无线电动汽车充电耦合器磁屏蔽设计的有限元分析

作为一种新的充电方式，无线电力传输已引起全世界的关注。基于无线电力传输技术的电动汽车具有安全、防水、防尘、易维护等优点，即使在寒冷潮湿的环境下也能确保安全充电。感应电能传输（IPT）是使用最广泛的无线电力传输方法之一，并且在许多应用中具有日益增长的需求，例如许多医疗植入物、消费电子充电器。与插入式充电相比，EV无线充电具有几个特点。
在无线充电系统中，电能通过带有气隙的磁耦合器传输，气隙的距离取决于应用。对于EV无线充电，接收线圈垫通常固定在汽车底盘中，而传输线圈垫在地面上。因此气隙的垂直距离可以是100-400 mm。另一方面，EV充电的输出功率应为几千瓦，具体取决于EV类型。为实现这种高输出功率，无线EV充电工作频率要很高。由于磁耦合器之间的气隙，与传统变压器相比，其磁场耦合减小且磁漏大大增加，而这可能导致线圈垫周围的磁通密度超过人的安全极限。
为了减少无线充电耦合器在非工作区域的工作电磁干扰，在设计磁耦合器时必须考虑磁屏蔽。实际上，磁屏蔽通常可以通过添加高导磁率材料或高导电率材料来实现。对于高磁导率材料，由于其高磁导率，其磁阻比周围的空气介质低得多，这将迫使大部分磁力线穿过高磁导率材料而不是周围空气。对于高导电材料，由于电磁感应效应，材料中的涡流可以产生反向磁场，实现磁屏蔽。
本文研究了两种屏蔽材料的特性，并利用有限元分析为电动汽车充电耦合器设计了有效的磁屏蔽。在第二部分中，对单种材料屏蔽耦合器进行了研究和比较，探讨了两种材料的特性。在第四部分中，设计并研究了由高导磁率材料和高导电率材料组成的组合屏蔽。