专利名称：磁屏装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁屏装置。更特别但不排它地，本发明涉及一种用于屏蔽电感耦合电力传输(ICPT)系统的发射和接收线圈对的磁屏装置。本发明也涉及用于屏蔽邻近的金属物体的屏蔽装置。
背景技术：
在ICPT系统中，有时必需在其它发射和接收线圈、电导表面、或敏感电子元件邻近处设有发射和接收线圈。例如，在风力涡轮机中通常采用的多电力和数据发射通道中，期望各通道与相邻通道隔离。传统上，这可利用位于各通道之间的导电板来实现。可能也期望提供屏蔽以避免因周围金属元件造成损耗。时变磁场在导电材料中发生涡流，涡流作用以抵消所施加的磁场。结果是磁场从导体表面被排斥。在该文献中，这种效应称作“磁屏蔽”或简称为“屏蔽”。固态导电板提供良好屏蔽，但因两个原因而存在过热缺点:首先且最重要的是，虽然导电板屏蔽可为物理上厚的，但在ICPT频率上，由于趋肤效应，仅导电板表面将导通电流。这就表示导电片的有效电阻比在直流电中测得的高得多，因此磁屏装置中的电阻损耗可较高。其次，固态导电板的入射磁场最强的区域将比其它具有较弱入射磁场的区域损耗大。这是因为在具有高入射磁场的区域内，涡流较高。现有屏蔽装置具有有限灵活性，这是因为它们的屏蔽程度不能容易地根据具体要求而调整。在其它方面一样的条件下，更好的屏蔽对应于更高的损耗，反之亦然，因此有这样一种方法将有用，借助于该方法，屏蔽效果可根据需要的等级(无进一步的)减小或增大，使得在仍获得期望屏蔽等级的同时，将损耗最小化。期望提供一种磁屏装置，其在避免现有技术的发热问题的同时，提供有效和灵活的屏蔽，或给公众至少提供有用的选择。
发明内容
根据一个示例性实施方式，提供一种磁屏装置，其由一个或多个导体形成，其中，所述磁屏装置具有使用时暴露于入射磁场的表面，其中，所述一个或多个导体朝向所述表面和远离所述表面呈波浪状起伏，以将所述一个或多个导体的位于所述磁屏装置的表面处的部分中所感生的电流分配到所述一个或多个导体的远离所述磁屏装置的所述表面的部分中。优选地，所述一个或多个导体从距所述表面约一个趋肤深度的深度处到位于所述表面下大于一个趋肤深度之处呈波浪状起伏。所述一个或多个导体优选是长导体，其设置成沿着相对于所述磁屏装置的尺寸而言较长的路径长度分配所述涡流。所述一个或多个导体优选地在垂直于所述表面的横截面的平面内具有约I至3趋肤深度的平均厚度。所述一个或多个导体优选地由李兹线形成。
所述导体可设置成大体圆形或螺旋形路径，所述磁屏装置可呈盘、半圆形、弯曲片或其它形式。在其它方面一样的条件下，将未暴露于时变磁场的导电元件的总量最小化的形状将具有最强屏蔽效果。导体可为电容性或电感性负载的。所述磁屏装置设计可用于包括多个发射和接收线圈对的ICPT系统中，其中，借助于这种磁屏装置将各对线圈与各个相邻线圈对屏蔽开。这种设计可特别地适用于风力涡轮机。通过对例如李兹线的低电阻电线形成屏蔽，磁屏装置的有效电阻与片状金属屏蔽装置相比，可下降10倍或更多，且损耗成比例降低。
结合进并构成说明书一部分的附示了本发明的实施方式，与上文给定的本发明的概要描述以及下文给定的实施方式的详细描述一起，用于解释本发明原理。图1示出安装在风力涡轮机的轴上的ICPT系统；图2示出根据一个实施方式的磁屏装置；图3示出图2所示的磁屏装置中的导体配置；图4示出根据另一实施方式的磁屏装置；图5示意性地示出电容性负载的磁屏装置；图6示意性地示出电感性负载的磁屏装置；图7示出用于屏蔽导体一侧的磁屏装置；图8示出用于屏蔽半圆形线圈的磁屏装置；以及图9示出呈绕圆筒形金属轴的弯曲片形式的磁屏装置。
具体实施例方式参见图1，ICPT系统的多个发射和接收线圈对I至3安装在风力涡轮机的轴6。在这种应用中，期望具有用于负载承载和冗余的多个通道，并分离电力通道和数据通道。供应至以约IOOkHz调制的线圈8a至Sc的电力可由线圈IOa至IOc引出，并经由缆线11供应至涡轮机的舱室以驱动变桨距控制机构等。数据也可通过这些线路(link)双向传输。接收线圈IOa至IOc安装在安装至轴6的环形E芯9a至9c内部,并相对于静止发射线圈8a至8c和环形E芯7a至7c能转动。当发射线圈8a至8c被激励时,调制磁场产生，其通过芯7a至7c和芯9a至9c大致耦合至相应的接收线圈IOa至10c。