[發明專利]一種分支電磁環及弱電能提取方法

在審

• 申請號: 202010824171.1
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111884354A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 吳振陵;曹先亮;焦學峰;李梅;孫慶瑞
• 申請（專利權）人: 北京小獴科技有限公司
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/00
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 宋玲玲

1.一種分支電磁環，其特征在于：所述分支電磁環為平面結構，平面結構由上承載層(1)、上核心層(2)、介質隔離層(3)、下核心層(4)和下承載層(5)自上而下依次疊加組成；

所述上核心層(2)與下核心層(4)的結構、材質特性均相同，上核心層(2)與下核心層(4)均由位于中間的電磁環(8)和位于電磁環(8)兩側的分支(6)組成，電磁環(8)上設置有負載接口(7)，兩側的分支(6)的結構關于電磁環(8)的中心點呈中心對稱，上核心層(2)和下核心層(4)各自兩側的分支(6)的材質具有非對稱性，電磁環(8)的材質具有非對稱性；

所述介質隔離層(3)將上核心層(2)和下核心層(4)進行電隔離，上核心層(2)和下核心層(4)關于介質隔離層(3)的中心點成中心對稱。

2.根據權利要求1所述的分支電磁環，其特征在于：所述上承載層(1)和下承載層(5)均為一種用于固定、保護和對外部的電絕緣的承載層。

3.根據權利要求1所述的分支電磁環，其特征在于：所述介質隔離層(3)由絕緣粘膠或塑料薄膜制成。

4.根據權利要求1所述的分支電磁環，其特征在于：所述電磁環(8)是一個單圈的導體環，導體環為中心對稱圖形，導體環為圓形或橢圓形或正方形或菱形或八角形。

5.根據權利要求1所述的分支電磁環，其特征在于：所述上核心層(2)或下核心層(4)的分支(6)的一側由良導體材質構成；分支(6)的另一側由良導體材質和鐵磁導體材質交替連接組成；上核心層(2)的一側的分支和另一側的分支形狀相同、材質不同，上核心層(2)的一側分支由良導體材質構成，另一側分支由良導體材質與鐵磁導體材質交替連接形成的混合材質構成；下核心層(4)的一側的分支和另一側的分支形狀相同、材質不同，下核心層的一側分支由良導體材質構成，另一側分支由良導體材質與鐵磁導體材質交替連接形成的混合材質構成。

6.根據權利要求5所述的分支電磁環，其特征在于：所述上核心層(2)的電磁環和下核心層(4)的電磁環均由兩個四分之一圓弧的良導體材質和兩個四分之一圓弧的鐵磁導體材質交替連接而成。

7.根據權利要求6所述的分支電磁環，其特征在于：所述上核心層(2)的電磁環的的鐵磁導體材質與下核心層(4)的電磁環的良導體材質重合，下核心層(4)的電磁環的鐵磁導體材質與上核心層(2)的電磁環的良導體材質重合。

8.根據權利要求7所述的分支電磁環，其特征在于：所述上核心層(2)上的良導體材質構成的分支與下核心層(4)上的混合材質構成的分支同側，下核心層(4)上的良導體材質構成的分支與上核心層(2)上的混合材質構成的分支同側。

9.根據權利要求8所述的分支電磁環，其特征在于：所述上核心層(2)的負載接口和下核心層(4)的負載接口各有兩個，并且上核心層(2)的負載接口和下核心層(4)的負載接口對稱設置。

10.一種如權利要求1-9任一項所述的分支電磁環的弱電能提取方法，其特征在于：所述弱電能提取方法為：

所述上核心層(2)和下核心層(4)其上的電場分布形成互補結構，當上核心層(2)在磁場中移動時，依據電磁感應原理，其上將產生感生電動勢；當周圍環境中磁場發生變化時，在下核心層(4)上同樣會產生電動勢；

感生電動勢將驅使電荷向兩側分支(6)的端點方向移動，在整個分支(6)電磁環(8)上的各個部位形成瞬態電流，直到電荷分布形成的電場與感生電動勢達成平衡；

不同的材質對電荷的移動產生的作用不同，將導致電荷移動時產生的電場強度不同，從而沿著軸向產生不同的電壓分布，其中，在鐵磁導體材質上瞬態電流的產生帶來的感應磁場在鐵磁特性作用下被增強，此磁場的變化又感生出較強的反向電流，導致同樣的總瞬態電流下，材質兩端的瞬態電動勢遠高于良導體材質；

在材質布局不對稱的情況下，分支(6)電磁環(8)上向兩側分支(6)方向的瞬態感生電動勢在良導體材質段上的電動勢變化平緩，鐵磁導體材質段電動勢的變化斜率更陡，根據歐姆定律在每一節的鐵磁導體材質的兩端積蓄了電壓，其上電壓的瞬態分布隨著外部磁場、運動、時間等參數變化，甚至極性也會反轉，但是分布的階梯特征由結構和材質決定；

所述介質隔離層(3)將上核心層(2)和下核心層(4)進行電隔離，介質隔離層(3)在層間形成較大的電容，增加了電荷的存儲能力，在感生電動勢的作用下，達到電動勢平衡所需移動的電荷量增大，導致瞬態電流增加，最終反映到負載端的瞬態電流增大，這個電流增大的作用與第介質隔離層(3)的厚度成反比，介質隔離層(3)采用薄膜形狀設計能夠極大地提高能量獲取效率；

同時，根據戴維南定理，上核心層(2)和下核心層(4)兩個導電層上的端口的結構，任何從端口處可以等效為匹配阻抗的網絡均可以成為其高效的負載，不匹配的負載同樣可以使用這個結構用于提取能量，只是效率會因為失配而有所降低。