本发明公开了一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法，包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架及装于该支架上的第一屏蔽线圈和第三谐振电容电路板、第二支架及装于该支架上的第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；滑环底座承载滑环，滑环表面缠绕副边线圈，副边线圈与第二谐振电容电路板连接，绕线圆筒套装于滑环外侧，表面缠绕原边线圈，原边线圈连接第一谐振电容电路板，高频逆变电源分别与第一谐振电容电路板和原边线圈相连，第一、二支架置于滑环轴向的正、反方向。本发明通过添加磁屏蔽线圈来减少系统成本、体积和质量，并提供良好磁屏蔽效果。
1.滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架、第二支架、第一屏蔽线圈、第三谐振电容电路板、第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；
所述滑环底座承载有滑环，并固定于中心位置，所述滑环表面缠绕有副边线圈，所述副边线圈与第二谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述绕线圆筒套装于滑环的外侧，其表面缠绕有原边线圈，所述原边线圈与第一谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述高频逆变电源的一端与第一谐振电容电路板相连，其另一端与原边线圈相连，所述第一支架和第二支架分别置于滑环轴向的正方向和反方向，并与滑环构成一个整体，能够随滑环一起转动，所述第一支架和第二支架为外带环形凹槽的空心圆柱结构，所述第一支架的凹槽内绕有第一屏蔽线圈，并与第三谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第二支架的凹槽内绕有第二屏蔽线圈，并与第四谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第三谐振电容电路板固定于第一支架的内部，所述第四谐振电容电路板固定于第二支架的内部。
2.根据权利要求1所述的滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：所述第二谐振电容电路板固定于第二支架的内部，与滑环底座构成一个整体，能够随滑环一起转动。
3.根据权利要求1所述的滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，其特征在于：所述第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈完全一致，所述第三谐振电容电路板和第四谐振电容电路板完全一致。
4.权利要求1‑3任意一项所述滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将原边线圈的电感L1和第一谐振电容电路板的电容C1组成的支路以及副边线圈的电感L2和第二谐振电容电路板的电容C2组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：
ωL1C1＝ω L2C2＝1，ω为滑环无线输电系统的谐振角频率；将第一屏蔽线圈的电感L3和第三谐振电容电路板的电容C3组成的支路以及第二屏蔽线圈的电感L4和第四谐振电容电路板
的电容C4组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：ωL3C3＝ωL4C4＝0.95，第一屏蔽线圈的等效阻抗 第二屏蔽线圈的等效阻抗
2)线圈的螺旋线在空间中某点的磁场微元 能够被计算为：
式中，a为螺旋线半径，b为螺距，θ1是螺旋线的旋转角，0＜θ1＜2nπ，μ0为真空磁导率，I为电流源的电流值，r、θ2是柱面坐标系的xoy面上的投影P的极坐标，z为柱面坐标系的纵坐标，n为圆柱螺旋线匝数，ax、ay、az是直角坐标系下x、y、z三个方向的单位方向向量，是直角坐标系下x、y、z三个方向的磁场微元，A为螺旋线在目标面积分式的空间系数；磁场微元的坐标系数用kx、ky、kz来表示，则有：设位于滑环轴向正方向的圆形目标面半径为rt，高为zt，忽略第二屏蔽线圈产生的影响，则其磁场密度膜积分φa为：φa＝∫∫|B1|rtdθ2dzt+∫∫|B2|rtdθ2dzt+∫∫|B3|rtdθ2dzt
设位于滑环轴向负方向的圆形目标面半径为rt，高为‑zt，忽略第一屏蔽线圈产生的影响则其磁场密度膜积分φb为：φb＝∫∫|B1|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B2|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B4|rtdθ2d(‑zt)式中，B1是原边线圈产生的磁场，B2是副边线圈产生的磁场，B3是第一屏蔽线圈产生的磁场，B4是第二屏蔽线圈产生的磁场；
3)原边线圈的半径等于滑环的半径r1，副边线圈的半径等于绕线圆筒的半径r2，第一屏蔽线圈的半径r3和第二屏蔽线圈的半径r4等于绕线圆筒的半径r2，原边线圈的螺旋线电感L1和副边线圈的螺旋线电感L2根据滑环等效负载Rload所需的功率Pload确定，同时原边线圈与副边线圈之间的互感M12被原副边线圈的电感确定；
滑环无线输电系统中的电流能够用以下的基尔霍夫电压定律回路方程确定：
