CN105050372A - 一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置，通过将第一屏蔽层设置为空心区域和实心区域相结合的结构，由于空心区域中空气的磁阻大于磁片的磁阻，这样，原边发射线圈激发的高频磁场磁力线不容易通过空心区域，可以使得在工作过程中原边的发射线圈的感值不容易受到磁阻的变化影响，电感值保持稳定；同时，在接收线圈的下方区域尽量设置磁片，以保证接收线圈和发射线圈的耦合，提高传输效率。本发明的电磁屏蔽层通过单层和双层相结合的屏蔽方式，可有效降低磁片对发射线圈感值的影响，提高***传输效率。

Description

一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置
技术领域
本发明涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置。
背景技术
如图1所示为磁共振式无线电能传输装置的示意框图，发射端包括有原边发射线圈Ls和谐振电容Cs组成的谐振结构，其中，Ls包括激磁电感和漏感部分。接收部分包括有副边接收线圈Ld和谐振电容Cd组成的谐振结构。为了保证无线功率能够有效传输，通常设置原副边谐振结构的谐振频率与***的工作频率一致，比如设置为无线充电联盟(A4WP)标准中规定的6.78MHZ，此时传输效率最高。其中，图1中T为纯变压器。
在另一方面，为了提高接收端的能量接收效率并且抑制发射端磁场对充电设备的干扰，通常将接收线圈放置在由磁片和铜片构成的屏蔽层上，如图2所示，由于磁片的磁阻比较小，会吸引磁场，这样可以使得磁片下方空间中的磁场减弱，从而降低磁场对放置于磁片下方的被充电设备的影响，并且高频磁场会在铜片上产生涡流，涡流产生的反向磁场进一步抵消干扰磁场对被充电设备的影响，从而最大程度保护被充电设备的。
然而，当接收端线圈和发射端线圈距离较近的时候，由于磁片的磁阻较低，发射线圈的磁场很容易通过接收端的磁片形成闭合回路，如图3所示，这样，发射端线圈周围磁场的磁力线回路变短，从而导致发射线圈的电感值增大，如变为Ls’，此时补偿电容Cs和原边线圈Ls’不能在***工作频率上谐振，将影响能量的传输效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置。通过将第一屏蔽层设置为空心区域和实心区域两部分，使得发射线圈的高频磁场不容易通过空心区域，从而降低发射线圈在工作过程中的感值变化，有效的提高***的传输效率。
依据本发明的一种电磁屏蔽层，用以屏蔽空间磁场对用电设备的干扰，包括，
第一屏蔽层，包括由空心区域和实心区域组成的磁性屏蔽层；
第二屏蔽层，放置于第一屏蔽层之下，以屏蔽穿过所述第一屏蔽层的磁场，保护用电设备；
其中，所述空心区域用以增加所述空间磁场的磁阻。
进一步的，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的中心位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四周，以包围所述空心区域。
进一步的，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的中间位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的两侧位置，以分布在所述空心区域的两侧，
并且，所述空心区域与所述实心区域的长度相等。
进一步的，在所述空心区域的两端位置对称放置设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
进一步的，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四个端角位置，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的剩余位置。
进一步的，在所述空心区域位置放置至少一个设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
依据本发明的一种具有磁场屏蔽层的无线电能传输装置，包括：
电能发射端，包括电能发射线圈，所述电能发射线圈接收交流电压以转换为高频发射磁场；
电能接收端，包括电能接收线圈和电磁屏蔽层，所述电能接收线圈感应所述高频发射磁场以获得相应的高频电压，所述高频电压经整流滤波处理后获得合适的输出电压供给用电设备；
所述电磁屏蔽层放置于所述电能接收线圈和用电设备之间，所述电磁屏蔽层包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，
所述第一屏蔽层包括由空心区域和实心区域组成的磁性屏蔽层，所述空心区域用以增加所述高频发射磁场的磁阻，以降低所述电能发射线圈在发射磁场过程中的感值变化；
所述第二屏蔽层放置于第一屏蔽层之下，以屏蔽穿过所述第一屏蔽层的磁场，保护用电设备。
进一步的，所述第一屏蔽层的空心区域位于所述第一屏蔽层的中心位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四周，以包围所述空心区域。
进一步的，所述电能接收线圈位于所述第一屏蔽层的实心区域之上。
进一步的，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的中间位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的两侧位置，以分布在所述空心区域的两侧，
并且，所述空心区域与所述实心区域的长度相等。
进一步的，在所述空心区域的两端位置对称放置设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
进一步的，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四个端角位置，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的剩余位置。
进一步的，在所述空心区域位置放置至少一个设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
进一步的，所述第一屏蔽层为铁氧体磁片层，所述第二屏蔽层为铜片层。
进一步的，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层通过粘附的方式相结合。
