智能设备无线充电优化创新—探索Maxwell无线充电电磁仿真专题技术

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导读：大家好，我是电磁安，仿真秀专栏作者，现从事低频电磁场仿真研究，有10年电磁场有限元仿真经验，从事Ansys 低频电磁相关工作10年以上，主要负责软件售前、售后培训及日常技术服务。精通Ansys Maxwell、RMxprt、Solidworks、Matlab软件，熟练掌握变压器、电磁阀、无线充电、直线电机、盘式电机、开关磁阻电机、永磁同步电机和三相感应电机的设计、结构优化和电磁场仿真验证。也对磁热双向耦合仿真和磁力双向耦合仿真多场耦合方面有深入研究。即日起，我在仿真秀为大家提供ansys maxwell原创视频课程、培训和技术咨询等服务。

随着科技的不断进步，无线充电技术正逐渐成为人们生活中的一部分。但是，你是否对无线充电背后的电磁原理感到好奇呢？今天，我们就来揭开无线充电的神秘面纱，通过电磁仿真教程，让你更加深入了解这一创新技术的工作原理。本文将带你深入探索无线充电电磁仿真的奥秘，让你了解其仿真方法。无论你是工程师、学生还是对科技感兴趣的读者，都能从本文中获得有益的知识。

众说周知，无线充电相当于大间隙的变压器，根据充电原理不同，可分为磁耦合谐振式无线充电和感应式无线充电。根据结构不同，又可分为双线圈和多线圈无线充电，带屏蔽和不带屏蔽层无线充电，几乎没有课程基础的线圈，屏蔽铁氧体和铝板的建模的建模过程，也没有讲解与simploer耦合过程。另一方面，在自媒体时代，仿真领域也涌现了大量教学视频，但鲜有无线充电全面系列的讲解视频。  

本文是笔者围绕无线充电从入门到高级展开，该课程收录于仿真秀官网-电磁安创作的无线充电系列：《无线充电实例详解》。

一、电磁场理论简介

电磁场理论是理解无线充电技术的基础。电磁场是由电荷所产生的，是一种在空间中传播的力。在无线充电中，发射端产生的电磁场会传输到接收端，从而实现能量传输。通过电磁仿真软件，我们可以模拟不同频率、功率下的电磁场分布，帮助优化无线充电系统的设计。

二、Ansys maxwell电磁仿真软件介绍

在进行无线充电系统设计时，电磁仿真软件是必不可少的工具。例如，COMSOL Multiphysics、Ansys Maxwell等软件可以帮助工程师模拟电磁场分布、能量损耗等情况，从而指导无线充电系统的优化设计。这些软件不仅可以提高工作效率，还可以减少实际试验的时间和成本。下面主要介绍Ansys Maxwell仿真无线充电的三个阶段。

第一阶段：基础仿真

1.1 无线充电线圈建模

学会建立线圈1：1模型，铁氧体模型，屏蔽铝板模型。  

1.2 计算线圈间自感和互感，以及耦合系数

下图为间距和水平偏移条件下两线圈之间的耦合系数3D图。

1.3 模型简化

对于无线充电，大部分都是3D仿真，匝数少的情况下，一般电脑还可以进行仿真，但随着匝数的增加，对电脑要求越来越高，至少需要工作站起步，计算时间越长，少则一天，多则一周左右。对于瞬态仿真和涡流场坊镇，可以先用静磁场计算出线圈的电阻值，自感值，互感值和耦合系数。然后根据线圈实际尺寸，构建简化模型。如下图所示，线圈简化过程。

