申请/专利权人：哈尔滨工业大学;哈工大郑州研究院

申请日：2023-11-07

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN117674439A

主分类号：H02J50/10

分类号：H02J50/10;H02J50/90;H02J50/70;H01F27/30;G06F30/23;G06F113/04

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.03.26#实质审查的生效;2024.03.08#公开

摘要：本发明提出一种考虑有限尺寸磁心的WPT系统磁耦合机构宽适用范围快速解析方法，所述方法加入磁心的效果可以等效为未加入磁心时发射线圈与接收线圈传输距离的减小，则求解含磁心时磁耦合机构线圈间互感的问题就可转化为求解对应不含磁心结构中线圈间等效传输距离deq的问题。本发明所述方法对含有限尺寸磁心的WPT线圈间的互感能进行快速计算，也可以对含有限尺寸磁心的磁耦合机构进行快速的参数设计。

主权项：1.一种考虑有限尺寸磁心的WPT系统磁耦合机构宽适用范围快速解析方法，其特征在于，所述方法具体为：在磁耦合机构中加入磁心会引起空间磁阻的降低，由磁路欧姆定律，穿过接收线圈的磁通量将会增加；对不含磁心的磁耦合机构，当线圈间传输距离减小时，同样会增加穿过接收线圈的磁通量；对于含磁心的磁耦合机构，穿过接收线圈的磁通Φcore可表示为：Φcore＝∫∫SBcore·ds1其中，Bcore为含磁心结构垂直穿过接收线圈平面磁场的磁感应强度，其与线圈尺寸、磁心尺寸、发射电流Ip和传输距离d1变量相关；由二重积分的几何意义可知，式1可看作是以Bcore曲面为上表面的曲顶柱体的体积V；同理，对于不含磁心的磁耦合机构，穿过接收线圈的磁通Φair可表示为：Φair＝∫∫SBair·ds2其中，Bair为不含磁心时垂直穿过接收线圈平面磁场的磁感应强度，其与线圈尺寸、发射电流Ip和传输距离d1变量相关；任意有限长直载流导线在某点P处产生的磁感应强度可表示为： 其中，l为载流导线长度，r1和r2为场点指向载流导线两端的矢量，θ为r1和r2间的夹角，α1和α2分别r1和r2与载流导线间的夹角；由于任意形状的线圈都可看作是任意多条有限长直载流导线的组合，以位于x-y平面的任意四边形线圈为例，其在空间某点处产生的沿z轴的磁感应强度大小Bz是可由式3推导得到，且是可积的，则不含磁心时任意形状的线圈在空间某点处产生的沿z轴的磁感应强度大小是可积的，并且由于电流Ip和x、y对应的积分上下限是固定值，即接收线圈的边界，磁通Φair仅为传输距离d1的函数，即Φair是随d1连续变化的；由式2的几何意义，当d1从0变化到∞时，以Bair曲面为上表面的曲顶柱体的体积V1的数值是连续变化的；因此，只要满足d1近似为0时Φair大于Φcore，必然存在一个等效传输距离deq，使得在该等效传输距离下不含磁心的结构垂直穿过接收线圈的磁通量与含磁心的结构相等，即Φair|d1＝deq＝Φcore；综上，加入磁心的效果可以等效为未加入磁心时发射线圈与接收线圈传输距离的减小，则求解含磁心时磁耦合机构线圈间互感的问题就可转化为求解对应不含磁心结构中线圈间等效传输距离deq的问题；其中，等效传输距离deq是将含磁心结构转换为不含磁心结构的关键；当转换为不含磁心结构时，含磁心结构中的若干几何变量都将被包含在等效传输距离deq的表达式中；将求解得到的等效传输距离deq的表达式代入基于Biot-Savart定律的矩形线圈互感计算公式，便可得到含磁心结构中线圈间的互感解析表达式，即建立了磁耦合机构中从几何变量到电感变量的快速映射。

全文数据：

权利要求：

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