[发明专利]一种高耦合系数和储能密度的电感及其设计方法与应用

权利要求书

1.一种高耦合系数和储能密度的电感设计方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、基于STRETCH meat grinder电路结构，以空心平面螺旋线型线圈AFSSC做为电磁发射用的电感基本单元，进而构建出所述电路结构中的两个电感L₁和L₂；

S2、分别给定两个电感的电感值L₁和L₂及充放电电流I₁、I₂的情况下，编程优化单片AFSSC的内径d、外径D和匝数n三个参数；

S3、计算得到满足给定电感值L₁和L₂的电感的最小体积、能量密度和L₁、L₂串联后的电阻值。

2.如权利要求1所述的高耦合系数和储能密度的电感设计方法，其特征在于，所述S2更具体包括：

A、分别给定两个电感L₁、L₂的电感值L₁、L₂及充放电电流I₁、I₂，给定电流密度J、耦合系数k、匝间距d_turns、相邻两片AFSSC间的距离d_sheets；给定待优化的AFSSC的内直径d、外直径D以及匝数n的取值范围，对于每组d、D、n，计算对应的AFSSC的匝宽w、高度h；

B、利用A中的d、D、n、d_turns、d_sheets、h等参数计算单片AFSSC的电感L_single和两片之间的互感，将多片AFSSC串联成基本模块1，AFSSC串联的次数由L₁与L₂的比值的平方根决定；将多片AFSSC并联成基本模块2，AFSSC并联的次数由充放电电流I₁、I₂的比值决定；

C、计算各组基本模块1、基本模块2的电感值，将电感值大于给定的L₁、L₂电感值的排除，将电感值不大于给定L₁、L₂电感值的各组选出；

D、对应选出各组AFSSC分别通过在基本模块1和基本模块2上串联1个或多个基本模块1和基本模块2，直到电感值分别达到给定的L₁、L₂；

E、根据给定取值范围内各组AFSSC的内直径d、外直径D以及匝数n分别计算出对应的体积，从中选出具有最小体积一组，并记录该组AFSSC的内直径d、外直径D以及匝数n。

3.如权利要求2所述的高耦合系数和储能密度的电感设计方法，其特征在于，在步骤E中，所述AFSSC的体积计算方法包括以下具体步骤：

根据所述选出各组AFSSC的内直径d、外直径D、匝数n以及匝间距d_turns，确定匝宽w，给定2-A中充电电流I的情况下，取一个电流密度J，计算出每匝线圈的截面积，进而计算出AFSSC单层厚度h，通过单层厚度h和相邻两片AFSSC间的距离d_sheets计算出电感的高度h_total，根据该高度结合外直径D计算电感的体积。

4.如权利要求1所述的高耦合系数和储能密度的电感设计方法，其特征在于，在步骤S3中，所述电阻值的计算方法包括以下具体步骤：

A、计算螺旋线的总长度，用(0，d/2)和(2nπ，D/2)两个点确定出螺旋线的极坐标方程r＝aθ+b中的a和b，对极坐标方程进行积分求出螺旋线的长度l；

B、用电阻的计算公式算出单个线圈的电阻R_single，其中S为导线横截面积，ρ_r为电阻率；

C、计算整个电感中所用线圈的串并联个数，进而得到总电阻R_total。