本发明专利技术提供了一种可控制输电范围的远距无线输电装置，包括输电发射模块、无线输送效率增强包裹层、接收模块。发射模块将电能转换成电磁波；增强包裹层通过改变电磁波近场分布模式，有效提高发射模块和接收模块之间的耦合强度；接收模块接收电磁波并转换成电能。本发明专利技术中的输电发射模块及其无线输送效率增强包裹层可以作为基础设施沿着交通路线连续、分段或者定点的设置在路面下或道路附近，为远距但安装有接收模块的运动目标或者静止目标无线输电；也可用于建筑物内，对有效范围内的设备无线输电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线输电
，尤其涉及一种无需发射接收模块阻抗耦合、可控 制输电范围的远距无线输电装置。
技术介绍
近些年来，无线输电技术开始在很多移动用电设备上推广使用，尤其是电动汽车 和电子数码产品等。目前实际使用的无线输电技术基本都采用近距离电磁线圈的电磁感应 或者较远距离的磁耦合形式进行无线输电。这些技术要求发射装置与接收装置的相对位置 固定，一旦它们的相对位置有偏移，无线输电的传输效率将很快降低；而这些无线输电技术 也无法通过简单的操作，来调节最大输电效率时接收装置的空间位置。由于它们的有效输 电范围有限，其实用性受到很大限制，很难实际应用于电动汽车等移动设备的无线输电领 域中。 如何有效控制电磁波的传播路径与方式，是解决无线输电问题的关键所在。近年 来建立的变换介质理论（也称为变换光学理论），为有效操控电磁波的传播带来了新思路， 并由此获得了很多操控电磁波的新技术；而超颖材料的理论和实验研究，则为实现这些新 技术提供了实验基础。例如，中国专利CN102480152B就提出了一种无线传输装置，它的具 体方案是：由第二转换模块将电能转换为电磁波；通过第二超材料汇聚模块将电磁波转换 成平面波发射出去；传输一段距离后，第一超材料汇聚模块将平面波汇聚到接收天线；通 过第一转换模块给设备充电。不过，在这个过程中的每一步，都可能引起能量的一定损耗， 而且，第一和第二超材料汇聚模块必须对的很准，略有偏差就可能导致传输效率的大幅下 降，这些性质限制了它的应用范围。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，为了获得具有更大接收范围、更高传输效率的 无线输电装置，本专利技术提供了一种可控制输电范围的远距无线输电装置。本专利技术提供的远 距无线输电装置，可以根据具体要求来设定无线输送效率增强包裹层的材料参数，使接收 模块在距离发射模块在任意远处的较大设定范围内，都可以获得较大的无线传输能量以及 很高的传输效率；在设定范围之外，传输能量与传输效率则快速减小。 为了实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。 -种可控制输电范围的远距线输电装置，其特征在于，包括发射模块、接收模块和 无线输电效率增强包裹层，所述无线输电效率增强包裹层包覆在发射模块和/或接收模块 的外部；其中： 所述发射模块用于将电能转换成电磁波； 所述接收模块用于接收电磁波并转换成电能； 所述无线输电效率增强包裹层的材料满足一定的介电常数和磁导率分布，可以将 被包裹的发射模块和/或接收模块的电磁学边界放大到设定位置，进而改变电磁波近场分 布模式，提高发射模块和接收模块之间的耦合强度。 包裹层可以单独包裹在发射模块或者接收模块上，也可同时包裹在两个模块上， 视实际需求而定。 优选地，所述无线输电效率增强包裹层设有镂空位置，所述镂空位置用于固定发 射模块或接收模块。 优选地，所述无线输电效率增强包裹层包括至少一层增强包裹单元层。 优选地，每一层增强包裹单元层均可采用多层复合人工微结构，所述多层复合人 工微结构采用如下任一种形式或任多种形式的组合： -微型金属框架形式； -微型LC电路形式。 