在ANSYS Maxwell中对永磁体无线充电进行建模

随着无线充电 （WPT） 系统从智能手机到电动汽车的复杂性和普及性的发展，磁交互建模的精度变得比以往任何时候都更加重要。受到关注的一个领域是集成永磁体以进行线圈对准和提高效率。然而，它们对铁氧体材料的非线性影响给仿真带来了挑战。本博客探讨了使用ANSYS Maxwell的实用工作流程。

永磁体提供了一种稳定接收器线圈定位的无源方法。这提高了性能一致性并最大限度地减少了不对中损失。然而，这些好处也伴随着权衡：永磁体会使线圈背面的铁氧体饱和并影响无线充电的效率。

铁氧体材料TDK_PC47是 WPT 器件中的常见材料。材料的相对渗透率不是恒定的（如下所示），并且根据其工作点，可以在 1 到 20000 之间的任何地方。永磁体的使用会在铁氧体材料内部引入恒定磁场 （H），从而改变铁氧体的工作点。

 

 

本博客概述了使用ANSYS Maxwell的两种不同的仿真工作流程。

方法 #1：链接求解器（静磁 + 涡流求解器）

这种方法需要创建两个模型并将其链接在一起：一个静磁模型用于求解永磁体的直流场，另一个涡流模型用于求解线圈的交流场。

步骤1： 完整的模型是在 ANSYS Maxwell 中创建的。它包括TX线圈/铁氧体、RX线圈/铁氧体和TX/RX磁铁。

 

 

第 2 步：选择静磁求解器以求解永磁体的直流磁场。确保激励中的电流为零，因为我们只是对磁铁进行建模。

 

 

 

第 3 步：创建另一个将使用涡流求解器的模型。这可以通过复制和粘贴静磁模型来完成。

求解器需要更改为涡流。由于将对线圈的交流场进行建模，因此需要修改绕组（分配 # 的导体和电流）。

 

 

 

第四步：将两个模型链接在一起并求解模型。

这可以通过在涡流模型中添加解决方案设置来完成。

 

 

方法 #2：使用涡流求解器并包括直流场

此选项从版本 2025R1 开始可用。启用“包括 DC 字段”后，用户无需再创建两个单独的模型并将它们链接在一起。

现在，直流和交流场都可以用一个模型求解，从而简化了建模过程。

 

 

下面比较了 4 种不同方法的模拟相对渗透率。

#1 和 #2 的结果非常接近，并且两个结果都是正确的。#3 和 #4 的结果不够准确，因为模型只考虑了交流场或直流场。

方法 #1：静磁求解器与涡流求解器链接

方法 #2：仅涡流求解器（包括直流场）

方法 #3：独立涡流求解器（不包括直流场）

方法 #4：独立静磁求解器