一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法，包括屏蔽层、第一铁氧体层、第二铁氧体层、接收线圈、发射线圈；发射线圈、接收线圈都为螺旋式绕制，发射线圈位于接收线圈下方，并且发射线圈与接收线圈对齐；第一铁氧体层位于发射线圈下方；第二铁氧体层位于接收线圈上方；屏蔽层位于第二铁氧体层上方。本发明专利技术有益效果：有效减小系统中的涡流损耗，提高系统传输效率，保障电动汽车用户的无线充电安全。户的无线充电安全。户的无线充电安全。

【技术实现步骤摘要】
一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，尤其是涉及一种降低铝板涡流损耗的系统及方法。

技术介绍

[0002]随着无线电能传输技术的发展，电动汽车及电动汽车充电桩等行业越来越关注无线充电技术，无线充电相比有线充电不存在插头连接部位易损坏、线路易老化等问题，且有着不易受外界环境干扰、适用性灵活性强等优点，正逐渐应用于生产生活的各个领域当中。在无线充电过程中，会有一部分漏磁扩散至周围非工作区域且无法进行有效磁耦合，尤其对于充电功率等级较高的电动汽车无线充电系统，超量的漏磁不仅将造成设备的电磁干扰，还会直接威胁到车辆周围的人体安全。
[0003]现有技术常给无线充电设备都配备了电磁屏蔽的技术措施以削弱磁漏，在铁氧体的基础上增加铝板屏蔽后，磁通向线圈背部方向的扩散虽进一步减弱，但有一部分磁通在穿过铝板时产生涡流效应，从而将磁场能量转化为热量损耗散失掉，同时由于涡流产生的反向磁通与主磁通存在抵消作用。两种因素共同导致了发射线圈和接收线圈相互交链的磁通量的减小，造成了系统最大传输功率和传输效率的减小，降低传输线圈之间的耦合程度，同时带来涡流损耗，导致系统传输效率降低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法，以有效减小系统中的涡流损耗，提高系统传输效率，保障电动汽车用户的用电安全。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法。
[0007]进一步的，包括屏蔽层、第一铁氧体层、第二铁氧体层、接收线圈、发射线圈；发射线圈、接收线圈都为螺旋式绕制，发射线圈位于接收线圈下方，并且发射线圈与接收线圈对齐但留有间隙；第一铁氧体层位于发射线圈下方，并紧挨发射线圈；第二铁氧体层位于接收线圈上方，并紧挨接收线圈；屏蔽层位于第二铁氧体层上方，并紧挨铁氧体层。
[0008]进一步的，所述发射线圈和所述接收线圈皆为方形平面式螺旋结构，发射线圈的尺寸与接收线圈相同；所述屏蔽层为分析铝板，铝板平面面积大于接收线圈平面面积。
[0009]进一步的，一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗方法，包括一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统，其特征在于：包括以下步骤：
[0010]S1、构建数值模型：基于降低涡流损耗系统，构建无线电能传输系统模型的数值模型；
[0011]S2、仿真分析：对无线电能传输系统模型进行电磁效应的数值仿真，并得出所述分析铝板的涡流分布图及漏磁数值；
[0012]S3、设计反涡流铝板：依据分析铝板的涡流分布图分析涡流分布情况，并设计反涡
流铝板；
[0013]S4、仿真验证：在所述无线电能传输系统模型上，将反涡流铝板代替分析铝板，进行相同的电磁效应的数值仿真，并验证比较分析铝板与反涡流铝板的涡流损耗和漏磁情况。
[0014]进一步的，所述步骤S3设计反涡流铝板包括以下分步骤：
[0015]S31、设计反涡流结构：依据所述步骤S2得到的分析铝板涡流分布图，针对涡流的流动方向及形状，设计铝板的螺旋弯曲方向及形状，形成单个螺旋形铝板；
[0016]S32、设计电磁屏蔽结构：依据所述步骤S2得到的漏磁数值，设计反涡流铝板的数目、形状大小以及弯曲方向由对应区域的涡流分布情况和电磁屏蔽效果决定。
[0017]进一步的，所述步骤S1构建数值模型具体包括；所述发射线圈和所述接收线圈皆为13匝直径为6mm的铜导线；所述第一铁氧体层和所述第二铁氧体层均为长宽300mm、厚度为3mm的长方体，其相对磁导率皆为3300；所述分析铝板为长宽320mm、厚度为2mm的长方体，其相对介电常数为81；接收线圈处搭载10Ω的负载，用于等效接收线圈后接收侧的输入电阻；所述无线电能传输系统模型的系统激励为电流10A频率85KHz的交流源，用于进行电磁效应的数值仿真。
[0018]进一步的，所述步骤S2仿真分析具体包括：做出分析铝板的不同厚度的平面切面图，利用电流流线表征分析铝板内涡流的电流密度及电流流向，形成不同切面厚度的涡流分布图。
[0019]进一步的，所述步骤S4包括：设计反涡流铝板的厚度与所述分析铝板的厚度相同，皆为2mm，并且两者长宽相同。
[0020]进一步的，在构建数值模型和仿真分析过程中利用comsol软件实现。
