一种无线能量传输结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无线能量传输结构，属于无线能量传输技术领域。所述无线能量传输结构包括：基底及位于基底上的超表面，超表面包括形成有狄拉克点的一层或者两层多个周期性排列的单元结构。本实用新型专利技术中的无线能量传输结构，在采用频率为狄拉克点对应的谐振频率的源激发无线能量传输结构的超表面时，能够产生均匀稳定的磁场，保证了无线能量以均匀的传输功率进行传输，并且传输距离远范围大。

【技术实现步骤摘要】
一种无线能量传输结构
本技术涉及无线能量传输
，尤其涉及一种无线能量传输结构。
技术介绍
在传统的供电系统中，一直以电线作为媒介，进行高效率的能量输送，这让我们的生活和工作越来越便捷。但由于人们日益增高的物质需求，电子设备的工作环境也越来越复杂，尤其是在易燃易爆等恶劣环境下，有线的供电网络容易受到破坏而产生诸多安全隐患；同时，有线供电网络还存在设备移动性差、视觉环境不美观、供电暴露等问题；并且在海洋岛屿、偏远深林等地区，使用有线传输能量施工困难，维护成本高。因此，无线能量传输技术应运而生，并且在电动汽车、工业机器人、航空航天、军事、油田矿井、水下作业、生物医学、无线传感网络等领域均有广阔前景。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10项引领未来的科学技术”之一。无线能量传输(WirelessPowerTransmission，WPT)，顾名思义就是采用微波、激光、磁耦合共振等方式而非传输线来进行能量的输送。1899年，NicolaTesla首先做过远距离无线能量传输实验，通过容性感应方式使灯泡发光，但是由于技术和资金的限制，该实验并没有继续下去。随着需求和技术的发展，无线传输技术得到了飞速发展。从能量传输原理上看，无线能量传输可以分为辐射式与非辐射式；其中，辐射式包括微波传输和激光传输两种，非辐射式包括磁感应耦合和磁谐振耦合两种。微波能量传输原理成熟，传输功率大，可实现中远距离的传输，但是由于其要求精准的定位技术、大尺寸的天线设备，传输效率低且容易产生电磁干扰，使得微波式无线能量传输技术的发展受到一定的限制。激光能量传输由于具有激光光束的特性，非常适合于空间应用，但是波长短且受大气影响严重，所以传输效率较低。非辐射的两种方式在近距离情况下可以获得较理想的传输效率，而随着传输距离的增加，其效率迅速下降，在较远距离情况下能量损耗比较严重。磁感应耦合式无线能量传输(Magnetically-CoupledInductiveWirelessPowerTransfer,MCI-WPT)又分为两种传输形式：容性感应式和感性感应式。该技术将两个线圈放置于邻近位置上，当电流在其中一个线圈中流动时，根据电磁感应原理，会在另一个线圈回路中产生电流，不需要用导线连接两个线圈。感应式耦合的传输效率以1/d3的速度衰减，其中d为接收线圈和发射线圈之间的距离。所以感应式耦合目前只适用于毫米级别的短距离传输。为了克服辐射式无线能量传输和感应耦合无线能量传输的缺陷，磁谐振耦合式无线能量传输(Magnetically-CoupledResonantWirelessPowerTransfer，MCR-WPT)应运而生。2007年，MIT的Marin教授团队在Science期刊[Science,317,83(2007)]上发表文章，利用磁谐振耦合技术点亮了2米外的60W灯泡，系统传输效率可以达到50％。该技术通过次级线圈自身电感性和并接电容与同样架构的初级线圈产生电磁共振实现耦合，实现了电能无线传输的突破。由功率源在激励线圈上产生交变电流；然后激励线圈通过感应耦合传输能量发射谐振线圈，由于接收谐振线圈与发射谐振线圈工作在同一频率，故接收谐振线圈通过磁场从发射谐振线圈获得能量；最后，接收谐振线圈通过感应耦合传到负载线圈给灯泡供电。相比于磁感应耦合无线能量传输系统，该技术传输距离更远，由于其工作原理是采用磁谐振耦合，所以在传输能量时没有特定的方向性，且对周围环境的电磁干扰和人体组织的伤害能减小很多。人们通过针对强耦合区、适耦合区、弱耦合区的特点来进行优化：通过控制电路追踪频率的变化，利用平行反向线圈来提高传输效率；通过增加中继耦合谐振线圈，优化阻抗匹配参数来增加传输距离。而随着超材料的迅速发展，其新颖的电磁特性引起了科研工作者的兴趣，并将其应用到磁谐振耦合无线能量传输系统中。