CN112769247A - 一种基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器 - Google Patents

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张佐汀
傅为农
林鹤云
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Abstract

本发明公开了一种基于负磁导率超材料的手机无线充电器，用于对手机进行无线充电。该装置包括逆变电路、发射线圈、谐振电容和具有负磁导率特性的超材料板。所述的超材料板设置在发射线圈与手机之间，可以起到聚集磁场的作用。所述的谐振电容与所述的发射线圈用金属线连接，高频交流电通过所述的发射线圈进行功率输出。手机中内置的接收线圈与所述的超材料板和发射线圈相互耦合，接收线圈通过被聚焦的磁场接收电能。本发明使用具有负磁导率特性的超材料，提高了传递的效率。

Description

一种基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器
技术领域
本发明用于手机的无线充电器，尤其涉及一种基于负磁导率超材料的无线充电器，适用于为手机充电。
背景技术
无线充电技术不需要传输线即可对设备充电，因而在手机充电技术领域备受关注。无线充电是通过磁场传递能量，但是在传输过程中，磁场不可避免地发散，从而导致传输效率有明显的下降。尤其是当传输距离变大之后，效率下降非常明显。而具有负磁导率特性的超材料有聚焦磁场的功能。为了进一步提高无线充电的效率，需要在无线充电器中加入负磁导率超材料，实现更高效的充电。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种基于负磁导率超材料的无线充电器，通过超材料聚焦无线充电过程中的磁场，以实现更高效率的无线充电。
技术方案：本发明的一种基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器包括充电器外壳、逆变电路、谐振电容、铁芯、发射线圈、负磁导率超材料板；其中，在充电器外壳中，与充电器外壳平面平行顺序设置有负磁导率超材料板、铁芯、逆变电路，在铁芯的平面上设置发射线圈，发射线圈与谐振电容连接，所述的负磁导率超材料板放置在发射线圈与被充电的手机之间；所述的逆变电路提供对应谐振频率的交流电，通过所述的发射线圈以磁场的形式将能量发射出去，所述的负磁导率超材料板对磁场聚焦，手机内置的接收线圈通过聚焦的磁场接收到电能。
所述的负磁导率超材料板由一个或多个超材料单元构成，超材料单元的主体是FR4介质板(FR-4是耐燃材料等级，通常是指FR-4环氧玻璃布层压板，在其他类似专利中也采用“FR-4介质板”的说法)，在该FR4介质板的平面上设有导电线制成的谐振线圈，多个超材料单元的谐振线圈通过集总电容相连接构成谐振结构，构成负磁导率超材料板。
所述的谐振线圈的平面形状为螺旋状的圆形或方形。
所述的谐振线圈设置在FR4介质板的单面或正反两面上，正反两面的谐振线圈需要对称设置。
所述的多个超材料单元的排列方式为纵横方向并排排列，或沿垂直单元表面方向堆叠排列。
所述的导电线制成的谐振线圈，其中导电线为独立的铜线或印刷导电薄膜。
所述的发射线圈为平面状的线圈，设置在铁芯的平面上。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明通过在无线充电器中加入具有负磁导率的超材料板，使得磁场变得聚焦，能够提高电能传输的效率，减少能量的损失。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的基于负磁导率超材料的无线充电器与手机连接使用的结构示意图。
图中有：充电器外壳1、逆变电路2、谐振电容3、铁芯4、发射线圈5、负磁导率超材料板6、超材料单元6-1、手机外壳7、接收线圈8、接收线圈的谐振电容9。
具体实施方式
本发明所述的基于负磁导率超材料的无线充电器，用于对具备无线充电功能的手机进行充电，包括逆变电路、谐振电容、发射线圈和超材料板，所述的超材料板介于所述的发射线圈和手机之间，所述的逆变电路为所述的发射线圈提供高频的交流电，所述的谐振电容与所述的发射线圈构成谐振。
所述的谐振电容与所述的发射线圈构成谐振，由所述的发射线圈以磁场的形式向外发射能量，手机内置的接收线圈接收到磁场能量并转换为电能。
所述的超材料板由一个或多个超材料单元构成。超材料单元的主体是FR4介质板，介质板的正反面是铜线绕制的谐振线圈，正反面的线圈通过集总电容相连接构成谐振结构。
所述的超材料板具有负磁导率的特性，能够对穿过的磁场聚焦，从而提高无线充电的传输效率。
如图1所示，是本发明所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，该增磁式手机无线充电器包括充电器外壳1、逆变电路2、谐振电容3、铁芯4、发射线圈5、负磁导率超材料板6；其中，在充电器外壳1中，与充电器外壳1平面平行顺序设置有负磁导率超材料板6、铁芯4、逆变电路2，在铁芯4的平面上设置发射线圈5，发射线圈5与谐振电容3连接，所述的负磁导率超材料板6放置在发射线圈5与被充电的手机之间；所述的逆变电路2提供对应谐振频率的交流电，通过所述的发射线圈5以磁场的形式将能量发射出去，所述的负磁导率超材料板6对磁场聚焦，手机内置的接收线圈通过聚焦的磁场接收到电能。所述的负磁导率超材料板6由一个或多个超材料单元6-1构成，超材料单元6-1的主体是FR4介质板，在该FR4介质板的平面上设有导电线制成的谐振线圈，多个超材料单元6-1的谐振线圈通过集总电容相连接构成谐振结构，构成负磁导率超材料板6。所述的谐振线圈的平面形状为螺旋状的圆形或方形。所述的谐振线圈设置在FR4介质板的单面或正反两面上，正反两面的谐振线圈需要对称设置。所述的多个超材料单元6-1的排列方式为纵横方向并排排列，或沿垂直单元表面方向堆叠排列。所述的导电线制成的谐振线圈，其中导电线为独立的铜线或印刷导电薄膜。所述的发射线圈5为平面状的线圈，设置在铁芯4的平面上。
该充电器用于以无线输电的形式为手机充电。该充电器包括逆变电路、发射线圈、谐振电容和超材料板。逆变电路为发射线圈提供高频的交流电，发射线圈与谐振电容相连构成谐振，将能量以磁场的形式发射出去，内置于手机内部的接收线圈可以从中接收到能量。在充电器内部介于发射线圈和手机的位置设有用于聚焦磁场的超材料板，以提高传输的效率。其中，超材料板具有负磁导率特性，该材料能够提高无线传输的效率和距离。
无线充电器内部的谐振电容的大小满足C＝1/(ω2L)，其中，ω表示逆变电路所提供的高频交流电的频率，L表示发射线圈的电感值。
为了使超材料板在频率为ω时表现出负磁导率的特性，在设计超材料和实施电磁仿真时需要进行优化，直到对应的超材料介质单元满足条件。使用集总电容可以有效地降低超材料的谐振频率点。

