[發明專利]磁場強度與場分布調控效應的無線充電平面

在審

• 申請號: 201410549298.1
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104362767A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 李云輝;吳謙;陳永強;陳梓漳;方愷;張冶文;陳鴻
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;H01F38/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

技術領域

本發明涉及一種無線電能傳輸系統，尤其是涉及一種磁場強度與場分布調控效應的無線充電平面。

背景技術

很早之前，利用電磁感應進行能量傳輸就已經存在并應用，如公交車上的自動刷卡機，又如學校里的校園一卡通讀卡系統，以及現在我們的二代身份證等都有類似機制：讀取設備附近會產生一個高頻磁場，一旦芯片進入其中周圍的線圈內就會產生感應電壓，從而激活芯片并把所攜帶信息通過線圈發射出去被讀取設備接收。最為典型的一種純電磁感應能量傳輸的例子便是變壓器，由兩個金屬螺線環不接觸的排列在一次，內部通過一根鐵芯相互關聯。但是，電磁感應式能量傳輸也有十分不利的因素：首先，其發射端磁感應線迅速的發散特性使其只能實現非常近的高效能量傳輸，距離一旦擴大至中距離甚至中近距離，其傳輸效率會隨著距離的三次方快速下降；其次，電磁感應式能量傳輸對發射端與接收端之間的位錯程度很敏感，因為磁場大多都局域在金屬附近，一旦有一定位錯存在，將會影響接收端所收到的磁通量，從而降低效率。

直至2007年，非輻射無線能量傳輸迎來了新的發展前景。一批來自MIT的科學家提出了依靠磁諧振在中距離所實現高效無線能量傳輸。這一理論主要是依靠具有相同諧振頻率的發射端與接收端之間的磁諧振倏逝場線相互耦合來實現兩端之間的快速能量交換，由于電磁諧振的存在，兩端聚集大量的電磁能量，從而使倏逝磁場延生得更遠，以高效地實現中距離能量傳輸。此外，這種傳能方式對周邊環境的影響也非常小，因為整個傳輸過程中只有磁場。然而，磁諧振無線能量傳輸也有其缺點，它對發射端與接收端存在的位錯位移也十分敏感，會極大影響效率，原因和之前電磁感應式的基本一致，這樣也不利于實現多目標大范圍能量傳輸。目前無線電能傳輸遇到的難題是傳輸距離近，效率低，方向性差，這是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種有效地提高非輻射電磁感應無線能量傳輸系統的效率與距離的磁場強度與場分布調控效應的無線充電平面。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

磁場強度與場分布調控效應的無線充電平面，由能量發射源及設置在其中的發射端磁美特材料、能量接收源及設置在其中的接收端磁美特材料組成，

所述的發射端磁美特材料由第一介質板、設置在第一介質板上下表面的發射端第一金屬銅螺線環陣列和發射端第二金屬銅螺線環陣列組成，發射端第一金屬銅螺線環陣列與發射端第二金屬銅螺線環陣列相對第一介質板相互平行且位置相反；

所述的接收端磁美特材料由第二介質板設置在第二介質板上下表面的接收端第一金屬銅螺線環陣列和接收端第二金屬銅螺線環陣列組成，接收端第一金屬銅螺線環陣列和接收端第二金屬銅螺線環陣列相對第二介質板相互平行且位置相反；

發射端磁美特材料和接收端磁美特材料由于磁諧振倏逝場線相互耦合來進行無線能量傳輸，在系統工作頻率處具有最大等效磁導率實部。

所述的能量發射源和發射端磁美特材料是具有定向且相對均勻發射倏逝磁場的驅動天線。

所述的接收端磁美特材料和能量接收源是能量接收天線。

所述的第一介質板和第二介質板為聚四氟乙烯玻璃纖維制成的介質板，介電常數為2.65。

所述的能量發射源及能量接收源為正方形金屬銅線環。

發射端及接收端的金屬銅螺線環陣列厚度相同，由平均分布的數個金屬銅螺線構成，每個金屬銅螺線均構成13圈螺線環。

作為一個具體的實施方案，能量發射源、能量接收源是邊長80mm、橫截半徑0.5mm的正方形金屬銅線環，第一介質板、第二介質板厚度均為0.25mm；發射端及接收端的金屬銅螺線環陣列的厚度均為0.035mm，每個單元對應的介質板的邊長為為26mm，單元最外圈銅帶圍成的正方形的邊長為25mm，銅帶寬度均為0.21mm，銅帶間隔均為0.32mm，金屬銅螺線環均為13圈，中心正方銅塊邊長均為1.9mm。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)利用磁美特材料的磁場放大效應可以有效地提高非輻射電磁感應無線能量傳輸系統的效率與距離。

(2)磁美特材料的深亞波長特性有利于非輻射無線能量傳輸系統的小型化。

(3)該系統可以實現即時傳輸，即當接收端一旦關閉，發射端立即能感知到，并停止能量傳輸。

(4)該系統具有較好的磁場分布均勻性，對位錯較為不敏感，并可支持多目標能量傳輸。

(5)本發明工藝簡單，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；