電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的有源磁屏蔽研究

蒙金雪， 張玉旺， 郭彥杰， 王麗芳

(1. 中國科學(xué)院電工研究所， 北京 100190； 2. 中國科學(xué)院電力電子與電氣驅(qū)動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100190； 3. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

1 引言

近年來，隨著無線充電(Wireless Power Transfer, WPT)技術(shù)的快速發(fā)展[1,2]，WPT系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、醫(yī)學(xué)設(shè)備和電子設(shè)備。WPT系統(tǒng)通過磁場耦合將能量從一個(gè)線圈傳輸?shù)搅硪粋€(gè)線圈，以給電動(dòng)汽車充電[3,4]。WPT系統(tǒng)可以有效減少系統(tǒng)內(nèi)部的電氣接觸，便于在潮濕的地方使用。此外，移動(dòng)式無線充電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在行駛過程中充電，增加駕駛里程[5,6]。然而，在無線充電過程中，由WPT系統(tǒng)泄露到空氣中的磁場在一定程度上會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生生理影響、干擾電子設(shè)備的正常運(yùn)行[7,8]。美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)將電動(dòng)汽車無線充電的頻帶確立在85 kHz，我國也出臺(tái)了與電磁安全相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。我國在電磁安全限制上的要求嚴(yán)于國際標(biāo)準(zhǔn)，并且將逐步加強(qiáng)對(duì)電磁環(huán)境安全的監(jiān)管和要求。因此，WPT系統(tǒng)在充電過程中的磁場安全性研究是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的課題。

為解決磁場泄露問題，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)主要提出了四種類型方案：①磁屏蔽法。文獻(xiàn)[9-12]在無線充電系統(tǒng)周圍放置了鐵氧體，使得系統(tǒng)的主要磁路沿著鐵氧體方向，有效降低了外圍空間的磁場強(qiáng)度。然而，隨著鐵氧體材料的增加，整個(gè)系統(tǒng)的重量和成本大幅升高。②導(dǎo)電屏蔽法。文獻(xiàn)[13,14]通過在無線充電系統(tǒng)周圍放置水平或垂直接地金屬屏蔽板，可以有效屏蔽系統(tǒng)周圍的磁通量泄露。然而，在一些應(yīng)用中，金屬材料安裝在車體內(nèi)部，充電過程中需要向下移動(dòng)金屬材料至地面以阻礙氣隙中的磁場向外擴(kuò)散[15]，上下移動(dòng)過程中增加了與周圍設(shè)備的摩擦。③諧振式無功屏蔽法。文獻(xiàn)[16,17]設(shè)計(jì)了諧振式無功屏蔽線圈，利用漏磁在屏蔽線圈中激發(fā)感應(yīng)電流，從而抵消原磁場。④有源磁屏蔽法。有源磁屏蔽法可以通過主動(dòng)調(diào)節(jié)屏蔽線圈產(chǎn)生的磁場，從而完全抵消原磁場。文獻(xiàn)[18]提出了一種有效的有源屏蔽方法，可以降低屏蔽線圈內(nèi)部特定點(diǎn)或屏蔽線圈周圍環(huán)路區(qū)域的磁場。文獻(xiàn)[19]通過改變有源線圈的幾何形狀和電流，可以有效屏蔽原磁場。然而，以上文獻(xiàn)都沒有考慮車體對(duì)WPT系統(tǒng)的影響。

在以上研究成果的基礎(chǔ)上，本研究將針對(duì)電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)有源磁屏蔽展開研究。本文以3.3 kW電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于有限元磁場仿真，設(shè)計(jì)了一套針對(duì)該無線充電系統(tǒng)的有源磁屏蔽系統(tǒng)，最后設(shè)計(jì)了臺(tái)架進(jìn)行了磁屏蔽效果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合模型

有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合模型如圖1所示。其中充電系統(tǒng)原邊線圈和副邊線圈組成了無線能量傳輸結(jié)構(gòu)；鋁板模擬電動(dòng)汽車的底盤結(jié)構(gòu)，主要用于屏蔽電動(dòng)汽車內(nèi)部的磁場，從而保護(hù)車內(nèi)乘客、金屬結(jié)構(gòu)和電子設(shè)備等。當(dāng)電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電時(shí)，充電系統(tǒng)會(huì)向車體周圍輻射磁場，會(huì)對(duì)車體周圍的乘客產(chǎn)生影響。為解決這一問題，本研究采用有源磁屏蔽線圈降低目標(biāo)區(qū)域的磁場強(qiáng)度。

