水槽型磁屏蔽结构和包括其的平板线圈无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水槽型磁屏蔽结构和包括其的平板线圈无线电能传输系统。水槽型磁屏蔽结构包括初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板，初级侧屏蔽板包括底板部和侧板部，底板部为具有镂空的平面板，侧板部围绕底板部边沿设置，底部板与侧板部形成水槽形结构；侧板部包括从底板部往上依次设置的侧面带状板和可调节伸缩板，侧面带状板与底板部垂直连接，可调节伸缩板与底板部成一角度倾斜设置。与现有技术相比，本发明专利技术通过对底部板中心镂空，显著降低了初级、次级线圈间磁场的衰减速率；侧面带状板可对系统横向杂散磁场进行限制，降低了系统水平方向的磁泄漏；可调节伸缩板能进一步限制系统横向杂散磁场，增加系统磁场耦合的同时，可进一步降低系统水平方向的磁泄漏。

Flume-type magnetic shielding structure and flat coil radio power transmission system including it

The invention relates to a flume type magnetic shielding structure and a flat coil radio energy transmission system including the structure. Flume-type magnetic shielding structure includes primary side shielding plate and secondary side shielding plate, primary side shielding plate includes bottom plate and side plate, bottom plate is hollow plane plate, side plate is set around the edge of bottom plate, bottom plate and side plate form a flume structure; side plate includes side strip plate and adjustable expansion plate arranged from bottom plate to top, side strip plate and side strip plate are arranged in turn. The bottom plate is vertically connected, and the expansion plate can be adjusted to be inclined at an angle with the bottom plate. Compared with the existing technology, the invention can significantly reduce the attenuation and deceleration rate of the magnetic field between primary and secondary coils by hollowing out the center of the bottom plate; the lateral strip plate can restrict the lateral stray magnetic field of the system and reduce the magnetic leakage in the horizontal direction of the system; the adjustable telescopic plate can further limit the lateral stray magnetic field of the system, increase the coupling of the magnetic field of the system, and at the same time, further reduce the magnetic leakage in the horizontal direction of the system. Magnetic leakage in the horizontal direction of the system.

