本文档探讨了无线电力传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术,特别是利用Maxwell和Simplorer这两个仿真软件进行设计与分析的方法。无线电力供应系统主要应用于电动汽车(Electric Vehicle, EV)的充电场景,其中涉及的传输类型包括感应式(Inductive type),能够支持从低功率(约15瓦)到大功率(如50千瓦)的传输。
研究中,通过Maxwell模拟器,研究人员Zed Zhangjun Tang、Mark Christini和Takahiro Koga专注于设计一个20千瓦的无线供电系统,工作电压为400伏特(V)和20千赫兹(kHz)。系统的关键组件包括初级线圈(Primary Coil)、次级线圈(Secondary Coil)、磁芯(Magnetic Core)、以及电缆(Cable)和电容器(Capacitor)等。磁芯采用FDK6H40材料,具有高磁导率(Bs=0.53特斯拉,μi=2400)以增强磁场性能。线圈使用Litz wire,即一种特殊的多股细导线,具有高导电性(5.8×10^7 S/m)和并联的384个薄层绕组,以减少电阻和提高效率。
在设计过程中,Maxwell被用于电磁组件建模(Electromagnetic Components)、磁场分析(Magnetics)、以及Q3D和Parasitics等子模块,以精确计算和优化系统的性能参数。为了简化模型并加快仿真速度,还采用了模式降阶(Model Order Reduction)技术,同时结合了Co-simulation方法,实现了电磁场求解(Field Solution)和多物理仿真(Mechanical, Thermal, and Stress Analysis)。
Simplorer则用于电机设计(Motor Design)和系统设计(System Design),例如计算增益(GAIN)、电流(IA, IB, IC)、扭矩以及D2D(Direct-to-Direct)通信的实现。此外,软件还提供了图形化界面(Geometry and Schematic),使得设计过程更加直观易懂。
通过这些工具,研究人员能够细致地评估不同距离下的传输效率(Transfer Distance)和功率损耗,确保无线电力传输系统的稳定性和高效性。这项研究对于推动电动汽车无线充电技术的发展具有重要意义,展示了Maxwell和Simplorer在无线电源传输系统设计中的实际应用价值。