专利名称：无线充电接收装置、无线充电发射装置、无线充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及充电技术，更具体地说，涉及无线充电接收装置、无线充电发射装置、 无线充电系统。
背景技术：
无线充电技术是近来最为热门和最有潜在市场的技术之一。现有的无线充电技术主要通过三种方式1)电磁感应通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从传输端转移到接收端，其主要技术核心为通过在两个足够接近的线圈之间产生感应电流来进行充电。该技术的缺点在于充电距离上的限制，传输效率较低，且存在发热问题。2)电磁共振利用在近场区域的电感或电容耦合在线圈之间传递能量。可以通过调整RLC电路的Q值来实现较高的能量传输效率，但随着距离的增加其传输效率迅速下降。3)无线电波利用接收电路捕捉空间中的无线电波能量，将从发送器传递出的无线电波转化为直流电，为负载设备充电。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器，就可将无线电波转化成直流电在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。此技术的充电距离和充电效率仍然有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无线电波充电方式中充电距离短和充电效率低的缺陷，提供无线充电接收装置、无线充电发射装置、无线充电系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种无线充电接收装置，包括接收天线；第一超材料汇聚模块，用于将电磁波汇聚到所述接收天线上；第一转换模块，用于将所述接收天线接收到的电磁波转换为电能，从而为待充电设备充电。在本发明所述的无线充电接收装置中，第一超材料汇聚模块包括核心层，所述核心层包括多个具有相同折射率分布的核心超材料片层，每一核心超材料片层的折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到no且相同半径处折射率相同；所述核心超材料片层包括核心超材料片层基材及周期排布于所述核心超材料片层基材表面的多个第一人造金属微结构。在本发明所述的无线充电接收装置中，所述第一超材料汇聚模块还包括对称设置于所述核心层两侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中对称设置的两层第 N渐变超材料片层均靠近所述核心层；每一渐变超材料片层折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大从其最大折射率连续减小到％且相同半径处折射率相同，两个相邻的渐变超材料片层的最大折射率表示为Iii和ni+1，其中nQ < Hi < ni+1 < np, i为正整数，Hi对应于距离所述核心层较远的渐变超材料片层的最大折射率值；所述每一渐变超材料片层包括渐变超材料片层基材以及周期排布于所述渐变超材料片层基材表面的多个第二人造金属微结构；全部的渐变超材料片层和全部的核心超材料片层构成了所述第一超材料汇聚模块的功能层。在本发明所述的无线充电接收装置中，所述第一超材料汇聚模块还包括对称设置于所述功能层两侧的第一匹配层至第M匹配层，其中对称设置的两层第M匹配层均靠近所述第一渐变超材料片层；每一匹配层折射率分布均勻，靠近自由空间的所述第一匹配层折射率大致等于自由空间折射率，靠近所述第一渐变超材料片层的第M匹配层折射率大致等于所述第一渐变超材料片层最小折射率rv在本发明所述的无线充电接收装置中，每一渐变超材料片层和所有核心超材料片层随着半径r的变化，折射率分布关系式为
权利要求
1.一种无线充电接收装置，包括接收天线，其特征在于，还包括第一超材料汇聚模块，用于将电磁波汇聚到所述接收天线上；第一转换模块，用于将所述接收天线接收到的电磁波转换为电能，从而为待充电设备充电。
2.根据权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，第一超材料汇聚模块包括核心层，所述核心层包括多个具有相同折射率分布的核心超材料片层，每一核心超材料片层的折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大，折射率从np连续减小到Iitl 且相同半径处折射率相同；所述核心超材料片层包括核心超材料片层基材及周期排布于所述核心超材料片层基材表面的多个第一人造金属微结构。
3.根据权利要求2所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述第一超材料汇聚模块还包括对称设置于所述核心层两侧的第一渐变超材料片层至第N渐变超材料片层，其中对称设置的两层第N渐变超材料片层均靠近所述核心层；每一渐变超材料片层折射率均呈圆形分布，圆心处折射率最大，随着半径的增大从其最大折射率连续减小到Iitl且相同半径处折射率相同，两个相邻的渐变超材料片层的最大折射率表示为Iii和ni+1，其中Iitl < Hi < ni+1 < np，i为正整数，η,对应于距离所述核心层较远的渐变超材料片层的最大折射率值；所述每一渐变超材料片层包括渐变超材料片层基材以及周期排布于所述渐变超材料片层基材表面的多个第二人造金属微结构；全部的渐变超材料片层和全部的核心超材料片层构成了所述第一超材料汇聚模块的功能层。
4.根据权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述第一超材料汇聚模块还包括对称设置于所述功能层两侧的第一匹配层至第M匹配层，其中对称设置的两层第M 匹配层均靠近所述第一渐变超材料片层；每一匹配层折射率分布均勻，靠近自由空间的所述第一匹配层折射率大致等于自由空间折射率，靠近所述第一渐变超材料片层的第M匹配层折射率大致等于所述第一渐变超材料片层最小折射率rv
5.根据权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，每一渐变超材料片层和所有核心超材料片层随着半径r的变化，折射率分布关系式为
6.根据权利要求5所述的无线充电接收装置，其特征在于，每层核心超材料片层还包括覆盖于所述第一人造金属微结构上的覆盖层；周期排布于所述基材上的多个所述第一人造金属微结构的尺寸变化规律为多个所述第一人造金属微结构的几何形状相同，所述第一人造金属微结构在所述核心超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的第一人造金属微结构尺寸最大，随着半径的增大，对应半径的第一人造金属微结构尺寸减小且相同半径处的第一人造金属微结构尺寸相同。
7.根据权利要求5所述的无线充电接收装置，其特征在于，每层渐变超材料片层还包括覆盖于所述第二人造金属微结构上的覆盖层；周期排布于所述基材上的所述第二人造金属微结构的尺寸变化规律为多个所述第二人造金属微结构的几何形状相同，所述第二人造金属微结构在所述渐变超材料片层基材上呈圆形分布，圆心处的第二人造金属微结构尺寸最大，随着半径的增大，对应半径的第二人造金属微结构尺寸减小且相同半径处的第二人造金属微结构尺寸相同。
8.根据权利要求1 7任一项所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述无线充电接收装置内置于所述待充电设备中。
9.一种与权利要求1 8中任一项所述的无线充电接收装置匹配使用的无线充电发射装置，其特征在于，包括第二转换模块与电源连接，用于将电能转换为电磁波；第二超材料汇聚模块，用于将所述第二转换模块输出的电磁波转换成平面波后发射出去，以便由所述无线充电接收装置接收。
10.一种无线充电系统，其特征在于，包括权利要求1 8中任一项所述的无线充电接收装置，以及权利要求9所述的无线充电发射装置。
全文摘要
本发明涉及无线充电接收装置、无线充电发射装置、无线充电系统。无线充电接收装置，包括接收天线；第一超材料汇聚模块，用于将电磁波汇聚到所述接收天线上；第一转换模块，用于将接收天线接收到的电磁波转换为电能，从而为待充电设备充电。无线充电发射装置包括第二转换模块与电源连接，用于将电能转换为电磁波；第二超材料汇聚模块，用于将第二转换模块输出的电磁波汇聚成平面波后发射出去，以便由无线充电接收装置接收。本发明使得发射端将电磁波更集中地发射出去，减少了电磁波传输过程中的损耗，接收端能接收更多的电磁波能量，并能将电磁波能量尽可能多地转换为电能，提高充电效率，且能够满足较远距离的充电需求。
文档编号H02J17/00GK102480152SQ201110333608
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 殷俊 申请人:深圳光启高等理工研究院