摘要：在很多工程应用中存在工作于密闭金属容器内的电子器件或系统,为对其进行电能供应并与之进行数据交互,传统的方法多是对容器做物理穿透。阐述了一种无线的方法,利用压电换能器产生和接收超声波,穿透金属进行能量传输,这样就保证了容器物理结构的完整性,从而较传统方法具有稳定性好、安全性高、维护成本低等优点。讨论了双端口阻抗匹配的方法,系统的硬件设计和构成,并给出了系统的实际性能测试结果。测试证明,穿透15 mm厚的钢板,系统可以稳定传输最大5 W的直流能量,最高传输效率约为16.6%,并仍有可提升的空间。

摘要：为解决体内无创检测装置的能量供给问题,设计出一无线能量传输系统,并根据系统的互感模型分析能量传输效率,得出了影响能量传输效率的主要因素是发射和接收线圈之间的互感系数。为实现系统的高效能量传输,应尽量提高互感系数。最后实验分析了两线圈的半径、位置和角度偏移对互感系数的影响,为提高无线能量传输效率提供了方法依据。

摘要：提出了一种无线能量传输系统一次侧的快速鲁棒控制策略。通过分析与系统的所有可能配置相关联的参数特性,生成正弦参考轨迹信号。基于变换器的开关特性和开关微分方程的轨迹参考信号,设计了开关控制器。定义了围绕参考轨迹的收敛带,以保证系统全局渐近稳定性。与其它传统的控制器相比,该控制策略复杂性低,并且对于负载大范围变化与扰动具有更高的动态响应速度。仿真结果表明,该控制算法有效抑制了初级电流超调与跌落,提高了系统的响应性能。

摘要：针对中国石油行业数字化油田需求,可将传感器永久埋入井中,用于长期监测生产井中井下流体和套管附近地层状态,但井下永久传感器供电电池的电量会随时间推移而消耗殆尽。如果能够周期性地通过套管给电池充电,将能够较好地解决电池的充电问题。提出了井下过套管超声波无线能量传输系统模型,论述了金属厚度、超声波频率和声压透射率三者之间的关系。设计了井下过套管超声波无线能量传输系统的发射能量模块和接收能量模块,搭建了无线能量传输系统实验装置,并开展了4组不同厚度下能量传输实验。实验结果表明,该系统能够实现井下过套管无线能量传递,在接收端可获得瞬时最大接收功率0.984 W,为井下永久电子测量设备的供电提供了一种解决方案。

摘要：针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助的无线能量传输(wireless power transfer,WPT)系统,构建了一种能量波束设计以及无人机悬停位置部署的联合优化方案,以最大化所有用户接收的总能量。针对优化问题是非凸、难以直接求解的情况,提出一种联合优化多波束设计和无人机三维位置的迭代算法,利用巴特勒矩阵设计高增益、宽覆盖范围的能量多波束,利用穷举算法寻找无人机最优二维位置,通过单调性理论得到无人机的最佳悬停高度。仿真结果表明,所提出的算法能显著提升无线能量传输效率。

摘要：激光具有亮度极高、方向性好的特殊优势,因此有可能被用于远距离无线传能、发挥特殊的作用。为了延长高空无人机的飞行时间,使用激光对高空无人机进行无线传能是一种理论上可行的方法。通过对激光无线传能技术的现状进行调研,发现目前激光无线传能的距离不够远、传输功率和传输效率均不高。为解决这些问题,首次提出了以掺Yb光纤激光器为光源、InGaAs光伏电池为光电转换模块,同时使用激光中继技术以实现激光远距离无线传能的技术路线。根据激光无线传能的工作流程,调研了激光产生、传输、接收和光电转换等流程的效率,在忽略天气状况、跟踪瞄准误差和激光强度不均匀等因素的前提下推算出使用激光对相距60 km的高空无人机进行无线传能的系统效率(电-激光-电的转换效率)可达11%~14%。目前,尚未发现有对激光远距离无线传能的系统效率进行定量计算的公开文献。同时,对提高激光远距离无线传能系统效率的技术途径进行了初步的探讨,为未来开展高功率激光远距离无线传能技术研究和设计激光无线传能系统提供了参考。

摘要：设计了一种基于软件无线电、节点相对独立、分布式波束形成的微波能量无线传输方法。采用扩展卡尔曼滤波算法估计和校正每个发射节点发射信号的载波频率偏移,并采用一比特反馈算法调整每个发射节点的发射相位,以此将它们的能量集中在接收节点,使收集能量最大化从而提高输能效率。实验结果表明:采用所设计的方法在四个发送节点的情况下,接收节点可以获得11.54 dB的增益,可以大幅提高微波输能效率,为进一步展开微波能量为低功耗电子设备无线充电奠定基础。

摘要：基于非铁磁性金属管的电磁耦合系统中,由于电磁场趋附效应等原因阻碍磁场穿透金属管而无法实现能量和信息的有效传输,为解决该问题,建立了系统电磁耦合数学模型,推导出管内磁场分布及次级线圈感应电压表达式,利用ANSYS软件对影响初次级耦合的敏感因素,如激励频率、金属管材料,进行了仿真分析,结果表明高电阻率的金属材料及低的激励频率,可增大系统耦合效率,且初级线圈在5 kHz至10 kHz激励频率附近工作时,次级可获得最佳感应电压。实验证明,基于上述结论设计的无线传输系统可满足负载电路对感应电压幅值及信息同步传输的要求。

摘要：提出了面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统,采用Ritz-Galerkin(RG)方法建立了微波能量传输系统射频整流电路模型,分析了整流二极管的整流性能,得到了输入功率与输出电压、整流效率与负载比之间的关系.设计了八木振子天线,提高了能量接收的定向性.最后搭建了微小型机器人微波能量传输实验系统,开展了利用微波传输能量驱动微机器人的实验,验证了利用微波能量传输系统为微小型机器人供能的可行性.

摘要：对于国际上典型的空间太阳能电站概念方案进行了分析,在此基础上提出了一种新的概念方案——多旋转关节空间太阳能电站,并给出总体构型和主要分系统初步方案设计结果。该方案采用多个相互独立的太阳电池子阵代替了传统的整体式太阳电池阵,以多个中等功率的导电旋转关节替代传统的极高功率的旋转关节,不仅解决了传统空间太阳能电站方案中的极大功率导电旋转关节技术难题,还可以避免导电关节的单点失效问题,模块化的设计也使得系统的组装和构建更加可行。