[0021]相对于现有技术，本专利技术所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统及方法具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统，设置反涡流铝板减小铝板内的涡流损耗、发热以及对耦合系统磁通量减弱的影响；
[0023](2)本专利技术所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗方法，针对性分区域化放置反涡流铝板，形成低涡流损耗的螺旋形铝板屏蔽层，同时保证一定的磁漏屏蔽效果。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1为本专利技术实施例所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗方法流程图示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例所述的设计反涡流铝板流程图示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统(分析铝板)正视图示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统(分析铝板)轴视图示意图；
[0029]图5为本专利技术实施例所述的分析铝板涡流分布图示意图；
[0030]图6为本专利技术实施例所述的反涡流铝板俯视图示意图；
[0031]图7为本专利技术实施例所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统(反涡流铝板)正视图示意图；
[0032]图8为本专利技术实施例所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统(反涡流铝板)轴视图示意图；
[0033]图9为本专利技术实施例所述设置分析铝板的接收线圈的磁场密度分布图；
[0034]图10为本专利技术实施例所述设置反涡流铝板的接收线圈磁场密度分布图；
[0035]图11为本专利技术实施例所述设置分析铝板的接收线圈的沿x轴从左到右的磁通密度图；
[0036]图12为本专利技术实施例所述设置反涡流铝板的接收线圈的沿x轴从左到右的磁通密度图；
[0037]图13为本专利技术实施例所述降低涡流损耗系统的等效电路模型。
[0038]附图标记说明：
[0039]1‑
分析铝板；2
‑
第一铁氧体层；3
‑
第二铁氧体层；4
‑
接收线圈；5
‑
发射线圈；6
‑
反涡流铝板。
具体实施方式
[0040本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统，其特征在于：包括屏蔽层、第一铁氧体层(2)、第二铁氧体层(3)、接收线圈(4)、发射线圈(5)；发射线圈(5)、接收线圈(4)都为螺旋式绕制，发射线圈(5)位于接收线圈(4)下方；第一铁氧体层(2)位于发射线圈(5)下方；第二铁氧体层(3)位于接收线圈(4)上方；屏蔽层位于第二铁氧体层(3)上方。2.根据权利要求1所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统，其特征在于：所述发射线圈(5)和所述接收线圈(4)皆为方形平面式螺旋结构，发射线圈(5)的尺寸与接收线圈(4)相同；所述屏蔽层为分析铝板(1)，分析铝板(1)平面面积大于或等于接收线圈(4)平面面积。3.一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗方法，基于权利要求1
‑
2任一项所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗系统，其特征在于：包括以下步骤：S1、构建数值模型：基于降低涡流损耗系统，构建无线电能传输系统模型；S2、仿真分析：对所述无线电能传输系统模型进行电磁效应的数值仿真，并得出所述分析铝板(1)的涡流分布图及漏磁数值；S3、设计反涡流铝板(6)：依据分析铝板(1)的涡流分布图分析涡流分布情况，并设计反涡流铝板(6)；S4、仿真验证：在所述无线电能传输系统模型基础上，用反涡流铝板(6)代替分析铝板(1)，进行相同条件下的电磁效应的数值仿真，验证并比较分析铝板(1)与反涡流铝板(6)的涡流损耗和漏磁情况。4.根据权利要求3所述的一种无线电能传输电磁屏蔽用的降低涡流损耗方法，其特征在于：所述步骤S3设计反涡流铝板(6)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张献，魏义泽，章鹏程，窦润田，刘世奇，郝程铭，代中余，陈婷，许飞，李小宁，周依桐，厉光耀，赵纬华，黄宇晨，焦海洺，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：