空心线圈电感的计算与实验分析

空心线圈电感计算问题

第15卷第2期2008年4月

工

JournalofEngineeringDesign

程设计学报

Vol.15No.2Apr.2008

空心线圈电感的计算与实验分析

刘修泉,曾昭瑞,黄　平

(华南理工大学机械工程学院,广东广州510640)

摘　要:介绍了体内微机电系统空心线圈电感的计算,主要对非同轴的线圈互感计算进行详细研究,分析了初次级线圈主要几何参数如轴向和径向距离、夹角、线圈半径等对互感的影响.计算结果表明:轴向距离和径向距离增大,互感均减小,但轴向距离对互感的影响要大得多;夹角越大,互感减小,夹角为90°时,互感几乎为0;当线圈半径变化时,互感有个最大值.同时给出一种三轴移动测试平台,可以快捷精确地调节线圈间的轴向径向距离和夹角,在此基础上建立了互感测试系统,测试结果与计算值是相符合的.关键词:非同轴;空心线圈;电感

中图分类号:TH39;TM551　　　　文献表识码:A　　　　:1006202Numericalandof,ZENGZhao2rui,HUANGPing

(,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)

Abstract:ThecorelesscoilinductancecalculationofMEMSinhumanbodywasproposed,focu2singonthemutualinductanceofnon2coaxialcoils.Theeffectsonthemutualinductanceduetomaingeometricparameters,suchasgap,obliquityandradius,wereanalyzed.Thenumericalre2sultsindicatethatmutualinductancedecreaseswiththeincreaseofaxialandradialgapsandtheinfluenceofaxialgaponmutualinductanceismuchbiggerthantheradialone;withtheincreaseofobliquity,mutualinductancedecreases,andwhenobliquityangleisequalto90°,itisnearlyzero;whencoilradiusvaries,mutualinductancehasamaximum.Furthermore,atri2axialmov2ingplatformisputforwardinwhichgapandobliquitycanbeadjustedeasilyandaccurately.Onthebasisoftheabove,amutualinductancemeasuringsystemisestablished,andthetestingre2sultsareconsistentwiththecalculation.Keywords:non2coaxial;corelesscoil;inductance

　　随着微机电技术的发展,微创和无创诊疗技术开始成为一种新的治疗方式,体内微机电系统应运而生,用于胃肠道图像取样的胶囊内窥镜最先研制成功,如以色列Given2Imagine公司研制的M2A型胶囊式内窥镜已被用到胃肠道检测中[1].但是上述类型内窥镜均采用微型电池供电能,存在一些问题,比如供能时间有限及安全性等.为了弥补传统供电方式不足,提出了一种新型的安全能量供给方法:体外无线能量传输技术.该技术是以电磁感应技术为基础,初次级线圈是可分离的,初级线圈在体外,次级线圈在体内,经皮肤进行能量传输,因为微机电系统可能在体内运动,那么次级线圈也随着运动,初次级线圈相对位置不断变动,轴向距离、径向距离及两者之间的夹角都不断变化,这样互感也相应地频繁改变,系统的能量传输效率也会受到影响.为了提高能量传输效率,需要采取多种措施,前提是要准确地计算初次级线圈的电感,包括自感和互感.对于线圈自感和同轴平行的空心线圈的互感计算,在已有的很多文献中可以查到[223],对于非同轴线圈的互感计算,也已有学者对此作了研究[426],但是对于任意空间位置的两线圈互感计算还需要进一步深入地探讨

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