[发明专利]一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈的互感计算方法

说明书

本发明公开了一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈的互感计算方法，涉及电磁线圈系统领域，能够简化受到非铁磁金属介质运动干扰的，同轴多线圈之间的互感计算过程，提高计算速度。本发明包括：将线圈等效为细线模型；确定相互影响的线圈、非铁磁金属介质并建立空间坐标系；根据非铁磁金属介质位置及运动影响划分空间区域；计算每个通电线圈在空间任意点的矢量磁位；利用磁场的叠加原理得到空间中任意点的总矢量磁位；对线圈进行总矢量磁位的环路积分得到通过线圈的磁链；通过磁链计算线圈之间的互感。本发明可应用于存在介质阻碍的多线圈互感计算，并能简化计算过程，有效提高计算速度。

技术领域

本发明涉及电磁线圈系统领域，尤其涉及一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈的互感计算方法。

背景技术

目前，同轴多线圈系统广泛用于感应加热、无线电能传输、传感器等领域，线圈之间的互感参数是表征这些工程系统的重要参数。在实际应用过程中，常常存在多线圈系统，例如一个原边线圈和多个副边线圈或是多个原边线圈和一个副边线圈的系统。而这样的多线圈系统的线圈之间存在互相影响，也就是系统的中的某一个线圈的存在会对其他线圈之间的互感产生一定的影响，当系统的输出功率较大时，线圈之间的互相影响就会相对比较明显。另一方面，在传感器和无线电能传输等领域，传输通道上不可避免存在一定的非铁磁金属介质或是障碍，例如常见的金属铝、铜等等。这样的非铁磁金属介质的存在会对系统能量和信号的传输产生一定的阻碍和屏蔽，改变信号和能量的传输效率，采用原有的互感计算方法很难考虑到金属介质对系统互感的影响，无法将非铁磁金属介质的影响定量确定。因此，需要提出一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈互感计算方法，简化非铁磁金属介质运动的同轴多线圈之间的互感计算过程，提高计算速度。

发明内容

本发明提供一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈的互感计算方法，能够简化受到非铁磁金属介质运动干扰的，同轴多线圈之间的互感计算过程，提高计算速度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涉及非铁磁金属介质的同轴多线圈的互感计算方法，包括以下步骤：

S1、将忽略线圈线径的导线等效为细线模型，根据细线模型确定相互影响的线圈的数量、传输通道上的非铁磁金属介质参数；

S2、建立空间坐标系，确定线圈、非铁磁金属介质在空间坐标系中的坐标，根据非铁磁金属介质的位置及运动情况，划分空间区域；

S3、利用麦克斯韦方程组计算每个通电的线圈在空间任意点的矢量磁位A，利用磁场的叠加原理得到空间中任意点的总矢量磁位；

S4、取待计算的线圈进行总矢量磁位的环路积分，得到通过线圈的磁链，再通过求得的磁链计算待计算线圈与其他线圈之间的互感。

进一步的，S2具体包括以下步骤：

S21、将相互影响的线圈个数标记为n，以同轴线圈的圆心连线为坐标系Z轴，建立右手螺旋坐标系。

、将非铁磁金属介质的上表面和下表面投影至Z轴，得到非铁磁金属介质上、下表面投影在Z轴上的坐标；

S23、根据所述线圈和非铁磁金属介质在Z轴上的投影坐标，依据包含介质的线圈系统区域划分规则，划分计算区域。

进一步的，包含介质的线圈系统区域划分规则为：

将线圈和非铁磁金属介质在Z轴上的投影坐标自下而上依次排列，将投影坐标的值标记为z_i，i为投影坐标的数量，以投影坐标所在的X-z_i-Y平面作为分界面，划分包含介质的线圈系统。

进一步的，空间中任意点的总矢量磁位的计算公式为：