田子建 陈 健 樊 京 林 越 李玮祥

电工理论与新技术

基于磁负超材料的无线电能传输系统

田子建1陈 健1樊 京2林 越1李玮祥1

（1. 中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院信息所 北京 100083 2. 南阳理工学院电子与电气工程学院 南阳 473004）

针对MCR-WPT系统的传输效率受距离约束程度高等问题，本文分析讨论了磁负超材料介质板对MCR-WPT系统传输效率的影响，推导并验证了磁负超材料介质板对消逝波传输的增强作用。利用HFSS构造了一种工作在ISM频段的MCR-WPT系统，并设计了一种适合该MCR-WPT系统的低频平面螺旋型磁负超材料介质板。当系统工作频率大于25MHz时，该低频磁负超材料介质板表现出磁负特性。通过将所设计的不同周期排列的磁负超材料介质板放置在MCR-WPT系统的不同位置，研究了不同条件下螺旋型磁负超材料介质板对系统传输效率影响。仿真和实验结果表明：在MCR-WPT系统发射端插入小尺寸磁负超材料介质板、接收端插入中等尺寸磁负超材料介质板时，系统传输效率能够得到有效提高；在传输距离不变的前提下，加入磁负超材料介质板后MCR-WPT系统的传输效率至少提高20%，其中实验平台中系统传输效率提高了近30%。

MCR-WPT 磁负超材料 HFSS 传输效率

1 引言

无线电能传输（Wireless Power Transfer，WPT）又称为无接触式电能传输（Contactless Power Transfer，CPT）指的是电能从电源到负载的一种没有经过电气设备直接接触的能量传输方式[1]。美国科学家Nikola Tesla在1893年哥伦比亚世博会上首次提出了WPT理论，并展示了一种无线磷光照明灯。然而WPT在相当长的……