CN111245112A - 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法 - Google Patents

一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111245112A
CN111245112A CN202010236539.2A CN202010236539A CN111245112A CN 111245112 A CN111245112 A CN 111245112A CN 202010236539 A CN202010236539 A CN 202010236539A CN 111245112 A CN111245112 A CN 111245112A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wireless charging
electromagnetic shielding
charging system
magnetic field
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010236539.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111245112B (zh
Inventor
徐妍
王成亮
官国飞
陈志明
蒋超
李军
黄学良
汤宗尧
谭林林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Priority to CN202010236539.2A priority Critical patent/CN111245112B/zh
Publication of CN111245112A publication Critical patent/CN111245112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111245112B publication Critical patent/CN111245112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，包括确定无线充电系统的电磁屏蔽需求；分析不同金属材料对磁场产生的屏蔽作用，确定不同典型位置分布下金属材料的屏蔽方案；从空间磁场和线圈参数两个角度，分析并得出不同金属材料的屏蔽效果；综合位置分布和金属材料最终确定专用的电磁屏蔽方案。本发明针对不同无线充电系统的电磁屏蔽需求，可以设计出针对性的电磁屏蔽方案，以提高无线充电系统的电磁特性，设计方法具有通用性，可以增强无线充电系统在实际中的应用价值。

