[发明专利]基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统

说明书

本申请公开了一种基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统，包括高频电源、第一功率检测模块、第一通讯模块、发射线圈、超材料耦合度调整装置、接收线圈、第二功率检测模块、第二通讯模块、负载、效率与功率计算模块以及电机控制与驱动模块。本发明能够依据传输效率和传输功率调节超材料耦合度调整结构的位置，使提供的基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统获得最大的传输效率或传输的最大功率。

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术领域，具体涉及基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统。

背景技术

磁耦合谐振式无线电能传输系统通过耦合近场中的倏逝波实现发射线圈与接收线圈之间的能量传输，具有高效、安全、便捷的特点，在国内外受到了广泛的关注。但当传输距离增大时，系统的传输效率会急速下降，极大限制了磁耦合谐振式无线电能传输的实际应用。将电磁超材料置于磁耦合谐振式无线电能传输系统中可有效改善传输线圈之间的磁场分布，减少磁力线的分散，增加传输线圈之间的耦合系数，有效解决其在较远传输距离内无法高效传输的问题。但是应用中电磁超材料在磁耦合谐振式无线电能传输系统中的位置是十分重要的，有时将其置于磁耦合谐振式无线电能传输系统某些位置时，电磁超材料不仅不能提升传输效率还会降低传输效率。一般无线电能传输最大传输效率和传输的最大功率是不同时出现的，不同需求下超材料在无线电能传输系统的位置亦需要分别去研究。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统，能够有效克服在较远传输距离内无法高效传输的问题并提供无线电能传输最大传输效率和最大功率两种模式选择。

为实现上述功能，本发明提供以下技术方案。

基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统，包括高频电源、第一功率检测模块、第一通讯模块、发射线圈、超材料耦合度调整装置、接收线圈、第二功率检测模块、第二通讯模块、负载、效率与功率计算模块和电机控制与驱动模块；

所述高频电源的输出端连接第一功率检测模块与发射线圈；

所述第一功率检测模块，分别与高频电源和发射线圈进行连接，对发射端电压与电流的数值进行测量并将其发送给第一通讯模块模块；

所述第一通讯模块，与第一功率检测模块连接，将第一功率检测模块采集的电压电流数据无线传输给效率与功率计算模块；所述发射线圈，分别与高频电源和第一功率检测模块连接；

所述超材料耦合度调整装置，包括超材料耦合度调整结构、滑动轨道、电机，其中，超材料耦合度调整结构与发射线圈同轴布置，对发射线圈辐射的交变磁场进行汇聚，下方设置滑动轨道，电机与滑动轨道相连，控制超材料耦合度调整结构沿滑动轨道左右移动；

所述接收线圈，与超材料耦合度调整结构同轴布置，与发射线圈进行谐振耦合；

所述第二功率检测模块，与接收线圈和负载相连接，对接收端的电压与电流的数值进行测量并将其发送给第二通讯模块；

所述第二通讯模块，与第二功率检测模块连接，将第二功率检测模块采集的电压电流数据无线传输给效率与功率计算模块；

所述效率与功率计算模块和电机控制与驱动模块连接；

所述电机控制与驱动模块，分别与效率与功率计算模块和电机连接，控制电机在初始化时移动至滑动轨道最左侧，调节开始后，控制电机以设定的最小移动距离向右侧移动，模式选择后，接收效率与功率计算模块发送的左移距离，驱动电机左移相应距离。

进一步地，所述超材料耦合度调整结构中的超材料单元结构参数根据线圈参数确定的工作频率设计。

进一步地，所述超材料耦合度调整结构中的超材料单元的组合排列情况根据发射线圈或接收线圈直径进行排列。

进一步地，磁耦合谐振式无线电能传输结构为双线圈结构。