【技术实现步骤摘要】
水槽型磁屏蔽结构和包括其的平板线圈无线电能传输系统
本专利技术涉及无线电能传输
，尤其是涉及一种水槽型磁屏蔽结构和包括其的平板线圈无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输(WirelessPowerTransfer，WPT)具有充电便捷、安全等特点，使得该技术得到迅速发展，并在电动汽车、医疗、采矿等特殊充电领域得到了广泛应用。亚克朗大学的MostakMohammad教授利用Double-Dpad(DDP)线圈对电动汽车进行无线充电，通过对DDP线圈与圆形线圈比较分析可知，DDP线圈在系统耦合空间的磁场更加聚集，系统磁耦合效率较高。但是发射、接收线圈间的气隙较大，系统磁泄漏比较严重。目前，对无线电能传输系统漏磁的屏蔽一般采用双侧平面铝板屏蔽结构，如图1-图3所示，该结构通过屏蔽板的反射以及板上感应涡流产生的反向磁场，抵消入射磁场实现屏蔽。该结构可显著抑制系统纵向的磁场泄漏，但系统横向杂散磁场的泄漏仍然严重，且铝板的加入会加剧线圈之间磁场的衰减速率，还存在以下不足：1、基于磁耦合原理的无线电能传输系统一、二次侧线圈之间气隙较大，由初级线圈发射到次级线圈的磁场无磁路限制，系统磁场杂散，磁泄漏严重；2、磁泄漏不仅降低了系统的传输效率，也会对系统周围空间产生电磁辐射，造成环境电磁污染；3、采用双侧平面铝板对系统漏磁进行屏蔽，可降低系统纵向磁场的泄漏，但铝屏蔽板的引入会增加系统内部磁场的衰减速率，降低系统磁场的耦合效率；同时，横向磁泄漏水平明显降低，但仍然超标。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水槽型磁屏蔽结构和包括其的平板线圈无线电能传输系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种水槽型磁屏蔽结构，包括初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板，所述初级侧屏蔽板包括底板部和侧板部，所述底板部为具有镂空的平面板，所述侧板部围绕底板部边沿设置，底部板与侧板部形成水槽形结构。进一步地，所述侧板部包括从底板部往上依次设置的侧面带状板和可调节伸缩板，所述侧面带状板与所述底板部垂直连接，所述可调节伸缩板与所述底板部成一角度倾斜设置。进一步地，所述可调节伸缩板朝底板部中间倾斜。进一步地，所述可调节伸缩板与底板部的法线所成角度为0-75°。进一步地，所述底板部为中间镂空的平面板。进一步地，所述初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板均由铝板制成。进一步地，所述初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板均呈方形结构。本专利技术还提供一种平板线圈无线电能传输系统，包括所述的水槽型磁屏蔽结构。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术采用水槽型屏蔽结构，对初级、次级线圈之间的磁场磁路进行限制，使杂散磁场在系统梯形耦合空间聚集，降低了系统磁泄漏，也降低了系统漏磁对周围环境的电磁污染2)底面铝板具有镂空，在有效屏蔽系统纵向磁场的同时，显著降低了初级、次级线圈间磁场的衰减速率，并降低了铝材料的使用量。3)本专利技术为水槽型，具有侧面带状屏蔽板，可对初级、次级线圈之间的磁路进行限制，将系统杂散磁场向系统内部约束，显著降低了系统横向磁场泄漏。4)本专利技术的侧板部还设置有可调节伸缩板，有助于磁场在梯形耦合区域更加聚集，能进一步限制系统横向杂散磁场，增加系统磁场耦合的同时，可进一步降低系统水平方向的磁泄漏。通过仿真实验分析，相比双侧平面铝板屏蔽结构，本专利技术水槽型磁屏蔽结构在保证平板线圈无线电能传输系统传输效率的同时，显著降低了系统周围空间的电磁辐射。附图说明图1为现有双侧平面铝板模型示意图；图2为WPT系统电路仿真模型示意图；图3为双侧平面铝板与WPT系统联合仿真电路示意图；图4为涡流等效电路示意图；图5为初级侧屏蔽板中心镂空俯视图；图6为不同初级侧屏蔽板镂空大小对应的系统互感示意图；图7为不同初级侧屏蔽板镂空大小对应达到6.25μT时距线圈边缘的距离示意图；图8为两种屏蔽结构磁场分布图，其中，(8a)为双侧平面铝屏蔽结构，(8b)为中心镂空屏蔽结构；图9为侧面带状铝板屏蔽结构磁场分布图；图10为侧面带状带倾角的屏蔽结构侧视图；图11为可调节伸缩板在不同角度的系统互感k和耦合系数M变化示意图；图12为可调节伸缩板在不同角度的系统互感k和屏蔽效能SE变化示意图；图13为可调节伸缩板在不同角度下系统测量点A处垂直方向上的磁场强度；图14为平板式和水槽型屏蔽结构仿真模型，其中，(14a)为平板式磁屏蔽结构，(14b)为水槽型屏蔽结构；图15为水槽型铝板模型示意图；图16为距线圈边缘中心不同距离处的磁场强度变化示意图；图17为测量点A处垂直方向上的磁场强度；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。无线电能传输WPT系统的电路仿真模型如图2所示。双侧平面铝板与WPT系统的联合仿真电路如图3所示。图中，TX为发射线圈，TAl为初级侧铝板等效电路，RX为接收线圈，RAl为次级侧铝板等效电路，Uac为高频电源，Rdc为电源内阻，L1、L2为线圈自感，Lf1、Lf2为寄生电感，C1、C2为补偿电容，Cf1、Cf2为寄生电容，R1、R2为线圈电阻，M为线圈(TX、RX)与铝板(TAl、RAl)间的互感。WPT系统的回路谐振方程可表示为：处于谐振时，WPT系统矩阵方程为：式中，Rf1、RCf1、RC1、R1分别为Lf1、Cf1、C1、L1的寄生电阻，Zrefl为次级线圈映射到初级线圈的电路阻抗，Rf2、RCf2、RC2、R2分别为Lf2、Cf2、C2、L2的寄生电阻，则系统传输效率为：图3中，R3、L3分别为TAl的等效电阻和等效电感，R4、L4分别为RAl的等效电阻和等效电感，则系统的等效互感为：TAl与RAl几乎无磁场耦合，其互感M34接近为零，则公式(4)可简化为：基于上述分析，本专利技术提供一种水槽型磁屏蔽结构，如图15所示，包括初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板，初级侧屏蔽板包括底板部和侧板部，底板部为具有镂空的平面板，侧板部围绕底板部边沿设置，底部板与侧板部形成水槽形结构。初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板均由铝板制成。在某些实施例中，初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板可均呈方形结构。底板部可为中间镂空的平面板，即只在发射线圈TX外沿施加屏蔽，也可取得与整块铝板相当的屏蔽效果。入射到初级侧铝板上的磁场能感应产生涡流，可将众多涡流回路等效成电阻与电感串联的线圈(N＝1,2,…,n)，且线圈与线圈之间并联，线圈电流如图4所示。涡流等效电路总电阻和总电感由下式可得：由公式(6)和(7)可知，随着初级侧铝板中心镂空面积的增大即涡流等效线圈减少，铝板总的电阻Req(＝R3)和电感Leq(＝L3)逐渐增大，互感M13、M23逐渐降低；次级侧铝板尺寸不变，L4、M14和M24基本不变，由公式(4)可知，互感MTX-RX逐渐增大。初级侧铝板底板部中心镂空俯视图如图5所示。系统互感如图6所示，x轴为不同镂空长度，不同颜色的线为不同的镂空宽度。随着铝板中心镂空面积的变化，达到6.25μT时距线圈边缘中心水平方向的距离如图7所示。由图6、图7可知，当初级侧铝板镂空面积增加时，系统互感相差不大，最小值为42.162，最大值为43.639。铝板的引入可增加线圈间磁场的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水槽型磁屏蔽结构，包括初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板，其特征在于，所述初级侧屏蔽板包括底板部和侧板部，所述底板部为具有镂空的平面板，所述侧板部围绕底板部边沿设置，底板部与侧板部形成水槽形结构。

【技术特征摘要】
1.一种水槽型磁屏蔽结构，包括初级侧屏蔽板和次级侧屏蔽板，其特征在于，所述初级侧屏蔽板包括底板部和侧板部，所述底板部为具有镂空的平面板，所述侧板部围绕底板部边沿设置，底板部与侧板部形成水槽形结构。2.根据权利要求1所述的水槽型磁屏蔽结构，其特征在于，所述侧板部包括从底板部往上依次设置的侧面带状板和可调节伸缩板，所述侧面带状板与所述底板部垂直连接，所述可调节伸缩板与所述底板部成一角度倾斜设置。3.根据权利要求2所述的水槽型磁屏蔽结构，其特征在于，所述可调节伸缩板朝底板部中间倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏能弘，吴晓春，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31