CN112072803A - 一种基于电磁超材料的无线输电系统、其仿真系统和仿真工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电磁超材料的无线输电系统、其仿真系统和仿真工作方法，其采用三维电磁仿真软件建立电磁超材料板和无线输电系统模型；分别仿真不同数量的电磁超材料板情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布；实时无线输电系统各个点的反馈数据，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控；对加载电磁超材料板的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，提取电磁超材料的电磁参数，确定电磁超材料板的投入个数和位置，以及最终的无线输电系统结构；其确定磁共振式无线输电系统中电磁超材料的最佳介入方式，便于分析电气信号的时域性质，提高系统能量效率。

Description

一种基于电磁超材料的无线输电系统、其仿真系统和仿真工 作方法

技术领域

本发明属于储能技术与电力系统辅助服务技术领域，尤其涉及一种基于电磁超材料的无线输电系统、其仿真系统和仿真工作方法。

背景技术

随着人类社会现代化与电气化程度不断加深，从遍布世界各地的输配电线路网架到为工作中和家庭中的各类电气设备提供电能，采用金属导线直接连接来进行电能传输的接触式电力传输方式已经得到了广泛应用。虽然这种“有线”的传输方式已经发展得十分成熟，但因其触点接触摩擦产生火花、绝缘与导体消损的问题，会缩短电气设备的使用寿命，甚至危害供电安全性与可靠性。无线输电技术为解决上述提供了新的思路，它的引入将使电能的生产、输配和使用途径更加宽广、方式更加多样化，并可能引发人类生产和生活方式的重大变革。经过多年的分析和研究，磁耦合谐振式无线电能传输的基本原理和特点，已为人熟知，但诸多实用化的技术难题限制了该技术的推广应用。但是中距离无线输电系统由于传输距离较远，线圈耦合系数较小，导致系统传输效率较低、对外电磁辐射较大，所以系统整体传输效率比较低，并且对外辐射严重，严重制约了中距离无线电能传输技术的发展与应用。

发明内容

本发明提供一种基于电磁超材料的无线输电系统、其仿真系统和仿真工作方法，以解决上述现有技术的问题，减少对外界的电磁辐射，起到电磁屏蔽的作用，有效解决了无线电能传输距离不够远、效率较低的缺点，并且极大改善了系统输电的电磁安全性，为中距离磁共振无线电能传输的工程实用化奠定了基础。

本发明一方面提供一种基于电磁超材料的无线输电系统，包括电磁超材料板、无线输电发射端、接收端、传输模块和控制模块，其中：

所述无线输电发射端，用于将电能转换为高频磁场；

所述传输模块，被配置为通过射频功率放大器将电能转换为电磁场能，所述射频功率放大器用于实现信号的传输，并实现信号的放大；

所述无线输电接收端，用于接收发射端的高频磁场，并将高频磁场转换为电场，为用电设备供电；

所述控制模块，被配置为接收控制指令并输出相应的控制信号，根据该控制信号控制无线输电发射端和接收端的工作；

所述无线输电发射端和接收端之间设置有电磁超材料板。

作为可选择的具体方案，所述无线输电发射端包括相互连接的发射电路和发射线圈；所述无线输电接收端包括相互连接的接收电路和接收线圈。

作为可选择的具体方案，所述电磁超材料板为表面设置有环形结构的矩形板材，所述电磁超材料板设置在发射线圈和接收线圈之间，所述电磁超材料板上设置有超导材料。

本发明另一方面提供一种基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，包括仿真建模模块和检测模块、数据采集模块和数据仿真分析模块，其中：

所述仿真建模模块，被配置为按照实际情况构建无线输电系统模型；

所述检测模块，被配置为检测无线输电系统的传输数据和电能回馈，包括发射端、接收端的电能数据、无线输电控制数据以及传输过程中的数据变化量；

所述数据采集模块，被配置为采集各个测试点的实时数据；

所述数据仿真分析模块，被配置为对实时采集的数据和数据变化量做分段筛选，对加载电磁超材料板的无线输电系统的频率效应特性进行仿真分析，提取电磁超材料板的电磁参数，得到特性参数；并依据固定的传输距离和等效充电负载，确定实际充电负载满足最优负载要求。

