[發明專利]可聚磁的軌道式非接觸變壓器及原邊繞組排布方法

有效

• 申請號: 201210179397.6
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102693819A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 陳乾宏;侯佳;李明碩;任小永;阮新波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01F27/30
• 分類號: H01F27/30;H01F27/28;H01F27/24;H02J17/00;H02J7/00
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

本發明涉及一種適用于軌道式非接觸電能傳輸系統中的可聚磁的軌道式非接觸變壓器及原邊繞組排布方法，屬于變壓器或電能變換領域。

背景技術

發展電動汽車是世界公認的緩解能源危機和減少環境污染的有效方法。電動汽車供電可采用更換電池、接觸式充電以及非接觸供電。更換電池，即用充滿電的電池替換已經耗盡能量的電池，需要額外增加電池的費用且造成汽車的負重增加。接觸式充電，即將電動汽車與充電設備通過金屬接觸進行充電，充電時間長不適合連續行駛的場合。而非接觸供電，將變壓器原、副邊繞組分置于車外和車內，通過高頻磁場耦合傳輸電能。與其余兩種供電方式相比，非接觸供電便于實現行駛中充電和無人自動充電，在保證所需行駛里程的前提下，可通過頻繁充電來大幅減少汽車的動力電池容量，減輕車體重量，提高有效載重和能量的有效利用率。目前國內外對電動汽車的非接觸充電技術作了很多研究。

然而目前的采用非接觸供電的電動汽車變壓器普遍存在漏感大、耦合不好的缺點。副邊要輸出一定功率，低耦合的變壓器原邊就要流過較大的電流、建立較強的磁場，增加了變壓器損耗，影響系統效率。Sungwoo?Lee,?Jin?Huh,?“On-Line?Electric?Vehicle?using?Inductive?Power?Transfer?System”,?Energy?Conversion?Congress?and?Exposition?(ECCE),?2010?IEEE,?1598-1601和D.?Kacprzak,?G.?A.?Covic,?J.T.?Boys,?“An?Improved?magnetic?design?for?inductively?coupled?power?transfer?system?pickups”,?International?Power?Engineering?Conference,?Singapore,?2005:?1133-6以及Grant?A.?J.?Elliott,?Grant?A.?Covic,?Dories?Kacprzak,?et?al,?“A?new?concept:?asymmetrical?pick-ups?for?inductively?coupled?power?transfer?monorail?system”,?IEEE?Transactions?on?Magnetics,?2006,?42(10):?3389–3391等文章均為了提高軌道式非接觸變壓器的耦合能力，對軌道中的磁芯形狀作了一系列的優化設計。但采用磁芯以增強耦合不可避免地在磁芯邊緣存在散磁通以及漏磁通。而且以上文獻中所采用的原邊繞組均是沿一側軌道由始端伸展至末端，再沿另一側軌道由末端伸展至始端，形成閉合回路。此種繞組布置方式下，電流流向不變，有效磁感應區內磁場方向固定，磁通必須經過非有效磁感應區閉合，不可避免地帶來漏磁通很大的困擾。如何不通過改進磁芯而是通過改變繞組布置方式來提高軌道式非接觸變壓器的聚磁能力、減小變壓器的漏感是本發明設計的重點。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有的軌道式非接觸變壓器聚磁能力不強、漏感大的缺陷。通過改變繞組布置方式，設計一種有利于增強有效磁感應區內的磁場強度的可聚磁的軌道式非接觸變壓器。

本發明還提供一種軌道式非接觸變壓器的原邊繞組的排布方法。

本發明的可聚磁的軌道式非接觸變壓器，其結構主要由原邊繞組、原邊磁芯、副邊繞組、副邊磁芯組成，其中，原邊繞組的排布方法為從始端起向末端方向在一側軌道與另一側軌道之間交替向前排布，至末端后再按同樣方式折回始端形成閉合繞組。

此繞制方法相鄰兩個線圈單元內的電流流向很像阿拉伯數字8，故稱之為8字型繞組（如圖1、圖2、圖3均可視為8字形繞組）。此種繞制方法相鄰單元內的電流流向相反，產生的磁場方向相反，因而可以在有效感應區域內形成閉合回路。

所述原邊繞組沿兩側軌道交替排布形成若干個線圈單元，也可以說是形成若干格網形狀。線圈單元的形狀呈矩形、圓形、六邊形或不規則多邊形。原邊繞組中的基本單元形狀可不一致。但從抵消磁通的效果來看，原邊繞組中的基本單元形狀、大小一致效果最好。所以原邊繞組優選采用呈正多邊形或圓形的線圈單元排布。

所述變壓器的原邊磁芯、副邊磁芯可采用硅鋼片、鐵氧體、微晶、超微晶、坡莫合金等多種鐵磁材料，亦可采用空氣、陶瓷、塑料等非導磁材料。