密闭金属容器可以保证内部物体与外部环境相互不受影响,因此在许多条件严苛的环境中得到了专门应用。隔金属壁板实现非电气接触式电能传输（Contactless power transfer,CPT）是一项挑战性很强的研究课题,这是由于金属材料具有电磁屏蔽效应,电磁能量难以穿透金属壁板。但是,超声波却能在金属中有效传播。鉴于此种事实,本文研究了以超声波为间接能量且隔金属板传输电能的非电气接触式电能传输技术（以下简称超声波式非电气接触电能传输技术,Ultrasonic contactless power transfer,UCPT）的若干原理与技术问题。为了便于应用电路理论研究UCPT系统,针对电能到超声波能再到电能的能量传输与转换通道（简称“电-声-电通道”）,本文提出了一种考虑损耗的高精度电路模型。在该模型中,UCPT系统的每个元件均用二端口电路模型来描述;分别用衰减常数和损耗常数表示压电元件和非压电元件的损耗。使用二端口网络理论,对这些二端口元件的级联特性进行分析,得出了电-声-电通道的电路模型,采用二端口网络传输参数分析了输入输出特性。理论计算、COMSOL有限元仿真和实验结果均表明,与已有无损模型相比,本文所提出的有损模型,虽然计算量有所增加,但精确度明显更高。根据输出功率的对比结果,有损模型的局部相对误差和全局相对误差都明显减小,其中全局相对误差下降6.4倍。在元件参数有所改变时,有损模型的计算结果仍然与实验结果吻合。本文在实验中建立的UCPT系统实现了超过40W的功率输出。在传输能量的同时也能实时传输信号,对UCPT系统的运行是非常必要的。本文研究了能量与信号同时传输的两种技术原理,各具特色:（1）能量与信号同时反向传输。该原理使用一对换能器,且能量与信号使用相同谐振频率进行传输。通过使用有损电路模型进行分析,可知发射换能器上的电压因接收侧负载阻抗的不同而不同。因此,采用二进制幅移键控（2ASK）技术进行信号传输。实验结果表明,本文所提出的电路可以使接收侧维持5V输出电压。理想情况下,信号反向传输速率可达1.6kbps,用于图像传输时信号反向传输速率可达1.43kbps。（2）能量与信号同时同向传输。该原理使用一对郎之万型换能器,但所组成的UCPT系统具有两个谐振频率。根据提出的有损电路模型,推导了郎之万型换能器的有损电路模型和以郎之万型换能器为声电转换元件的电-声-电通道有损电路模型。计算和实验结果表明,在一定频率范围内,接收侧负载有两个输出电压峰值,因此可以用频率信息表示数字信号。因此,采用二进制频移键控（2FSK）技术进行信号传输。实验结果表明,当负载为灯泡时,在两个频率下输出功率均可达25W。当负载为100Ω电阻时,输出电压约为18V,理想情况下信号传输速率为300bps,用于从发射侧向接收侧传输控制指令时信号传输速率约为240bps。为了开展上述实验,在发射侧和接收侧,还设计了信号调制电路与解调电路。在使用UCPT技术进行能量传输时,本文研究了两种可以提高电能传输性能的技术:（1）阻抗匹配技术。考虑换能器的特殊电学性能,根据郎之万型换能器的最简电路,本文分别在发射侧和接收侧设计了阻抗补偿电路。发射侧阻抗补偿实现了改变负载特性和功率控制,接收侧阻抗补偿实现了稳压输出。根据阻抗补偿后的UCPT系统,本文提出了用于为全桥模块中门极驱动电路供电的电-声-电型非电气接触式隔离电源,并对比了 UCPT技术和传统的电磁感应式非接触电能传输（ICPT）技术的抗电磁干扰能力。实验表明,阻抗补偿技术可以有效地改变负载特性、实现功率控制和稳压输出;UCPT技术抗电磁干扰能力比ICPT技术强;基于阻抗补偿电路设计的隔离电源可以有效地为门极驱动电路供电。（2）闭环控制技术。为了使接收侧的输出电压更稳定,本文提出了采用两对谐振频率不同的换能器设计UCPT系统中的闭环控制方案。一对换能器将能量从发射侧传输到接收侧,另一对换能器将负载上的电压信息从接收侧反馈到发射侧。控制器根据电压信息,动态地调整BOOST电路的占空比,进而实现了恒压输出。实验表明,本文所提的闭环控制方案保证了输出电压在负载突变时维持恒定,具有良好的动态性能和稳态性能。本文所做的探索性研究,对提高超声波式非电气接触电能传输技术研究水平,丰富研究内容,促进相关工程应用等具有一定的适用价值。