一種無線輸能充電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電能量短距離輸送技術領域，更為具體地講，涉及一種無線輸能充電裝置，可用于電源、充電器、充電粧等設備。
【背景技術】
[0002]充電裝置是一種常用的對儲能介質進行輸能的裝置，包括手機充電器，電動車充電器等。而隨著人們生活水平的提高，不用插接的充電裝置，即無線輸能充電裝置也開始出現了。
[0003]現有的無線輸能充電裝置包括:無線電波式充電、磁場共振充電和電磁感應式充電。
[0004]無線電波式充電類似于早期使用的收音機，主要有電磁波發射裝置和電磁波接收裝置組成。電磁波發射裝置發射電磁波，電磁波接收裝置接收電磁波并檢波，然后處理電能，對儲能介質充電。其優點是充電范圍廣，然而缺點是充電效率低，電磁干擾嚴重。
[0005]磁場共振充電是相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振的輸出和接收裝置，可以交換彼此的能量，這是MIT(Massachusetts Institute of Technology，麻省理工學院)研究團隊正在開展的一項研究，實驗中使用直徑達到50cm的線圈點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡。其優點是傳輸功率高，缺點是尺寸大，傳輸效率低。
[0006]電磁感應式充電利用兩個線圈相互感應，從而在次級線圈中產生電流，將能量傳輸到接收端，該方法具有傳輸效率高的優點，但是存在嚴重的電磁干擾。
[0007]因此，研制實用的電磁干擾低、傳輸效率高、傳輸功率高的無線輸能充電裝置成為了一個研究熱點。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電磁干擾低、傳輸效率高、傳輸功率高的無線輸能充電裝置。
[0009]為實現上述發明目的，本發明無線輸能充電裝置，其特征在于，包括:
[0010]喇叭天線，主要用于發射電磁波，天線的大小根據電磁波的頻率高低及所能接受的電磁干擾程度選用；
[0011]超材料接收面，由周期排列的導體構成，單個導體大小是根據電磁波的工作頻率計算設計獲得，能夠以較高的效率吸收頻段電磁波；
[0012]喇叭天線朝向超材料接收面輸出電磁波，而由超材料構成的接收面接收該電磁波，并轉換成電能，用于對儲能介質充電。
[0013]本發明的目的是這樣實現的。
[0014]本發明無線輸能充電裝置，采用超材料作為能量接收和轉換，喇叭天線將能量轉換為電磁波，并將電磁波朝超聲接收面發射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當到達超材料接收面時被接收，并將電磁波轉換為電能，實現對所需器件的儲能介質充電或供電。
[0015]本發明利用喇叭天線作為能量輸出結構，利用超材料作為能量接收結構，因而具有電磁干擾小、傳輸效率高、傳輸功率高的優點。這樣，本發明具有較大的應用范圍，可以用于對無人機的無線輸能充電，從而使得無人機實現更長時間的空中停留，也可以用于對手機的無線輸能充電，從而實現更快速，非插拔形式的充電。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明無線輸能充電裝置一種【具體實施方式】示意圖；
[0017]圖2是圖1所示喇叭天線的五種【具體實施方式】示意圖，其中，(a)為H面扇形喇叭天線，(b)為E面扇形喇叭天線，(C)為角錐形喇叭天線，(d)為角錐形喇叭天線，(e)為旋轉拋物面形狀的喇叭天線；
[0018]圖3是圖1所示超材料接收面的組成單元的結構示意圖，其中，(a)為開口圓環狀單元，(b)為柱狀陣列，(C)為矩形環及開口矩形環單元。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0020]常規的輸能充電裝置都是通過變壓器變壓對儲能裝置進行充電，輸能充電裝置一端接電源，另一端接儲能裝置，這就使得帶儲能介質的設備在不接電源的情況下無法連續工作，而且其接電源充電時也必須距離電源較近，并且需要進行插拔操作，很不方便。
[0021]無線輸能充電裝置是一種新近發展的充電系統，主要包括無線電波式充電，磁場共振充電和電磁感應充電。然而現有的無線充電系統有著電磁干擾嚴重、傳輸效率低、傳輸功率低的缺點，嚴重影響了無線輸能充電裝置的應用。
[0022]在本實施例中，如圖1所示，本發明無線輸能充電裝置包括喇叭天線1、超材料接收面2。其中，喇叭天線I用于發射電磁波，喇叭天線天線的大小根據電磁波的頻率高低及所能接受的電磁干擾程度選用;超材料接收面2由周期排列的導體構成，單個導體大小是根據電磁波的工作頻率計算設計獲得，能夠以較高的效率吸收頻段電磁波。電磁波信號源產生電磁波，喇叭天線I朝向超材料接收面2將電磁波發射出去，其中，電磁波信號源可以是行波管，返波管，磁控管或速調管等。由超材料構成的接收面2接收該電磁波，并轉換成電能，用于對儲能介質充電。