作为可选择的具体方案，所述检测模块包括示波器、功率分析仪和标准负载装置，其中：

所述示波器，被配置为采集接收端、发射端的电压和电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线；

所述功率分析仪，被配置为测量无线输电系统的功率和效率参数；

所述标准负载装置，被配置为采用回馈式将无线输电的部分电能回馈到电网。

作为可选择的具体方案，所述电能数据包括发射端的输入电压、电流和功率数值，示波器的检测输入、输出侧的电压和电流信号，以及功率分析仪测量的无线输电系统的功率、效率以及功率因数参数；

所述传输过程中的数据变化量包括传输距离、位置偏移量及传输效率；

所述仿真系统还包括实时监控模块，被配置为实时监控无线输电过程中各采集点的数值变化，实时读取数据库数据，实时监控电能传输过程的数据，数据超限时发出报警。

作为可选择的具体方案，所述无线输电控制数据包括控制开关状态、发射端与接收端的线圈的自感、互感及耦合系数。

作为可选择的具体方案，调节接收线圈(2)与负载线圈的间距或者两者之间的耦合系数，使得系统负载达到系统最优的负载数值。

本发明再一方面提供一种基于电磁超材料的无线输电仿真系统其仿真工作方法，包括以下步骤，

第一步，采用三维电磁仿真软件设置电磁超材料板模型和无线输电系统模型；

第二步，分别仿真不同数量的电磁超材料板情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布；

第三步，实时无线输电系统各个点的反馈数据，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控；

第四步，对加载电磁超材料板的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，利用数值分析和模拟仿真的方法提取电磁超材料的电磁参数，进而确定电磁超材料板的投入个数和位置。

作为可选择的具体方案，所述电磁超材料板的设置位置与投入个数，根据发射端和接收端的传输距离、实际负载进行调整。

本发明的有益效果：

本发明的基于电磁超材料的无线输电系统，以改善中距离无线输电系统传输特性为最终目的，通过加载电磁超材料，利用数值分析和仿真建模等分析方法，确定了磁共振式无线输电系统中电磁超材料的最佳介入方式，以及加载电磁超材料的无线输电系统频率精确调谐等关键技术问题，提供了利用电磁超材料提高无线输电系统的距离、功率和效率技术思路，为中距离无线输系统的工程实用化提供了有力的技术支持。

其仿真系统和仿真工作方法，能够仿真未加载超材料、加载一块超材料、加载两块超材料等多种情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布，其便于分析电气信号的时域性质，能够减小发热，提高系统的能量效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统的结构图。

图2为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统的工作流程图。

图3为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统的结构图。

图4中(a)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的未加载超材料模型的仿真模型磁场分布示意图。

图4中(b)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的加载一块超材料的仿真模型磁场分布示意图。

图4中(c)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的加载两块超材料的仿真模型磁场分布示意图。

图中，1为发射线圈，2为接收线圈，3为超导材料。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

实施例1

一种基于电磁超材料的无线输电系统，参见图1和图2，包括电磁超材料板、无线输电发射端、接收端、传输模块和控制模块，其中：

所述无线输电发射端，用于将电能转换为高频磁场；

所述传输模块，被配置为通过射频功率放大器将电能转换为电磁场能，所述射频功率放大器用于实现信号的传输，并实现一定程度的信号的放大；

所述无线输电接收端，用于接收发射端的高频磁场，并将高频磁场转换为符合电能条件的电场，为用电设备供电；

所述控制模块，被配置为接收控制指令并输出相应的控制信号，根据该控制信号控制无线输电发射端和接收端的工作；

所述无线输电发射端和接收端之间设置有若干电磁超材料板，且所述电磁超材料板的设置位置与设置个数，根据发射端和接收端的传输距离、实际负载进行调整，使得电磁超材料板后的磁场被截断并且接收端处的磁场强度大于设定值。

作为可选择的实施方式，所述无线输电发射端包括相互连接的发射电路和发射线圈1；所述无线输电接收端包括相互连接的接收电路和接收线圈2。

作为可选择的具体方案，所述电磁超材料板包括底板和设置在底板内的环形结构单元，以及设置在底板上表面或下表面的超导材料3；所述的环形结构单元由铜条螺旋绕制而成；所述电磁超材料板设置在发射线圈1和接收线圈2之间。

