[發明專利]一種無線能量傳輸系統

在審

• 申請號: 201210050415.0
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN103296766A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 劉若鵬;趙治亞;郭潔;洪運南
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及無線能量傳輸領域，具體地涉及一種基于磁共振原理的無線能量傳輸系統。

【背景技術】

目前，無線能量傳輸技術主要基于三種原理，分別是電磁感應式、磁共振式以及輻射式，電磁感應式(非接觸感應式)電能傳輸電路的基本特征是原副邊電路分離，原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合感應相聯系。電磁感應式的特點是：有較大氣隙存在，使得原副邊無電接觸，彌補了傳統接觸式電能的固有缺陷；但是，較大氣隙的存在也使得系統漏磁與激磁相當，甚至比激磁高；因此，基于磁感應技術的原因，充電線圈基板與接收線圈基板之間的實際有效充電空間距離大約為5mm，當兩者之間的空間距離超過5mm時則無法進行充電工作。

磁共振式(又稱WiTricity技術)是由麻省理工學院(MIT)物理系、電子工程、計算機科學系，以及軍事奈米技術研究所(Institute?for?Soldier?Nanotechnologies)的研究人員提出的。系統采用兩個相同頻率的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物體間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器，共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。2007年6月，來自麻省理工學院的研究人員通過電磁線圈實現了距離2米的60W電力的傳輸，他們采用了全新的思考方式，采用了兩個能夠實現共振的銅線圈，依靠共振進行能量的傳輸。現有的基于磁共振的無線能量傳輸系統包括電源模塊、信號激勵電路、磁共振發射模塊和設置在負載設備內的磁共振接收模塊，磁共振發射模塊通常包括發射天線和磁共振發射線圈，磁共振接收模塊同樣也包括磁共振接收線圈和接收天線，磁共振發射線圈和磁共振接收線圈通常為繞制的銅線圈，整個系統的結構比較復雜，給設計預定的系統工作頻率帶來很大難度，所以目前該技術僅僅停留在技術解決方案階段，還沒有成熟的產品。

輻射式又分為無線電波式、微波方式、激光方式等，如，Powercast公司基于無線電波式研制出可以將無線電波轉化成直流電的接收裝置，可在約1米范圍內為不同電子裝置的電池充電。其缺點是能夠傳輸的能量小，應用范圍有限。

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構而非構成它們的材料，因此，為設計和合成超材料，人們進行了很多研究工作。2000年，加州大學的Smith等人指出周期性排列的金屬線和開環共振器(SRR)的復合結構可以實現介電常數ε和磁導率μ同時為負的雙負材料，也稱左手材料。之后他們又通過在印刷電路板(PCB)上制作金屬線和SRR復合結構實現了二維的雙負材料。對于磁場具有響應的金屬線和開環共振器結構，通常稱之為磁性微結構。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是：基于超材料技術提供一種系統結構簡單，易于工業化制造的無線能量傳輸系統。

本發明實現發明目的所采用的技術方案是，一種無線能量傳輸系統，包括電源模塊、信號激勵電路、發射天線、磁共振發射模塊、設置在負載設備內的磁共振接收模塊和接收天線，所述發射天線連接所述信號激勵電路以發射共振信號至所述磁共振發射模塊，所述磁共振發射模塊與所述磁共振接收模塊之間通過共振場倏逝線的耦合進行能量傳遞，所述信號接收天線電連接所述負載設備以提供電能，所述磁共振發射模塊和磁共振接收模塊結構相同且均由基材和固定在基材上的金屬線結構組成，所述金屬線結構包括共振金屬線圈和多個磁性微結構，所述多個磁性微結構設置在所述共振金屬線圈的中心區域，所述磁性微結構具有負磁導率，所述具有負磁導率的磁性金屬微結構的頻率與所述共振金屬線圈的諧振頻率相同。

具體地，所述共振金屬線圈為方形螺繞線圈。

優選地，所述共振金屬線圈包括第一方形螺旋線、第二方形螺旋線、連接線和口字型閉合線，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線的外端頭分別連接所述連接線的一端，所述連接線的另一端連接所述口字型閉合線，所述口字型閉合線包圍所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線的螺旋中心區域內設置有多個陣列的磁性微結構，所述磁性微結構具有負磁導率，所述具有負磁導率的磁性微結構的頻率與所述共振金屬線圈的諧振頻率相同。

優選地，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線以所述連接線為軸對稱設置。

優選地，所述磁性微結構的磁導率為-1。

具體地，所述磁性微結構為開口諧振環或開口諧振環的衍生結構。