圖1 有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合模型

2.1 無線充電系統(tǒng)的電路分析

有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合電路模型如圖2所示，其中上半部分為原無線充電系統(tǒng)：Ud1是無線充電系統(tǒng)的直流母線電壓源；逆變器的頻率表示為fWPT；發(fā)射端補(bǔ)償電路由Lp，Cp1和Cp2組成；L1，L2和M1,2分別為無線充電系統(tǒng)發(fā)射端線圈自感，接收端線圈自感和兩個(gè)線圈之間互感；接收端補(bǔ)償電路由Cs1，Cs2和Ls組成，RL為充電系統(tǒng)的負(fù)載，Re表示整流橋輸入端的等效負(fù)載。圖2的下半部分為有源磁屏蔽系統(tǒng)，其中Ud2是有源磁屏蔽系統(tǒng)的直流母線電壓；逆變器的頻率表示為fsh；諧振電路由Lsh3和Csh組成；L3為屏蔽線圈的自感；M1,3和M2,3分別為屏蔽線圈與發(fā)射端線圈以及接收端線圈之間的互感。

圖2 有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合電路模型

為了在達(dá)到較好的有源磁屏蔽效果的同時(shí)不影響系統(tǒng)的傳輸效率，需要將屏蔽線圈放置于距離發(fā)射端線圈和接收端線圈較遠(yuǎn)處，從而降低系統(tǒng)的M1,3和M2,3。對(duì)于本研究中電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)來說，則將屏蔽線圈放置于靠近車身邊緣的鋁板下面，此時(shí)的M1,3和M2,3接近于0，即實(shí)現(xiàn)了原無線充電系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)的解耦，這一結(jié)論將在第三節(jié)仿真實(shí)驗(yàn)中說明。

在實(shí)現(xiàn)原無線充電系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)的解耦之后，則可以分別用戴維寧定理分別對(duì)以上無線充電和有源磁屏蔽系統(tǒng)的等效電路模型進(jìn)行簡化，其中無線充電系統(tǒng)電路的簡化結(jié)果如圖3所示。

圖3 無線充電系統(tǒng)的簡化電路模型

其中，Ui為發(fā)射端線圈的等效交流電壓源；其表達(dá)式如式(1)所示；I1和I2分別表示發(fā)射端線圈和接收端線圈的電流；Ze1和Ze2分別如式(2)和式(3)所示。另外，Uin為無線充電系統(tǒng)逆變器輸出電壓的基波，其幅值為：|Uin|=4Ud1/π。

(1)

(2)

(3)

式中，ω=2πfWPT；Re=8RL/π2；Ze1為Cp1輸出等效阻抗；Ze2為Cs2輸入等效阻抗；Ls為接收端補(bǔ)償電感。

無線充電系統(tǒng)的磁場分布和線圈中的電流有關(guān)，因此為獲得無線充電系統(tǒng)周圍的磁場分布，需首先求得發(fā)射端線圈和接收端線圈的電流(I1和I2)。根據(jù)圖3，可得基爾霍夫電壓方程組：

(4)

式中，Z1和Z2分別表示發(fā)射端和接收端線圈回路的自阻抗。表達(dá)式如式(5)所示。

(5)

式中，rL1和rL2分別為發(fā)射端和接收端線圈的內(nèi)阻。將式(5)代入式(4)中，可以求得兩個(gè)線圈中的電流如式(6)所示。

(6)

對(duì)于有源磁屏蔽系統(tǒng)，Lsh3和Csh諧振，則其電路模型可等效為圖4，其中Ush為有源磁屏蔽系統(tǒng)逆變器輸出電壓的基波，其幅值為4Ud2/π，頻率為逆變器頻率(fsh)。圖4中，Ush，I3和Ish的關(guān)系可表示為：

(7)