其中，所述电磁超材料板可以等效为周期性排列的复合谐振器，对电磁超材料板进行电路等效，可以把电磁超材料板看成多个谐振电路，所述电磁超材料单元及环形结构单元都是由细铜条螺旋绕制而成，铜条之间存在分布电容和杂散电容，每一块电磁超材料单元都可以等效为RLC谐振电路。

实施例2

一种基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，参见图3，包括仿真建模模块和检测模块、数据采集模块和数据仿真分析模块，其中：

所述仿真建模模块，被配置为按照实际情况构建无线输电系统模型；

所述检测模块，被配置为检测无线输电系统的传输数据，包括发射端、接收端的电能数据、无线输电控制数据以及传输过程中的数据变化量；

所述数据采集模块，被配置为采集各个测试点的电压、电流、间隔距离、电磁频率、磁场强度、自感互感数据和耦合强度；

所述数据仿真分析模块，被配置为对实时采集的数据和数据变化量做分段筛选，对加载不同个数和位置的电磁超材料板的无线输电系统的频率效应特性进行仿真分析，提取电磁超材料板的电磁参数，得到特性参数；并依据固定的传输距离和等效充电负载，确定实际充电负载满足最优负载要求。

作为可选择的实施方式，所述检测模块包括示波器、功率分析仪和标准负载装置，其中：

所述示波器，被配置为采集接收端、发射端的电压和电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线，以分析电气信号的时域性质；

所述功率分析仪，被配置为测量无线输电系统的功率和效率参数；

所述标准负载装置，被配置为采用回馈式将无线输电部分设备中的电能回馈到电网。

作为可选择的实施方式，所述电能数据包括发射端的输入电压、电流和功率数值，示波器的检测输入、输出侧的电压和电流信号，以及功率分析仪测量的无线输电系统的功率、效率以及功率因数参数。

作为可选择的实施方式，所述无线输电控制数据包括控制开关状态、发射端与接收端的线圈的自感、互感及耦合系数。

作为可选择的实施方式，所述传输过程中的数据变化量包括传输距离、位置偏移量及传输效率。

作为可选择的实施方式，所述仿真系统还包括实时监控模块，被配置为实时监控无线输电过程中各采集点的数值变化，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控和超限告警功能。

其中，实时监控模块通过无线、串口、RS485等方式获取输电段、发射端、接收端以及检测设备的电压、电流、功率等数据，并通过实时数据库系统进行存储；展示端读取实时数据库的数据，通过页面表格、曲线图的方式展示电压、电流、功率等数据的变化；并根据设置的超限报警阈值进行判断，若超过报警阈值，则通过声音、图片闪烁等方式报警；数据采集方式可根据装置采集口和检测设备的接口进行配置，实时读取接口的数据即可获取实时数据，展示方式可以多样，例如图像、表格等。

作为可选择的实施方式，调节接收线圈2与负载线圈的间距或者两者之间的耦合系数，使得系统负载达到系统最优的负载数值。

实施例3

一种基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真工作方法，参见图4中(a)、(b)和(c)部分，包括以下步骤，

第一步，采用三维电磁仿真软件建立电磁超材料板和无线输电系统模型；

第二步，分别仿真不同数量的电磁超材料板情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布；

第三步，实时无线输电系统各个点的反馈数据，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控；

第四步，对加载电磁超材料板的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，利用数值分析和模拟仿真的方法提取电磁超材料的电磁参数，进而确定电磁超材料板的投入个数和位置。

图4中(a)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的未加载超材料模型的仿真模型磁场分布示意图。图4中(b)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的加载一块超材料的仿真模型磁场分布示意图。图4中(c)部分为本发明的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真方法的加载两块超材料的仿真模型磁场分布示意图。

实施例4

上述实施例中的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，包括电磁超材料、无线输电发射端、接收端、检测模块、传输模块、控制模块、数据采集模块、数据分析模块和实时监控模块，其中还可以更为具体的：

电磁超材料，被配置为实现无线电能传输系统的发射端和接收端线圈聚焦和屏蔽作用。所述无线电能传输又称无线电力传输，非接触电能传输，是通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量，隔空传输一段距离后，在通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能的传输。

