渐变屏蔽层在传感器无线充电系统中的应用*

孟昭亮，方正鹏，高 勇

(西安工程大学 电子信息学院，陕西 西安 710000)

0 引 言

近年来,无线充电(wireless power transmission，WPT)由于具有安全方便等优点被广泛应用到人体植入式传感器、地下矿井传感器、智能传感器机器人等领域。随着WPT技术的成熟，应用领域还将不断扩大[1～4]。目前，传感器用户越来越关心WPT系统的灵活性、安全性与传输效率问题。灵活性问题主要来自磁耦合结构中的铁氧体屏蔽层，其质量直接影响灵活性及传输效率[5]。安全性问题来源于磁耦合结构的产热特性和线圈的电磁辐射[6]。传统的磁耦合结构优化通常只是单一地提出提升系统效率的方法而忽视了其对WPT系统灵活性以及安全性的考虑。正确设计屏蔽层不仅可以提高传输效率，还可以降低线圈的电磁辐射[7]，但屏蔽层的引入同时也带来了磁耦合结构热稳定问题。崔阳提出了新型磁芯结构[8]，可提高系统传输效率，但该磁芯结构非常复杂，制造困难。KIM J给出了多种设计简单的屏蔽层结构[9]，但没有考虑系统长时间运行时的温升问题。文献[10]中分析了发射线圈温升结果，解释了热能传播方向，但没有提出降低温升的办法。

本文在上述研究的基础上，给出了一种渐变型磁屏蔽结构。通过仿真得到了应用新型磁屏蔽结构的WPT系统的传输效率、磁通密度分布和磁耦合结构的温升情况，并与应用传统磁屏蔽结构的系统进行了对比。验证了新型磁屏蔽结构的实用性和可行性。

1 磁耦合结构设计

1.1 磁屏蔽层结构设计

本文中的磁耦合结构发射端和接收端线圈采用平面螺旋结构，其参数如表1所示。……