Claims (7)

1.一种基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于该增磁式手机无线充电器包括充电器外壳(1)、逆变电路(2)、谐振电容(3)、铁芯(4)、发射线圈(5)、负磁导率超材料板(6)；其中，在充电器外壳(1)中，与充电器外壳(1)平面平行顺序设置有负磁导率超材料板(6)、铁芯(4)、逆变电路(2)，在铁芯(4)的平面上设置发射线圈(5)，发射线圈(5)与谐振电容(3)连接，所述的负磁导率超材料板(6)放置在发射线圈(5)与被充电的手机之间；所述的逆变电路(2)提供对应谐振频率的交流电，通过所述的发射线圈(5)以磁场的形式将能量发射出去，所述的负磁导率超材料板(6)对磁场聚焦，手机内置的接收线圈通过聚焦的磁场接收到电能。
2.根据权利要求1所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的负磁导率超材料板(6)由一个或多个超材料单元(6-1)构成，超材料单元(6-1)的主体是FR4介质板，在该FR4介质板的平面上设有导电线制成的谐振线圈，多个超材料单元(6-1)的谐振线圈通过集总电容相连接构成谐振结构，构成负磁导率超材料板(6)。
3.根据权利要求2所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的谐振线圈的平面形状为螺旋状的圆形或方形。
4.根据权利要求2所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的谐振线圈设置在FR4介质板的单面或正反两面上，正反两面的谐振线圈需要对称设置。
5.根据权利要求2所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的多个超材料单元(6-1)的排列方式为纵横方向并排排列，或沿垂直单元表面方向堆叠排列。
6.根据权利要求2所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的导电线制成的谐振线圈，其中导电线为独立的铜线或印刷导电薄膜。
7.根据权利要求2所述的基于负磁导率超材料的增磁式手机无线充电器，其特征在于：所述的发射线圈(5)为平面状的线圈，设置在铁芯(4)的平面上。
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