滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法，包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架及装于该支架上的第一屏蔽线圈和第三谐振电容电路板、第二支架及装于该支架上的第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；滑环底座承载滑环，滑环表面缠绕副边线圈，副边线圈与第二谐振电容电路板连接，绕线圆筒套装于滑环外侧，表面缠绕原边线圈，原边线圈连接第一谐振电容电路板，高频逆变电源分别与第一谐振电容电路板和原边线圈相连，第一、二支架置于滑环轴向的正、反方向。本发明专利技术通过添加磁屏蔽线圈来减少系统成本、体积和质量，并提供良好磁屏蔽效果。

【技术实现步骤摘要】
滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法
本专利技术涉及无线电能传输的
，尤其是指一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法。
技术介绍
随着电子科学的进步和人类文明发展，产生了许许多多的电子产品，传统的导线输电方式并不能适用于所有的场景。对于类似于植入体内的医疗产品、矿井设备等需要安全等级更高、无接触传输的电能传输设备。进一步的研究无线电能传输并推广其运用是必不可少的。无线输电系统在传输能量时会有电磁场的泄露，对人体和其他设备的安全造成了影响。为了解决电磁泄露的问题，除了制定相应的标准，也有相当多的学者提出了解决方案。目前主要的解决手段有以下四种：金属导体屏蔽，铁氧体屏蔽，有源线圈屏蔽，无源谐振线圈屏蔽。在满足不同应用场景时，一般需要配置不同的磁屏蔽方式。为旋转设备设置无线供电系统时可采用感应耦合式和容性耦合式，对于采用容性耦合式的电磁场屏蔽仍沿用传统的电磁空腔方式，不能有效的解决电场泄露问题，同时设备质量沉重，成本昂贵。对于感应耦合式，有学者采用铁氧体屏蔽的方式，但铁氧体屏蔽的方式并不适合高频，同时会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架、第二支架、第一屏蔽线圈、第三谐振电容电路板、第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；所述滑环底座承载有滑环，并固定于中心位置，所述滑环表面缠绕有副边线圈，所述副边线圈与第二谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述绕线圆筒套装于滑环的外侧，其表面缠绕有原边线圈，所述原边线圈与第一谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述高频逆变电源的一端与第一谐振电容电路板相连，其另一端与原边线圈相连，所述第一支架和第二支架分别置于滑环轴向的正方向和反方向，...

【技术特征摘要】
1.滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架、第二支架、第一屏蔽线圈、第三谐振电容电路板、第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；所述滑环底座承载有滑环，并固定于中心位置，所述滑环表面缠绕有副边线圈，所述副边线圈与第二谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述绕线圆筒套装于滑环的外侧，其表面缠绕有原边线圈，所述原边线圈与第一谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述高频逆变电源的一端与第一谐振电容电路板相连，其另一端与原边线圈相连，所述第一支架和第二支架分别置于滑环轴向的正方向和反方向，并与滑环构成一个整体，能够随滑环一起转动，所述第一支架和第二支架为外带环形凹槽的空心圆柱结构，所述第一支架的凹槽内绕有第一屏蔽线圈，并与第三谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第二支架的凹槽内绕有第二屏蔽线圈，并与第四谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第三谐振电容电路板固定于第一支架的内部，所述第四谐振电容电路板固定于第二支架的内部。


2.根据权利要求1所述的滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：所述第二谐振电容电路板固定于第二支架的内部，与滑环底座构成一个整体，能够随滑环一起转动。


3.根据权利要求1所述的滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：所述第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈完全一致，所述第三谐振电容电路板和第四谐振电容电路板完全一致。


4.权利要求1-3任意一项所述滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将原边线圈的电感L1和第一谐振电容电路板的电容C1组成的支路以及副边线圈的电感L2和第二谐振电容电路板的电容C2组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：ω2L1C1＝ω2L2C2＝1，ω为滑环无线输电系统的谐振角频率；将第一屏蔽线圈的电感L3和第三谐振电容电路板的电容C3组成的支路以及第二屏蔽线圈的电感L4和第四谐振电容电路板的电容C4组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：ω2L3C3＝ω2L4C4＝0.952，第一屏蔽线圈的等效阻抗第二屏蔽线圈的等效阻抗
2)线圈的螺旋线在空间中某点的磁场微元能够被计算为：



式中，a为螺旋线半径，b为螺距，θ1是螺旋线的旋转角，0＜θ1＜2nπ，μ0为真空磁导率，I为电流源的电流值，r、θ2是柱面坐标系的xoy面上的投影P的极坐标，z为柱面坐标系的纵坐标，n为圆柱螺旋线匝数，ax、ay、az是直角坐标系下x、y、z三个方向的单位方向向量，是直角坐标系下x、y、z三个方向的磁场微元，A为螺旋线在目标面积分式的空间系数；磁场微元的坐标系数用kx、ky、kz来表示，则有：



设位于滑环轴向正方向的圆形目标面半径为rt，高为zt，忽略第二屏蔽线圈产生的影响，则其磁场密度膜积分φa为：
φa＝∫∫|B1|rtdθ2dzt+∫∫|B2|rtdθ2dzt+∫∫|B3|rtdθ2dzt
设位于滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文勋，唐哲人，张波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44