[发明专利]一种基于近零磁导率超材料的无线输电装置

权利要求书

1.一种基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，包括同轴设置的驱动线圈(1)、发射线圈(2)、负载线圈(3)、接收线圈(4)以及屏蔽结构(5)；

所述屏蔽结构(5)的材料为近零磁导率超材料，且所述超材料的磁导率为0时所述屏蔽结构(5)的工作频率为f₀；所述发射线圈(2)和所述接收线圈(4)的谐振频率均为f₀；其中，f₀＝13.56MHz；

所述驱动线圈(1)外接一个工作频率为f₀的射频电源，用于产生高频的第一交变磁场；所述发射线圈(2)与所述驱动线圈(1)形成电磁耦合，使得所述第一交变磁场转移至所述发射线圈(2)，激发所述发射线圈(2)产生第二交变磁场；所述接收线圈(4)和所述发射线圈(2)形成谐振耦合，两个线圈之间形成一条能量传输通道，使得所述第二交变磁场传输至所述接收线圈(4)，激发所述接收线圈(4)产生第三交变磁场，从而实现能量的传输；所述负载线圈(3)与所述接收线圈(4)形成电磁耦合，使得所述第三交变磁场转移至所述负载线圈(3)，从而实现磁能到电能的转换；

所述屏蔽结构(5)包含两个面或多个面，且所述两个面或多个面以所述能量传输通道为中心轴线对称设置；所述屏蔽结构(5)用于使得所述第二交变磁场在传输的过程中发生偏折，从而传输到所述能量传输通道之外的磁场减弱，所述接收线圈(4)接收到的磁场增多，进而能量传输效率增大；

构成所述屏蔽结构(5)的近零磁导率超材料由多个阵列排布的超材料单元构成；所述超材料单元包括：介质基板(51)、谐振电容(53)以及附着于所述介质基板(51)上的谐振结构(52)；所述谐振电容(53)位于所述介质基板(51)的背面，并与所述谐振结构(52)相连；所述谐振结构(52)为方形开口谐振环金属线圈并用金属线连接。

2.如权利要求1所述的基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，所述屏蔽结构的每一个面与所述能量传输通道的距离设定使得所述无线输电装置的传输效率最大同时屏蔽效果最好。

3.如权利要求1所述的基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，所述谐振电容(53)为高压直插CBB电容。

4.如权利要求1所述的基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，所述谐振电容(53)的大小、所述谐振结构(52)中金属线圈的宽度以及所述谐振结构(52)中金属线圈的线间距的设定使得所述屏蔽结构(5)中超材料的磁导率为0。

5.如权利要求1所述的基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，所述介质基板(51)为FR-4介质板，且其厚度为2mm，以便于精确调节所述屏蔽结构(5)的工作频率，使得所述屏蔽结构中超材料的磁导率为0。

6.如权利要求1所述的基于近零磁导率超材料的无线输电装置，其特征在于，所述谐振结构(52)中，金属线圈和金属线的材料均为铜。