第二阶段：进阶仿真

2.1 用Maxwell涡流场仿真无线充电

涡流场下仿真间距变化下的磁场分布，电感分布，欧姆损耗和铁心损耗分布图，如下图所示。

涡流场下仿真频率变化下的磁场分布，电感分布，欧姆损耗和铁心损耗分布图，如下图所示。

2.2 用Simploer仿真无线充电

构建simploer外电路，完成simploer和maxwell之间偶和仿真，简单的simploer外电路如下图所示。

复杂的simploer外电路如下图所示，

2.3 参数化时域和频率分析无线充电

通过上述复杂外电路，仿真带屏蔽版的无线充电双线圈的得到的发射接收的功率曲线和电流曲线。

频域的结果如下，扫频情况下，涡流场增益，通过下图突变点，找出目前线圈参数下，谐振频率。即通过扫频得到线圈资额真频率。

第三阶段：高级仿真

3.1 线圈间距和偏移距离优化

通过间距和左右偏移，得出无线充电效率的3D图。

3.2 温度双向耦合

通过ansys EM中icepak双向耦合，观察双侠耦合前后，线圈的温度变化。

三、未来发展趋势与应用前景

随着无线充电技术的不断发展，电磁仿真在这一领域的应用也将日益广泛。未来，随着5G、物联网等技术的普及，无线充电将成为各种智能设备的标配，而电磁仿真将在无线充电系统的优化和创新中发挥重要作用。因此，掌握无线充电电磁仿真技术将成为工程师们的必备技能，也将为科技发展带来更多可能。例如，汽车，手机，无人机和未来的太空卫星和飞船之间无线充电等。

四、电磁安-无线充电电磁仿真实例课程学习路线

4.1 《Maxwell实战案例13—无线充电-电磁仿真专题技术》

课程简介：

本课程主要包含无线充电概述，无线充电静磁场、电涡流场、瞬态场仿真分析以及无线充电与simploer耦合仿真。用户可以掌握线圈模型建模方法，材料、激励、边界条件、设置、谐振频率下线圈耦合系数计算、Ansys Simploer电路绘制过程和各电气元件设置及仿真结果分析等。

课程可随时回放，可开具发票

讲师提供vip群知识圈答疑和模型下载

 

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4.2 《Maxwell实战案例-39 无线充电带屏蔽电磁场仿真》

课程简介：

本教程介绍无线充电带铁氧体和屏蔽板的三维建模过程以及耦合系数分析、功率分析和效率分析，最后讲解模型与Simploer耦合分析。

仿真包括涡流场求解内容如下：

1）涡流场分析1—参数化线圈间距和线圈偏移，得到耦合系数分布图

2）涡流场分析2—参数化上板左右和前后偏移，不同位置下功率和效率三维分布图

3）铁氧体厚度优化分析

4）瞬态场分析—瞬态分析设置、Simploer外电路建模与瞬态场耦合分析

课程可随时回放，可开具发票

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4.3 《Maxwell高级进阶案例6—无线充电高级仿真》

课程简介：

本课程主要包含计算线圈间自感和互感，以及耦合系数、线圈可简化成圆饼形状，降低计算时间、线圈空间位置变化对自感、互感和耦合系数的影响、如果不知道线圈的工作频率，可通过扫频实现、扫频仿真、无线充电进阶仿真、用传统外电路仿真无线充电、用Simploer仿真无线充电、参数化时域和频率分析无线充电、无线充电磁热耦合仿真、线圈间距和偏移距离优化—效率图、温度双向耦合等。

课程纲要：

（一）无线充电基础仿真；

1.1 计算线圈间自感和互感，以及耦合系数；

1.2 线圈可简化成圆饼形状，降低计算时间；

1.3 线圈空间位置变化对自感、互感和耦合系数的影响；

1.4 如果不知道线圈的工作频率，可通过扫频实现；

1.5 扫频仿真；

（二）无线充电进阶仿真；

2.1 用传统外电路仿真无线充电；

2.2 用Simploer仿真无线充电；

2.3 参数化时域和频率分析无线充电；

（三）无线充电磁热耦合仿真；

3.1 线圈间距和偏移距离优化—效率图；

3.2 温度双向耦合；

课程可随时回放，可开具发票

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（完）

来源：仿真秀App