[0023]本發明利用喇叭天線朝向超材料接收面輸出電磁波，而由超材料構成的接收面接收該電磁波。喇叭天線具有增益高，傳輸功率高的優點(一般增益大于20dB，輸出功率大于I千瓦)，故而在特定方向上能夠傳輸較高的功率，而在其他方向干擾較少。由特定形狀導體構成的超材料接收面，在設計合適的情況，具有較高的吸收效率(一般對應特定頻率電磁波，吸收性能約_16dB)。所以本發明利用喇叭天線和超材料構成的無線輸能充電裝置能夠實現傳輸功率高、傳輸效率高、電磁干擾小的無線輸能充電。
[0024]進一步說明:本發明根據電磁波信號源需要發送的電磁波來設計喇叭天線和超材料接收面。喇叭天線的大小和形狀由所需增益和干擾決定，超材料接收面的結構和排列方式由電磁波的頻率決定，整個超材料接收面的大小根據接收效率所決定。喇叭天線將能量轉換為電磁波，并將電磁波朝超材料接收面發射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當到達超材料接收面時，由超材料接收面接收，并將電磁波轉換為電能，實現對所需器件的的儲能介質充電或供電。
[0025]在本實施例中，如圖2所示喇叭天線可以是矩形、圓形或拋物線型口面，具體如圖2(a)為H面扇形喇機天線，(b)為E面扇形喇機天線，(C)為角錐形喇機天線，(d)為角錐形喇口八天線，(e)為旋轉拋物面形狀的喇叭天線.
[0026]—般情況下，電磁波頻率越高，選用喇吧天線越小，而喇叭天線越大，電磁干擾越低。
[0027]超材料也稱人工材料或左手材料，在本實施例中，如圖3所示，它是可以是如3(a)所示的開口圓環狀(半徑為b、開口距離為d、寬度為2r，內環長度為I，E為電場強度、H磁場強度)、如圖3(b)所示的柱狀陣列的周期排列的導體構成，該周期排列的導體可以突出，也可以埋于接收面中，單個導體大小是根據電磁波的工作頻率計算設計獲得，能夠以較高的效率吸收頻段電磁波。此外，還可以是如3(c)的矩形環(I)及開口矩形環單元(2)?(3)。
[0028]實施例1
[0029]采用角錐喇叭天線(口面寬40mm，高30mm)，發射I千瓦，35GHz電磁波，超材料接收面采用柱狀陣列，柱高4mm，柱半徑0.5mm，間距2mm，接收電磁波并將其轉換為電能，驅動電動車。
[0030]實施例
[0031 ]采用拋物面天線(口面半徑500mm)，發射5千瓦，2.4GHz電磁波，超材料接收面采用開口環狀(內徑2mm，外徑4mm，開口 1mm)，接收電磁波并轉換為電能，驅動無人機。
[0032]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【主權項】
1.一種無線輸能充電裝置，其特征在于，包括: 喇叭天線，主要用于發射電磁波，天線的大小根據電磁波的頻率高低及所能接受的電磁干擾程度選用； 超材料接收面，由周期排列的導體構成，單個導體大小是根據電磁波的工作頻率計算設計獲得，能夠以較高的效率吸收頻段電磁波； 喇叭天線朝向超材料接收面輸出電磁波，而由超材料構成的接收面接收該電磁波，并轉換成電能，用于對儲能介質充電。2.根據權利要求1所述的無線輸能充電裝置，其特征在于，所述的喇叭天線可以是矩形、圓形或拋物線型口面。3.根據權利要求1所述的無線輸能充電裝置，其特征在于，所述的超材料也稱人工材料或左手材料，可以開口圓環狀柱狀陣列的周期排列的導體構成，該周期排列的導體可以突出，也可以埋于接收面中。
【專利摘要】本發明公開了一種無線輸能充電裝置，采用超材料作為能量接收和轉換，喇叭天線將能量轉換為電磁波，并將電磁波朝超聲接收面發射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當到達超材料接收面時被接收，并將電磁波轉換為電能，實現對所需器件的儲能介質充電或供電。本發明利用喇叭天線作為能量輸出結構，利用超材料作為能量接收結構，因而具有電磁干擾小、傳輸效率高、傳輸功率高的優點。這樣，本發明具有較大的應用范圍，可以用于對無人機的無線輸能充電，從而使得無人機實現更長時間的空中停留，也可以用于對手機的無線輸能充電，從而實現更快速，非插拔形式的充電。
【IPC分類】H02J7/00, H02J50/20
【公開號】CN105576774
【申請號】CN201610121305
【發明人】王戰亮, 魏元璋, 劉紅偉, 宮玉彬, 魏彥玉, 段兆云, 黃華, 劉振幫
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年3月3日