2617902