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。     

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。     

高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中，通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明，相比于分立磁件，集成磁件的体积降低了12%，磁芯损耗降低了23%。此外，为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声，研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式，部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后，搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器，峰值效率达96.6%，功率密度达44 W/mm³，共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。     

一种带电磁屏蔽的绕组混合绕制非接触变压器

非接触变压器的耦合系数是影响感应式无线电能传输系统效率的关键因素。为提高非接触变压器的耦合系数,同时尽量减小其体积重量,提出由平面绕组和垂直绕组构成的绕组混合绕制的非接触变压器。然而垂直绕组的引入使得变压器外侧增加了一个新的漏磁路径。为抑制该漏磁,提高耦合系数,选择金属铝进行电磁屏蔽。通过磁路分析给出了屏蔽层的最佳长度公式。最后,为验证变压器有效性及优化方法正确性,制作了一个新型变压器并进行对比实验。与现有变压器相比,在10 mm气隙下,变压器耦合系数从0.523提高到0.583,尺寸从90 mm减小到73 mm。     

铝板-铁氧体屏蔽对无线充电系统特性影响研究

为了研究屏蔽结构对磁耦合谐振式无线充电系统参数的影响，本文理论分析了铝板、铁氧体结构对无线充电系统参数的影响机理，搭建无线充电系统场路耦合计算模型，对比分析了添加铝板及铝板-铁氧体复合结构后无线充电系统空间磁场特性和系统参数变化规律，并通过模拟实验验证铝板-铁氧体复合结构的有效性。研究结果表明：单独使用平板式铝板作为屏蔽结构时，无线充电系统会受到外部金属板的影响，发射线圈电压由254.84 V上升至486.1 V,发射线圈电流由3.84 A上升至8.1 A,传输效率下降、涡流损耗增大；当采用优化后的铝板铁氧体复合屏蔽时，铝板屏蔽结构对系统的影响程度下降，相对于平板铝板结构，电压下降至298.82 V,电流下降至4.31 A;模拟实验中，增加铝板屏蔽后，发射线圈电压由18.6 V上升至19.2 V,而负载电压由7.8 V下降至6.64 V;当增设铁氧体后，发射线圈电压恢复至18.6 V,负载电压提升至7.36 V,模拟实验结果表明铁氧体结构能有效缓解金属板对系统电气参数的影响。     

大功率磁性技术发展回顾与分析:(二)变压器

正(续上期)3软磁磁芯及其结构特点软磁材料在电磁器件中的应用,都必须把它加工成磁芯,这里集中介绍各种软磁磁芯,包括硅钢磁芯、非晶纳米晶磁芯、高磁导率坡莫合金磁芯、软磁铁氧体磁芯、磁粉芯和复合磁芯、集成磁芯及正交磁芯。3.1硅钢磁芯50~60 Hz工频和400~1000 Hz中频电子变压     

基于高频材料特性分析的旋转式松耦合变压器结构设计

为提高旋转变压器耦合性能、减小铁心尺寸,该文提出一种以纳米晶带材为铁心材料的新型旋转式松耦合变压器,用来为旋转设备供电。基于实验室现有的高频磁特性测量系统,测量并分析了正弦波和方波激励下软磁铁氧体与纳米晶带材的磁特性。尝试采用纳米晶带材替代块状铁氧体做旋转式松耦合变压器铁心材料,由于铁心材料形状的改变,传统罐式旋转式松耦合变压器结构不再适用于纳米晶铁心,该文提出两种新型结构的旋转式松耦合变压器。基于磁场数值仿真平台,分析了这两种旋转式松耦合变压器在实际工况下的瞬态特性,计算了耦合系数和铁心损耗,讨论了上述旋转式松耦合变压器铁心结构及相应的绕组结构的可行性,为旋转式松耦合变压器的性能提升提供一个新的思路。     

一种应用耦合集成磁路的开关变流器优化设计

为进一步优化开关变流器电路拓扑结构、降低电路成本、降低开关变流器次级电路的输出电流和电压纹波,提出了采用互感电路拓扑结构的开关变流器设计新方法,并针对进一步减小变流器磁性器件体积、重量和损耗的问题研究了集成磁技术,即把开关变流器中所有主要磁性器件在结构上用一个磁性器件来实现,经过优化设计,磁芯中的磁通变化量减小,从而降低磁芯损耗,减小磁芯体积.最后通过实验测试证实了改进后变流器所具有的优点.     

