基于移位平板的无线电能传输线圈装置制造方法及图纸

技术编号:15799811 阅读:769 留言:0更新日期:2017-07-11 13:48
本发明专利技术提供的一种基于移位平板的无线电能传输线圈装置,包括发射线圈、接收线圈、负磁性移位平板及正磁性移位平板;其中所述负磁性移位平板位于所述发射线圈与所述接收线圈之间,所述正磁性移位平板位于所述发射线圈或所述接收线圈外侧。与现有技术相比,本发明专利技术的有益效果如下:1、本发明专利技术能够在电磁场中近似等效地移动内部线圈,从而改变发射线圈与接收线圈之间的相对位置,显著地增强发射线圈和接收线圈的互感和磁耦合。2、本发明专利技术结构紧凑,能够根据应用需求选择作用于发射线圈或接收线圈;同时作用于两线圈时,对互感和磁耦合的增强效果更加显著。3、本发明专利技术结构简单,易于实现,具有广阔的应用前景。

Radio energy transmission coil device based on displacement plate

The invention provides a shift plate of radio transmission coil device based on including the transmitting coil and receiving coil and a negative magnetic shift plate and positive magnetic shift plate; wherein the magnetic plate is positioned in the negative shift of the transmitting coil and the receiving coil between the positive magnetic shift located in the transmitting coil or plate the receiving coil outside. Compared with the prior art, the invention has the advantages that: 1, the invention can approximately move inside the coil in the electromagnetic field, so as to change the relative position between the transmitting coil and receiving coil, significantly enhance the transmitting and receiving coils and magnetic coupling transformer. 2, the invention is compact in structure and can be selected to act on the transmitting coil or the receiving coil according to the application requirements; meanwhile, the enhancement effect of the mutual inductance and the magnetic coupling is more remarkable when the two coil is acted on. 3, the invention has simple structure and easy realization, and has wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于移位平板的无线电能传输线圈装置
本专利技术涉及电磁设计领域与无线电能传输技术,具体地,涉及基于移位平板的(可有效增强磁耦合效果)的无线电能传输线圈装置。
技术介绍
近些年,无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注。传统电能传输主要通过金属导线的点对点直接接触传输。这种“有线”的传输方式带来了不少问题。由于存在摩擦、老化等问题,电能传输过程中很容易产生火花,进而影响到用电设备的寿命和用电安全。另外,传统的有线电力传输方式不能满足一些特殊应用场合的需要,如矿井,水中,植入式医疗设备等。这些问题都在呼唤一种脱离金属导线的电能传输方式,即无线电能传输。无线电能传输技术涉及了电力电子电路、线圈电磁设计、自动控制、通信协议等多方面内容,其中线圈电磁设计尤为重要。超材料是一种介电常数或磁导率为负的人工结构材料。利用超材料可以实现对电磁场的控制。近十年来,国内外学者利用变换光学理论设计出了各种各样的功能性超材料电磁器件,包括“完美棱镜”、隐身斗篷、电磁吸收器、超散射体等。移位介质是一种特殊的超材料器件,它可以将介质作用的物体或区域在光学上等效移位到指定位置。均匀、各向同性的超材料可以利用周期性排列的亚波长结构,如开口谐振环来实现。中短距离无线输电大多采用近场磁耦合方式,然而,随着发射线圈与接收线圈之间的传输距离增加,系统的电能传输效率急剧下降。现有的研究大多通过线圈优化设计和控制算法改进来解决这一问题,但上述方法无法改变线圈间磁场的倏逝波特性,因此对效率增强效果有限。超材料对电磁场的控制作用使其在无线电能传输领域展现出巨大潜力。现有的研究大多基于“磁性完美棱镜”。“磁性完美棱镜”是磁导率为-1的超材料平板,它可以将发射线圈产生的磁场重新汇聚,从而增强发射线圈和接收线圈间的互感和磁耦合。然而,为了实现更远的传输距离,通常需要进一步增加平板的厚度,使装置变得更加笨重。并且,平板通常放在两线圈中间的位置,当平板靠近线圈时会因为过耦合使效果明显减弱,这也大大限制了它的应用场合。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的是提供一种的基于移位平板的无线电能传输线圈装置。为解决上述技术问题,本专利技术提供的一种基于移位平板的无线电能传输线圈装置,包括发射线圈、接收线圈、负磁性移位平板及正磁性移位平板;其中所述负磁性移位平板位于所述发射线圈与所述接收线圈之间,所述正磁性移位平板位于所述发射线圈或所述接收线圈外侧。优选地,所述发射线圈与所述接收线圈之间的距离大于所述发射线圈及所述接收线圈的直径。优选地,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板均平行于所述发射线圈及所述接收线圈所在平面。优选地,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板与所述发射线圈及所述接收线圈同轴设置。优选地,所述正磁性移位平板与所述发射线圈之间的距离等于所述负磁性移位平板与所述发射线圈之间的距离;或所述正磁性移位平板与所述接收线圈之间的距离等于所述负磁性移位平板与所述接收线圈之间的距离。优选地,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板为尺寸相同的正方形。优选地,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板的最大尺寸小于工作波长的十分之一。优选地,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板的边长大于所述发射线圈与所述接收线圈的直径。优选地,所述负磁性移位平板的磁导率参数μ1和所述正磁性移位平板的磁导率参数μ2分别满足:其中,w为所述正磁性移位平板或所述负磁性移位平板的厚度,d为所述正磁性移位平板和负磁性移位平板共同作用,使内部线圈在光学上等效移动的距离。优选地,所述负磁性移位平板的磁导率张量μ‘I满足:μ‘I=μI*(1+σN*i);其中,σN为所述负磁性移位平板的损耗系数;i为虚部单位;σN*i为材料的磁损耗;μI为所述负磁性超材料平板的理想磁导率张量,所述正磁性移位平板的磁导率张量μ‘II满足:μ‘II=μII*(1-σP*i);其中,σP为所述正磁性移位平板的损耗系数;i为虚部单位;σP*i为材料的磁损耗;μII为所述正磁性超材料平板的理想磁导率张量,与现有技术相比,本专利技术的有益效果如下:1、本专利技术基于移位平板的无线电能传输线圈装置能够在电磁场中近似等效地移动内部线圈,从而改变发射线圈与接收线圈之间的相对位置,显著地增强发射线圈和接收线圈的互感和磁耦合。2、本专利技术基于移位平板的无线电能传输线圈装置结构紧凑,能够根据应用需求选择作用于发射线圈或接收线圈;同时作用于两线圈时,对互感和磁耦合的增强效果更加显著。3、本专利技术基于移位平板的无线电能传输线圈装置结构简单,易于实现,具有广阔的应用前景。说明书附图通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术基于移位平板的无线电能传输线圈装置实施例一的结构图;图2为传统的无线电能传输线圈装置的结构图;图3为基于移位平板的无线电能传输线圈装置实施例一的磁场分布图;图4为传统的无线电能传输线圈装置的磁场分布图;图5为基于移位平板的无线电能传输线圈装置实施例二的磁场分布图;图6为基于移位平板的无线电能传输线圈装置实施例三的磁场分布图。图中:1-发射线圈2-接收线圈3-负磁性移位平板4-正磁性移位平板具体实施方式下面采用具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的一种基于移位平板的无线电能传输线圈装置,包括:发射线圈1、接收线圈2、负磁性移位平板3、正磁性移位平板4,负磁性移位平板3放置在发射线圈1和接收线圈2之间,正磁性移位平板4放置在发射线圈1或接收线圈2外侧。发射线圈1与接收线圈2之间的距离分别大于发射线圈1、接收线圈2的直径。均靠近一耦合线圈(发射线圈1或接收线圈2)放置的正磁性移位平板4与负磁性移位平板3构成一个移位平板组,同一个移位平板组中的正磁性移位平板4、负磁性移位平板3均平行于该耦合线圈,且与该耦合线圈同轴放置,移位平板与该耦合线圈平行的截面为正方形,同一个移位平板组中的正磁性移位平板4和负磁性移位平板3到该耦合线圈的距离相同。负磁性材料均匀、同轴,在z轴向磁导率为μ1,在x轴和y轴向磁导率为1/μ1,μ1为负值;正磁性材料均匀、同轴,在z轴向磁导率为μ2,在x轴和y轴向磁导率为1/μ2,μ2为正值;z轴方向是指由发射线圈1中心指向接收线圈2中心的方向,即轴线方向,x轴、y轴方向即移位平板正方形截面的边长方向,坐标原点为发射线圈1或接收线圈2的中心点。移位平板组能够在电磁场中沿轴线方向将发射线圈1或接收线圈2移动一定的距离d;且d>a,a表示内部线圈与移位平板之间的距离。等效于移位平板组能够将内部线圈从光学上近似移动到平板组外部指定的位置。这种移位效果通过超材料实现,超材料参数利用变换光学计算得到,采用该特定参数的超材料能够按照预期结果调制电磁波。在本专利技术中,移位平板组能够改变发射线圈1与接收线圈2在电磁场中的相对位置。因此,可以在保持发射线圈1和接收线圈2物理距离不变的情况下,将两者在电磁场中等效拉近,从而增强两线圈的耦合程度,在不改变传输距离的情况下提高无本文档来自技高网
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基于移位平板的无线电能传输线圈装置

【技术保护点】
一种基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,包括发射线圈、接收线圈、负磁性移位平板及正磁性移位平板;其中所述负磁性移位平板位于所述发射线圈与所述接收线圈之间,所述正磁性移位平板位于所述发射线圈或所述接收线圈外侧。

【技术特征摘要】
1.一种基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,包括发射线圈、接收线圈、负磁性移位平板及正磁性移位平板;其中所述负磁性移位平板位于所述发射线圈与所述接收线圈之间,所述正磁性移位平板位于所述发射线圈或所述接收线圈外侧。2.根据权利要求1所述的基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,所述发射线圈与所述接收线圈之间的距离大于所述发射线圈及所述接收线圈的直径。3.根据权利要求1所述的基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板均平行于所述发射线圈及所述接收线圈所在平面。4.根据权利要求1所述的基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板与所述发射线圈及所述接收线圈同轴设置。5.根据权利要求1所述的基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,所述正磁性移位平板与所述发射线圈之间的距离等于所述负磁性移位平板与所述发射线圈之间的距离;或所述正磁性移位平板与所述接收线圈之间的距离等于所述负磁性移位平板与所述接收线圈之间的距离。6.根据权利要求1所述的基于移位平板的无线电能传输线圈装置,其特征在于,所述正磁性移位平板及所述负磁性移位平板为尺寸相同的正方形。7.根据权利要求6所述的基于移位平板的...

【专利技术属性】
技术研发人员:董娅韵沈浩博李雯文杨喜军唐厚君
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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