[发明专利]两任意位姿N边形线圈间的互感计算方法

说明书

本发明公开了两任意位姿N边形线圈间的互感计算方法，涉及电磁线圈系统领域，本发明包括：根据线圈的物理参数构建目标函数；通过给出的一个端点的参数利用空间姿态函数关系求解其余端点，并根据比奥萨法尔定律计算直导线形成的磁感应强度作为目标函数；再根据多边形确定积分区域；最终利用重积分来确定互感性能参数。本发明通过利用比奥萨法尔定律来给出磁感应强度的目标函数，直接提高了对直导线磁感应强度计算准确度，进一步提高了对最后互感参数的可信度。因此可应用于测量各种无线传能系统的性能参数，室内定位系统的中线圈系统的性能指标，以及各种电磁元器件中，且能提高互感参数的计算精度。

技术领域

本发明涉及电磁线圈系统领域，尤其涉及了两任意位姿N边形线圈间的互感 计算方法。

背景技术

目前，许多电子设备都会用到在各种线圈间的电磁转换，例如无线电能传 输系统、数据传输系统，以及近年来的室内电磁定位系统等。同时，随着社会 生活与工业的发展，格式各样的传感器被设计出来以适应不同的工况。因此， 线圈系统的形状多变。互感以及线圈间的耦合系数作为重要参数，可以较为直 观的反映线圈系统的工作状态。例如在室内电磁定位等系统中，使用多边形线 圈替代圆形线圈可以有效提高定位的精度。尽管许多杰出的电磁物理学家和科 学家已经完成了在空间中任意位置的圆形线圈之间重要参数互感算法计算，但 是仅有圆形线圈的互感计算算法是不足够的。在许多生物医学或是航空航天的 电磁传感器和无线传能的线圈系统中，多边形线圈都有广泛使用。

Slobodan Babic介绍了用磁矢势法任意计算圆形线圈间互感系数的公式。根 据平面方程和线圈中心坐标，推导出任意位置的圆形线圈的姿态。Slobodan Babic 的公式需要收集线圈的所有物理参数并建立方程。相较于Babic算法中需要建立 圆形线圈的空间方程，对于正多边形只需要采集四个点的空间坐标，需采集的 物理参数较多。

来自Urmia大学微电子研究实验室的Hadi Tavakkoli使用毕奥萨伐尔定律计 算了同轴六边形、八边形线圈之间的互感系数。他直接使用分析公式处理积分， 计算过程较为复杂。

发明内容

本发明提供了两任意位姿N边形线圈间的互感计算方法，在计算过程中能够 减少计算所需采集的线圈物理参数，优化了可行域划分方式，简化计算方法使 其更易实现。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

两任意位姿N边形线圈间的互感计算方法，包括：

S1、采集源极线圈和次级线圈的各端点空间坐标；

S2、利用源极线圈端点的空间坐标，构建源极线圈磁感应强度目标函数；

S3、根据次级线圈的各个端点的空间坐标划分目标函数的可行域；S4、利 用重积分算法解算磁感应强度目标函数，得到并输出互感参数。

进一步的，在S1中，端点的空间位置确定方法为：

S101、采集线圈的空间方位角，利用两线圈间的位置关系建立最优空间坐 标系，并确定线圈在最优空间坐标系中的姿态；

S102、任取线圈中的某一端点坐标作为已知点；

S103、利用已知点的坐标，利用线圈空间姿态的变换迭代计算出其余端点 的空间坐标。

进一步的，S2的步骤具体包括：

S201、根据端点的空间位置，计算各个边的磁感应强度的目标函数；

S202、将各个边的磁感应强度的目标函数向可行域投影，投影角由线圈的 空间姿态确定，投影得到整个多边形线圈的有效磁感应强度函数。

进一步的，在S201中，目标函数的计算方法采用比奥萨法尔定律，针对多 边形线圈，毕奥萨伐尔定律计算磁感应强度更加精确。