μs级脉冲激励下磁开关磁芯磁特性

为测试磁开关磁芯在μs级脉冲激励下的磁特性,设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级磁脉冲压缩系统,3块被测磁芯分别代表铁基非晶、Ni-Zn和Mn-Zn 3种软磁材料。磁芯的磁滞回线由测量所得的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知这3种软磁材料在μs脉冲激励下的各种特性参数。通过分析比较这些特性参数可知:铁基非晶磁芯具有最大的磁通跳变,同样的V-s积和匝数时,铁基非晶磁芯所需体积最小;Mn-Zn铁氧体磁芯具有最小的能量损耗,适合高重复频率下的应用;Ni-Zn铁氧体磁芯饱和后的相对磁导率最低,适用于较高压缩增益的磁压缩电路中。     

Circuit modeling and efficiency analysis for wireless power transfer system with shielding

It is an effective way to use magnetic shielding scheme in magnetic coupled wireless power transfer (WPT) system to reduce magnetic flux leakage. However, the additional shielding material would affect the equivalent circuit model and the power transmission efficiency of WPT system. Although the impact of some common shielding materials on the transmission efficiency has been studied using finite element simulation, there is still a lack of understanding about the impact to the equivalent model in theory. In this paper, the equivalent circuit and transmission efficiency of WPT system are analyzed theoretically under the influence of different shielding materials, and the relationship between material electrical characteristics and transmission efficiency is presented. In our WPT prototype with two 166-mm diameter coils under ferrite shielding and aluminum shielding, the achieved maximum transmission efficiencies are 95.7% for 100-kHz resonant frequency and 97.9% for 1-MHz resonant frequency under the ferrite shielding, and the efficiency errors between the analytical and experimental results are less than 5% for 100-kHz resonant frequency and 10% for 1-MHz resonant frequency.     

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。     

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

Electromagnetic shielding properties of soft magnetic metal and ferrite composites for application to suppress noise in a radio frequency range

Electromagnetic shielding properties of soft magnetic metal alloy (Fe-Al-Si) flakes and Ni-Zn ferrite composites for effective suppression of broadband and high frequency noise were investigated. In the soft magnetic composites, the maxima of reflection loss were shifted to high frequency with increase in content of Ni-Zn ferrite. The composites with content of 50 and 70% ferrite exhibited broadband absorptive characteristics. The broadband character- istics might be caused by the extended resonance due to an overlap between imaginary permeability and permittivity of the two composites over the frequency range from 2 to 10 GHz.     

Magnetic and dielectric properties of a double-percolating Ni0.3Zn0.7Fe1.95O4-Ni-polymer composite

A novel three-phase, double-percolating composite with a ferromagnetic phase (NiZn ferrite) and metallic inclusion (nickel) embedded in the polyvinylidene fluoride matrix is prepared by a simple hot-molding method. The large ferrite particles in the composite not only act as magnetic phase, endowing the composite with high initial permeability, but also present as a high-volume fraction discrete (nonpercolating) phase, confining polymer and metallic particles into a continuous double-percolating structure of low volume fractions. The increase in the content of the magnetic nickel particles compensates the decrease in the content of the NiZn ferrite, hence a stable initial permeability with an enhanced dielectric constant has been observed. The dielectric losses of the composites were reduced compared with the previous works.     

空心电抗器的复合被动屏蔽结构的电磁性能分析

针对空心电抗器的漏磁场问题,通过加装多层复合式磁屏蔽装置,对空心电抗器进行磁场屏蔽,以减少目标区域内的磁场强度,达到保护目标区域内操作人员健康和设备安全的目的。在一定频率范围的正弦电流激励下,利用坡印亭定律和麦克斯韦方程推算出空心电抗器屏蔽体涡流损耗和目标观测点的屏蔽效能解析计算公式,并在涡流场中求解不同结构磁屏蔽体各层的涡流损耗和目标区域内观测点的屏蔽效能,并利用有限元仿真,对不同结构磁屏蔽的电磁性能进行评估,从而为复合式被动磁场屏蔽设计提供相应的建议和参考。     

特高压直流换流站阀厅内部检修大厅磁场屏蔽分析与设计

为控制换流站内输电线路工频电流对阀厅检修大厅内人体、设备、通信系统的干扰,需要在设计时计算检修大厅内的磁场强度,并根据要求设计检修大厅的磁场屏蔽。基于空间坐标矢量公式推导出阀厅内部磁场强度的一般性公式;按照要求对检修大厅进行磁场屏蔽设计;利用软件HFSS模拟验证磁场屏蔽计算方法的正确性。研究结果表明,在检修大厅屏蔽效能要求为40 dB时,大厅侧壁采用5 mm铝质金属板较好;大厅地面采用铜质金属网,网线直径取5 mm,网孔边长取20 mm。     

Ni-P/膨胀石墨复合材料的制备及电磁屏蔽性能

用化学镀方法将镍磷合金负载在膨胀石墨(EG)表面上从而制备了Ni-P/EG复合电磁屏蔽材料.扫描电镜观察表明,这种用化学镀制备的镍磷镀层紧密地附着在膨胀石墨基体上.X射线衍射分析显示,制备态镍磷镀层呈非晶态,经500℃热处理晶化后镀层呈多相结构.磁测量结果证实非晶镀层饱和磁化强度较低,热处理晶化后饱和磁化强度增大、矫顽...     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。