所述电磁超材料不同于常见的自然材料，它是一种具有周期性或特定几何结构的亚波长尺度新型人工复合材料，通过其结构巧妙设计可以对电磁波和电磁场进行有效调控，从而实现单一的自然材料不能或很难实现的特异电磁性能。

所述接收端，用于接收发射端的高频磁场，并将高频磁场转换为符合电能条件的电场，为用电设备供电；所述发射端，用于将电流转换为高频磁场，并发射至所述接收端；其中，所述高频磁场的强度大于预设磁场值；

检测模块，被配置为检测无线输电系统的传输数据。包括发射端、接收端的电能数据、无线输电控制数据以及传输过程中的数据变化量。

还可以进一步地，所述检测模块还配置有检测仪器，所述检测仪器包括但不限于交流电源、示波器、功率分析仪、标准负载装置；

所述示波器用于采集接收端、发射端的电压、电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线，便于分析电气信号的时域性质；

所述功率分析仪用于测量无线输电装置的功率转换装置的功率、效率参数；

所述标准负载装置采用回馈式方案，将无线输电部分设备中的电能回馈到电网，减小发热，提高系统的能量效率。

所述电能数据包括发射端的输入电压、电流、功率等数值，示波器主要检测输入、输出侧的电压、电流信号，其中可实时显示电压、电流波形变化曲线，而功率分析仪可测量无线输电系统的功率、效率以及功率因数等参数；

所述无线输电控制数据包括控制开关状态、线圈的自感、互感及耦合系数；交流电源的开关状态包括开关的开、合状态；

所述自感，是当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，即感生电动势。

所述自感分为发射线圈1自感和接收线圈2自感，自感和互感的大小取决于线圈自身的形状、匝数、外径以及线圈导线间距等结构尺寸参数。

所述互感，当两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。

所述耦合强度是由无线输电系统中的传输线圈的自感与互感决定了系统空间距离的耦合强度，直接决定了传输系统的传输效率。

自感计算公式如下：

同时，当两线圈中心对齐时，两者之间互感计算公式如下：

其中

由上式公式可得两对齐圆形线圈的耦合系数k：

上式中，r为圆形线圈的半径，N为圈数，a为线径，d为两线圈间距。

所述传输过程中的数据变化量包括传输距离、位置偏移量及传输效率。

传输模块，被配置为通过射频功率放大器将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能等)。所述射频功率放大器主要实现信号的传输，并实现一定程度的信号的放大，是将高频电源加载到发射线圈1，使发射线圈1在电源激励下产生高频磁场，并通过接收器接收电能信号；所述接收器是接收线圈2在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。

控制模块，被配置为用于输出控制信号和初始PWM信号的控制模块输出初始PWM信号和相应的控制信号，所述控制装置根据该初始PWM信号来控制开关管，使发射端回路中有电流，然后，控制装置停止响应该初始PWM信号，并在控制模块输出的对应的控制信号的作用下，方波信号产生模块可以根据公告号为CN106532977B的中国专利中提供的过零比较输出模块的相应输出信号产生与电流同相位的方波信号，所述驱动信号产生模块根据所述方波信号产生开关管驱动信号，以对开关管进行控制。

数据采集模块，被配置为采集各个测试点装置的数据；所述采集点包括但不限于无线传输的接收端、发射端、负载及AC/DC等设备；所述被采集的数据包括发射端、接收端的电压、电流、间隔距离、电磁频率、磁场强度、自感互感数据和耦合强度等。

所述数据存储模块，被配置为存储采集的参数，以及数据分析模块的计算结果；

数据分析模块，被配置为对实时采集的数据做分段筛选，所述筛选结果之一为特性分析，对加载电磁超材料的无线输电系统的频率效应特性进行分析，并利用数值分析和模拟仿真的方法提取了超材料的电磁参数，得到特性参数；

所述筛选结果之二为取得最优负载，所述最优负载为，系统传输距离固定后，等效充电负载一定，如若实际负载较大(或较小)，需提升(或削弱)负载线圈与接收线圈2的耦合系数，使得实际充电负载满足最优负载要求。在中远距离四线圈无线输电系统中，传输距离固定时，通过调节接收线圈2与负载线圈的间距或者两者之间的耦合系数，使得系统负载达到系统最优的负载数值，可实现系统的传输效率的提升。