圖4 有源磁屏蔽系統(tǒng)的簡化電路模型

所以Ish的相位比Ush滯后90°，且其幅值與Ush成正比，而與屏蔽線圈本身的參數(shù)無關(guān)。

2.2 帶有源磁屏蔽的電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的磁場分析

電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)中的鋁板具有屏蔽磁通作用。在鋁板屏蔽作用下，原無線充電系統(tǒng)和有源磁屏蔽線圈產(chǎn)生的磁場方向均會(huì)發(fā)生變化。沿著圖1所示的無線充電系統(tǒng)和屏蔽線圈的中軸線所在的x-z平面，發(fā)射端和接收端線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖5(a)所示，有源磁屏蔽線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如圖5(b)所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在目標(biāo)磁場屏蔽區(qū)域(即電動(dòng)汽車車身附近區(qū)域)內(nèi)，二者產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向基本相反，因此可通過控制有源磁屏蔽線圈的電流，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁場屏蔽。

圖5 無線充電線圈和有源磁屏蔽線圈分別產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向

2.3 有源磁屏蔽原理分析

磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿足磁場疊加原理，即某一時(shí)刻的總磁感應(yīng)強(qiáng)度為各個(gè)磁場源所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁場屏蔽，需要在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生與原磁感應(yīng)強(qiáng)度BWPT大小相等、方向相反的屏蔽磁感應(yīng)強(qiáng)度Bsh。

對(duì)于圖1所示的無線充電系統(tǒng)，其發(fā)射端線圈和接收端線圈的電流(I1和I2)頻率均為fWPT，所以該系統(tǒng)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度BWPT也是頻率為fWPT的簡諧波，其表達(dá)式如式(8)所示。表達(dá)式的第一部分為磁感應(yīng)強(qiáng)度BWPT的幅值和空間方向，第二部分為BWPT的簡弦波隨時(shí)間的變化規(guī)律。當(dāng)無線充電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，I1和I2是一定的，系統(tǒng)周圍磁場的空間方向rB,WPT、幅值|BWPT|、角頻率ωWPT和相位φB,WPT確定的。

(8)

式中，|BWPT,x|、|BWPT,y|和|BWPT,z|分別為無線充電系統(tǒng)在x方向、y方向和z方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值。

對(duì)于圖1所示的有源磁屏蔽系統(tǒng)，其屏蔽線圈的電流頻率為fsh，所以該線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bsh也是頻率為fsh的簡諧波，其表達(dá)式如式(9)所示。

(9)

為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空間區(qū)域內(nèi)的磁場屏蔽，BWPT和Bsh的合磁感應(yīng)強(qiáng)度Bfinal的幅值應(yīng)低于BWPT的幅值，即：

|Bfinal|=|BWPT+Bsh|<|BWPT|

(10)

所以首先需要保證fWPT=fsh。其次需要滿足：當(dāng)rB,WPT和rB,sh參考方向相同時(shí)，φB,WPT=φB,sh+180°；否則當(dāng)rB,WPT和rB,sh參考方向相反時(shí)，φB,WPT=φB,sh。如圖5所示，本文中rB,WPT和rB,sh參考方向相反，所以Bfinal可以表示為：

(11)

記空間方向rB,WPT和rB,sh的夾角為θ(θ>90°)?？梢宰C明，當(dāng)|Bsh|=|BWPT|cos(π-θ)時(shí)，|Bfinal|達(dá)到最小，且|Bfinal|=|BWPT|sin(π-θ)。其矢量和如圖6所示。

圖6 當(dāng)無線充電系統(tǒng)和有源磁屏蔽系統(tǒng)磁場相位相同時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理

綜上所述，為達(dá)到最優(yōu)屏蔽效果，需要首先確保無線充電系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)的頻率完全相等；然后調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流相位，在rB,WPT和rB,sh參考方向相反的基礎(chǔ)上，使屏蔽線圈和原充電系統(tǒng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相位相等(φB,WPT=φB,sh)，此時(shí)目標(biāo)磁場屏蔽區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最低；最后調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流幅值Ish，達(dá)到|Bfinal|最小，即為該有源磁屏蔽系統(tǒng)的最佳屏蔽效果。

3 電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的有源磁屏蔽系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

根據(jù)以上理論，本文將為3.3 kW電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有源磁屏蔽系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。接收線圈和發(fā)射線圈的尺寸分別為320 mm×320 mm和580 mm×420 mm，對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為15和20，匝間距均為6.24 mm，線徑均為5 mm；發(fā)射線圈和接收線圈間距為210 mm，兩個(gè)線圈上方均鋪有一層厚度為3 mm的鐵氧體材料；接收線圈鐵氧體上方8 mm處放置一塊1200 mm×1700 mm鋁板。在距離發(fā)射線圈中心750 mm處(距鋁板邊緣100 mm處)垂直放置屏蔽線圈，其尺寸為320 mm×100 mm，線圈匝數(shù)為4匝，匝間距為6.24 mm，線徑為5 mm。

