Maxwell与Simplorer实现无线电力传输系统设计与仿真

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。