[發明專利]一種超聲波無線能量傳輸增強裝置

有效

• 申請號: 201110443195.3
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102496361A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 黃學良;鄒玉煒;譚林林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26;G10K11/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種超聲波無線能量傳輸增強裝置，屬于無線能量傳輸的技術領域。

背景技術

在超聲波無線能量傳輸中，當使用縱-彎振動模式匹配換能器作為系統的發射振子時，發射振子會由于輻射板的彎曲振動，在發射面的表面產生振動相位相反區，從而導致發射振子的輻射聲場方向性差，使得接收振子接收的能量少。此外即使采用方向性好的換能器作為發射振子，發射振子產生的聲波也會由于聲波傳輸的物理特性，由聲軸向外呈圓臺形的擴散。由于發射振子方向性差的缺點，會導致超聲波無線能量傳輸能量的損耗，降低了超聲波無線能量的效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種超聲波無線能量傳輸增強裝置。

???????本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

???????一種超聲波無線能量傳輸增強裝置包括：增強器、振子匹配層、壓電陶瓷、振子后蓋板、變流裝置；其中：增強器安裝在振子匹配層的接受面，壓電陶瓷通過粘結劑分別與振子匹配層、振子后蓋板粘結，壓電陶瓷的輸出端通過振子后蓋板與變流裝置的輸入端連接，變流裝置的輸出端與負載連接；

????所述增強器聚集接收到的聲波，振子匹配層匹配空氣的聲阻抗和壓電陶瓷的聲阻抗使得聲波在壓電陶瓷中傳播，壓電陶瓷將聲波振動產生的機械能轉化為交流電，交流電通過振子后蓋板后進入變流裝置，變流裝置將交流電轉換為直流電為負載供電。

????所述超聲波無線能量傳輸增強裝置中，所述振子后蓋板的材料密度大于振子匹配層的材料密度。

????所述超聲波無線能量傳輸增強裝置中，所述增強器為大聲阻抗材料制成的喇叭形管狀體，喇叭形管狀體的小口徑端與振子匹配層接受面的口徑一樣，喇叭形管狀體的長度與超聲波波長相同。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：通過設計發射振子的能量增強裝置，可以有效改善發射振子方向性差的問題，從而能夠有效提高超聲波無線能量傳輸系統的工作效率。

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附圖說明

圖1為超聲波無線能量傳輸裝置的示意圖。圖中標號說明：1、聲波；2、增強器；3、振子匹配層；4、壓電陶瓷；5、振子后蓋板；6、變流裝置；7、負載。

具體實施方式

下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明：

如圖1所示的超聲波無限能量傳輸增強裝置，包括增強器2、振子匹配層3、壓電陶瓷4、振子后蓋板5、變流裝置6。增強器1安裝在振子匹配層3的接受面，壓電陶瓷4置于振子匹配層3和振子后蓋板5之間，變流裝置6的輸入端與壓電陶瓷4的輸出端連接，變流裝置6的輸出端與負載7連接。

由于聲波1進入增強器2后會在增強器2的內壁上產生多次反射和透射，在增強器2透射的能量將被增強器2本身所吸收，所以本發明選用聲阻抗大的材料制作增強器2。增強器的形狀為喇叭狀，類似于電動揚聲器的形狀，喇叭形管狀體的小口徑端與振子匹配層接受面的口徑一樣，喇叭形管狀體的長度與超聲波波長相同，這樣增強器可以使聲波能量聚集；而振子后蓋板的材料密度大于振子匹配層的材料密度使振子匹配層的振動位移遠大于振子后蓋板，從而保證了超聲波能量的有效發射。

????增強器聚集接收到的聲波，振子匹配層匹配空氣的聲阻抗和壓電陶瓷的聲阻抗使得聲波在壓電陶瓷中傳播，壓電陶瓷將聲波振動產生的機械能轉化為交流電，交流電通過振子后蓋板后進入變流裝置，變流裝置將交流電轉換為直流電為負載供電。

可見，超聲波經過喇叭形管狀體增強器最大化的聚集后，在經過振子匹配層得以在壓電陶瓷中傳播，有效改善發射振子方向性差的問題。振子后蓋板的材料密度大于振子匹配層的材料密度使振子匹配層的振動位移遠大于振子后蓋板，從而保證了超聲波能量的有效發射，有效提高超聲波無線能量傳輸系統的工作效率。