[发明专利]基于电磁力分析模型的平面耦合器设计方法

权利要求书

1.一种基于电磁力分析模型的平面耦合器设计方法，其特征在于，对平面耦合器建立电磁力分析模型，调整线圈初始匝数及其对应工作频率，调整平面耦合器磁芯与线圈间距；该设计方法的步骤包括如下：

步骤1，根据平面耦合器应用场景，确定对称结构的平面耦合器传输性能设计指标和平面耦合器的初始设计参数；

步骤2，建立平面耦合器电磁力关于平面耦合器初始设计参数模型如下：

其中，F表示平面耦合器电磁力初始设计参数模型，ρ表示磁芯对平面耦合器磁通量的修正因子(电磁仿真取得的拟合值)，1≤ρ≤2，μ₀表示平面耦合器结构中磁芯的真空磁导率，μ₀＝4π×10^-7，π表示圆周率，X表示平面耦合器初始设计参数中原边线圈与副边线圈匝数，I₁表示平面耦合器原边线圈的输入电流，I₂表示平面耦合器副边线圈的产生的电流，R表示平面耦合器原边线圈与副边线圈的半径，θ表示平面耦合器电磁力与径向方向的夹角，d₀表示平面耦合器原边线圈与副边线圈之间的距离，D(j)表示平面耦合器初始设计参数中的磁芯相对线圈距离为l时平面耦合器磁芯所受电磁力；

步骤3，计算平面耦合器的初始设计参数互感值；

步骤4，求解平面耦合器初始设计参数中的线圈匝数；

步骤5，调整线圈初始匝数及其对应工作频率：

步骤5.1，在平面耦合器初始设计参数中的匝数范围[1,X₁]内，选取一个未选过的线圈匝数，利用下式，调整线平面耦合器原边线圈与副边线圈的初始匝数：

其中，f表示第i次调整后线圈匝数对应的工作频率，τ₁表示磁芯引入的非线性变量，τ₁∈[0,1]，X_i表示第i次调整后的线圈匝数；

步骤5.2，计算线圈匝数调整后对应的传输功率；

步骤5.3，判断当前调整后的线圈匝数对应参数是否满足下述的限制条件，若是全部满足，则执行步骤6，否则，执行步骤5.1；

其中，表示第i次调整后的线圈匝数X_i与工作角频率对应的电磁力模型，F_max表示平面耦合器电磁力设计指标允许的最大电磁力，P_out1表示第i次调整后线圈匝数对应的传输功率，P_out0表示平面耦合器初始设计参数中的传输功率，P_out表示平面耦合器传输功率设计指标允许的最小传输功率；

步骤6，调整平面耦合器磁芯与线圈间距：

步骤6.1，计算平面耦合器工作角频率为时，平面耦合器传输功率设计指标中允许最小传输功率对应的互感值；

步骤6.2，在平面耦合器初始设计参数中的线圈与磁芯间距范围内，选取一个未选过的线圈与磁芯间距；

步骤6.3，判断调整后的线圈与磁芯距离是否满足下式的限制条件，若是全部满足，则执行步骤7，否则，执行步骤6.2；

其中，F(j_m)表示平面耦合器第m次调整后磁芯与线圈间距j_m对应的电磁力模型，M_out2(j_m)表示第m次调整后磁芯与线圈间距对应的互感值，M_min表示平面耦合器最小传输功率对应的互感值；

步骤7，完成平面耦合器的设计。

2.根据权利要求1所述的基于电磁力分析模型的平面耦合器设计方法，其特征在于，步骤1中所述平面耦合器的传输性能设计指标包括：传输功率范围、电磁力范围、工作频段。

3.根据权利要求1所述的基于电磁力分析模型的平面耦合器设计方法，其特征在于，步骤1中所述平面耦合器初始设计参数包括：平面耦合器尺寸、平面耦合器原边与副边线圈线径、平面耦合器原边与副边间距、平面耦合器线圈匝间距、线圈与磁芯间距、平面耦合器原边线圈输入电流、平面耦合器传输功率。