[发明专利]一种用于无线电能传输系统的超材料等效电路的分析方法

权利要求书

1.一种用于无线电能传输系统的超材料等效电路的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将超材料单元等效为一个包括谐振线圈、附加电容和介质基板的RLC谐振电路；调整所述谐振线圈的大小、所述附加电容的大小以及所述介质基板的规格，使得超材料单元的谐振频率为f₀，且超材料单元在谐振频率点f₀时对应的RLC谐振电路的等效磁导率为-1；其中，f₀为无线电能传输系统的工作频率；

(2)将N个超材料单元按照阵列周期结构排列组合，得到超材料；对整个系统进行仿真，并根据仿真结果调整超材料单元之间的阵列结构，以优化系统的传输效率；其中，N为根据所述谐振线圈的大小确定的正整数；

(3)将所述超材料加载到发射线圈与接收线圈之间，并计算各模块之间的互感，包括：驱动线圈与发射线圈之间的互感M_dt、驱动线圈与接收线圈之间的互感M_dr、驱动线圈与负载线圈之间的互感M_dl、发射线圈与接收线圈之间的互感M_tr、发射线圈与负载线圈之间的互感M_tl、接收线圈与负载线圈之间的互感M_rd、驱动线圈与第i个超材料单元的互感M_di、发射线圈与第i个超材料单元之间的互感M_ti、接收线圈与第i个超材料单元之间的互感M_ri、负载线圈与第i个超材料单元之间的互感M_li以及第i个超材料单元和第j个超材料单元之间的互感M_ij；其中，1≤i,j≤N；

(4)分别测定每个模块的自感和内阻，以及驱动线圈、发射线圈、接收线圈和负载线圈的电容，并由此计算每个模块的阻抗，包括：驱动线圈的阻抗Z_d、发射线圈的阻抗Z_t、接收线圈的阻抗Z_r、负载线圈的阻抗Z_l以及超材料单元的阻抗Z_i；

(5)根据基尔霍夫定律，建立无线电能输电系统的电路矩阵方程；根据所述电路矩阵方程计算得到包括驱动电流I_d和负载电流I_l的电路参数，并进一步计算无线电能传输系统的传输效率；

所述步骤(5)中，所建立的电路矩阵方程如下：

其中，V_s为驱动线圈的电压，R_s为驱动线圈的电阻，R_L为负载线圈的负载电阻，I_t为发射线圈的电流，I_r为接收线圈的电流，I_i为i第个超材料单元的电流；

(6)改变所述超材料与发射线圈的距离，重复执行步骤(3)～(5)，得到传输效率与所述超材料的介入位置之间的关系，从而得到使得传输效率最大的最佳介入位置。

2.如权利要求1所述的用于无线电能传输系统的超材料等效电路的分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算两个模块之间的互感根据如下公式计算：

其中，n_p和n_q分别为两个线圈的圈数，R_p和R_q分别为两个线圈的半径，d_pq为两个线圈之间的距离，h为线圈之间的间隔；所述线圈为驱动线圈、发射线圈、接收线圈、负载线圈或者超材料单元等效电路中的谐振线圈。