該帶屏蔽線圈的3.3 kW電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的電路模型如圖2所示，圖2中各電路參數(shù)的實(shí)測值如下所示：系統(tǒng)輸入與負(fù)載參數(shù)分別為fWPT=85 kHz，Ud1=470 V和RL=46 Ω；發(fā)射端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分別為Lp=80.1 μH，Cp1=18.84 nF和Cp2=83.01 nF；發(fā)射端/接收端線圈自感和互感分別為L1=229.3 μH，L2=219 μH和M1,2=21.45 μH；接收端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分別為Cs1=22.2 nF，Cs2=76.71 nF和Ls=84 μH；屏蔽線圈自感及其與發(fā)射端/接收端線圈的互感分別為L3=6.7 μH，M1,3=0.115 μH和M2,3=0.023 μH；發(fā)射端線圈/接收端線圈/屏蔽線圈內(nèi)阻分別為rL1=226.4 mΩ，rL2=210 mΩ和rL3=20 mΩ。

可以發(fā)現(xiàn)，屏蔽線圈與原發(fā)射端/接收端線圈的互感M1,3和M2,3非常小，所以屏蔽線圈和原無線充電系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系可以忽略，即將系統(tǒng)簡化為M1,3=0，M2,3=0。此時(shí)便可以根據(jù)式(6)求解發(fā)射端/接收端線圈的電流I1和I2，如表1所示。

表1 無線充電系統(tǒng)發(fā)射端/接收端線圈電流值

將求解出的無線充電系統(tǒng)線圈電流I1和I2代入有限元仿真模型作為線圈電流激勵(lì)。通過調(diào)節(jié)屏蔽線圈Ish的相位和幅值，從而調(diào)節(jié)屏蔽線圈所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的相位φB,sh和幅值|Bsh|，最終實(shí)現(xiàn)磁屏蔽效果。圖7所示為有屏蔽線圈時(shí)和無屏蔽線圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)比圖。圖7中虛線區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)磁場屏蔽區(qū)域，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)汽車車身周圍的區(qū)域。該無線充電仿真系統(tǒng)的左側(cè)沒有安裝有源磁屏蔽系統(tǒng)，代表該無線充電系統(tǒng)本身的磁場輻射程度；系統(tǒng)右側(cè)安裝了有源磁屏蔽系統(tǒng)。結(jié)果顯示，在有源磁屏蔽系統(tǒng)的作用下，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅降低，證明了該有源磁屏蔽系統(tǒng)的有效性。

圖7 有磁屏蔽線圈側(cè)和無磁屏蔽線圈側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)比

4 有源磁屏蔽系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證以上有源屏蔽系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的有效性，本文搭建了帶有源屏蔽系統(tǒng)3.3 kW電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。臺(tái)架的電路實(shí)物圖如圖8所示。無線充電系統(tǒng)和有源屏蔽系統(tǒng)均工作在85 kHz頻率下，WPT系統(tǒng)由直流電壓源、逆變器、驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的DSP、發(fā)射端LCC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射端/接收端線圈、接收端LCC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、整流器和負(fù)載組成。有源屏蔽系統(tǒng)由直流電壓源、逆變器、驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的FPGA驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)系統(tǒng)、LC諧振電路和磁屏蔽線圈組成。臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及電路參數(shù)見第三章仿真參數(shù)。最終采用Narda EHP200測試設(shè)備測試目標(biāo)磁場屏蔽區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，通過調(diào)節(jié)Ish的相位和幅值實(shí)現(xiàn)最優(yōu)屏蔽效果。

圖8 3.3 kW電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的磁屏蔽系統(tǒng)臺(tái)架

4.2 有源磁屏蔽線圈的相位和幅值調(diào)節(jié)

如第2.3節(jié)所討論的結(jié)果，為達(dá)到有源磁屏蔽線圈的最優(yōu)屏蔽效果，需要確保無線充電系統(tǒng)的頻率fWPT完全等于屏蔽線圈的頻率fsh，同時(shí)需要屏蔽線圈電流Ish的相位和幅值可調(diào)。