优选地，所述无线输电效率增强包裹层可采用任意形状结构，每一层增强包裹单 元层的材料介电常数和磁导率均通过介电常数张量和磁导率张量表达，所述介电常数张量 和磁导率张量均满足： 其中，F为材料的介电常数张量，，为材料的磁导率张量，Λ为无线输电效率增 强包裹层的变换矩阵，Λτ为其转置矩阵，f为材料所处环境的介电常数张量，Ρ为材料所处 环境的磁导率张量，材料所处环境是指最终包裹层所处的工作环境。如无掩体等外界物体， 可以直接将环境的介电常数和磁导率设置为真空的介电常数和磁导率，视实际情况而定。 优选地，所述无线输电效率增加包裹层的变换矩阵Λ在柱坐标系下可以由通用 变换函数Τ导出： 通用变换函数Τ为： e^Zj)) = Ω2(γ2,θ ζ, ζ2) 通用变换函数Τ为分段连续光滑的函数，该变换函数用于将某一几何边界Ωi(对 应于被包裹的模块的电磁学边界）变换到Ω2(对应于变换后的等效电磁学边界），上述公 式中，IV表示变换函数的径向r分量，Te表示Θ方向分量，τζ表示Ζ方向分量，;Γρ 分别为几何边界的柱坐标系三个坐标变量，r2、Θ2、Ζ2分别为几何边界Ω2的柱坐标系 三个坐标变量。 优选地，每一层增强包裹单元层的材料介电常数和磁导率还可以通过材料的介电 常数分量和磁导率分量表达，所述介电常数分量和磁导率分量通过分层方法得出：其中，εA介电常数的径向r分量，μ$磁导率的径向r分量，εθ为介电常数 的θ方向分量，μe为磁导率的的Θ方向分量，A和B为用于等效上述参数构成的各向异 性介质的两层均匀介质，^和μ,为A层的介电常数和磁导率，εμβ*Β层的介电常 数和磁导率，两层均匀介质A、B的厚度比为& =f，士为B层均匀介质的厚度，dA层 均勾介质的厚度。所述介电常数的径向r分量磁导率的径向r分量μ^介电常数的Θ方向分 量εe、磁导率的的Θ方向分量μ^分别由公另 优选地，所述发射模块主要由金属线圈或输电线缆构成；和/或 所述接收模块主要由金属线圈或输电线缆构成。 所述的发射或接收模块，可以由多根线缆排列成任意形状构成（构成特定几何形 状的电磁学边界）。 所述的发射模块为一个或多个，多个发射模块能够连续设置、分段设置或者定点 分散设置。 所述的接收模块可以为一个或多个，所述一个或多个接收模块可以被直接放置在 需输电的设备内部，并在接收到发射模块发出的电磁波后转变成电能，供给设备使用 所述无线输电发射模块、接收模块、以及无线输电效率增强包裹层，三者共同组成 可控制输电范围的远距无线输电装置，只要满足镂空位置大小等组装条件，装置的各个模 块就可以更换，替换后重新组装成输电装置，不同的组合方式可以满足不同输电需求，生产 中只需模块化生产，应用时可根据实际情况组装。 优选地，所述发射模块与接收模块之间能够相对移动。本专利技术提供的可控制输电范围的远距线输电装置，根据所要求的传输范围，设计 无线输电效率增强包裹层的材料参数（介电常数和磁导率）。在无线输电效率增强包裹层 有特定位置来放置接收模块或发射模块；嵌入到无线输电效率增强包裹层后的发射模块或 者接收模块，当它们在距离较远且两者的距离敏感度不高的设定区域内移动时，都可获得 较大的无线传输能量和较高的传输效率；在设定区域以外，传输效率则急剧下降。[00当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可控制输电范围的远距线输电装置，其特征在于，包括发射模块、接收模块和无线输电效率增强包裹层，所述无线输电效率增强包裹层包裹在发射模块和/或接收模块的外部；其中：所述发射模块用于将电能转换成电磁波；所述接收模块用于接收电磁波并转换成电能；所述无线输电效率增强包裹层通过材料的介电常数和磁导率分布，将被包裹的发射模块和/或接收模块的电磁学边界放大到设定位置，进而改变电磁波近场分布模式，提高发射模块和接收模块之间的耦合强度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗旭东，祝林，马红孺，
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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