适用于巡检机器人的无线充电系统复合屏蔽层研究

鲍春明，孙 磊，王 强，王春芳

（1.国网山东省电力公司淄博供电公司，山东淄博 255000；2.青岛大学电气工程学院，山东青岛 266071）

感应耦合电能传输属于无线电能传输方式的一种[1-2]，其工作原理是电磁感应耦合，近年来广泛应用于巡检机器人[3-4]、小型医疗设备[5-6]、无尾家电[7]等适合无线电能传输的领域。耦合线圈作为无线电能传输、能量传递的关键部位，在工作中会导致大量的电磁泄露[8-9]，由此带来的电磁辐射问题逐渐进入公众的视野。过量的电磁辐射不仅使系统的传输效率和传输功率降低[10-11]，还对公众的健康造成了不利影响。

鉴于电磁辐射带来的诸多问题，电磁屏蔽技术被应用到无线电能传输领域[12-14]。在耦合线圈电磁屏蔽的设计中，电磁辐射的屏蔽效果主要与屏蔽材料的性能有关。国内外学者已对不同屏蔽材料的屏蔽效果进行了较为详尽的研究。大阪工业大学研究团队针对复合屏蔽层进行了研究，为减小ICPT 系统对电力电子器件的影响，通过感应到导电板中的磁场以消除涡流以及通过磁性材料对磁通路径实现改变。韩国亚洲大学研究团队通过屏蔽线圈的加入，在不改变传输功率的前提下，降低了线圈周围的磁场。以上文献均未对多种屏蔽材料复合的效果进行分析。

文中以巡检机器人无线充电系统为研究对象，在前人工作的基础上[15-17]，建立了基于有限元的磁场-电路耦合仿真模型。针对感应耦合式无线电能传输(Inductively Coupled Power Transmission，ICPT)系统单层屏蔽的不足，设计了一种铁氧体-铝板双层屏蔽结构。……