基于磁路模型的新型半包围磁芯结构设计及优化

摘要

无线电能传输技术基于其安全可靠的优点被应用于机器人的充电系统中,为提高系统的耦合性能和减小对线圈周围的电磁辐射,提出一种新型半包围磁芯结构的磁耦合谐振式无线充电系统。首先建立圆盘磁芯的磁路模型,推导系统耦合系数的磁路表达式,为磁芯设计提供依据,通过在发射端圆盘磁芯外边沿增加一定高度磁环来减小互耦区磁阻,同时在发射端磁芯中心挖空来增大自耦区磁阻;其次建立新型半包围磁芯的磁路模型,推导新型磁芯系统的耦合系数表达式,得到影响系统性能的3个结构参数(磁环壁厚度,磁环高度,磁芯内环半径);然后基于Ansys Maxwell建模仿真分析3个参数对系统耦合系数和电磁辐射的影响,并通过参数扫描优化磁芯结构参数;最后,通过搭建实验平台验证仿真结果的正确性。结果表明,新型半包围磁芯结构较圆盘磁芯的耦合系数最大可提高5.1%,线圈下方屏蔽效果提升了1.46倍。