从上所述，依据本发明一种电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置，通过将第一屏蔽层(即磁片层)设置为空心区域和实心区域相结合，由于空心区域中空气的磁阻大于磁片的磁阻，这样，原边发射线圈激发的高频磁场磁力线不容易通过空心区域，可以使得在工作过程中原边的发射线圈的感值不容易受到磁阻的变化影响，感值保持稳定；同时，在接收线圈的下方区域尽量设置磁片，以保证接收线圈和发射线圈的有效耦合，提高传输效率。本发明的电磁屏蔽层通过单层和双层相结合的屏蔽方式，可有效降低磁片对发射线圈感值的影响，提高***传输效率。
附图说明
图1所述为磁共振式无线电能传输装置的示意框图；
图2所示为现有技术中电磁屏蔽结构的示意图；
图3所示为依据图2中结构的磁场回路示意图；
图4所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第一实施例的结构图；
图5所示为依据图4所示结构的磁场回路示意图；
图6所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第二实施例的结构图；
图7所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第三实施例的结构图；
图8所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第四实施例的结构图；
图9所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第五实施例的结构图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
本发明实施例中，所述电磁屏蔽结构应用于无线电能传输装置中，所述无线电能传输装置包括有电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括电能发射线圈，所述电能发射线圈接收交流电压以转换为高频发射磁场；所述电能接收端括电能接收线圈和电磁屏蔽层，所述电能接收线圈感应所述高频发射磁场以获得相应的高频电压，所述高频电压经整流滤波处理后获得合适的输出电压供给用电设备；所述电磁屏蔽层放置于所述电能接收线圈和用电设备之间，以屏蔽高频发射磁场对用电设备的干扰。
为保证能量传输的最优化，原边发射线圈Ls和谐振电容Cs的谐振频率设置为与***的工作频率一致，在原边发射线圈与副边接收线圈距离较远的情况下，发射线圈的感值不会因为电磁屏蔽层的干扰而发生变化，而当原边发射线圈与副边接收线圈距离较近，由于磁片的磁阻较低，高频磁场的磁力线回路变短，使得原边发射线圈的感值增大，原边发射线圈和谐振电容谐振频率偏离***工作频率，影响***传输效率。
本发明实施例中的电磁屏蔽层包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述第一屏蔽层放置于所述接收线圈之下，所述第二屏蔽层放置于所述第一屏蔽层和用电设备之间，以屏蔽穿过所述第一屏蔽层的磁场，进一步保护用电设备；这里，所述第一屏蔽层以铁氧体磁片层为例，第二屏蔽层以铜片层为例，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层以粘附的方式相结合。
如图4所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第一实施例的结构图，所述磁片层包括由空心区域1和实心区域2，并且，所述空心区域1位于所述磁片层的中心位置，所述实心区域2位于所述磁片的四周，以包围所述空心区域1。在本实施例中，所述接收线圈放置于所述磁片层的实心区域2之上。
参考图5所示为图4所示结构的磁场回路示意图，在空心区域位置，由于空气磁阻大于磁片的磁阻，因此，发射线圈的高频磁场不容易通过空心区域形成低阻回路，因而减少了发射线圈磁场出现磁力线回路较短的的情况，原边发射线圈的感值不会因为磁力线回路的变化而产生较大变动，原边谐振结构的谐振频率能够维持在***工作频率或是偏移很小，电能传输效率影响不大。另一方面，由于电能接收线圈位于所述实心区域之上，因此，电能发射线圈与电能接收线圈仍能保持较好的磁场耦合，传输效率高。
依据上述实施例的电磁屏蔽结构，通过将电磁屏蔽层设置为单层(空心区域为铜片层单层屏蔽)和双层(实心区域为磁片层和铜片层双层屏蔽)相结合的方式，无论在发射线圈距离接收线圈较远或较近的情况下，都能保持原边发射线圈和谐振电容谐振在***工作频率下，能量传输效率高，屏蔽效果好。
参考图6所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第二实施例的结构图，图6是在图4的基础上进一步降低磁片层对发射线圈感值的影响，如图6所示，所述空心区域1位于所述磁片层的中间位置，所述实心区域2位于所述磁片层的两侧位置，以分布在所述空心区域1的两侧，并且，所述空心区域1与所述实心区域2的长度相等。
根据图6所示的结构图，发射线圈的高频磁场不易通过空心区域1，则发射线圈在发射磁场过程中磁力线回路没有发生很大变化，因此，发射线圈的感值也不会发生变化，相对于图4所示的实施例，本发明实施例的可以明显降低发射线圈的感值变化，谐振效果更好。
图6中以空心区域和实心区域的长度相等为例，本领域技术人员可知，在上述实施例的推导下，还可以设置空心区域和实心区域的宽度相等，其具有同样的技术效果，均在本发明的保护范围之内。
但图6所示的实施例，由于部分接收线圈下方没有放置磁片，会影响接收线圈和发射线圈的耦合，因此，发明人在此基础上进一步增加实心区域的面积，如图7所示的依据本发明的电磁屏蔽结构的第三实施例的结构图，本实施例在是图6所示的实施例的基础上进一步增加了磁片的位置，在所述空心区域1的两端位置对称放置设定大小的磁片，如图7中的实心区域2’，以增加所述实心区域2的面积。
显然，由于接收线圈下方设置了更多面积的磁片，则接收线圈和发射线圈能够发生更好的耦合，使得无线传输效率得以进一步提高。
参考图8所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第四实施例的结构图，在本实施例中，所述实心区域2位于所述磁片层的四个端角位置，如图8中的左上端、左下端、右上端和右下端的位置，所述空心区域1位于所述磁片层的剩余位置。同样的，本实施例中的发射线圈的高频磁场不易通过空心区域1，发射线圈的感值不会发生较大变化，而且相比于上述几种实施方式，在本实施例中，发射线圈和接收线圈从不同位置靠近时，都可以有效降低发射线圈的感值变化，以最大程度稳定发射线圈的感值，确保原边谐振频率与***工作频率一致。
