Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Reza Tikkani
سعید ضیائی راد (استاد مشاور) رضا تیکنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajjad Ehsanbakhsh
سجاد احسان بخش

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Wireless power transfer technology has been ready to be commercialized in consumer electronics because of the convenience of no power cable for electronic equipment and no wiring in building and medical equipment. The ever-increasing use of medical implants in the human body has led to extensive research on wireless power transmission to charge these batteries. In the meantime, wireless power transmission has been widely welcomed in recent decades with the use of ultrasonic waves due to its low level of risk and proper returns. Acoustic Energy Transfer (AET) is a relatively new method of contactless energy transfer and could be an alternative to the currently established technologies for the contactless transmission of power, such as inductive power transfer and capacitive coupled power transfer. Therefore, considering the importance of ultrasonic power transfer, in this research, an ultrasonic power transfer model from an acoustic source was investigated by a piezoelectric receiver. The acoustic source used in this study is a spherical source with a negligible radius (point source), and the receiver of ultrasonic waves is an aluminum circular plate, with two identical piezoelectric patches being completely symmetrical on both sides. The acoustic-piezoelectric coupling equations for the receiver have been extracted using the classical theory of the plate (Kirchoff theory) and Maxwell’s law. The variation of plate thickness due to the use of piezoelectric patch causes the analytical solution not to be straightforward calculating the natural frequency of the system. Therefore, the natural frequency of the receiver is calculated using the Rayleigh’s method. The system coupling equations are discretization by using the assumed modes method and the stable response of the system under loading from point source pressure for different conditions. For verifying the results of the analytical model, a finite element model is presented in the ANSYS. The results indicate that increasing the source’s ability, reducing the distance between source and receiver, and choosing a high-density environment as an ultrasonic wavelength transmission medium can increase the output voltage. High-density, low-frequency environments also make it impossible to ignore the acoustic radiation, which reduces the resonant frequency and amplitude of the output voltage. Therefore, the frequency selection for an acoustic energy transfer system is a compromise between the acoustic radiation, the transmission medium and the geometric and mechanical characteristics of the receiver. Keywords Ultrasonic power transfer, piezoelectric receiver, Pulsting Spherical Source , Kirchoff theory, Acoustic radiation
: استفاده ی روزافزون از کاشتینه های پزشکی در بدن انسان، باعث شده است تا پژوهش های فراوانی روی انتقال انرژی بی سیم برای شارژ باتری این کاشتینه ها انجام شود. در این میان انتقال انرژی بی سیم با استفاده از امواج آلتراسونیک به خاطر کم خطر بودن و داشتن بازده مناسب، در دهه های اخیر با استقبال چشم گیری مواجه شده است. لذا با توجه به اهمیت انتقال توان آلتراسونیک، در این پژوهش مدل انتقال توان آلتراسونیک از یک منبع آکوستیک توسط یک برداشت کننده ی پیزوالکتریک بررسی شده است. منبع آکوستیک استفاده شده در این پژوهش، منبع کروی تپنده با شعاع ناچیز(منبع نقطه ای)بوده و دریافت کننده ی امواج آلتراسونیک یک ورق دایروی گیردار آلومینیومی است که دو وصله ی پیزوالکتریک یکسان به صورت کاملا متقارن در دوطرف آن چسبانده شده است. معادلات کوپل آکوستیک- پیزوالکتریک برای برداشت کننده با استفاده از نظریه ی کلاسیک ورق(نظریه ی کیرشهف) و قانون ماکسول استخراج شده است. متغیر بودن ضخامت ورق به علت استفاده از وصله ی پیزوالکتریک باعث شده تا حل تحلیلی فرکانس طبیعی سیستم را نتیجه ندهد. لذا با استفاده از روش ریلی فرکانس طبیعی برداشت کننده محاسبه شده است. معادلات کوپل سیستم با استفاده از روش مودهای فرضی گسسته سازی شده و پاسخ پایدار سیستم تحت بارگذاری حاصل از فشار منبع صوت نقطه ای به ازاء شرایط مختلف به دست آمده است. برای صحت سنجی نتایج حاصل از مدل تحلیلی، یک مدل المان محدود در نرم افزار انسیس ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که افزایش توانایی منبع، کاهش فاصله ی منبع و برداشت کننده و انتخاب محیط با چگالی بالا به عنوان محیط انتقال امواج آلتراسونیک باعث افزایش ولتاژ خروجی می شود. هم چنین محیط با چگالی بالا و محدوده ی فرکانس کاری پایین باعث می شوند که بازتاب آکوستیک قابل چشم پوشی نباشد که این خود موجب کاهش فرکانس تشدید برداشت کننده و کاهش دامنه ی ولتاژ خروجی می شود. لذا انتخاب فرکانس برای یک سیستم انتقال انرژی آکوستیک، مصالحه ای بین بازتاب آکوستیک، محیط انتقال و مشخصات هندسی و مکانیکی دریافت کننده می باشد. کلمات کلیدی انتقال توان آلتراسونیک، برداشت کننده ی پیزوالکتریک، منبع موج نقطه ای، نظریه ی کلاسیک ورق، بازتاب آکوستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی