追踪式无线充电装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了追踪式无线充电装置和方法，包括：无线电能发射模块、电磁超表面模块、无线电能接收模块、位置追踪反馈模块、用电设备和中央控制单元，其中，电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面；无线电能发射模块用于激振产生并放大射频电磁波，得到放大的射频电磁波；电磁超表面模块用于反射放大的射频电磁波，并调控波前相位，得到反射射频电磁波；无线电能接收模块用于对反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过电能对用电设备进行充电；位置追踪反馈模块用于获取用电设备的位置信息；中央控制单元用于根据位置信息调整机械旋转式电磁超表面位置，提高了电能传输效率，更好地针对位置灵活变化的用电设备实现追踪式无线充电。

【技术实现步骤摘要】
追踪式无线充电装置和方法
本专利技术涉及无线电和自动化工程
，尤其是涉及追踪式无线充电装置和方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，人类探索世界的脚步踏上更加宽广的范围，深水作业、太空作业等日趋常见，在这些极端工况下，一方面，由于体积、重量的限制，无法携带大容量长期供电的电池；另一方面，有线充电则无法满足设备姿态的空间任意性，且对密封性和安全性提出了挑战。结合以上应用背景，实现用电设备的WPT(WirelessPowerTransmission，无线能量传输)就显得尤为重要，且要求充电器能够对用电设备进行追踪充电，从而解决极端工况下用电设备获得灵活无线能量供给的要求。微波无线能量传输技术被认为是一种面向未来的长距离无线充电的发展方向，使用高频率比低频率更容易集中电磁波，且微波具有穿透性，更容易穿透障碍深入介质内部。此外，发射天线之间没有如同线圈之间的电磁耦合，因此，多发射天线向多接收天线的传输也是可行的。针对微波能量传输人们提出了无处不在的UPS(UninterruptiblePowerSystem，不间断电源)概念，即利用封闭空间中的辐射源实现“无处不在，无处不有”的空间微波能量分布，但这种方式不仅对能量有很大的浪费，而且人体长期暴露在超剂量微波能量环境中，有致癌致畸致突变等严重的安全隐患。对于近场区的射频信号传输，目前比较成熟的技术是以波束赋形为基础的相控阵，通过改变相控阵天线的幅值和相位实现传输定向，已经应用于雷达等军工高精尖领域，但这种方式的系统设计和制作均十分复杂，磁控管和移相器等关键系统组件价格高昂，不适用于市场化及民用作业领域。此外，以波束赋形为基础的相控阵传输系统对位置灵活变化的用电设备难易实现追踪式无线充电，导致传输效率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供追踪式无线充电装置和方法，提高了电能传输效率，更好地针对位置灵活变化的用电设备实现追踪式无线充电。第一方面，本专利技术实施例提供了追踪式无线充电装置，所述装置包括：无线电能发射模块、电磁超表面模块、无线电能接收模块、位置追踪反馈模块、用电设备和中央控制单元，其中，所述电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面；所述无线电能发射模块与所述电磁超表面模块的一端相连接，所述电磁超表面模块的另一端分别与所述无线电能接收模块和所述中央控制单元相连接，所述无线电能接收模块还与所述用电设备相连接，所述中央控制单元还与所述位置追踪反馈模块相连接，所述位置追踪反馈模块还与所述用电设备相连接；所述无线电能发射模块，用于激振产生射频电磁波，并将所述射频电磁波进行放大，得到放大的射频电磁波；所述电磁超表面模块，用于反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；所述无线电能接收模块，用于对所述反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过所述电能对所述用电设备进行充电；所述位置追踪反馈模块，用于获取所述用电设备的位置信息；所述中央控制单元，用于根据所述位置信息调整所述机械旋转式电磁超表面位置。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述无线电能发射模块包括射频振荡激励模块、功率放大电路、波导同轴转换器和喇叭天线；所述射频振荡激励模块、所述功率放大电路、所述波导同轴转换器和所述喇叭天线依次相连接；所述射频振荡激励模块，用于激振产生所述射频电磁波；所述功率放大电路，用于将所述射频电磁波进行放大，得到所述放大的射频电磁波；所述波导同轴转换器，用于将所述放大的射频电磁波以单模传输的方式通过所述喇叭天线发送给所述电磁超表面模块。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面，所述机械旋转式电磁超表面包括反射面单元和微型步进电机，所述反射面单元与所述微型步进电机相连接；所述反射面单元，用于反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；所述微型步进电机，用于调整所述机械旋转式电磁超表面位置。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述无线电能接收模块包括射频能量接收天线、整流模块和能量存储单元；所述射频能量接收天线、所述整流模块和所述能量存储单元依次相连接；所述射频能量接收天线，用于接收所述反射射频电磁波；所述整流模块，用于对所述反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能；所述能量存储单元，用于存储所述电能，并对所述用电设备进行充电。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述无线电能接收模块和所述位置追踪反馈模块耦合在所述用电设备的表面，所述位置追踪反馈模块包括摄像头和控制模块，所述摄像头与所述控制模块相连接；所述摄像头，用于采集所述用电设备的设备特征信息；所述控制模块，用于根据所述设备特征信息得到所述用电设备的空间坐标信息，将所述空间坐标信息转换为所述用电设备的位置信息，并将所述位置信息发送给中央控制单元。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述中央控制单元，用于根据接收到的所述位置信息，利用波束赋形算法控制所述微型步进电机的姿态，得到姿态信息，进而根据所述姿态信息调整所述机械旋转式电磁超表面位置。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述中央控制单元，用于调整所述机械旋转式电磁超表面位置，以使所述机械旋转式电磁超表面的所述反射射频电磁波的方向聚焦于所述用电设备，对所述用电设备追踪式无线充电。第二方面，本专利技术实施例还提供追踪式无线充电方法，所述方法包括：无线电能发射模块激振产生射频电磁波，并将所述射频电磁波进行放大，得到放大的射频电磁波；电磁超表面模块反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；无线电能接收模块对所述反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过所述电能对用电设备进行充电；位置追踪反馈模块获取所述用电设备的位置信息，并将所述位置信息发送给中央控制单元；所述中央控制单元根据所述位置信息调整机械旋转式电磁超表面位置。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行如第二方面所述的方法的步骤。本专利技术实施例提供了追踪式无线充电装置和方法，包括：无线电能发射模块、电磁超表面模块、无线电能接收模块、位置追踪反馈模块、用电设备和中央控制单元，其中，电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面；无线电能发射模块用于激振产生并放大射频电磁波，得到放大的射频电磁波；电磁超表面模块用于反射放大的射频电磁波，并调控波前相位，得到反射射频电磁波；无线电能接收模块用于对反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过电能对用电设备进行充电；位置追踪反馈模块用于获取用电设备的位置信息；中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种追踪式无线充电装置，其特征在于，所述装置包括：无线电能发射模块、电磁超表面模块、无线电能接收模块、位置追踪反馈模块、用电设备和中央控制单元，其中，所述电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面；所述无线电能发射模块与所述电磁超表面模块的一端相连接，所述电磁超表面模块的另一端分别与所述无线电能接收模块和所述中央控制单元相连接，所述无线电能接收模块还与所述用电设备相连接，所述中央控制单元还与所述位置追踪反馈模块相连接，所述位置追踪反馈模块还与所述用电设备相连接；所述无线电能发射模块，用于激振产生射频电磁波，并将所述射频电磁波进行放大，得到放大的射频电磁波；所述电磁超表面模块，用于反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；所述无线电能接收模块，用于对所述反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过所述电能对所述用电设备进行充电；所述位置追踪反馈模块，用于获取所述用电设备的位置信息；所述中央控制单元，用于根据所述位置信息调整所述机械旋转式电磁超表面位置。

【技术特征摘要】
1.一种追踪式无线充电装置，其特征在于，所述装置包括：无线电能发射模块、电磁超表面模块、无线电能接收模块、位置追踪反馈模块、用电设备和中央控制单元，其中，所述电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面；所述无线电能发射模块与所述电磁超表面模块的一端相连接，所述电磁超表面模块的另一端分别与所述无线电能接收模块和所述中央控制单元相连接，所述无线电能接收模块还与所述用电设备相连接，所述中央控制单元还与所述位置追踪反馈模块相连接，所述位置追踪反馈模块还与所述用电设备相连接；所述无线电能发射模块，用于激振产生射频电磁波，并将所述射频电磁波进行放大，得到放大的射频电磁波；所述电磁超表面模块，用于反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；所述无线电能接收模块，用于对所述反射射频电磁波进行滤波和整流，得到电能，通过所述电能对所述用电设备进行充电；所述位置追踪反馈模块，用于获取所述用电设备的位置信息；所述中央控制单元，用于根据所述位置信息调整所述机械旋转式电磁超表面位置。2.根据权利要求1所述的追踪式无线充电装置，其特征在于，所述无线电能发射模块包括射频振荡激励模块、功率放大电路、波导同轴转换器和喇叭天线；所述射频振荡激励模块、所述功率放大电路、所述波导同轴转换器和所述喇叭天线依次相连接；所述射频振荡激励模块，用于激振产生所述射频电磁波；所述功率放大电路，用于将所述射频电磁波进行放大，得到所述放大的射频电磁波；所述波导同轴转换器，用于将所述放大的射频电磁波以单模传输的方式通过所述喇叭天线发送给所述电磁超表面模块。3.根据权利要求2所述的追踪式无线充电装置，其特征在于，所述电磁超表面模块设置有机械旋转式电磁超表面，所述机械旋转式电磁超表面包括反射面单元和微型步进电机，所述反射面单元与所述微型步进电机相连接；所述反射面单元，用于反射所述放大的射频电磁波，并调控反射的所述放大的射频电磁波的波前相位，得到反射射频电磁波；所述微型步进电机，用于调整所述机械旋转式电磁超表面位置。4.根据权利要求1所述的追踪式无线充电装置，其特征在于，所述无线电能接收模块包括射频能量接收天线、整流模块和能量存储单元；所述射频能量接收天线、所述整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏一凡，杨福源，蔡啸，成大立，周嵩林，邹文俊，唐雪薇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11