然而，磁耦合并不完美，且相邻磁场对所产生的磁场可引起干涉。这种相邻磁场对之间的磁干涉可利用固态金属板屏蔽。然而，固态金属板可产生大量涡流损耗，大量涡流损耗可引起过热并将效率降至多种应用的容许范围之外。在一个实施方式中，磁屏装置4和5可呈由图2所示导体12的一个或多个同心环或者图4所示的螺旋形缠绕导体所形成的盘形式。导体可为李兹线(Litz wire)，而非传统磁屏装置中的铜片。如图3所示，李兹线具有这样的配置，使得股线13、14和15朝向磁屏装置表面和远离磁屏装置表面呈波浪状起伏。由于趋肤效应，原理上涡流在磁屏装置的朝向入射磁场定向的表面处感生。趋肤深度16由图3的虚线标示。在位于表面处的股线13、14和15中所感生的涡流输送到表面之下，由于趋肤效应，所述表面之下感生了低得多的涡流。李兹线典型地配置成，使得电线的各股线在磁屏装置的所述表面处对入射磁场的暴露量大致相同。以此方式，感生的电流在整个磁屏装置中有效分布，以减小磁屏装置的有效电阻。这就通过减小涡流流动通过其中的材料的交流电阻而显著减小了涡流损耗。可以说，这不同于变压器中的叠片，其目的是减小涡流。趋肤深度可利用以下等式计算:
权利要求
1.一种磁屏装置，其由一个或多个导体形成，其中，所述磁屏装置具有使用时暴露于入射磁场的表面，其中，所述一个或多个导体朝向所述表面和远离所述表面呈波浪状起伏，以将在所述一个或多个导体的位于所述磁屏装置的表面处的部分中所感生的电流分配到所述一个或多个导体的远离所述磁屏装置的所述表面的部分中。
2.按权利要求1所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体从距所述表面约一个趋肤深度的深度处到位于所述表面下大于一个趋肤深度之处呈波浪状起伏。
3.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体是长导体。
4.按权利要求3所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体设置成沿着相对于所述磁屏装置的尺寸而言较长的路径长度分配所述涡流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体在垂直于所述表面的横截面的平面内具有约I至3趋肤深度的平均厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述导体设置在大体圆形路径内。
7.按权利要求1至5中任一项所述的磁屏装置，其中，所述导体设置在大体螺旋形路径内。
8.按权利要求1至5中任一项所述的磁屏装置，其中，所述导体设置成半圆形。
9.按权利要求1至5中任一项所述的磁屏装置，其中，所述导体设置成弯曲片形式。
10.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体由李兹线形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体是电容性负载的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的磁屏装置，其中，所述一个或多个导体是电感性负载的。
13.按权利要求11或12所述的磁屏装置，其中，所述磁屏装置被调谐以屏蔽以期望频率振荡的磁场。
14.一种如前述权利要求中任一项所述并且呈盘形式的磁屏装置。
15.一种ICPT系统，包括多个发射和接收线圈对，其中，借助于如前述权利要求中任一项所述的磁屏装置将各对线圈与各个相邻线圈对屏蔽开。
16.一种风力涡轮机，其包括如权利要求15所述的ICPT系统。
全文摘要
一种用于屏蔽ICPT系统的相邻线圈的磁屏装置。一个或多个导体配置成将感生的涡流从磁屏装置表面处分配到表面之下，并因此减小因涡流引起的发热。可采用磁屏装置以通过诸如风力涡轮机的轴等转动耦合装置输送电力。
文档编号H05K9/00GK103098573SQ201180039399
公开日2013年5月8日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年8月10日
发明者丹尼尔·罗伯森, 库纳尔·巴格瓦, 菲迪·米什里基, 任赛宁 申请人:鲍尔拜普罗克西有限公司