式中，Uin为高频逆变电源输入电压，I1、I2、I3、I4分别为原边线圈、副边线圈、第一屏蔽线圈、第二屏蔽线圈的电流，M13为原边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M14为原边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M23为副边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M24为副边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M34为第一屏蔽线圈与第二屏蔽线圈的互感，R1为原边线圈的交流电阻，R2为副边线圈的交流电阻，R3为第一屏蔽线圈的交流电阻，R4为第二屏蔽线圈的交流电阻，k13为原边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k14为原边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k23为副边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k24为副边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k13、k14、k23、k24小于0.004，忽略第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈对系统主线圈带来的感应电压，各线圈的交流电阻R1、R2、R3、R4均小于0.1Ω，忽略其带来的影响；线圈电流能够被计算为：令φa对Leq1进行求导等于0，得第一屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq1为：
kx1、ky1、kz1是原边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx2、ky2、kz2是副边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx3、ky3、kz3是第一屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，α为第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ1为原边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β1为副边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数；
令φb对Leq2进行求导等于0，得第二屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq2为：
kx4、ky4、kz4是第二屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，γ为第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ2为原边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β2为副边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数。
滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线电能传输的技术领域，尤其是指一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法。
背景技术
[0002] 随着电子科学的进步和人类文明发展，产生了许许多多的电子产品，传统的导线输电方式并不能适用于所有的场景。对于类似于植入体内的医疗产品、矿井设备等需要安全等级更高、无接触传输的电能传输设备。进一步的研究无线电能传输并推广其运用是必不可少的。
[0003] 无线输电系统在传输能量时会有电磁场的泄露，对人体和其他设备的安全造成了影响。为了解决电磁泄露的问题，除了制定相应的标准，也有相当多的学者提出了解决方案。目前主要的解决手段有以下四种：金属导体屏蔽，铁氧体屏蔽，有源线圈屏蔽，无源谐振线圈屏蔽。
[0004] 在满足不同应用场景时，一般需要配置不同的磁屏蔽方式。为旋转设备设置无线供电系统时可采用感应耦合式和容性耦合式，对于采用容性耦合式的电磁场屏蔽仍沿用传统的电磁空腔方式，不能有效的解决电场泄露问题，同时设备质量沉重，成本昂贵。对于感应耦合式，有学者采用铁氧体屏蔽的方式，但铁氧体屏蔽的方式并不适合高频，同时会给系统带来效率的降低和成本的增加；有学者对铁氧体屏蔽的方式进行了优化，在满足屏蔽要求的情况降低了设备的重量，但系统质量仍有大幅的增加。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法，可以通过添加磁屏蔽线圈来减少系统成本、体积和质量，而且不影响系统的高效运行，并提供良好的磁屏蔽效果。
[0006] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，包含滑环底座、滑环、高频逆变电源、原边线圈、第一谐振电容电路板、副边线圈、第二谐振电容电路板、绕线圆筒、第一支架、第二支架、第一屏蔽线圈、第三谐振电容电路板、第二屏蔽线圈和第四谐振电容电路板；所述滑环底座承载有滑环，并固定于中心位置，所述滑环表面缠绕有副边线圈，所述副边线圈与第二谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述绕线圆筒套装于滑环的外侧，其表面缠绕有原边线圈，所述原边线圈与第一谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述高频逆变电源的一端与第一谐振电容电路板相连，其另一端与原边线圈相连，所述第一支架和第二支架分别置于滑环轴向的正方向和反方向，并与滑环构成一个整体，能够随滑环一起转动，所述第一支架和第二支架为外带环形凹槽的空心圆柱结构，所述第一支架的凹槽内绕有第一屏蔽线圈，并与第三谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第二支架的凹槽内绕有第二屏蔽线圈，并与第四谐振电容电路板连接构成串联补偿结构，所述第三谐振电容电路板固定于第一支架的内部，所述第四谐振电容电路板固定于第二支架的内部。
