复合磁屏蔽结构

本发明涉及磁屏蔽，特别涉及一种复合磁屏蔽结构。

背景技术：

1、复合磁屏蔽结构是一种能够有效地屏蔽磁场干扰的结构，由磁性材料和非磁性材料组成，通过合理的制备工艺，使其具有良好的磁屏蔽性能。其可广泛应用于超声波燃气表、超声波探头、无线能量传输等易受电磁环境影响的场合。超声波燃气表等精密仪器和设备通常需要受到高度的保护，以避免外部磁场的干扰和损坏。无线能量传输场合受外界磁场干扰可能会影响能量传输效率，同时，线圈两侧较强的磁场辐射则可能会对周围环境及人体造成严重的危害。复合磁屏蔽结构的应用可以有效地解决这些问题，并提高仪器和设备的性能及可靠性，提高无线电能传输的稳定性。

2、实际应用中，金属材料及铁氧体材料等均可以起到磁屏蔽作用，但其在高频范围内应用受限。由金属材料做成的屏蔽罩能够屏蔽高频交变磁场，高频交变磁场能在屏蔽罩上引起很大的涡流，由于涡流的去磁作用，屏蔽罩处的磁场大大减弱，罩内的高频交变磁场不能穿出罩外，罩外的磁场也不能穿入罩内，从而达到磁屏蔽的目的，其缺点为在大功率设备中会导致涡流发热，使设备过热而影响正常工作，具有较大的安全隐患；铁氧体磁性材料的主要特点是电阻率远大于金属磁性材料，引起的涡流较小，使其能应用于高功率场景，但铁氧体磁性材料的高频功率损耗大，屏蔽效果较差，而且，铁氧体磁性材料的屏蔽效能与其厚度相关，因此，若要达到较高的屏蔽效能，通常需要质量和体积较大的铁氧体磁性材料，不适于小型化轻量化需求。此外，杜克大学的david smith提出了利用纵向近零磁导率的(mu-near-zero)mnz超材料进行磁场屏蔽的方法。根据有效介质理论，在超材料产生的局域磁共振附近的近零磁导率区域可以用来实现对近场磁场的反射。根据斯涅尔定律，该mnz超材料仅能够对斜入射的波进行屏蔽，对于正入射的磁场无法屏蔽，这会导致部分正入射波透射，从而导致漏磁。并且屏蔽效能(shielding effectiveness)se(db)严重依赖于超材料的品质因数q，这意味着每个超材料单元需要具有较多导线圈数才能提供较大的电感量从而达到较高的q。而较多导线圈数会增加单元的本征损耗，反而不利于提升单元的q值。而且这种方法仍无法有效解决正入射波发生透射的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种复合磁屏蔽结构，采用具有近零磁导率的超材料结合类halbach结构的复合磁屏蔽材料，解决了正入射波发生透射的问题，实现一定带宽的屏蔽效果，且能够在保证具有较高屏蔽效能的前提下，具有较小的涡流热效应以及较小的屏蔽体的质量和体积。

2、本发明通过如下方案来实现：一种复合磁屏蔽结构，包括：

3、具有近零磁导率的超材料，所述超材料包括基板以及设于所述基板上的源线圈组件；

4、固定于所述超材料表面的铁氧体层；

5、固定于所述铁氧体层表面的金属层；其中，

6、所述铁氧体层和所述金属层在所述源线圈组件的电流激励下形成类halbach磁路。

7、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于：

8、所述源线圈组件包括若干个线圈结构以及与若干个所述线圈结构一一对应连接的若干个谐振电容，所述线圈结构的两端分别连接于对应的所述谐振电容的两端；

9、所述铁氧体层包括若干个铁氧体组件，若干个所述铁氧体组件固定于所述基板上并与若干个所述线圈结构一一对应设置，每个所述铁氧体组件均包括若干个相似形状、不同尺寸且同心设置的铁氧体环；

10、所述金属层包括若干个金属组件，若干个所述金属组件一一对应地固定于若干个所述铁氧体组件上，每个所述金属组件均包括若干个相似形状、不同尺寸且同心设置的金属环，且每个所述金属组件中的若干个金属环与对应所述铁氧体组件的若干个铁氧体环一一对应贴设固定。

11、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述线圈结构、所述铁氧体组件以及所述金属组件的外形尺寸相一致。

12、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述铁氧体组件中最内圈的铁氧体环向内延伸形成实心铁氧体板，所述金属组件中最内圈的金属环向内延伸形成实心金属板。

13、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述线圈结构包括分别设于所述基板的两侧表面的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的首端与所述第二线圈的尾端连接，所述第一线圈的尾端与所述第二线圈的首端分别连接于所述谐振电容的两端，所述谐振电容固定于所述基板的任一侧表面处。

14、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述基板上开设有供所述第一线圈或所述第二线圈穿过的通孔。

15、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述铁氧体层固定于所述基板上背对所述谐振电容的一侧表面上。

16、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述基板为柔性pcb。

17、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述源线圈组件打印于所述基板上。

18、本发明复合磁屏蔽结构的进一步改进在于，所述基板的厚度等于所述铁氧体层和所述金属层的厚度之和。

19、本发明采用具有近零磁导率的超材料结合类halbach结构的复合磁屏蔽材料，解决了正入射波发生透射的问题，实现一定带宽的屏蔽效果。采用铁氧体层和金属层的结合形成类halbach结构，一方面利用铁氧体层的高磁导率将待屏蔽磁场进行压缩，削弱穿至金属层的磁场，降低了金属层的涡流热效应，另一方面利用金属层的高屏蔽性能，避免了采用增大铁氧体层质量和体积来提高屏蔽效能。采用柔性pcb板作为基板来固定源线圈组件、金属层和铁氧体层，使得整个复合磁屏蔽结构能够自由弯曲折叠，且较轻薄扁平，可以提高结构整体的灵活性。

技术特征：

1.一种复合磁屏蔽结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于：

3.如权利要求2所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述线圈结构、所述铁氧体组件以及所述金属组件的外形尺寸相一致。

4.如权利要求2所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述铁氧体组件中最内圈的铁氧体环向内延伸形成实心铁氧体板，所述金属组件中最内圈的金属环向内延伸形成实心金属板。

5.如权利要求2所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述线圈结构包括分别设于所述基板的两侧表面的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的首端与所述第二线圈的尾端连接，所述第一线圈的尾端与所述第二线圈的首端分别连接于所述谐振电容的两端，所述谐振电容固定于所述基板的任一侧表面处。

6.如权利要求5所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述基板上开设有供所述第一线圈或所述第二线圈穿过的通孔。

7.如权利要求5所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述铁氧体层固定于所述基板上背对所述谐振电容的一侧表面上。

8.如权利要求1所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述基板为柔性pcb。

9.如权利要求8所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述源线圈组件打印于所述基板上。

10.如权利要求1所述的复合磁屏蔽结构，其特征在于，所述基板的厚度等于所述铁氧体层和所述金属层的厚度之和。

技术总结
本发明涉及一种复合磁屏蔽结构，包括：具有近零磁导率的超材料，所述超材料包括基板以及设于所述基板上的源线圈组件；固定于所述超材料表面的铁氧体层；固定于所述铁氧体层表面的金属层；其中，所述铁氧体层和所述金属层在所述源线圈组件的电流激励下形成类Halbach磁路。本发明的复合磁屏蔽结构既解决了正入射波发生透射的问题，又能够在保证具有较高屏蔽效能的前提下，具有较小的涡流热效应以及较小的屏蔽体的质量和体积。

技术研发人员：祝可嘉,陈旭,江俊,李云辉
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15