无线充电的电磁-热分析

分类: 解析 | 综合版 2026-04-06

理论与物理

🎓

非接触供电线圈的效率与温升。谐振型/非谐振型。



🧑‍🎓

老师的解释很清楚!关于非接触供电线圈效率的困惑都解开了。


控制方程




$$ P=\omega M I_1 I_2 \sin\phi $$
$$ T_{coil}=T_a+P_{loss}\cdot R_{th} $$




离散化方法

🧑‍🎓

这个方程,在计算机上具体是怎么求解的呢?


🎓

使用有限元法(FEM)进行空间离散化。组装单元刚度矩阵,构建整体刚度方程。


🎓

进行弱形式(变分形式)转换,使用试验函数和形函数,采用基于Galerkin法的公式化。单元类型的选择(低阶单元 vs. 高阶单元完全积分 vs. 减缩积分)直接关系到解的精度与计算成本的权衡。




矩阵求解算法

🧑‍🎓

矩阵求解算法,具体指的是什么呢?


🎓

通过直接法(LU分解Cholesky分解)或迭代法(CG法GMRES法)求解联立方程。对于大规模问题,带预处理的迭代法非常有效。



解法分类内存使用量适用规模
LU分解直接法O(n²)小~中规模
Cholesky分解直接法(对称正定)O(n²)小~中规模
PCG法迭代法O(n)大规模
GMRES法迭代法O(n·m)大规模·非对称
AMG预处理前处理O(n)超大规模
🧑‍🎓

也就是说在有限元法这部分偷懒的话,后面会吃苦头对吧。我铭记在心!


商用工具中的实现

🧑‍🎓

那么,要进行无线充电的电磁-热分析,可以用哪些软件呢?


工具名开发商/现状主要文件格式
JMAG-DesignerJSOL Corporation.jmag, .jproj
Ansys MaxwellAnsys Inc..aedt, .maxwell
COMSOL MultiphysicsCOMSOL AB.mph
Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural)Ansys Inc..cdb, .rst, .db, .ans, .mac

供应商的谱系与产品整合历程

🧑‍🎓

各个软件的诞生过程,是不是还挺有戏剧性的?



JMAG-Designer

🧑‍🎓

JMAG具体是指什么呢?


🎓

日本JSOL Corporation开发。专为电气设备设计优化的电磁场分析工具。

当前所属: JSOL Corporation



Ansys Maxwell

🧑‍🎓

请介绍一下「Ansys Maxwell」!


🎓

Ansoft Maxwell。低频电磁场分析。2008年并入Ansys。

当前所属: Ansys Inc.


🧑‍🎓

听到这里,终于明白为什么日本的产品重要了!



COMSOL Multiphysics

🧑‍🎓

请介绍一下「COMSOL Multiphysics」!


🎓

1986年成立于瑞典。最初作为与MATLAB联动的FEMLAB开始,后更名为COMSOL。在多物理场方面有优势。

当前所属: COMSOL AB



文件格式与互操作性

🧑‍🎓

在不同软件之间传递数据时,有什么注意事项吗?


格式扩展名类型概要
STEP.stp/.step中性CAD符合ISO 10303的3D CAD数据交换格式。支持几何+PMI。
IGES.igs/.iges中性CAD早期的CAD数据交换标准。曲面数据的兼容性存在问题。正逐步向STEP迁移。
🎓

在不同求解器之间转换模型时,需要注意单元类型的对应关系、材料模型的兼容性、载荷与边界条件的表达差异。特别是高阶单元和特殊单元(如粘聚单元、用户自定义单元等),在求解器之间往往无法直接转换。


🧑‍🎓

原来如此…格式看起来简单,实际上内涵很深呢。


实务注意事项

🧑‍🎓

有没有那种教科书上没有的“现场智慧”呢?


🎓

网格收敛性的确认、边界条件的合理性验证、材料参数的灵敏度分析都非常重要。


🎓
  • 网格依赖性验证: 至少用3个级别的网格密度确认收敛性
  • 边界条件合理性: 设定物理上有意义的约束条件
  • 结果验证: 与理论解、实验数据、已知基准问题进行对比



  • 🎓

    嗯,状态不错嘛!亲自动手实践是最好的学习方式。有不明白的地方随时可以问我。


    Coffee Break 闲谈

    尼古拉·特斯拉梦想的无线输电——100年后实现的无线充电物理

    関連シミュレーター

    この分野のインタラクティブシミュレーターで理論を体感しよう

    シミュレーター一覧

    関連する分野

    この記事の評価
    ご回答ありがとうございます!
    参考に
    なった
    もっと
    詳しく
    誤りを
    報告
    参考になった
    0
    もっと詳しく
    0
    誤りを報告
    0
    Written by NovaSolver Contributors
    Anonymous Engineers & AI — サイトマップ