[0007] 进一步，所述第二谐振电容电路板固定于第二支架的内部，与滑环底座构成一个整体，能够随滑环一起转动。
[0008] 进一步，所述第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈完全一致，所述第三谐振电容电路板和第四谐振电容电路板完全一致。
[0009] 本发明也提供了上述滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构的参数优化方法，包括以下步骤：
[0010] 1)将原边线圈的电感L1和第一谐振电容电路板的电容C1组成的支路以及副边线圈的电感L2和第二谐振电容电路板的电容C2组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满2 2
足：ω L1C1＝ωL2C2＝1，ω为滑环无线输电系统的谐振角频率；将第一屏蔽线圈的电感L3和第三谐振电容电路板的电容C3组成的支路以及第二屏蔽线圈的电感L4和第四谐振电容电
2 2 2
路板的电容C4组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：ωL3C3＝ωL4C4＝0.95，第一屏蔽线圈的等效阻抗 第二屏蔽线圈的等效阻抗
[0011] 2)线圈的螺旋线在空间中某点的磁场微元 能够被计算为：
[0012]
[0013] 式中，a为螺旋线半径，b为螺距，θ1是螺旋线的旋转角，0＜θ1＜2nπ，μ0为真空磁导率，I为电流源的电流值，r、θ2是柱面坐标系的xoy面上的投影P的极坐标，z为柱面坐标系的纵坐标，n为圆柱螺旋线匝数，ax、ay、az是直角坐标系下x、y、z三个方向的单位方向向量，是直角坐标系下x、y、z三个方向的磁场微元，A为螺旋线在目标面积分式的空间系数；磁场微元的坐标系数用kx、ky、kz来表示，则有：
[0014]
[0015] 设位于滑环轴向正方向的圆形目标面半径为rt，高为zt，忽略第二屏蔽线圈产生的影响，则其磁场密度膜积分φa为：
[0016] φa＝∫∫|B1|rtdθ2dzt+∫∫|B2|rtdθ2dzt+∫∫|B3|rtdθ2dzt
[0017] 设位于滑环轴向负方向的圆形目标面半径为rt，高为‑zt，忽略第一屏蔽线圈产生的影响则其磁场密度膜积分φb为：
[0018] φb＝∫∫|B1|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B2|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B4|rtdθ2d(‑zt)[0019] 式中，B1是原边线圈产生的磁场，B2是副边线圈产生的磁场，B3是第一屏蔽线圈产生的磁场，B4是第二屏蔽线圈产生的磁场；
[0020] 3)原边线圈的半径等于滑环的半径r1，副边线圈的半径等于绕线圆筒的半径r2，第一屏蔽线圈的半径r3和第二屏蔽线圈的半径r4等于绕线圆筒的半径r2，原边线圈的螺旋线电感L1和副边线圈的螺旋线电感L2根据滑环等效负载Rload所需的功率Pload确定，同时原边线圈与副边线圈之间的互感M12被原副边线圈的电感确定；
[0021] 滑环无线输电系统中的电流能够用以下的基尔霍夫电压定律回路方程确定：
[0022]
[0023] 式中，Uin为高频逆变电源输入电压，I1、I2、I3、I4分别为原边线圈、副边线圈、第一屏蔽线圈、第二屏蔽线圈的电流，M13为原边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M14为原边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M23为副边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M24为副边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M34为第一屏蔽线圈与第二屏蔽线圈的互感，R1为原边线圈的交流电阻，R2为副边线圈的交流电阻，R3为第一屏蔽线圈的交流电阻，R4为第二屏蔽线圈的交流电阻，k13为原边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k14为原边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k23为副边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k24为副边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k13、k14、k23、k24小于0.004，忽略第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈对系统主线圈带来的感应电压，各线圈的交流电阻R1、R2、R3、R4均小于0.1Ω，忽略其带来的影响；线圈电流能够被计算为：
[0024]
[0025] 令φa对Leq1进行求导等于0，得第一屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq1为：
[0026]
[0027] 式中：
[0028]
