一種無線輸能充電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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(xiàn)了。
[0003]現(xiàn)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(fā)射裝置和電磁波接收裝置組成。電磁波發(fā)射裝置發(fā)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(yōu)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(yōu)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(chǎn)生電流，將能量傳輸?shù)浇邮斩耍摲椒ň哂袀鬏斝矢叩膬?yōu)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(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)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(fā)射電磁波，天線的大小根據(jù)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(jù)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(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。
[0014]本發(fā)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(fā)射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當?shù)竭_超材料接收面時被接收，并將電磁波轉換為電能，實現(xiàn)對所需器件的儲能介質充電或供電。
[0015]本發(fā)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(yōu)點。這樣，本發(fā)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(xiàn)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(xiàn)更快速，非插拔形式的充電。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)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(huán)狀單元，(b)為柱狀陣列，(C)為矩形環(huán)及開口矩形環(huán)單元。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)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(fā)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(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。
[0020]常規(guī)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(xù)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(fā)展的充電系統(tǒng)，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(xiàn)有的無線充電系統(tǒng)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(fā)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(fā)射電磁波，喇叭天線天線的大小根據(jù)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(jù)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(chǎn)生電磁波，喇叭天線I朝向超材料接收面2將電磁波發(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)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(xiàn)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(fā)明根據(jù)電磁波信號源需要發(fā)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(jù)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(fā)射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當?shù)竭_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(xiàn)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(huán)狀(半徑為b、開口距離為d、寬度為2r，內(nèi)環(huán)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(jù)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(huán)(I)及開口矩形環(huán)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(fā)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(fā)射5千瓦，2.4GHz電磁波，超材料接收面采用開口環(huán)狀(內(nèi)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(fā)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(fā)明，但應該清楚，本發(fā)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(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)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(fā)射電磁波，天線的大小根據(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(huán)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(fā)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(fā)射，電磁波在空中以極低的損耗傳輸，當?shù)竭_超材料接收面時被接收，并將電磁波轉換為電能，實現(xiàn)對所需器件的儲能介質充電或供電。本發(fā)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(yōu)點。這樣，本發(fā)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(xiàn)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(xiàn)更快速，非插拔形式的充電。
【IPC分類】H02J7/00, H02J50/20
【公開號】CN105576774
【申請?zhí)枴緾N201610121305
【發(fā)明人】王戰(zhàn)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