[發明專利]一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法

在審

• 申請號: 202211278672.X
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115664055A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 張濤;劉忠正;趙鑫;耿彥章
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J50/15
• 分類號: H02J50/15
• 代理公司: 天津心知意達知識產權代理事務所(普通合伙) 12260
• 代理人: 趙雪紅

本發明提供了一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，包括設置放置在水面上的發射換能器陣列以及放置在水面下的接收換能器陣列；對發射換能器陣列中的所有陣元設置不同的幅度權值；控制發射換能器陣列的相控波束偏轉。本發明公開的一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，通過陣元的權值設定以及陣列的相控波束偏轉，實現能量的定向聚集，能夠有效提高水下無線能量傳輸效率。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，尤其是涉及一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法。

背景技術

近年來，無線電能傳輸技術受到了全世界的廣泛關注，它打破了傳統有線電能傳輸的固有格局，擺脫了冗雜電線的束縛，使得供電電源和充電設備完全隔離，供電電路和充電電路實現獨立封裝，較好地解決了有線電能傳輸存在的電線裸露、易產生接觸火花、可移動性差等問題，在某些極端環境和特殊條件下具有獨特的優勢，在電動汽車、工業生產、生物醫療、航空航天、海洋、高山海島等多個領域具有廣闊的應用前景。

無線電能傳輸技術應用在海洋領域，能夠提高水下設備的充電安全性、可靠性、靈活性和隱蔽性，增強水下設備的工作能力，其典型應用案例是水下自主航行器與母船對接充電，水下自主航行器由于需要長時間工作，因此需要不斷的能源支撐，而有線充電或自帶電池的方式，限制了其作業范圍和工作時間，因此采用無線充電方式可以擴大巡航時長與巡航范圍。

根據工作原理的不同，無線電能傳輸技術主要有電場耦合式、磁場耦合式、微波輻射、激光和超聲波等方式。水的導電性表明了水下環境中電場耦合技術無法使用。磁場耦合分為感應耦合式和諧振耦合式，基于變壓器原理的感應式耦合傳輸距離僅為毫米級別，而諧振耦合式極易受到海洋環境的影響，如海流沖擊、海水溫度等，且無法實現遠距離無線電能傳輸。微波輻射和激光方式的無線電能傳輸依靠電磁波原理，但水下環境復雜，電磁波在水中會迅速衰減，無法作為水中有效的能量載體。

由此可見，電場耦合式、磁場耦合式、微波輻射以及激光無線電能傳輸技術都無法在深水高壓極端環境下實現遠距離、高功率無線充電，而聲波在水中能夠遠距離傳播且能量衰減小，同時還可以實現電磁隱身，但現有的超聲波耦合式水下無線能量傳輸的技術，普遍存在著能量方向分散，能量傳輸效率低的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，通過陣元的權值設定以及陣列的相控波束偏轉，實現能量的定向聚集，有效提高水下無線能量傳輸效率。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

步驟一：設置放置在水面上的發射換能器陣列以及放置在水面下的接收換能器陣列，發射換能器陣列發射聲波到接收換能器陣列；

步驟二：對發射換能器陣列中的所有陣元設置不同的幅度權值，控制發射換能器陣列發射合成波束的波束寬度和旁瓣級，提高波束的能量定向聚集程度；

步驟三：控制發射換能器陣列的相控波束偏轉，提高波束的能量定向聚集程度；

步驟四：通過對發射換能器陣列的所有陣元設置不同的幅度權值以及陣列的相控波束偏轉，實現發射換能器陣列發射聲波到接收換能器陣列的能量定向聚集，提高水下無線能量的傳輸效率。

相對于現有技術，本發明所述的一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，具有以下優勢：

第一，本發明公開的一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，通過對發射換能器陣列中的所有陣元設置不同的幅度權值，控制發射換能器陣列發射合成波束的波束寬度和旁瓣級，提高波束的能量定向聚集程度；

第二，本發明公開的一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，通過控制發射換能器陣列的相控波束偏轉，進一步提高波束的能量定向聚集程度；

第三，本發明公開的一種能夠實現能量定向聚集的水下無線能量傳輸方法，非常適用于海洋領域的無線電能傳輸，特別是對水下設備的無線充電，具有能量傳輸效率高的特點。

附圖說明