Description

一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法
技术领域
本发明属于无线充电系统技术领域，具体涉及一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法。
背景技术
近年来，无线充电系统技术得到了迅速的发展，并被应用于许多行业。麻省理工学院研究组提出的磁耦合谐振无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)技术为中程能量传输提供了先进的研究框架。
与传统的WPT系统相比，谐振WPT系统具有耦合系数高、电磁场泄漏值小等优点。由于线圈系统利用电磁场传输能量，随着WPT功率水平的提高，线圈电磁场对空间辐射值也会增加，除此之外，WPT系统受到外界干扰时，线圈上的自感和收发线圈间的互感也会受到影响，最终系统可能无法正常工作，因此有必要针对无线充电系统设计专用的电磁屏蔽方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，提高无线充电系统的电磁特性，提高无线充电系统的实际应用性。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，包括：
步骤（1）：确定无线充电系统的电磁屏蔽需求；
步骤（2）：分析不同金属材料对磁场产生的屏蔽作用，确定不同典型位置分布下金属材料的屏蔽方案；
步骤（3）：从空间磁场和线圈参数两个角度，分析并得出不同金属材料的屏蔽效果；
步骤（4）：综合位置分布和金属材料最终确定专用的电磁屏蔽方案。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，步骤（1）所述无线充电系统的电磁屏蔽需求包括系统线圈参数需求和空间磁场需求。
进一步地，步骤（2）所述金属材料包括非铁磁性材料和铁磁性材料；
所述典型位置为金属材料距线圈距离5cm和0.5cm。
进一步地，所述非铁磁性材料包括铜和铝，铁磁性材料为铁。
进一步地，步骤（3）所述空间磁场角度指线圈系统周围的磁场强度大小，线圈参数角度指发射和接收线圈的自感以及发射和接收线圈之间的互感。
进一步地，步骤（4）所述电磁屏蔽方案具体作用包括减小线圈周围空间磁场强度并起到增大/减小线圈自感或互感。
本发明具有以下有益效果：
本发明针对不同无线充电系统的电磁屏蔽需求，可以设计出针对性的电磁屏蔽方案，以提高无线充电系统的电磁特性，设计方法具有通用性，可以增强无线充电系统的安全性，以及其在实际中的应用价值。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2为在耦合机构上下方加装金属材料的示意图；
图3为在耦合机构加装金属板前的磁场分布图；
图4为在耦合机构加装金属板后的磁场分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，包括：
步骤（1）：确定无线充电系统的电磁屏蔽需求；
一般电磁屏蔽需求是指无线充电系统周围的磁场强度值满足一定需求，需要将磁场强度值降低至某个限值之下，除此之外，还可以要求将线圈系统的自感互感提高或降低。
实施例中，所述无线充电系统的电磁屏蔽需求包括系统线圈参数需求和空间磁场需求。
步骤（2）：分析不同金属材料对磁场产生的屏蔽作用，确定不同典型位置分布下金属材料的屏蔽方案；
实施例中，所述金属材料包括非铁磁性材料和铁磁性材料，铜和铝一般被称为非铁磁性材料，铁一类的一般被称为铁磁性材料；
所述典型位置分为两种，一种是金属材料（金属板）贴近线圈，即金属板距耦合机构距离0.5cm，另一种是金属材料距离线圈有一定距离，即金属板距耦合机构距离5cm。
步骤（3）：从空间磁场和线圈参数两个角度，分析并得出不同金属材料的屏蔽效果；
实施例中，所述空间磁场角度指线圈系统周围的磁场强度大小，线圈参数角度指发射和接收线圈的自感以及发射和接收线圈之间的互感。通过电磁场有限元分析软件可以得到在金属板放置在距耦合机构0.5cm处时的屏蔽结果如表1所示，类似的可以得到不同金属板放置在距耦合机构5cm处时的屏蔽结果。通过电磁场有限元分析软件可以得到如图3-4所示的磁场强度结果，类似的可以得到不同条件下的线圈周围的磁场强度图进行屏蔽效果分析。
表1 不同金属板放置耦合机构时的线圈参数
Figure 552227DEST_PATH_IMAGE002
其中，Z1代表发射线圈的自感，Z2代表接收线圈的自感，Z12/Z21代表收发线圈的互感。
如图2-4所示，通过步骤(3)的分析方法可以得出，在耦合系统上、下方各加装一块铝板或铜板等非磁性金属板时，随着金属板与耦合系统间距的减小，系统初、次级回路的阻值增大得越多，回路电抗降低得越多，初、次级线圈的耦合程度削弱得越多，影响的程度与材质关系不大，回路阻值以及回路电抗变化总体不明显。
从图3-图4可以看出，在空间磁场分布方面，随着非磁性金属板接近耦合系统，对上下部分的磁场削弱作用增强，图4的强磁场区域明显比图3要小。
在耦合系统上、下各加装一块铁磁性金属板时，随着金属板与耦合系统间距的减小，系统初、次级回路的阻值增大得越多，回路电抗增加得越多，初、次级线圈的耦合程度逐渐增强。
在空间磁场分布方面，铁磁性金属板使得耦合系统周围磁场进一步集中在两块铁板之间。
步骤（4）：综合位置分布和金属材料最终确定专用的电磁屏蔽方案。
实施例中，所述电磁屏蔽方案具体作用包括减小线圈周围空间磁场强度并起到增大/减小线圈自感或互感。
非铁磁性金属板的存在会增大初、次级回路电阻，产生有功损耗，减小初、次级回路电抗，造成回路谐振频率提升，削弱初、次级线圈的耦合程度，直接影响传输效率，且随着金属板尺寸的增大以及逐渐接近耦合系统，影响越明显。
空间磁场同样随着金属板尺寸的增大以及逐渐接近耦合系统，削弱作用越强。
而铁磁性金属板的存在虽然也同样会增大初、次级回路电阻，但对回路电抗有所增强，提高初、次级线圈的耦合程度，影响同样随金属板尺寸的增加以及逐渐接近耦合系统而增大。
空间磁场随着金属板尺寸的增大以及逐渐接近耦合系统更加集中。
由此可以根据实际的需求，结合上述条件，最终确定专用的电磁屏蔽方案，包括金属材料，金属位置等。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，包括：
步骤（1）：确定无线充电系统的电磁屏蔽需求；
步骤（2）：分析不同金属材料对磁场产生的屏蔽作用，确定不同典型位置分布下金属材料的屏蔽方案；
步骤（3）：从空间磁场和线圈参数两个角度，分析并得出不同金属材料的屏蔽效果；
步骤（4）：综合位置分布和金属材料最终确定专用的电磁屏蔽方案。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，步骤（1）所述无线充电系统的电磁屏蔽需求包括系统线圈参数需求和空间磁场需求。
3.根据权利要求1所述的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，步骤（2）所述金属材料包括非铁磁性材料和铁磁性材料；
所述典型位置为金属材料距线圈距离5cm和0.5cm。
4.根据权利要求3所述的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，所述非铁磁性材料包括铜和铝，铁磁性材料为铁。
5.根据权利要求1所述的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，步骤（3）所述空间磁场角度指线圈系统周围的磁场强度大小，线圈参数角度指发射和接收线圈的自感以及发射和接收线圈之间的互感。
6.根据权利要求1所述的一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法，其特征在于，步骤（4）所述电磁屏蔽方案具体作用包括减小线圈周围空间磁场强度并起到增大/减小线圈自感或互感。
CN202010236539.2A 2020-03-30 2020-03-30 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法 Active CN111245112B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010236539.2A CN111245112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010236539.2A CN111245112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111245112A true CN111245112A (zh) 2020-06-05
CN111245112B CN111245112B (zh) 2021-08-24