实时监控模块，为被配置为实时监控无线输电过程中各采集点的数值变化，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控，超限告警等功能。

基于本实施例的上述基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统的优选方案，还可以得到基于电磁超材料的无线输电仿真系统的工作方法，包括以下步骤：

采用了三维电磁仿真软件HFSS建立超材料和无线电能传输线圈模型，分别仿真未加载超材料、加载一块超材料、加载两块超材料三种情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布。

无线电能传输仿真模型通过发射器是将高频电源加载到发射线圈1，使发射线圈1在电源激励下产生高频磁场；接收器是接收线圈2在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。

检测模块通过检测仪器检测无线输电系统的传输数据。检测仪器包括但不限于交流电源、示波器、功率分析仪、标准负载装置；传输数据包括发射端、接收端的电能数据、无线输电控制数据以及传输过程中的数据变化量。

示波器用于采集接收端、发射端的电压、电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线，便于分析电气信号的时域性质；

功率分析仪用于测量电动汽车无线输电装置的功率转换装置的功率、效率参数；

标准负载装置采用回馈式方案，将无线输电部分设备中的电能回馈到电网，减小发热，提高系统的能量效率。

采集模块负责采集相关设备的运行数据。

实时监控发射端、接收端以及检测设备的反馈数据，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控，超限告警等功能。

根据采集的数据进行数据筛选、数据提取及分析。

通过数据筛选，分别对仿真未加载超材料、加载一块超材料、加载两块超材料三种情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分进行分析，得出当加载超材料板后，板子后面磁场被截断并且接收线圈2处的磁场强度明显降低。因此加载了电磁超材料具有良好的屏蔽效果。

通过数据对比可以发现，没有加载负磁超材料板时，磁场主要分布在发射线圈1附近，接收线圈2附近磁场相对较弱。当加载超材料板时，由发射线圈1产生的磁场被负磁超材料重新聚焦，并且接收线圈2处的磁场强度明显增强。

对加载电磁超材料的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，利用数值分析和模拟仿真的方法提取了超材料的电磁参数。

通过调整系统传输距离，等效充电负载一定，如若实际负载较大(或较小)，需提升(或削弱)负载线圈与接收线圈2的耦合系数，使得实际充电负载满足最优负载要求。在中远距离四线圈无线输电系统中，传输距离固定时，通过调节接收线圈2与负载线圈的间距或者两者之间的耦合系数，使得系统负载达到系统最优的负载数值，可实现系统的传输效率的提升。

为了探究基于超材料的无线输电系统的仿真模型及其规律研究，采用了三维电磁仿真软件HFSS建立超材料和无线电能传输线圈模型，分别仿真了未加载超材料、加载一块超材料、加载两块超材料三种情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布。

首先利用上述电磁仿真模型表征加载超材料前后无线电能传输系统的空间磁场分布，仿真结果如图4中(a)、(b)和(c)部分所示。根据三种情况磁场的分布对比，可以看出加载超材料后发射和接收线圈2之间以及接收线圈2处的磁场强度明显增强了，如图4中(b)和(c)所示，证明了上述理论分析中的预测。此外，负磁超材料处像磁场中继器一样同样具有很强的磁场分布，超材料表面存在强烈的表面波分布，这种现象在增强磁耦合谐振方面也具有重要作用。

此外，基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统中，所述标准负载装置被配置为采用回馈式将无线输电部分设备中的电能回馈到电网；以减小发热，提高系统的能量效率。所述负载线圈被配置为优化接收线圈2的耦合系数。接收线圈2与负载线圈之间进行连接，其位于接收端线圈的外层接收线圈2将接收到的电能通过电磁感应原理传递给内层负载线圈，由此，使得负载线圈与接收线圈2复合为一体。即改变负载线圈到接收线圈2的间距能实现最优负载调节，提升系统传输效率。基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真工作方法，第四步中，对加载电磁超材料板的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，利用数值分析和模拟仿真的方法提取电磁超材料的电磁参数，进而确定电磁超材料板的投入个数和位置，以及最终的无线输电系统结构和参数。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种基于电磁超材料的无线输电系统，其特征在于，包括电磁超材料板、无线输电发射端、接收端、传输模块和控制模块，其中：

