[发明专利]一种基于特异材料的多目标非辐射无线电能传输系统

说明书

一种基于特异材料的多目标非辐射无线电能传输系统，由非谐振激励线圈、特异材料(由介质板以及加载集总电容的金属谐振环构成)、非谐振接收线圈组成。非谐振激励线圈、特异材料以及非谐振接收线圈之间利用磁场近场相互耦合来进行无线电能传输。加载集总电容的金属谐振环间耦合可形成特殊通带，通带内不同频率电磁模式呈现出丰富的场强空间分布状态。该发明通过探测负载所在位置以此来决定特异材料中哪些谐振环工作，因此不会造成能量浪费；该发明利用二维金属谐振环阵列这一简化的平面型特异材料，可实现圆斑、雪花、同心圆等多点磁场分布形态，有利于多目标无线供电等应用；该发明中的特异材料具有深亚波长特性，有利于器件的小型化和集成化。

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输系统，尤其是涉及一种基于特异材料的多目标非辐射无线电能传输系统。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，各种各样的电气设备遍布世界的每一个角落，极大地方便了人们的生产和生活。然而，电能传输主要利用金属导线，这种“有线”传输在电气设备日益增多的今天，弊端越来越明显。导线的摩擦、老化和裸露等，容易产生接触火花，降低用电设备的安全性与可靠性；复杂庞大的导线排布占用大量空间资源，并且影响了移动设备的灵活性；近年来，作为科技发展新方向的无线传感器、无线终端设备、人体植入医疗设备等方面的应用，更是由于受到传统电能供给方式的限制而陷入了发展瓶颈。由于上述“有线”电能传输的固有缺陷，人们对移动及植入式电子设备的供电提出了更高的要求，开始逐渐将目光投向到无线电能传输技术。

无线电能传输技术根据传输机理的不同，可分为辐射型与非辐射型两种。与利用了远场辐射特性的辐射型无线电能传输技术不同，非辐射型无线电能传输技术是依靠电磁场近场的感应、耦合或遂穿效应而实现的一种无线电能传输方式。其中，磁耦合谐振式无线电能传输技术更是突破了早期基于电磁感应技术传输距离极短的限制，从而具有更强的实际应用价值。然而该技术仍存在一些技术瓶颈。例如，传统实现多目标无线供电一般利用相控阵阵列天线技术，该技术虽然可以在目标区域内实现多点磁场分布，但是复杂的馈电网络，增加了设计难度，同时也降低了实用性。因此，如何利用平板阵列天线实现不需要复杂馈电网络的多点磁场分布，就成为一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用特异材料实现不需要复杂馈电网络的多点磁场分布的非辐射无线电能传输系统。

本发明的技术方案

一种基于特异材料的多目标非辐射无线电能传输系统，该系统由非谐振激励线圈、特异材料和非谐振接收线圈组成，特异材料(2)设置于非谐振激励线圈(1)和非谐振接收线圈(3)之间；

所述的非谐振激励线圈连接电压源或者其他激励源，

所述的非谐振接收线圈连接负载或者其他储能设备，

所述的特异材料由介质板以及介质板上设置的加载集总电容的金属谐振环阵列组成；

非谐振激励线圈、特异材料以及非谐振接收线圈之间利用磁场近场相互耦合来进行无线电能传输，非谐振接收线圈在特异材料不同位置处接收效率不同。

所述的非谐振激励线圈和特异材料组合结构是具有多点磁场近场分布的驱动天线，其中，特异材料中金属谐振环的个数不少于19个。

所述的介质板为FR_4环氧树脂制成的介质板，介电常数为2.6；(介质板厚度只影响特异材料的工作频率和器件的尺寸，不影响特异材料的性质，可任意厚度)作为一个具体的实施方案，本发明介质板厚度为1mm。