[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

摘要

本发明公开了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，包括：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RLC谐振电路，使得超材料单元的谐振频率为系统工作频率时，其等效磁导率为‑1；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；将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；建立系统的电路矩阵方程，从而求解电路参数，并进一步计算系统的传输效率；改变超材料与发射线圈的距离，得到最佳介入位置。本发明能够更加深入准确地分析超材料加载到无线电能传输系统的作用规律和耦合机制，并简化了分析过程。

主权项

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、所述谐振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Mdt、驱动线圈与接收线圈之间的互感Mdr、驱动线圈与负载线圈之间的互感Mdl、发射线圈与接收线圈之间的互感Mtr、发射线圈与负载线圈之间的互感Mtl、接收线圈与负载线圈之间的互感Mrd、驱动线圈与第i个超材料单元的互感Mdi、发射线圈与第i个超材料单元之间的互感Mti、接收线圈与第i个超材料单元之间的互感Mri、负载线圈与第i个超材料单元之间的互感Mli以及第i个超材料单元和第j个超材料单元之间的互感Mij；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Zd、发射线圈的阻抗Zt、接收线圈的阻抗Zr、负载线圈的阻抗Zl以及超材料单元的阻抗Zi；(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Id和负载电流Il的电路参数，并进一步计算无线电能传输系统的传输效率；(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。