所述无线输电发射端，用于将电能转换为高频磁场；

所述传输模块，被配置为通过射频功率放大器将电能转换为电磁场能，所述射频功率放大器用于实现信号的传输，并实现信号的放大；

所述无线输电接收端，用于接收发射端的高频磁场，并将高频磁场转换为电场，为用电设备供电；

所述控制模块，被配置为接收控制指令并输出相应的控制信号，根据该控制信号控制无线输电发射端和接收端的工作；

所述无线输电发射端和接收端之间设置有电磁超材料板。

2.如权利要求1所述的基于电磁超材料的无线输电系统，其特征在于，所述无线输电发射端包括相互连接的发射电路和发射线圈(1)；所述无线输电接收端包括相互连接的接收电路和接收线圈(2)。

3.如权利要求2所述的基于电磁超材料的无线输电系统，其特征在于，所述电磁超材料板包括底板和设置在底板内的环形结构单元，以及设置在底板上表面或下表面的超导材料(3)；所述的环形结构单元由铜条螺旋绕制而成；所述电磁超材料板设置在发射线圈(1)和接收线圈(2)之间。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，其特征在于，包括仿真建模模块和检测模块、数据采集模块和数据仿真分析模块，其中：

所述仿真建模模块，被配置为按照实际情况构建无线输电系统模型；

所述检测模块，被配置为检测无线输电系统的传输数据和电能回馈，包括发射端、接收端的电能数据、无线输电控制数据以及传输过程中的数据变化量；

所述数据采集模块，被配置为采集各个测试点的实时数据；

所述数据仿真分析模块，被配置为对实时采集的数据和数据变化量做分段筛选，对加载电磁超材料板的无线输电系统的频率效应特性进行仿真分析，提取电磁超材料板的电磁参数，得到特性参数；并依据固定的传输距离和等效充电负载，确定实际充电负载满足最优负载要求。

5.如权利要求4所述的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，其特征在于，所述检测模块包括示波器、功率分析仪和标准负载装置，其中：

所述示波器，被配置为采集接收端、发射端的电压和电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线；

所述功率分析仪，被配置为测量无线输电系统的功率和效率参数；

所述标准负载装置，被配置为采用回馈式将无线输电的部分电能回馈到电网。

6.如权利要求4所述的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，其特征在于，所述电能数据包括发射端的输入电压、电流和功率数值，示波器的检测输入、输出侧的电压和电流信号，以及功率分析仪测量的无线输电系统的功率、效率以及功率因数参数；

所述传输过程中的数据变化量包括传输距离、位置偏移量及传输效率；

所述仿真系统还包括实时监控模块，被配置为实时监控无线输电过程中各采集点的数值变化，实时读取数据库数据，实时监控电能传输过程的数据，数据超限时发出报警。

7.如权利要求4所述的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，其特征在于，所述无线输电控制数据包括控制开关状态、发射端与接收端的线圈的自感、互感及耦合系数。

8.如权利要求7所述的基于电磁超材料的无线输电系统的仿真系统，其特征在于，调节接收线圈(2)与负载线圈的间距或者两者之间的耦合系数，使得系统负载达到系统最优的负载数值。

9.一种如权利要求4-8中任一项所述的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真工作方法，其特征在于，包括以下步骤，

第一步，采用三维电磁仿真软件设置电磁超材料板模型和无线输电系统模型；

第二步，分别仿真不同数量的电磁超材料板情况下耦合谐振系统的散射参数和空间电磁分布；

第三步，实时无线输电系统各个点的反馈数据，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现电能传输过程的数据实时监控；

第四步，对加载电磁超材料板的位置、数量及其本征特性对于磁共振无线输电系统整体电磁环境和传输特性的影响进行测试，利用数值分析和模拟仿真的方法提取电磁超材料的电磁参数，进而确定电磁超材料板的投入个数和位置。

10.根据权利要求9所述的基于电磁超材料的无线输电系统其仿真系统的仿真工作方法，其特征在于，所述电磁超材料板的设置位置与投入个数，根据发射端和接收端的传输距离、实际负载进行调整。

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