其中，超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过对其内部结构和排序的设计，得到电磁参数不都为正的材料以实现天然材料所没有的性质，如负折射、负反射、逆多普勒效应等。Wang等人利用超材料对消逝波的放大作用，实现传输功率从17％增加到47％。Yan等人将超材料结构放置于发射端和接收端之间，使得传输效率随传输距离的增加而下降缓慢。虽然他们都能增加系统功率，但是在电磁耦合传输过程中，不能保证会有均匀的磁场，因而也就不能保证均匀的功率传输。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术提供一种无线能量传输结构，包括：基底及位于所述基底上的超表面；所述超表面包括形成有狄拉克点的一层或者两层多个周期性排列的单元结构。可选地，所述单元结构具体为：首尾不相连的金属丝多重缠绕而成的中心镂空的六边形；可选地，所述超表面具体包括：一层多个由六个所述单元结构互不重叠、周期性排列而成的六边微结构，且除横向外的任意相邻的两个六边微结构共用两个单元结构；或者，所述超表面具体包括：两层多个由六个所述单元结构互不重叠、周期性排列而成的六边微结构，且同一层中除横向外的任意相邻的两个六边微结构共用两个单元结构，两层中任意相同位置的两个单元结构的金属丝缠绕方向相反。可选地，当所述超表面包括形成有狄拉克点的两层多个周期性排列的单元结构时，各单元结构的初始边上还包括：用于连接不同层相同位置的单元结构的连接结构。可选地，包括一层多个周期性排列的单元结构的超表面中狄拉克点对应的谐振频率，高于包括两层多个周期性排列的单元结构的超表面中狄拉克点对应的谐振频率。可选地，两个或者多个所述无线能量传输结构层叠构成多层无线能量传输结构。可选地，所述多层无线能量传输结构的各层无线能量传输结构中，相同位置的单元结构的金属丝缠绕方向相同。本技术的优点在于：本技术中的无线能量传输结构，在采用频率为狄拉克点对应的谐振频率的源激发其超表面时，超表面等效为介电常数为0的零折射率材料，多重缠绕的线圈等效为磁偶极子，使得各单元结构同时通过磁谐振进行等相位相互耦合，产生稳定且均匀的磁场，从而保证了无线能量以均匀的传输功率进行传输，并且传输距离远范围大；同时，可以通过调节单元结构中金属线圈的缠绕圈数及缠绕周期来灵活的调节谐振频率的高低，因而扩大了无线能量传输结构的应用范围。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：附图1为本技术提供的第一种无线能量传输结构的示意图；附图2为本技术提供的第一种单元结构的示意图；附图3为本技术提供的第二种单元结构的示意图；附图4为本技术提供的第一种无线能量传输结构的局部放大图；附图5为本技术提供的第二种无线能量传输结构的局部放大图；附图6为本技术提供的第一种无线能量传输结构在仿真试验中的能带示意图；附图7为本技术提供的第一种无线能量传输结构在仿真过程中的场分布示意图；附图8为本技术提供的第二种无线能量传输结构在仿真试验中的能带示意图；附图9为本技术提供的第二种无线能量传输结构在仿真试验中的场分布示意图；附图10为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线能量传输结构，其特征在于，包括：基底及位于所述基底上的超表面；所述超表面包括形成有狄拉克点的一层或者两层多个周期性排列的单元结构。

【技术特征摘要】
1.一种无线能量传输结构，其特征在于，包括：基底及位于所述基底上的超表面；所述超表面包括形成有狄拉克点的一层或者两层多个周期性排列的单元结构。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单元结构，具体为首尾不相连的金属丝多重缠绕而成的中心镂空的六边形。3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述超表面具体包括：一层多个由六个所述单元结构互不重叠、周期性排列而成的六边微结构，且除横向外的任意相邻的两个六边微结构共用两个单元结构；或者，所述超表面具体包括：两层多个由六个所述单元结构互不重叠、周期性排列而成的六边微结构，且同一层中除横向外的任意相邻的两个六边微结构共用两个单元结构，两层中任意相同位置的两个单元结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨怡豪，王婵，王华萍，皇甫江涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33