[发明专利]滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及无线电能传输的技术领域，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。

背景技术

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，同时会给系统带来效率的降低和成本的增加；有学者对铁氧体屏蔽的方式进行了优化，在满足屏蔽要求的情况降低了设备的重量，但系统质量仍有大幅的增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出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，可以通过添加磁屏蔽线圈来减少系统成本、体积和质量，而且不影响系统的高效运行，并提供良好的磁屏蔽效果。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，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。

进一步，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。

进一步，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。

本发明也提供了上述滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构的参数优化方法，包括以下步骤：