[發(fā)明專利]一種針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料

有效

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• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108135118B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉明海;黃修濤;路聰慧;榮燦燦;王圣明;胡朝陽;陶雄
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學;中國電力科學研究院有限公司;國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;H02J50/70
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 廖盈春;李智

本發(fā)明公開了一種針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料，包括介質(zhì)基板、諧振電容和附著在介質(zhì)基板上成周期性排布的諧振結(jié)構(gòu)，諧振結(jié)構(gòu)為方形的開口諧振環(huán)并用金屬線連接的諧振線圈，諧振電容焊接在介質(zhì)基板的背面并與諧振結(jié)構(gòu)相連。通過對單元幾何尺寸的設計和優(yōu)化，使得超材料在無線輸電工作頻率附近具有等效的零磁導率的特性。當電磁波入射到零磁導率的超材料上時，電磁波會發(fā)生反射，從而對傳輸通道外的磁場具有很好的屏蔽作用，同時提升無線輸電系統(tǒng)的傳輸效率。本發(fā)明中的針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料，適用于解決目前令人關(guān)注的電動汽車無線充電技術(shù)中電磁輻射對人類及環(huán)境的影響問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁領(lǐng)域，更具體地，涉及一種針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料。

背景技術(shù)

超材料是具有周期性或特定幾何結(jié)構(gòu)的亞波長尺度新型人工復合材料，通過其結(jié)構(gòu)巧妙設計可以對電磁波和電磁場進行有效調(diào)控，突破傳統(tǒng)材料的物理極限，從而實現(xiàn)單一的自然材料不能或很難實現(xiàn)的特異電磁性能，比如：負折射、超吸收、光學隱身等。

2007年以來，磁共振無線輸電技術(shù)快速發(fā)展起來，其原理是磁場耦合諧振實現(xiàn)電能的無線傳輸，但是無線輸電技術(shù)由于發(fā)射、接收線圈本身拓撲結(jié)構(gòu)的限制，其產(chǎn)生的空間磁場出現(xiàn)衰減過快、分布不均勻，導致傳輸距離短、傳輸效率低等問題。其次基于無線輸電技術(shù)電能傳輸過程中，電磁泄露引起的電磁污染、電磁干擾等問題日益凸顯。

近來，無線輸電技術(shù)受到了越來越廣泛的關(guān)注，同時，該技術(shù)也被嘗試應用于電動汽車以實現(xiàn)電動汽車的無線充電，相對于電動汽車的有線充電而言，無線充電具有使用方便、安全、可靠，降低人力成本以及節(jié)省空間等優(yōu)點。盡管電動汽車無線充電技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，也取得了很多進展，但是仍存在電磁輻射對人體和環(huán)境造成的影響問題。因此解決電動汽車的電磁輻射問題成為關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)的金屬屏蔽材料，體積、重量較大、損耗高，不利于電動汽車無線耦合系統(tǒng)簡便型與實用化。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料，由此解決傳統(tǒng)金屬屏蔽材料由于體積、重量較大以及損耗高而存在的不利于電動汽車無線耦合系統(tǒng)簡便型與實用化的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料，包括：多個陣列排布的子超材料單元，其中，每一個所述子超材料單元包括介質(zhì)基板1、諧振電容3和附著在所述介質(zhì)基板1上成周期性排布的諧振結(jié)構(gòu)2；

所述諧振結(jié)構(gòu)2為方形的開口諧振環(huán)并用金屬線連接的諧振線圈；

所述諧振電容3在所述介質(zhì)基板1的背面并與所述諧振結(jié)構(gòu)2相連。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板1為FR-4介質(zhì)板，介電常數(shù)為4.2～4.6。

優(yōu)選地，所述諧振結(jié)構(gòu)2的線圈圈數(shù)為3圈～7圈，開口寬度為5mm～20mm，線間距為1mm～4mm，線寬為1mm～6mm。

優(yōu)選地，所述諧振電容3為高壓直插CBB電容。

優(yōu)選地，所述諧振電容3的大小為1uf～1.4uf，以使所述屏蔽超材料在75KHz～90KHz磁導率為零。

優(yōu)選地，所述金屬線為銅線。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明中的針對電動汽車無線充電的零磁導率的屏蔽超材料，在75KHz～90KHz左右具有零磁導率，電動汽車無線充電技術(shù)的標準工作頻率是85KHz，將該超材料放置在電動汽車兩側(cè)，電磁波發(fā)生發(fā)射，可以有效的屏蔽電磁輻射，并提升電動汽車的傳輸效率。