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电动汽车多车位ＷＰＴ下沉式磁屏蔽系统研究

摘要：在电动汽车无线电能传输系统中，实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。

针对这一问题，本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构，该结构在减小

目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先，提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计

算方法，通过此方法对系统目标面漏磁进行分析，为后续的磁泄漏优化提供了理论依据；其次，介绍

了一种漏磁优化的方法，运用该方法得到满足要求的各线圈参数，为实现高效的无线电能传输提供

了关键支持；最后，根据得到的线圈参数，研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系

统，通过仿真和实验，让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示，当系统输出

功率恒定在４ｋＷ时，所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了２５％，且传输效率高

达９５％。

关键词：电动汽车；无线电能传输；电磁屏蔽；传输效率

线圈上或者在屏蔽线圈上施加额外激励，以此得到

１引言

与主线圈反向的抵消磁场，拉奎拉大学的Ｔ．ＣＡＭＰＩ

近些年来，磁耦合谐振式无线电能传输技术［１０］［１１］

等学者和中国科学院大学的蒙金雪等学者采

（ＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｕｐｌｉｎｇＲｅｓｏｎａｎｔＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓ⁃用独立的有源屏蔽线圈沿水平和垂直方向放置在主

［１⁃３］

ｆｅｒ，ＭＣＲＷＰＴ）受到国内外学者和业界的广泛关线圈的两侧，有效地降低了主线圈两侧的泄漏磁场，

注，无线电能传输（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ，ＷＰＴ）然而反向磁通直接削弱了主磁通进而直接影响了传

系统具有安全性高、空间利用率高、不易磨损等特［１２］

输效率。为此，重庆大学的周国超将反串联的屏

［４］［５］

点，已广泛运用到植入式医疗器械、轨道交通蔽线圈置于金属屏蔽层上方以降低对主磁通的影

［６］［１３］

及电动汽车等领域。该技术的发展打破了传统响。此外，哈尔滨工业大学的胥佳琦将反串联的

有线电能传输的局限，但是与此同时系统产生的泄屏蔽线圈置于接收线圈下方并倾斜了一定角度，使

［７］

漏磁场可能会对人体产生危害。屏蔽线圈磁通与主磁通形成了一定的角度，从而进

为了有效减少系统的泄漏磁场，磁屏蔽措施一一步降低了对主磁通的影响。然而，有源屏蔽对主

般可以分为主动屏蔽和被动屏蔽。被动屏蔽采用金磁通的影响依然十分明显。无源屏蔽利用电磁感应

［８，９］

属板以及铁氧体等材料抑制垂直方向的漏磁，的方式获得激励并通过调节匹配电容得到抵消磁

其利用了金属的涡流效应，该方法简单但成本较高，场，这种屏蔽方式不会消耗额外的功率，且反向磁通

且涡流效应还会造成热损耗引起传输效率的下降。与主磁通有一定的角度，因此在获得较好屏蔽效果

主动屏蔽则根据激励的形式可进一步分为有源［１４］

的同时具有较高的传输效率。韩国科学技术研

屏蔽与无源屏蔽。有源屏蔽将屏蔽线圈反串联在主