[发明专利]一种用于无线电能传输系统的磁耦合机构的电感计算方法

说明书

本发明公开了一种用于无线电能传输系统磁耦合机构的电感计算方法，首先，采用无限大磁芯情况下螺旋形线圈的自感互感计算方法，得到螺旋线圈在无穷大导磁边界情况下的自感互感数值；接着，针对有限大磁芯情况下进行了磁路划分，得到了磁阻的计算公式；最后，对所述磁阻计算公式中的待定参数进行了有限元仿真拟合给定，最终得到用于无线电能传输系统中的平板型磁芯磁耦合机构的电感计算方法。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，涉及一种用于无线电能传输系统的磁耦合机构的电感计算方法，尤其涉及含有平板磁芯的螺旋形线圈磁耦合机构的电感计算方法。

背景技术

电能对人们日常生活产生了至关重要的影响，传统的电能传输均使用金属导线进行传输，这样的优点固然很多，但是也带来了一些不便比如接触口磨损、线缆老化、易发生安全事故等。而无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)是一种新型的充电技术，它通过发射器将电能转化为其他形式的中继能量，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转化为电能。它相对传统的电线输电来说具有不容易产生磨损、不会产生电火花、在水下、矿井等处使用较为安全的特点，同时，无线电能传输技术由于实现了电源和用电设备之间完全的电气隔离，具有安全、可靠、灵活等传统电能传输方式无可比拟的优点。

无线电能传输系统效率的高低和传输功率的大小主要取决于电路谐振拓扑和磁耦合发射接收机构，尤其是磁耦合机构在其中发挥着极其重要的作用。目前，在大功率无线电能传输的领域，磁耦合机构的高功率密度的设计非常重要，这直接关系到负载的轻量化小型化设计。然而，现有技术中，传统的磁耦合机构设计主要是靠有限元仿真和多次迭代来实现，在设计时，通常根据设计者的经验来选取各个几何参数，由于不容易确定迭代初值，往往使得设计所花费的时间非常长，亟需研究出一种能够快速准确地计算磁耦合机构电感值的方法，缩短磁耦合机构的设计时长。

发明目的

本发明的目的即在于解决现有技术所面临的难题，提供一种用于无线电能传输系统的磁耦合机构的电感计算方法，更具体的是有平板磁芯的螺旋形线圈磁耦合机构的电感计算方法，以快速得到磁耦合机构的电感参数。

发明内容

本发明提供了一种用于无线电能传输系统的磁耦合机构的电感计算方法，所述磁耦合机构为含有平板磁芯的螺旋形线圈磁耦合机构，所述磁耦合机构的电感计算方法包括以下步骤：

步骤1、利用所述螺旋形线圈的经验公式求解真空中的螺旋形线圈的自感；

步骤2、利用所述螺旋形线圈的同轴圆环的互感公式叠加求解两个螺旋形线圈的互感；

步骤3、利用镜像法求解两个平行的无穷大导磁界面中间的两个同轴螺旋形线圈的互感；

步骤4、对线圈产生的磁通进行划分，利用磁路法求解各个部分的磁阻；

步骤5、利用磁阻与对应电感成反比的关系，求解得到有限大磁芯情况下的电感数值。

进一步，所述计算方法通过设定如下12个所述螺旋形线圈的几何参数：

原边线圈最大半径R_max1、原边线圈最小半径R_min1、原边磁芯最大半径R_core1、原边匝数w₁、原边磁芯距离原边线圈距离h₁、副边线圈最大半径R_max2、副边线圈最小半径R_min2、副边磁芯最大半径R_core2、副边磁芯距离副边线圈距离h₂、副边匝数w₂、磁芯高度h、导线线径r；

当使用方形磁芯的情况下，设该方形磁芯的两个边长为a₁,a₂，则满足如下式的关系：