【Ansys Maxwell】無線電力傳輸模擬

透過 Maxwell 3D 模型與 Simplorer 電路模型進行無線電力傳輸模擬。

 

在Maxwell 3D模型匯入已建立的兩側線圈、鐵芯、屏蔽片,並創建空氣區域,其空氣區域範圍建議值約為模型最大尺寸的3~5倍。
Draw > Box


設定阻抗邊界條件,當導體的集膚深度遠小於其厚度時,可使用阻抗邊界條件,可無須設定密集的集膚網格就能補捉導體內部磁場及計算表面損耗,並能減少模型尺寸及網格數量。
Maxwell 3D > Boundaries > Assign > Impedance…


於線圈設定中創建外部激勵電路,並在Maxwell Circuit中建立諧振電路元件。
RMB Excitations > External Circuit > Edit External Circuit
若為頻率響應分析時,只須設定 Vsin 的幅值,頻率則在Maxwell 3D中設定。


匯出外部電路,並於設計專案中指定外部電路
RMB Maxwell Circuit > Export Netlist
RMB Excitations > External Circuit > Edit External Circuit


設定矩陣計算於線圈,可觀看兩側線圈的電阻R、電感L、以及感應耦合係數
Maxwell 3D > Parameters> Assign > Matrix


設定頻率響應計算的頻率解析度及範圍,並可針對局部頻率範圍進行較細解析度計算設定
RMB Analysis > Add Solution Setup


觀看兩側線圈的電阻R、電感L、感應耦合係數,並從耦合係數判斷兩側線圈感應狀況是否良好
Maxwell 3D > Results > Solution Data > Matrix


於輸出變數中定義輸入阻抗計算式,並觀看輸入阻抗結果(大約150kHz時最低),
觀察兩側線圈150kHz時的磁通密度分布、磁場向量分布,
RMB Result > Output Variables
Results > Create EddyCurrentReport > Rectangular Plot


擷取計算集成參數,並將參數值代入至Simplorer等效電路中,
複製一個僅有Maxwell模型的設計專案,並將兩側線圈激勵源電流設置為1A,相位差90deg,
而因Maxwell中的線圈為整塊的簡化導體,所以須將線圈設定為高導體,即原有導電率1000倍,
並計算其矩陣參數電阻R、電感L、感應耦合係數k,
其中R1ac、R2ac、L1、L2、M12分別代表線圈一次側與二次側的電阻、自感、互感。


建立Simplorer電路,並將計算得到的矩陣參數值R1ac、R2ac、L1、L2、M12、k代入電路中,並分別加入TR、AC分析設定

Project > Insert Simplorer Design,或點擊  Simplorer 按鈕
Twin Builder > Solution Setup > Add Transient
Twin Builder > Solution Setup > Add AC


計算Simplorer電路,並觀看一次側、二次側的暫態電壓及電流結果,交流阻抗結果
Simplorer Circuit > Results > Create Standard Report > Rectangular Plot