[發(fā)明專利]一種高耦合系數(shù)和儲(chǔ)能密度的電感及其設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410213311.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN103996491A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李臻;于歆杰;馬山剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F17/04
• 分類號(hào): H01F17/04;H01F41/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種高耦合系數(shù)和儲(chǔ)能密度的電感設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、基于STRETCH?meat?grinder電路結(jié)構(gòu)，以空心平面螺旋線型線圈AFSSC做為電磁發(fā)射用的電感基本單元，進(jìn)而構(gòu)建出所述電路結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)電感L₁和L₂；

S2、分別給定兩個(gè)電感的電感值L₁和L₂及充放電電流I₁、I₂的情況下，編程優(yōu)化單片AFSSC的內(nèi)徑d、外徑D和匝數(shù)n三個(gè)參數(shù)；

S3、計(jì)算得到滿足給定電感值L₁和L₂的電感的最小體積、能量密度和L₁、L₂串聯(lián)后的電阻值。

2.如權(quán)利要求1所述的高耦合系數(shù)和儲(chǔ)能密度的電感設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述S2更具體包括：

A、分別給定兩個(gè)電感L₁、L₂的電感值L₁、L₂及充放電電流I₁、I₂，給定電流密度J、耦合系數(shù)k、匝間距d_turns、相鄰兩片AFSSC間的距離d_sheets；給定待優(yōu)化的AFSSC的內(nèi)直徑d、外直徑D以及匝數(shù)n的取值范圍，對(duì)于每組d、D、n，計(jì)算對(duì)應(yīng)的AFSSC的匝寬w、高度h；

B、利用A中的d、D、n、d_turns、d_sheets、h等參數(shù)計(jì)算單片AFSSC的電感L_single和兩片之間的互感，將多片AFSSC串聯(lián)成基本模塊1，AFSSC串聯(lián)的次數(shù)由L₁與L₂的比值的平方根決定；將多片AFSSC并聯(lián)成基本模塊2，AFSSC并聯(lián)的次數(shù)由充放電電流I₁、I₂的比值決定；

C、計(jì)算各組基本模塊1、基本模塊2的電感值，將電感值大于給定的L₁、L₂電感值的排除，將電感值不大于給定L₁、L₂電感值的各組選出；

D、對(duì)應(yīng)選出各組AFSSC分別通過(guò)在基本模塊1和基本模塊2上串聯(lián)1個(gè)或多個(gè)基本模塊1和基本模塊2，直到電感值分別達(dá)到給定的L₁、L₂；

E、根據(jù)給定取值范圍內(nèi)各組AFSSC的內(nèi)直徑d、外直徑D以及匝數(shù)n分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的體積，從中選出具有最小體積一組，并記錄該組AFSSC的內(nèi)直徑d、外直徑D以及匝數(shù)n。

3.如權(quán)利要求2所述的高耦合系數(shù)和儲(chǔ)能密度的電感設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟E中，所述AFSSC的體積計(jì)算方法包括以下具體步驟：

根據(jù)所述選出各組AFSSC的內(nèi)直徑d、外直徑D、匝數(shù)n以及匝間距d_turns，確定匝寬w，給定2-A中充電電流I的情況下，取一個(gè)電流密度J，計(jì)算出每匝線圈的截面積，進(jìn)而計(jì)算出AFSSC單層厚度h，通過(guò)單層厚度h和相鄰兩片AFSSC間的距離d_sheets計(jì)算出電感的高度h_total，根據(jù)該高度結(jié)合外直徑D計(jì)算電感的體積。

4.如權(quán)利要求1所述的高耦合系數(shù)和儲(chǔ)能密度的電感設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟S3中，所述電阻值的計(jì)算方法包括以下具體步驟：

A、計(jì)算螺旋線的總長(zhǎng)度，用(0，d/2)和(2nπ，D/2)兩個(gè)點(diǎn)確定出螺旋線的極坐標(biāo)方程r＝aθ+b中的a和b，對(duì)極坐標(biāo)方程進(jìn)行積分求出螺旋線的長(zhǎng)度l；

B、用電阻的計(jì)算公式算出單個(gè)線圈的電阻R_single，其中S為導(dǎo)線橫截面積，ρ_r為電阻率；

C、計(jì)算整個(gè)電感中所用線圈的串并聯(lián)個(gè)數(shù)，進(jìn)而得到總電阻R_total。