[0029] kx1、ky1、kz1是原边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx2、ky2、kz2是副边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx3、ky3、kz3是第一屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，α为第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ1为原边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β1为副边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数；
[0030] 令φb对Leq2进行求导等于0，得第二屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq2为：
[0031]
[0032] 式中：
[0033]
[0034] kx4、ky4、kz4是第二屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，γ为第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ2为原边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β2为副边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数。
[0035] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0036] 1、相比添加磁氧体作为屏蔽手段的滑环式无线输电系统，本发明的泄露磁场屏蔽效果更好。
[0037] 2、相比添加磁氧体作为屏蔽手段的滑环式无线输电系统，本发明的屏蔽结构质量更小，滑环设备的损耗更小。
[0038] 3、本发明所采用的屏蔽线圈因为耦合系数低，不会影响无线输电系统的正常运行。
附图说明
[0039] 图1为本发明的磁屏蔽线圈结构分解图。
[0040] 图2为本发明的磁屏蔽线圈结构主视图。
[0041] 图3为本发明的磁屏蔽线圈结构左视图。
[0042] 图4为本发明的磁屏蔽线圈结构右视图。
[0043] 图5为滑环无线输电系统功率波形图。
[0044] 图6为磁场屏蔽效果图。
[0045] 图7为目标面磁通密度膜波形的对比图。
具体实施方式
[0046] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0047] 如图1至图4所示，本实施例公开了一种滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构，包括滑环底座1、滑环2、高频逆变电源3、原边线圈4、第一谐振电容电路板5、副边线圈6、第二谐振电容电路板7、绕线圆筒8、第一支架10、第二支架11、第一屏蔽线圈12、第三谐振电容电路板13、第二屏蔽线圈14和第四谐振电容电路板9；所述滑环底座1承载有滑环2，并固定于中心位置，所述滑环2表面缠绕有副边线圈6，所述副边线圈6与第二谐振电容电路板7连接构成串联补偿结构，所述绕线圆筒8套装于滑环2的外侧，其表面缠绕有原边线圈4，所述原边线圈4与第一谐振电容5电路板连接构成串联补偿结构，所述高频逆变电源3的一端与第一谐振电容电路板5相连，其另一端与原边线圈4相连，所述第一支架10和第二支架11分别置于滑环2轴向的正方向和反方向，并与滑环2构成一个整体，能够随滑环2一起转动，所述第二谐振电容电路板7固定于第二支架11的内部，与滑环底座1构成一个整体，能够随滑环2一起转动，所述第一支架10和第二支架11为外带环形凹槽的空心圆柱结构，所述第一支架10的凹槽内绕有第一屏蔽线圈12，并与第三谐振电容电路板13连接构成串联补偿结构，所述第二支架11的凹槽内绕有第二屏蔽线圈14，并与第四谐振电容电路板9连接构成串联补偿结构，第三谐振电容电路板13固定于第一支架10的内部，第四谐振电容电路板9固定于第二支架11的内部，所述第一屏蔽线圈12和第二屏蔽线圈14完全一致，所述第三谐振电容电路板13和第四谐振电容电路板9完全一致。
[0048] 下面为本实施例上述滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构的参数优化方法，包括以下步骤：
[0049] 1)将原边线圈的电感L1和第一谐振电容电路板的电容C1组成的支路以及副边线圈的电感L2和第二谐振电容电路板的电容C2组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满2 2
足：ω L1C1＝ωL2C2＝1，ω为滑环无线输电系统的谐振角频率；将第一屏蔽线圈的电感L3和第三谐振电容电路板的电容C3组成的支路以及第二屏蔽线圈的电感L4和第四谐振电容电
2 2 2
路板的电容C4组成的支路视作串联拓扑，其达到谐振状态时满足：ωL3C3＝ωL4C4＝0.95，第一屏蔽线圈的等效阻抗 第二屏蔽线圈的等效阻抗
[0050] 2)线圈的螺旋线在空间中某点的磁场微元 能够被计算为：
[0051]
[0052] 式中，a为螺旋线半径，b为螺距，θ1是螺旋线的旋转角，0＜θ1＜2nπ，μ0为真空磁导率，I为电流源的电流值，r、θ2是柱面坐标系的xoy面上的投影P的极坐标，z为柱面坐标系的纵坐标，n为圆柱螺旋线匝数，ax、ay、az是直角坐标系下x、y、z三个方向的单位方向向量，是直角坐标系下x、y、z三个方向的磁场微元，A为螺旋线在目标面积分式的空间系数；磁场微元的坐标系数用kx、ky、kz来表示，则有：
[0053]
[0054] 设位于滑环轴向正方向的圆形目标面半径为rt，高为zt，忽略第二屏蔽线圈产生的影响，则其磁场密度膜积分φa为：
