[发明专利]三相三层正六边形线圈阵列的空间磁场均匀性优化方法

说明书

本发明公开了一种基于三相三层平面正六边形线圈阵列的空间磁场均匀性的优化方法。本发明如下：1、将正六边形线圈等效为圆形线圈，建立单个正六边形线圈在任一点P磁场强度幅值的表达式；3、建立三相三层发送线圈阵列对任一位置、姿态的接收线圈的有效磁场表达式；4、计算不同线圈半径a对应的平均有效磁场、最小有效磁场。5、根据步骤4得到的各线圈半径对应的平均有效磁场幅值、最小有效磁场幅值，筛选出最佳线圈半径作为三相三层正六边形线圈阵列内各个正六边形线圈的边长。本发明通过对三相三层平面正六边形发送线圈阵列的线圈边长进行优化，使得发送线圈阵列上方的磁场的均匀性可以得到进一步的增强。

技术领域

本发明属于无线可充电传感器网络能量供应技术领域，具体涉及一种针对脑内传感器的全向无线供电系统的发送线圈的在空间任意一点产生磁场的均匀性的优化方法。

背景技术

三相三层平面正六边形的发送线圈阵列(基于专利《一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法》，专利号：201910265942.5)的发明是为了解决在针对脑内传感器的无线供电应用背景下，传统无线供电存在“死区”(即不能有效供电)的问题。而决定脑内传感器有效无线供电的瓶颈则是三相三层线圈阵列在传感器空间产生的有效磁场的最低值，并且通过研究发现正六边形线圈边长的取值对该线圈阵列在空间任意一点产生有效磁场的提升存在一定的优化关系。

发明内容

本发明提供了一种对脑内传感器的全向无线供电系统的发送线圈阵列在空间产生磁场的均匀性的优化方法。

本发明的具体步骤如下：

步骤1、将正六边形线圈等效为圆形线圈，建立单个正六边形线圈在任一点P磁场强度幅值的表达式，具体过程如下：

将正六边形线圈边长等效为圆形线圈的半径a。单层正六边形线圈阵列中第i个圆形线圈在空间任意一点p(x,y,z)产生的磁场在沿x,y,z轴的幅值分量分别为A_xi,A_yi,和A_zi，如式(2)所示，

式(2)中，ρ_i、z分别为点p在以第i个圆形线圈圆心为作为坐标原点的圆柱坐标系中的径向距离、方位角、高度。K(·)、E(·)分别表示第一类、第二类的完全椭圆积分运算。

步骤2、建立单层正六边形线圈阵列在任一点P磁场强度幅值的表达式

建立以单层正六边形线圈阵列所在平面为xoy平面的空间直角坐标系；单层正六边形线圈阵列内所有正六边形线圈的中心点坐标已知；单层正六边形线圈阵列在点p产生的x轴方向的磁场分量为H_x，y轴方向的磁场分量为H_y，z轴方向的磁场分量H_z，表达式如式(3)所示。

式(3)中，A_x、A_y、A_z分别为x轴方向的磁场分量为H_x、y轴方向的磁场分量为H_y、z轴方向的磁场分量H_z的幅值，表达式如式(4)所示：α_x、α_y、α_z分别为x轴方向的磁场分量为H_x、y轴方向的磁场分量为H_y、z轴方向的磁场分量H_z的初始相位，表达式如式(5)所示：

式(4)中，θ_i、θ_j分别为单层正六边形线圈阵列的第i、j个圆形线圈的初始相位。

步骤3、建立三相三层发送线圈阵列对任一位置、姿态的接收线圈的有效磁场表达式