[发明专利]一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构

说明书

本发明公开了一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构，包括壳体和设置于壳体内部的电磁能量收发线圈，壳体包括顶板、底板和四个侧板，其中，顶板为汇聚型电磁超材料层，底板和四个侧板为屏蔽型电磁超材料层；屏蔽型电磁超材料层和汇聚型电磁超材料层不仅用于调控电磁能量收发线圈在空间中产生的电磁波，还用于对电磁能量收发线圈起到外壳防护的作用。本发明的谐振器结构适用于输变电工程传感器的中距离无线供电，将电磁超材料、谐振器线圈、中距离无线供电技术完美的结合起来，有效提升中距离无线供电系统的供电效率和功率，同时有效节省无线供电系统的体积，投入成本低、可靠性高、实用性较强。

技术领域

本发明涉及空间中距离无线电能传输技术，特别是涉及一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构，属于输变电工程状态监测传感器无线供电的技术领域。

背景技术

随着输变电工程的规模化发展，其周围的状态监测传感器的供电安全性、持续性、稳定性等问题已成为国内外专家学者研究的热点问题，该问题现有的解决方式为：一是分布式能源供电；二是光纤激光供能；三是利用电流和电压互感器线路供能；虽然每个方法有各自独特的优势，但由于供电不够稳定，成本较高，可靠性低等原因，得不到良好的推广与应用，无线电能传输技术因其对电能传输的技术经济性、灵活性、安全性受到了广泛关注；但该技术仍存在一系列的瓶颈问题，如谐振器收发线圈产生的空间磁场会出现衰减过快、分布不均匀，导致传输距离短、传输效率低、稳定性差以及能量传输中电磁泄露引起的电磁污染、电磁干扰等问题日益凸显，从而限制了输变电工程状态监测传感器中距离无线供电的推广以及其他应用的发展。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，提供了一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构，实现了电磁超材料和电磁能量收发线圈的高效结合，提升了中距离无线电能传输系统的效率，为输变电工程状态监测传感器的可靠供电提供了一种有效的解决方案。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构，包括：壳体和设置于壳体内部的电磁能量收发线圈，壳体包括顶板、底板和四个侧板，其中，顶板为汇聚型电磁超材料层，底板和四个侧板为屏蔽型电磁超材料层；屏蔽型电磁超材料层和汇聚型电磁超材料层不仅用于调控电磁能量收发线圈在空间中产生的电磁波，还用于对电磁能量收发线圈起到外壳防护的作用。

可选的，汇聚型电磁超材料层由负磁导率的电磁超材料构成，其是通过在FR-4、亚克力或者Rogers R04232板材上印刷铜导线形成的电磁谐振材料结构。

可选的，汇聚型电磁超材料层包括若干谐振图案构成的细胞单元结构，其上表面的细胞单元结构为三明治形、开口谐振环或十字形：下表面的单元结构为单条铜带结构。

可选的，屏蔽型电磁超材料层由零磁导率的电磁超材料构成，其是通过在FR-4、亚克力或者Rogers R04232板材上印刷铜导线形成的电磁谐振材料结构。

可选的，屏蔽型电磁超材料层包括若干谐振图案构成的细胞单元结构，屏蔽型电磁超材料层的细胞单元结构为开口谐振环或十字形。

可选的，电磁能量收发线圈的绕制样式包括平面、螺线管、方形、圆形或者DD线圈。

可选的，电磁能量收发线圈固定于线圈托板上，线圈托板卡合在侧板的凹槽中，并通过贯穿顶板-侧板-托板-底板的非金属螺丝进行固定；线圈的接线端通过侧板的引线孔引出。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种基于电磁超材料的无线电能传输谐振器结构，通过将电磁超材料、谐振器线圈、中距离无线供电技术完美的结合起来，使得输变电工程状态监测传感器中距离无线供电系统的供电效率和功率大幅提升，同时有效节省无线供电系统的体积，投入成本低、可靠性高、实用性较强。

附图说明

图1是本发明结构示意图；