[发明专利]基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置

说明书

本发明公开了一种基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置，应用于包括发射装置和接收装置的无线电能传输系统，属于无线电能传输性能领域，它包括负磁导率超材料和近零磁导率超材料，其中，负磁导率超材料放置于发射装置和接收装置之间；近零磁导率超材料有两个，分别放置于发射装置的前面和接收装置的后面，用于接收入射的泄露的磁场，并使磁力线发生反射。本发明装置能够可在有效降低无线电能传输系统的磁场泄露的同时，提升系统的传输效率，且易于实施、成本较低。

技术领域

本发明属于无线电能传输性能领域，更具体地，涉及一种基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置。

背景技术

随着人类社会现代化与电气化程度不断加深，无线电能传输技术为克服“有线”传输过程中的缺点提供了新的思路，它的引入使得电能的生产和使用途径更加宽广、方式更加多样化。

近年来，除了在电力工业中的应用，无线电能传输技术在交通运输、医疗电子设备、消费电子设备、空间太阳能卫星等领域应用前景广阔，但是该技术仍存在技术瓶颈问题。一方面，由于发射、接收线圈本身拓扑结构的限制，其产生的空间磁场衰减过快、分布不均匀，从而导致传输距离短，效率低；另一方面，无线电能传输技术在传输过程中电磁泄露严重，从而对人体造成伤害，对其它工作器件产生电磁干扰等问题。

为了尽可能提升系统的传输效率，增大线圈的品质因子是一个普遍手段，但是其也增大了线圈的体积，降低了无线电能传输的实用性。同时电磁泄露问题也成为各国关注的焦点。目前，广泛使用的屏蔽材料为金属和高磁导率铁磁性材料，尽管上述两种材料具备一定的电磁屏蔽效能，但在保护人类电磁辐射危害的同时，也屏蔽了其它所需要的频率，且金属具有质量重、感应涡流会产生大量热量从而降低屏蔽性能，而且铁氧体体积大、价格高、易碎等不足。

因此，如何在不增大系统体积、质量等情况下，同时提升无线电能传输的效率和对电磁泄露的屏蔽性能，成为本领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置，其目的在于有效提升无线电能传输系统的效率，改善输电过程的电磁安全性，由此解决无线电能传输的效率低和电磁泄露严重的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。

基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置，应用于包括发射装置和接收装置的无线电能传输系统，其特征在于，包括负磁导率超材料和近零磁导率超材料，其中，

所述负磁导率超材料放置于所述发射装置和所述接收装置之间；

所述近零磁导率超材料有两个，分别放置于所述发射装置的前面和所述接收装置的后面，用于接收入射的泄露的磁场，并使磁力线发生反射；

所述负磁导率超材料和所述近零磁导率超材料的等效磁导率在所述无线电能传输系统的谐振频率处分别为-1和0，且所述近零磁导率超材料的工作频率与所述无线电能传输系统的谐振频率相同。

优选地，所述负磁导率超材料用于接收所述发射装置产生的交变磁场，并使发散的交变磁场重新聚焦到所述接收装置上，使所述接收装置处耦合磁场强度增加。

优选地，所述负磁导率超材料由1个或多个阵列排布的电磁超材料单元构成；所述近零磁导率超材料由1个或多个阵列排布的电磁超材料单元构成。

负磁导率超材料和近零磁导率超材料均由电磁超材料单元阵列组成，结构简单、统一，具有良好的机械加工性能，易于调节。

优选地，所述电磁超材料单元包括介质基板、螺旋线圈和集总电容，其中，所述集总电容焊接在所述介质基板的背面，并与设置在所述介质基板正面的所述螺旋线圈相连。