Ansys Maxwell：Qi 无线充电组件

Qi 无线充电采用感应充电技术，无需物理连接器或电缆，即可将电力从充电站传输到兼容设备。由 WPC 管理的 Qi 标准确保了不同无线充电产品之间的互操作性。以下是 Qi v1.3 标准的核心功能：

Qi v1.3 标准的主要特点

• 身份验证：确保充电设备和接收器在传输电力之前进行通信以确认兼容性和安全性。
• 合规性测试增强：通过简化测试流程来降低开发成本，确保产品满足高可靠性和安全性标准。
• 先进的异物检测 (FOD)：当检测到充电器和设备之间有金属物体时，可阻止电力传输，从而降低过热或损坏的风险，提高安全性。

Ansys 在 Qi 无线充电中的作用

Ansys Maxwell 是一款功能强大的仿真工具，可用于设计和分析电磁和机电设备。对于 Qi 无线充电系统，Maxwell 可以模拟充电线圈的电磁行为，预测不同设计的热和结构影响，并优化系统以实现最高效率和安全性。然后，您可以将 Ansys Maxwell 的 EM 分析（包括线圈中的 EM 损耗（固体损耗、绞合线绕组损耗等）、磁芯（磁滞损耗）、屏蔽和永磁体（感应涡流损耗））集成到 Ansys Icepak 中，以分析热性能。

模拟能力：

• 电磁场模拟：Maxwell 的有限元方法 (FEM) 精确模拟 Qi 充电线圈产生的电磁场，从而实现精确的设计和优化。
• 热分析：与 Ansys Icepak 集成可以深入了解系统内的热挑战，帮助设计人员最大限度地减少与热相关的问题并确保可靠运行。
• 系统效率优化：使用降阶模型（ROM）预测各种条件下的系统性能，提高设计质量和效率。
  
   

在 ANSYS Maxwell 中仿真 Qi 无线充电

第 1 步：访问 Qi 无线电力传输系统库

• 导航组件库：

  • 通过导航到 来启用查看。View > Component Libraries
  • 在 Component Libraries （元器件库） 树中，找到 Qi Wireless Power Transfer System 模型。
  • 将所选模型直接拖放到 Modeler 窗口中。

 

• 使用 3D 零部件库浏览器：

  • 转到 以打开组件对话框。Draw > 3D Component Library > Browse...
  • 单击以查看可用的库并选择 Qi 无线电力传输系统型号。SysLib
  • 通过选择每个组件来查看它们的详细图像和描述。

第 2 步：设置仿真模型

• 插入组件：

  • 双击 Component Libraries 窗口中的模型，或在 Browse 对话框中单击以查看 Insert 3D Component 对话框。Open
  • 检查 、 和 选项卡以了解所选组件的规格和要求。ParametersImageInfo

• 编辑组件：

  • 要自定义组件，请将其设计文件从目录复制到 or 目录。SysLibPersonalLibUserLib
  • 从您的个人库中打开复制的文件并进行必要的编辑。

 

 

 

 

此外，Qi 无线电力传输系统库可通过 Draw > 3D Component Library > Browse...（浏览...）打开 Browse 3D Component 对话框进行访问。从那里，选择 SysLib 以查看您的安装中可用的库。

 

 

 

 

在此库中，您可以浏览 Qi 无线电力传输系统型号并从可用的组件中进行选择。选择组件文件后，您将能够查看与该组件关联的 Image 和 Info。

                                         

 

 

第 3 步：配置模拟

• 网格划分和材料选择：
  • 应用 Maxwell 的自动自适应网格划分，在线圈周围生成高质量的网格，确保准确的电磁场计算。
  • 为线圈选择合适的磁性材料，并选择与操作条件相匹配的热特性。
     

                               

 

 

 

 

初始网格 vs 自适应网格

第 4 步：运行和分析仿真

• 初始电磁分析：
  • 执行仿真以可视化磁场分布并识别潜在的错位或效率低下的情况。
• 集成热分析：
  • 在 Maxwell 中使用 Ansys Icepak 进行热分析，评估温度曲线并确保器件在安全的热限制内运行。
     

 

                     

温度分布

 

Winding Ohmic Loss

第 5 步：优化设计

• 利用优化工具：
  • 创建降阶模型，以探索设计敏感性、优化参数，并通过电路仿真提高整体系统性能。
     

 

 

输入阻抗的波特图

使用 Ansys optiSLang 和 Ansys Icepak 进行进一步分析和优化

在 Ansys Maxwell 中完成初始电磁和热分析后，下一步涉及使用 Ansys optiSLang 和 Ansys Icepak 增强设计和性能预测。这些工具分别提供了对设计变量和热性能的深入见解，从而能够更全面地优化 Qi 无线充电系统。

结论

使用 ANSYS Maxwell 仿真 Qi 无线充电系统为设计人员提供了精确创新和优化的工具。通过遵循上述详细步骤，工程师可以开发更安全、更高效的无线充电解决方案，并符合最新的 Qi 标准。Qi v1.3 增强功能专注于提高安全性和用户体验，使其成为未来无线充电技术的重大升级