[0055] φa＝∫∫|B1|rtdθ2dzt+∫∫|B2|rtdθ2dzt+∫∫|B3|rtdθ2dzt
[0056] 设位于滑环轴向负方向的圆形目标面半径为rt，高为‑zt，忽略第一屏蔽线圈产生的影响则其磁场密度膜积分φb为：
[0057] φb＝∫∫|B1|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B2|rtdθ2d(‑zt)+∫∫|B4|rtdθ2d(‑zt)[0058] 式中，B1是原边线圈产生的磁场，B2是副边线圈产生的磁场，B3是第一屏蔽线圈产生的磁场，B4是第二屏蔽线圈产生的磁场；
[0059] 3)原边线圈的半径等于滑环的半径r1，副边线圈的半径等于绕线圆筒的半径r2，第一屏蔽线圈的半径r3和第二屏蔽线圈的半径r4等于绕线圆筒的半径r2，原边线圈的螺旋线电感L1和副边线圈的螺旋线电感L2根据滑环等效负载Rload所需的功率Pload确定，同时原边线圈与副边线圈之间的互感M12被原副边线圈的电感确定。
[0060] 滑环无线输电系统中的电流能够用以下的基尔霍夫电压定律回路方程确定：
[0061]
[0062] 式中，Uin为高频逆变电源输入电压，I1、I2、I3、I4分别为原边线圈、副边线圈、第一屏蔽线圈、第二屏蔽线圈的电流，M13为原边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M14为原边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M23为副边线圈与第一屏蔽线圈的互感，M24为副边线圈与第二屏蔽线圈的互感，M34为第一屏蔽线圈与第二屏蔽线圈的互感，R1为原边线圈的交流电阻，R2为副边线圈的交流电阻，R3为第一屏蔽线圈的交流电阻，R4为第二屏蔽线圈的交流电阻，k13为原边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k14为原边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k23为副边线圈与第一屏蔽线圈之间的耦合系数，k24为副边线圈与第二屏蔽线圈之间的耦合系数，k13、k14、k23、k24小于0.004，忽略第一屏蔽线圈和第二屏蔽线圈对系统主线圈带来的感应电压，各线圈的交流电阻R1、R2、R3、R4均小于0.1Ω，忽略其带来的影响；线圈电流能够被计算为：
[0063]
[0064] 令φa对Leq1进行求导等于0，得第一屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq1为：
[0065]
[0066] 式中：
[0067]
[0068] kx1、ky1、kz1是原边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx2、ky2、kz2是副边线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，kx3、ky3、kz3是第一屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，α为第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ1为原边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β1为副边线圈和第一屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数；
[0069] 令φb对Leq2进行求导等于0，得第二屏蔽线圈的最优屏蔽电感值Lmeq2为：
[0070]
[0071] 式中：
[0072]
[0073] kx4、ky4、kz4是第二屏蔽线圈在空间直角坐标系下的x、y、z三个方向的方向系数，γ为第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，λ2为原边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数，β2为副边线圈和第二屏蔽线圈产生磁场在滑环轴向正方向的圆形目标面的空间系数。
[0074] 根据本实施例上述结构和方法采用Comsol仿真软件构建仿真模型，具体参数设置3
如下，系统角频率ω＝150×10×2π，系统输入电压为Uin＝70V，原边线圈的电感L1＝13.78μH，第一谐振电容电路板的电容C1＝81.66nF，副边线圈的电感L2＝16.88μH，第二谐振电容电路板的电容C2＝66.70nF。第一屏蔽线圈的电感L3＝2.425μH,第三谐振电容电路板的电容C3＝532.9nF，第二屏蔽线圈的电感L4＝2.425μH，第四谐振电容电路板的电容C4＝532.9nF，负载Rload设置为9.2Ω。通过仿真计算可得知原边线圈与副边线圈的互感M12＝11.59μH，原边线圈与第一屏蔽线圈的互感M13＝0.36μH，原边线圈与第二屏蔽线圈的互感M14＝0.36μH，副边线圈与第一屏蔽线圈的互感M23＝0.32μH，副边线圈与第二屏蔽线圈的互感M24＝0.32μH。系统的功率传输如图5所示，二维轴对称的磁场分布如图6所示，距离轴心160mm平面处屏蔽添加前后的磁场波形如图7所示，取0.3s后的1000个数据点平均计算，泄露磁场减少了
87.61％。
[0075] 上述仿真结果表明本发明提供的滑环无线输电系统的磁屏蔽线圈结构及其参数优化方法能够满足预期目的，解决传统的滑环无线电能传输系统的磁场泄露问题以及磁场屏蔽问题带来的效率下降和系统质量增加。
[0076] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
