一種無線輸能充電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電能量短距離輸送技術(shù)領(lǐng)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(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]充電裝置是一種常用的對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)進(jìn)行輸能的裝置，包括手機(jī)充電器，電動(dòng)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(yīng)式充電。
[0004]無線電波式充電類似于早期使用的收音機(jī)，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(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電。其優(yōu)點(diǎn)是充電范圍廣，然而缺點(diǎn)是充電效率低，電磁干擾嚴(yán)重。
[0005]磁場共振充電是相同頻率，或者說在一個(gè)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(xué)院)研究團(tuán)隊(duì)正在開展的一項(xiàng)研究，實(shí)驗(yàn)中使用直徑達(dá)到50cm的線圈點(diǎn)亮了兩米外的一盞60瓦燈泡。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸功率高，缺點(diǎn)是尺寸大，傳輸效率低。
[0006]電磁感應(yīng)式充電利用兩個(gè)線圈相互感應(yīng)，從而在次級(jí)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(diǎn)，但是存在嚴(yán)重的電磁干擾。
[0007]因此，研制實(shí)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(gè)研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型無線輸能充電裝置，其特征在于，包括:
[0010]喇叭天線，用于發(fā)射電磁波，喇叭天線的大小根據(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(dǎo)體構(gòu)成，單個(gè)導(dǎo)體大小是根據(jù)電磁波的工作頻率計(jì)算設(shè)計(jì)獲得，用于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(gòu)成的接收面接收該電磁波，并轉(zhuǎn)換成電能，用于對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電。
[0013]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0014]本實(shí)用新型無線輸能充電裝置，采用超材料作為能量接收和轉(zhuǎn)換，喇叭天線將能量轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)竭_(dá)超材料接收面時(shí)被接收，并將電磁波轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需器件的儲(chǔ)能介質(zhì)充電或供電。
[0015]本實(shí)用新型利用喇叭天線作為能量輸出結(jié)構(gòu)，利用超材料作為能量接收結(jié)構(gòu)，因而具有電磁干擾小、傳輸效率高、傳輸功率高的優(yōu)點(diǎn)。這樣，本實(shí)用新型具有較大的應(yīng)用范圍，可以用于對(duì)無人機(jī)的無線輸能充電，從而使得無人機(jī)實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的空中停留，也可以用于對(duì)手機(jī)的無線輸能充電，從而實(shí)現(xiàn)更快速，非插拔形式的充電。
【附圖說明】

[0016]圖1是本實(shí)用新型無線輸能充電裝置一種【具體實(shí)施方式】示意圖；
[0017]圖2是圖1所示喇叭天線的五種【具體實(shí)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本實(shí)用新型的主要內(nèi)容時(shí)，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(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，輸能充電裝置一端接電源，另一端接儲(chǔ)能裝置，這就使得帶儲(chǔ)能介質(zhì)的設(shè)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(shí)也必須距離電源較近，并且需要進(jìn)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(yīng)充電。然而現(xiàn)有的無線充電系統(tǒng)有著電磁干擾嚴(yán)重、傳輸效率低、傳輸功率低的缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了無線輸能充電裝置的應(yīng)用。
[0022]在本實(shí)施例中，如圖1所示，本實(shí)用新型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(dǎo)體構(gòu)成，單個(gè)導(dǎo)體大小是根據(jù)電磁波的工作頻率計(jì)算設(shè)計(jì)獲得，能夠以較高的效率吸收頻段電磁波。電磁波信號(hào)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(hào)源可以是行波管，返波管，磁控管或速調(diào)管等。由超材料構(gòu)成的接收面2接收該電磁波，并轉(zhuǎn)換成電能，用于對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電。
[0023]本實(shí)用新型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(gòu)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(diǎn)(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(dǎo)體構(gòu)成的超材料接收面，在設(shè)計(jì)合適的情況，具有較高的吸收效率(一般對(duì)應(yīng)特定頻率電磁波，吸收性能約_16dB)。所以本實(shí)用新型利用喇叭天線和超材料構(gòu)成的無線輸能充電裝置能夠?qū)崿F(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(jìn)一步說明:本實(shí)用新型根據(jù)電磁波信號(hào)源需要發(fā)送的電磁波來設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)和排列方式由電磁波的頻率決定，整個(gè)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(zhuǎn)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(dāng)?shù)竭_(dá)超材料接收面時(shí)，由超材料接收面接收，并將電磁波轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需器件的的儲(chǔ)能介質(zhì)充電或供電。
[0025]在本實(shí)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(jī)天線，(b)為E面扇形喇機(jī)天線，(C)為角錐形喇機(jī)天線，(d)為角錐形喇口八天線，(e)為旋轉(zhuǎn)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(shí)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、如圖3(b)所示的柱狀陣列的周期排列的導(dǎo)體構(gòu)成，該周期排列的導(dǎo)體可以突出，也可以埋于接收面中，單個(gè)導(dǎo)體大小是根據(jù)電磁波的工作頻率計(jì)算設(shè)計(jì)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⑵?⑶。
[0028]實(shí)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(zhuǎn)換為電能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。
[0030]實(shí)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(zhuǎn)換為電能，驅(qū)動(dòng)無人機(jī)。
[0032]盡管上面對(duì)本實(shí)用新型說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無線輸能充電裝置，其特征在于，包括: 喇叭天線，用于發(fā)射電磁波，喇叭天線的大小根據(jù)發(fā)射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(dǎo)體構(gòu)成，單個(gè)導(dǎo)體大小是根據(jù)電磁波的工作頻率計(jì)算設(shè)計(jì)獲得，用于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，而由超材料接收面接收該電磁波，并轉(zhuǎn)換成電能，用于對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線輸能充電裝置，其特征在于，所述的喇叭天線是矩形、圓形或拋物線型口面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線輸能充電裝置，其特征在于，所述的超材料接收面由開口圓環(huán)狀柱狀陣列的周期排列的導(dǎo)體構(gòu)成，該周期排列的導(dǎo)體突出，或埋于超材料接收面中。
【專利摘要】本實(shí)用新型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(zhuǎn)換，喇叭天線將能量轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)竭_(dá)超材料接收面時(shí)被接收，并將電磁波轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需器件的儲(chǔ)能介質(zhì)充電或供電。本實(shí)用新型利用喇叭天線作為能量輸出結(jié)構(gòu)，利用超材料作為能量接收結(jié)構(gòu)，因而具有電磁干擾小、傳輸效率高、傳輸功率高的優(yōu)點(diǎn)。這樣，本實(shí)用新型具有較大的應(yīng)用范圍，可以用于對(duì)無人機(jī)的無線輸能充電，從而使得無人機(jī)實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的空中停留，也可以用于對(duì)手機(jī)的無線輸能充電，從而實(shí)現(xiàn)更快速，非插拔形式的充電。
【IPC分類】H02J7/00, H02J50/20
【公開號(hào)】CN205385324
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620163209
【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(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2016年3月3日