基于广义层合理论的无线电能传输纳米晶高性能屏蔽方法研究

铁氧体+纳米晶(ferrite+nanocrystalline,FN)层合后的屏蔽性能与材料及结构相关。为解决传统铁氧体屏蔽性能不足问题,提出一种综合考虑材料特性与结构尺寸的广义层合理论,给出磁屏蔽性能评价参数与理论计算公式,基于所提理论分析FN层合磁屏蔽综合性能,并设计新型FN高性能层合磁屏蔽。通过有限元仿真分析层合屏蔽系统的能效损耗和空间漏磁分布,搭建相应的无线电能传输实验系统和三维空间磁场测试平台,定量测试FN层合屏蔽系统的功率损耗,传输效率及空间磁感应强度。仿真及实验结果表明,提出的广义层合理论方法具备准确性,新型FN层合磁屏蔽较传统铁氧体具备更高性能。

无线电能充电系统中纳米晶复合屏蔽结构的屏蔽性能

针对电动汽车无线充电系统屏蔽背部空间的漏磁问题,提出一种边缘加厚的新型纳米晶复合屏蔽结构。通过建立多层复合屏蔽数学模型,仿真计算分析不同屏蔽结构背部空间磁通密度。结果表明:边缘加厚纳米晶复合屏蔽结构对于屏蔽背后空间漏磁场具有较好的抑制效果,相比于单层纳米晶复合屏蔽磁通密度下降了25%~26.1%,相比于铁氧体+铝板结构磁通密度下降了50%~55.7%,屏蔽结构的屏蔽效能高22.9%~26.7%,有效地减少了屏蔽的漏磁。

电动汽车无线充电磁耦合器屏蔽层的优化设计

针对电动汽车车载无线充电磁耦合器体积和重量大、铁氧体易碎裂的问题,提出了一种由铁氧体磁片、纳米晶带材及铝箔构成的复合屏蔽层磁耦合器。通过Maxwell分别对铁氧体和四种纳米晶磁芯的性能进行分析和比较,在机器学习得出磁耦合器最优磁芯结构的基础上,优化设计了复合屏蔽层结构及各部分材料构成比例,与传统铁氧体磁片和铝板构成的磁耦合器相比,所提出的复合屏蔽层磁耦合器在减小了体积和重量的同时,互感和耦合系数分别提高了8.2%和0.7%,成本减小了47%。最后搭建了传输距离为12 cm的实验平台进行了验证。

由复合屏蔽层构成的电动汽车无线充电磁耦合器

磁耦合器作为无线充电系统的核心部件,由能量发射线圈、能量接收线圈和电磁屏蔽层组成。目前在屏蔽层中使用大量的铁氧体和铝材以增强系统的耦合性能并且减少电磁泄漏,这造成了磁耦合器体积大、重量重、成本高,另外铁氧体还存在着易碎易饱和等问题,严重制约了电动汽车无线充电技术的推广和应用。为了解决上述问题,提出了一种由铁基纳米晶带材、铁氧体和铝箔构成的复合屏蔽层,在详细分析纳米晶带材特性的基础上,给出了纳米晶带材的前置处理工艺,利用Maxwell等仿真软件,从线圈静态参数的对比、铁氧体饱和状态的改善以及屏蔽效能和抗偏移能力等多方面阐述了复合屏蔽层的优势。最终搭建实验平台并加以验证。

无线充电磁耦合器的屏蔽层优化设计实验平台

为减少无线充电系统的体积重量,增强磁耦合器的抗饱和能力,提出了一种由铁基纳米晶带材和铝板构成的复合屏蔽层,以电动汽车无线充电系统的磁耦合器为模拟对象,搭建实验平台并对所提结构进行验证。根据铁氧体与纳米晶带材的优缺点,用有限元法结合电磁场仿真软件Maxwell进行了静态参数测量实验、临近饱和厚度优化实验和效率分析实验。仿真与实验结果表明,所提出的纳米晶带材加铝板的屏蔽结构,在临近饱和状态下,体积可以减小到传统铁氧体屏蔽层的1/4,且当输出功率达到1.5 kW时,传输效率高达90.1%。所设计的实验平台具有丰富的拓展性,可广泛推广应用于电动汽车等多种无线充电领域。

无线充电用磁屏蔽材料

随着近代无线充电技术的兴起,无线充电设备中磁屏蔽材料受到了日益广泛的关注。磁屏蔽材料在无线充电系统中能够增强线圈感应磁场,具有较高的磁性收敛效果;同时屏蔽金属导体对线圈磁场的衰减干扰,防止磁能的损耗,提高充电效率。对MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、非晶合金和纳米晶合金四种无线充电磁屏蔽材料进行了分类综述,简单介绍了各类材料的发展历程以及在磁感应式无线充电领域的应用情况。最后比较性能上的差异,提出无线充电磁屏蔽材料发展所面临的问题,分析了该领域未来发展的趋势。