Family

ID=70872066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010236539.2A Active CN111245112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111245112B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113746215A (zh) * 2021-07-31 2021-12-03 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种高功率密度强偏移容忍度磁耦合机构的设计方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101253750A (zh) * 2005-06-24 2008-08-27 维萨美国股份有限公司 用于电磁屏蔽便携消费者装置的设备和方法
CN207977786U (zh) * 2017-12-05 2018-10-16 宁波微鹅电子科技有限公司 一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统
CN109167443A (zh) * 2018-11-02 2019-01-08 宁波微鹅电子科技有限公司 无线充电附加装置、无线充电发射端、接收端及系统
US10337121B2 (en) * 2017-10-30 2019-07-02 United Technologies Corporation Separate vessel metal shielding method for magnetic flux in directional solidification furnace
CN110112840A (zh) * 2019-06-14 2019-08-09 青岛大学 一种基于复合屏蔽层构成的无线电能传输磁耦合器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101253750A (zh) * 2005-06-24 2008-08-27 维萨美国股份有限公司 用于电磁屏蔽便携消费者装置的设备和方法
US10337121B2 (en) * 2017-10-30 2019-07-02 United Technologies Corporation Separate vessel metal shielding method for magnetic flux in directional solidification furnace
CN207977786U (zh) * 2017-12-05 2018-10-16 宁波微鹅电子科技有限公司 一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统
US20190172634A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-06 Ningbo Weie Electronics Technology Ltd. Electromagnetic shield device, wireless charging transmitting terminal, wireless charging receiving terminal and system
CN109167443A (zh) * 2018-11-02 2019-01-08 宁波微鹅电子科技有限公司 无线充电附加装置、无线充电发射端、接收端及系统
CN110112840A (zh) * 2019-06-14 2019-08-09 青岛大学 一种基于复合屏蔽层构成的无线电能传输磁耦合器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113746215A (zh) * 2021-07-31 2021-12-03 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种高功率密度强偏移容忍度磁耦合机构的设计方法
CN113746215B (zh) * 2021-07-31 2023-07-18 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种高功率密度强偏移容忍度磁耦合机构的设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111245112B (zh) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2576274B1 (en) A wireless power receiving unit, a wireless power transferring unit, a wireless power transferring device and use of a wireless power transferring device
CN111670518B (zh) 包括屏蔽层的天线模块和无线功率接收设备
KR101789836B1 (ko) 누설 에너지 수집 장치
WO2015000352A1 (en) Apparatus for transferring electromagnetic energy
US20210281122A1 (en) Wireless power transfer transmitter, system and method of wirelessly transferring power
CN102820714B (zh) 一种无线充电装置
EP2273613A1 (en) Magnetic shield layout, semiconductor device and application
CN111245112B (zh) 一种无线充电系统金属材料电磁屏蔽方案的设计方法
CN107038323A (zh) 一种用于电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化方法
CN109642932B (zh) 用于磁共振检查系统的主动屏蔽梯度线圈组件
Zhou et al. Optimal power transfer with aluminum shielding for wireless power transfer systems
Mohammad et al. A litz-wire based passive shield design to limit EMF emission from wireless charging system
CN109038867A (zh) 基于负磁和零磁超材料结合的无线输电系统性能提升装置
CN203205989U (zh) 一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN109841389A (zh) 一种用于磁耦合无线电能传输的多线并绕线圈盘
Wang et al. Design and optimization for circular planar spiral coils in wireless power transfer system
CN113555974B (zh) 抑制无线供电系统漏磁场的混合屏蔽结构及其优化方法
CN108988503A (zh) 用于双极无线充电系统的组合式中继线圈及其设计方法
CN104362767A (zh) 磁场强度与场分布调控效应的无线充电平面
KR20180085552A (ko) 누설자기장 반응형 자기장 차폐장치의 설계 및 방법
KR20220084907A (ko) 인덕티브 및 캐패시티브 무선 전력 전송 시스템
Yang et al. Receiver Position Detection System of Wireless Electric Vehicle Charger Based on Novel Active Beacon Structure
CN112087062B (zh) 抑制拾取线圈平面金属影响的耦合机构参数设计方法
CN112216479B (zh) 一种减小由线圈引线产生的磁芯损耗的方法
US20240029948A1 (en) Ferrite wings systems and methods for inductive wireless power transfer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211208

Address after: 211102 Tianyuan science Road, Jiangning Science Park, Nanjing, Jiangsu 19

Patentee after: JIANGSU FANGTIAN POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee after: State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd

Address before: 211102 Tianyuan science Road, Jiangning Science Park, Nanjing, Jiangsu 19

Patentee before: JIANGSU FANGTIAN POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right