[发明专利]一种无线电能传输装置

说明书

本发明公开了一种无线电能传输装置，包括信号发生器、功率放大器、驱动线圈、发射线圈、电磁超材料、接收线圈、负载线圈、衰减器和频谱分析仪；其中，信号发生器输出微弱正弦信号，经由功率放大器将放大后的能量传输给驱动线圈，驱动线圈产生感应磁场，经发射线圈耦合发射电磁场，电磁超材料对其聚焦，并抑制其向周边辐射，接收线圈将接收的电磁场经过电磁感应产生交变电流和交变磁场，进一步感应到负载线圈产生电流，通过衰减器将能量衰减，传递给频谱分析仪。与传统加载超材料的无线电能传输系统相比，本发明解决了电力电子器件在兆赫兹频率状态下难以通断的问题，进而实现了较大功率的输出；同时，本发明不仅能够测量系统传输参数，而且能准确表征系统效率。

技术领域

本发明属于电工新技术领域，更具体地，涉及一种无线电能传输装置。

背景技术

近年来，磁耦合谐振式无线电能传输技术由于其安全性、便捷性、高效性和可靠性得到了国内外广泛的研究。经过多年的科学研究和探索，该技术的原理和特点都已经为人熟知。但对于中距离无线电能传输，由于其耦合系数会随着距离的增大而迅速下降，使得中距离无线电能传输的实用化面临巨大的挑战。同时，在系统在兆赫兹频率下工作时，通常的电力电子开关器件难以达到稳定的通断状态，满足系统功率的要求，而传统的利用矢量网络分析仪虽然能够容易的得到传输功率，从而得到系统传输功率，克服了频率高的缺点，但是由于其测试功率小，空间损耗大，难以准确的评价基于PCB技术超材料的中距离无线电能传输系统的性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于使用基于印刷电路板PCB(PrintedCircuit Board)技术超材料，将信号发生器和功率发生器接入到发射端以及将衰减器和频谱分析仪接入到接收端，来代替矢量网络分析仪的信号输出，旨在解决现有技术存在难以满足高频通断状态下实现系统较大输出功率和网络分析仪只能测量传输参数，而无法能准确表征系统效率的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线电能传输装置，包括信号发生器、功率放大器、驱动线圈、发射线圈、电磁超材料、接收线圈、负载线圈、衰减器和频谱分析仪；

所述信号发生器用于产生频率为f₀的周期性正弦交流信号，输出端连接功率放大器；

优选地，所述信号发生器产生的正弦交流信号中的频率为13.56MHz，该频率是工业、科学、医学通用频段，可有效避免其他频段的干扰；

所述功率放大器，输出端连接驱动线圈的输入端，用于放大信号发生器传输的交流信号；

所述驱动线圈，输出端传递发射线圈电磁场，用于无线电能传输系统的能量入口，通过磁耦合谐振，将能量传递给发射线圈；

所述发射线圈，接收驱动线圈传递的电磁场，输出端感应产生交变电磁场，电磁超材料将其聚焦，用于将电磁场经电磁感应产生频率为13.56MHz的交流电，同时将交变磁场磁耦合谐振至电磁超材料；

所述电磁超材料接收传递的交变电磁场，输出端传递接收线圈电磁场，用于将发射线圈发射的电磁场聚焦，并抑制电磁场向周边辐射，将电磁能量传给接收线圈；

所述接收线圈接收电磁超材料的电磁场，输出端传递负载线圈交变磁场，用于将电磁超材料产生的电磁场，经过电磁感应，产生交变的电流；

所述负载线圈接收传递的交变电磁场，并产生感应电流，输出端连接衰减器的输入端，用于传输能量的最终端口，通过接收的交变电磁场感应产生电流；

优选地，所述负载线圈接收线圈传输的电磁场，感应出13.56MHz交变电流，并将电流信号传递至衰减器；

所述衰减器输出端连接频率分析仪的输入端，用于将负载线圈的能量衰减，传递给频率分析仪；

所述频谱分析仪输入端接收衰减器传递的能量，用于读取系统的最终功率，并实时检测系统效率和频率的变化。