WPT系统耦合机构三维解析模型及电磁环境评估.pdf

湘潭大学硕士学位论文

摘要

无线电能传输（WirelessPowerTransfer，WPT）作为一种新型的供电方式，

摆脱了传统供电方式的束缚，应用更加便捷，具有广阔的市场前景。WPT系统因漏

磁会对周围空间产生电磁辐射，造成环境电磁污染。因此，有必要通过有效的电

磁环境评估方法和合理的电磁屏蔽措施来提升WPT系统电磁环境的安全性。

从WPT系统的传输原理出发，基于电路理论建立了S-S型WPT系统的等

效电路模型，在此基础上推导了磁感应强度和系统工作参数的函数关系。分析无

源屏蔽技术和有源屏蔽技术的屏蔽机理，为电磁屏蔽措施的选择提供理论依据。同时

根据实际情况确定电磁环境评估的参考标准与测量方式。

为提升电磁环境评估的灵活性，首先基于笛卡尔坐标系下的子域分析技术，建立

考虑电磁屏蔽介质的二维子域模型。其次，结合各子区域的边界条件求解矢量磁位方

程中存在的未知系数。在此基础上，将补偿函数引入到二维子域解析模型当中，并根

据磁场的叠加原理得到含电磁屏蔽介质耦合机构三维解析模型。为了提升模型的计

算成本，基于Biot-Savart定律对有源屏蔽线圈部分的模型进行优化，优化后模型的

计算时间减少了17.8%。最后，基于有限元分析法对模型的准确性进行了仿真验证，

结果表明线圈不同工况下的模型计算值和有限元仿真值之间的相对误差均小于3%，

验证了本文所推导模型的有效性。

基于所建立的含屏蔽介质耦合机构三维解析模型，研究了无源屏蔽介质和有源

屏蔽线圈对WPT系统电磁环境的影响，采用有限元法分析了不同电磁屏蔽介质对空

间磁场分布的影响。在此基础上，搭建了用于电磁环境评估的WPT系统实验平台，

揭示了线圈偏移和传输距离等不同工况对磁感应强度的影响规律，为进一步开展

WPT系统电磁环境评估及优化提供了理论依据。

关键词：无线电能传输；解析模型；电磁屏蔽；电磁环境评估

I

WPT系统耦合机构三维解析模型及电磁环境评估

Abstract

WirelessPowerTransfer(WPT),asanewtypeofpowersupply,hasabroad

marketprospectasitisfreefromthetraditionalpowersupplymethodsandhasmore

convenientapplications.Duetomagneticfluxleakage,theWPTsystemwillproduce

electromagneticradiationtothesurroundingspaceandcauseenvironmental

electromagneticpollution.Therefore,itisnecessarytoenhancethesafetyofthe

electromagneticenvironmentoftheWPTsystemthrougheffectiveelectromagnetic

environmentassessmentmethodsandreasonableelectromagneticshieldingmeasures.

FromthetransmissionprincipleoftheWPTsystem,theequivalencecircuitmodel

oftheS-StypeWPTsystemisusedtoderivethefunctionrelationshipbetweenthe

magneticfluxdensityandthesystemoperatingparameters.Basedonthe

electro