同理，虽然图8所示的实施例能够很好的稳定发射线圈的感值，但由于其磁片空心区域较多，使得发射线圈和接收线圈的耦合性能较差，因此，发明人在此基础上增加了实心区域面积，如图9所示为依据本发明的电磁屏蔽结构的第五实施例的结构图，在图8所示实施例的基础上，本实施例中在所述空心区域位置放至少一个设定大小的磁片，以增加所述实现区域2的面积。如图9中增加了四个实心区域2’，本领域技术人员可知，可根据电路的设计要求增加实心区域数量和大小，对此不作具体限制。图9所示的实施例可提高接收线圈和发射线圈的耦合性，使得无线传输效率得以进一步提高。
根据上述对电磁屏蔽层的各个实施例的描述可知，本发明的电磁屏蔽层通过将磁片层设置为镂空结构，可有效降低磁片层对发射高频磁场的影响，降低发射线圈的感值变化，使得原边谐振结构能够维持在***工作频率谐振，并且电能发射线圈和接收线圈仍能保持较好的磁场耦合，能量传输效率高，并且，本发明的电磁屏蔽层通过双层和单层相结合的结构能够很好屏蔽空间电磁场对用电设备的干扰，能有效降低成本，效果好。
本领域技术人员可知，上述的电磁屏蔽层还可应用于其他需要对空间电磁场屏蔽的场合，以在保护用电设备的同时能够最大程度提高电能传输效率。
以上对依据本发明的优选实施例的电磁屏蔽层及具有电磁屏蔽层的无线电能传输装置进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以根据上述实施例推知其他相似结构以及布局等均可应用于本发明，在本发明的思想范围内作的修改和替换均在本发明的保护范围之内。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种电磁屏蔽层，用以屏蔽空间磁场对用电设备的干扰，其特征在于，包括，
第一屏蔽层，包括由空心区域和实心区域组成的磁性屏蔽层；
第二屏蔽层，放置于第一屏蔽层之下，以屏蔽穿过所述第一屏蔽层的磁场，保护用电设备；
其中，所述空心区域用以增加所述空间磁场的磁阻。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层，其特征在于，所述第一屏蔽层的空心区域位于所述第一屏蔽层的中心位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四周，以包围所述空心区域。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层，其特征在于，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的中间位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的两侧位置，以分布在所述空心区域的两侧，
并且，所述空心区域与所述实心区域的长度相等。
4.根据权利要求3所述的电磁屏蔽层，其特征在于，在所述空心区域的两端位置对称放置设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽层，其特征在于，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四个端角位置，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的剩余位置。
6.根据权利要求5所述的电磁屏蔽层，其特征在于，在所述空心区域位置放置至少一个设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
7.一种具有磁场屏蔽层的无线电能传输装置，其特征在于，包括：
电能发射端，包括电能发射线圈，所述电能发射线圈接收交流电压以转换为高频发射磁场；
电能接收端，包括电能接收线圈和电磁屏蔽层，所述电能接收线圈感应所述高频发射磁场以获得相应的高频电压，所述高频电压经整流滤波处理后获得合适的输出电压供给用电设备；
所述电磁屏蔽层放置于所述电能接收线圈和用电设备之间，所述电磁屏蔽层包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，
所述第一屏蔽层包括由空心区域和实心区域组成的磁性屏蔽层，所述空心区域用以增加所述高频发射磁场的磁阻，以降低所述电能发射线圈在发射磁场过程中的感值变化；
所述第二屏蔽层放置于第一屏蔽层之下，以屏蔽穿过所述第一屏蔽层的磁场，保护用电设备。
8.根据权利要求7所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述第一屏蔽层的空心区域位于所述第一屏蔽层的中心位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四周，以包围所述空心区域。
9.根据权利要求8所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述电能接收线圈位于所述第一屏蔽层的实心区域之上。
10.根据权利要求7所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的中间位置，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的两侧位置，以分布在所述空心区域的两侧，
并且，所述空心区域与所述实心区域的长度相等。
11.根据权利要求10所述的无线电能传输装置，其特征在于，在所述空心区域的两端位置对称放置设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
12.根据权利要求7所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述实心区域位于所述第一屏蔽层的四个端角位置，所述空心区域位于所述第一屏蔽层的剩余位置。
13.根据权利要求12所述的无线电能传输装置，其特征在于，在所述空心区域位置放置至少一个设定大小的磁片，以增加所述实心区域的面积。
14.根据权利要求7所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述第一屏蔽层为铁氧体磁片层，所述第二屏蔽层为铜片层。
15.根据权利要求14所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层通过粘附的方式相结合。
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