首先，對(duì)于有源磁屏蔽線圈的頻率和相位，本研究設(shè)計(jì)了FPGA驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)系統(tǒng)，通過將WPT系統(tǒng)逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可控延時(shí)輸出，則可以保證fsh完全等于fWPT，且形成有源屏蔽系統(tǒng)逆變器輸出電壓和WPT系統(tǒng)之間的可控相位差。然后根據(jù)式(7)，便可以求得并調(diào)節(jié)Ish的相位。本系統(tǒng)采用的FPGA芯片為EPEC3T144C8N，其時(shí)鐘為48 MHz，所以本相位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的角度精度為(85 kHz/48 MHz)×360 °=0.6735 °。

然后，對(duì)于有源磁屏蔽線圈中的電流幅值，本文則通過調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的直流輸入電壓來調(diào)節(jié)該幅值。根據(jù)式(7)，Ish的相位不會(huì)隨直流電壓Ud2的變化而變化。從而可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)Ish的相位和幅值。

4.3 有源磁屏蔽線圈的電流相位和幅值調(diào)優(yōu)

按照第2.3節(jié)的Ish相位和幅值調(diào)優(yōu)方法，本文首先以(910,0,220)點(diǎn)處(距鋁板外邊緣60 mm，高度220 mm點(diǎn)處)作為測試點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)Ish的相位和幅值，使該測試點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度值達(dá)到最低。首先，當(dāng)3.3 kW無線充電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，該測試點(diǎn)處的實(shí)測85 kHz磁感應(yīng)強(qiáng)度值為12.76 μT。然后，設(shè)置Ish的幅值為3.57 A，調(diào)節(jié)Ish的相位，可測得該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖9所示?？傻卯?dāng)Ish的相位為55.7 °時(shí)，該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最低，即Ish的最優(yōu)相位為55.7 °。之后，設(shè)置Ish的相位為55.7 °，調(diào)節(jié)Ish的幅值，可測得該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖10所示?？傻卯?dāng)Ish的幅值為3.57 A時(shí)，該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最低，即Ish的最優(yōu)幅值為3.57 A。最后，在Ish的最優(yōu)相位和幅值點(diǎn)處，該測試點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到0.78 μT，減小量達(dá)到94%，證明了該有源磁屏蔽系統(tǒng)的有效性。

在Ish相位為55.7 °、幅值為3.57 A時(shí)，本研究另外測試了除該測試點(diǎn)之外其他區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小情況。圖11為x分別為910 mm，930 mm，972.5 mm，990 mm(即距鋁板外側(cè)邊緣60 mm，80 mm，112.5 mm，130 mm)且高度為220 mm處的磁屏蔽效果，圖12為x為930 mm(即距鋁板外側(cè)邊緣距離80 mm)且不同高度(202 mm，210 mm，243 mm，264 mm，287 mm)處的磁屏蔽效果，結(jié)果顯示該區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均下降到了1.5 μT以下，進(jìn)一步證明了該有源磁屏蔽系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。

圖9 測試點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度隨電流相位的變化曲線(φI,sh=55.7 °)

圖10 測試點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度隨電流幅值的變化曲線(|Ish|=3.57 A)

圖11 目標(biāo)磁屏蔽區(qū)域內(nèi)不同x點(diǎn)處的磁屏蔽效果曲線(z=220 mm)

圖12 目標(biāo)磁屏蔽區(qū)域內(nèi)不同z點(diǎn)處的磁屏蔽效果曲線(x=930 mm)

5 結(jié)論

本文提出并設(shè)計(jì)了一種有源磁屏蔽系統(tǒng)以降低無線充電過程中電動(dòng)汽車車身周圍的磁場。首先，本文建立了有源磁屏蔽系統(tǒng)和無線充電系統(tǒng)聯(lián)合電路模型，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了有源磁屏蔽的理論并設(shè)計(jì)了有源屏蔽磁系統(tǒng)的優(yōu)化方法。最終，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示該有源屏蔽磁系統(tǒng)可以有效降低目標(biāo)磁屏蔽區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，目標(biāo)磁屏蔽區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均下降到了1.5 μT以下，具有很好的應(yīng)用前景。此有源屏蔽方法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)無線充電系統(tǒng)磁場屏蔽有一定的指導(dǎo)意義。