[发明专利]一种存在运动线圈的同轴多线圈之间的互感计算方法

说明书

本发明公开了一种存在运动线圈的同轴多线圈之间的互感计算方法，涉及电磁线圈系统领域，通过电磁场分析建模来计算包含运动线圈的多线圈之间的互感的方法解决信号传输、能量传送中多线圈互相干扰这一技术上的难题。本发明包括：将线圈导线等效为细线模型，确定相互影响的线圈的数量并建立同轴线圈空间坐标系；根据线圈位置划分空间区域；利用麦克斯韦方程组计算每个通电圆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；通过其中某一线圈进行总矢量磁位的环路积分得到通过线圈的磁链，再计算线圈之间的互感。本发明有效提高计算速度，量化多线圈之间能量传输、信号传送的互相影响。

技术领域

本发明涉及电磁线圈系统领域，尤其涉及一种存在运动线圈的同 轴多线圈之间的互感计算方法。

背景技术

目前，同轴多线圈系统广泛用于多线圈传感器，无线能量传输系 统，感应加热等领域，线圈之间的互感参数是表征这些工程系统信号 或是能量传输能力的重要参数。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，与之对应的工业实际情况比如一个充电桩给空间中多 个手机充电或是多个充电桩给空间中一个手机充电。而这样的多线圈 系统的线圈之间存在互相影响，也就是系统中的某一个线圈的位置变 化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，但是，目前对于多线圈 系统，尤其是包含运动线圈的多线圈系统的各个线圈之间互相影响存 在动态时难以量化，静态时难以最优化的问题。

举例来说，当一个未充电手机A靠近一个正在给手机B充电的 手机充电桩，靠近动作这个动态过程中手机A和手机B的充电效率 正在变化，主要原因就是手机A、手机B以及充电桩这个三线圈系统 中的互感参数在变化；而手机A放置位置不同一定程度决定了两个手机的充电效率，本质上是一个考虑多线圈互相影响下的最优充电位 置问题，但是线圈互感目前的算法对这两种问题都无法较好的解释和 量化。

发明内容

本发明提供一种存在运动线圈的同轴多线圈之间的互感计算方 法，能够对具有轴向运动的传输线圈建模，简化存在运动线圈时同轴 多线圈间互感的计算过程，有效提高计算速度，量化多线圈之间能量 传输、信号传送的互相影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种存在运动线圈的同轴多线圈之间的互感计算方法，包括以下 步骤：

S1、将忽略线圈线径的导线等效为细线模型，根据所述细线模型 确定相互影响的线圈的数量，以相互影响的线圈中，同轴线圈的轴线 作为坐标系的Z轴，建立右手螺旋坐标系，标记为同轴线圈空间坐标 系；

S2、根据线圈位置及运动情况划分同轴线圈空间坐标系的空间区 域；

S3、利用麦克斯韦方程组计算同轴线圈空间坐标系中每个通电线 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所述待计算线圈与同轴线圈空间坐标 系中其他线圈之间的互感。

进一步的，所述S2包括：

将所述同轴线圈空间坐标系中线圈的个数标记为n，所述线圈在 Z轴上的投影坐标标记为z_i，i为线圈的标号，i＝1,2,...n；

以所述投影坐标所在的X-z_i-Y平面作为分界面，将所述同轴线圈 空间坐标系划分为n+1个计算区域。

进一步的，所述空间中任意点的总矢量磁位为：