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超声波电机的无线供电、驱动与数据传输
Wireless Power, Drive, and Data Transfer for Ultrasonic Motors
| 作者 | Zhiwei Xue · K.T. Chau · Wei Liu · Ying Fan · Yunhe Hou |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年6月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 无线超声波电机 无线功率驱动数据传输 集成磁耦合器 无传感器速度通信 系统可行性 |
语言:
中文摘要
无线电机在安装灵活性和无电缆特性方面具有显著优势,但要实现无线运动,接收端不可避免地需要多个功率半导体和电子元件。此外,由于在实现无线无速度传感器通信方面存在技术障碍,电机速度信息难以获取。为解决这些问题,本文新提出了一种具有高度集成的无线电能、驱动和数据传输(WPD²T)功能的新型无线超声波电机(USM)系统。创新之处在于,所提出的WPD²T系统利用USM固有的电容特性,仅通过带有串联电感的高度集成磁耦合器(IMC)同时实现无线电能传输、无线驱动控制和无传感器速度信息通信,从而大大简化了系统结构,提高了可靠性、灵活性和紧凑性。有前景的是,由于其极简的结构和灵活的可控性,所提出的WPD²T系统在微型化和生物医学植入式毫微机器人方面展现出巨大潜力。本文进行了理论分析和实验验证,以证实所提出的WPD²T系统的可行性。
English Abstract
Wireless motors offer significant advantages in terms of installation flexibility and cable-free features but inevitably require multiple power semiconductors and electronic components at the receiver side to achieve wireless movement. Moreover, motor speed information is difficult to capture due to technical impediments in realizing wireless speed-sensorless communication. To address these issues, a novel wireless ultrasonic motor (USM) system with highly integrated wireless power, drive, and data transfer (WPD2T) is newly proposed in this article. Innovatively, the proposed WPD2T takes advantage of inherent capacitive characteristics of the USM to simultaneously realize wireless power transfer, wireless drive control, and sensorless speed information communication using a highly integrated magnetic coupler (IMC) with series inductors only, thus greatly simplifying the system structure and improving reliability, flexibility and compactness. Promisingly, the proposed WPD2T system exhibits great potential for miniaturization and biomedical implantable millirobots due to its minimalist structure and flexible controllability. Both theoretical analysis and experimental results are conducted to verify the feasibility of the proposed WPD2T system.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项无线超声波电机的集成化功率、驱动与数据传输技术(WPD²T)虽然主要面向生物医疗微型机器人等小型化应用场景,但其核心创新理念对我们在新能源领域的技术演进具有重要启示价值。
该技术的核心亮点在于利用超声波电机的固有电容特性,通过高度集成的磁耦合器实现无线功率传输、驱动控制和无传感器速度通信的"三合一"方案,极大简化了接收端的功率半导体和电子元件配置。这种系统级集成思路与我们在储能变流器PCS和光伏逆变器领域追求的高集成度、高可靠性目标高度契合。特别是其无线数据传输与功率传输的耦合设计,可为我们在分布式储能系统、光伏清洁机器人、以及新能源电站智能运维设备的无线化改造提供技术参考。
从应用延展性来看,该技术中的磁耦合无线传输原理可应用于我们储能系统中模块间的无接触式能量与信息交互,提升系统在恶劣环境下的可靠性和维护便利性。在光伏板清洁机器人、智能巡检设备等场景,无线驱动技术能够减少机械磨损,降低维护成本。
然而需要注意的是,该技术目前仍处于实验室验证阶段,功率等级局限于小型应用。对于阳光电源动辄数百千瓦至兆瓦级的产品体系,需要突破高功率无线传输的效率、散热和电磁兼容性挑战。建议我们关注其在中小功率辅助设备的先行应用,积累无线化技术经验,为未来新能源装备的智能化、无线化升级储备技术路径。