[發明專利]內外環型非接觸變壓器

在審

• 申請號: 201310455988.6
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103578718A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 高濤;朱強;陳京誼;王學軍;李守峰;李誠;李侃;朱配清;張藝欣;張偉
• 申請（專利權）人: 航天科工慣性技術有限公司
• 主分類號: H01F30/16
• 分類號: H01F30/16;H01F27/24;H01F27/30
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明涉及一種適用非接觸供電系統中的原副邊可旋轉和高耦合系數的內外環型非接觸變壓器，屬于變壓器功率變換領域。

背景技術

非接觸供電根據互感器模型實現磁場耦合實現“無線供電”的一種電能傳輸方式，利用原副邊完全分離的非接觸變壓器，通過高頻磁場的耦合傳輸電能，使得能量傳遞過程中能量發射部分和能量拾取部分無物理連接。與傳統的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便，安全，無火花和觸電危險，在旋轉過程中無機械磨損，可適應各種惡略環境，在風力和太陽能發電，電視，顯示器，電動公交車等移動設備的供電場合。

在20世紀80年代，日本國家研究院與Yaskawa電氣公司聯合推出了非接觸式電能傳輸技術問題。經過多年努力，該技術在理論和實踐上獲得了重大突破。下面對國外的一些研究現狀簡要介紹：20世紀90年代，新西蘭奧克蘭大學以John?T.Boys教授為首的科研團隊在此領域做了較為深入的研究，對非接觸電能傳輸技術的原理和設計，以及軌道車輛非接觸供電和感應充電等應用方面進行了較為詳盡的分析。新西蘭奧克蘭大學所屬奇思公司基于該技術，成功的開發了兩個項目：一個是新西蘭惠靈頓大隧道的高速公路分道貓眼系統；另一個用于Rotorua國家地熱公園的30KW無接觸電動機車，現處于安全運行階段。

來自日本Kumamoto?Institute?of?Technology的工作人員對非接觸電能傳輸技術進行了大量相關的研究，已經在IEEE期刊及國際會議上發表了十余篇論文。日本打扮DAIFUKU公司的單軌行車和無電瓶自動貨運車，這些非接觸供電設備已成功地應用于物資運輸系統。

德國WAMPELER公司研制的200KW載人電動火車已經試車成功，在WAMPELER總部制造的實驗軌道是目前為止世界上最大的非接觸電能傳輸系統，總容量為150KW，軌道長度將近400m，氣隙寬度為120mm，車輛上安裝了6個能量接受繞組，每個繞組接受初級繞組輸出25KW。

美國通用汽車公司研制出的Magne-charge商用電動車感應耦合充電器WM7200，專門用于GM的EV1型電動車充電，感應耦合傳遞能量的頻率可以在80KHz到350KHz范圍內變動，感應耦合的效率達到了99.5％。

韓國Kyungpook?National?University的Byungcho?Choi等研究了手機非接觸充電裝置的設計與制作，通過采用印刷電路板上印制線圈來大大減小初、次級線圈的體積，從而使得系統的副邊拾取部分及整流充電電路部分可以全部內置于手機內部。

目前國內該領域的研究還處于起步階段，對該技術及裝置的研究還不夠，還沒有成熟的應用產品。隨著國內各界對研究非接觸電能傳輸技術的重要性和必要性越來越重視，相信我國在這方面很快就能取得較大發展。

近年來，中科院電工所和西安交通大學電力電子系也開始對該新型電能傳輸技術進行研究，并在國內雜志上發表了一些文章。主要對非接觸電能傳輸系統的可分離變壓器，系統穩定性及出現的非線性現象等理論和技術進行了大量分析。

重慶大學自動化學院非接觸電能傳輸技術課題組與2001年開始對國內外“非接觸式電能接入技術”相關基礎理論與實用技術進行密切跟蹤和研究，在理論和技術成果上有了較大的突破。

目前的非接觸供電系統產品普遍存在原邊電能發射部分和副邊電能拾取部分必須相對位置必須固定，在一些旋轉供電的場合就不能發揮它的作用，如何在原邊和副邊旋轉的狀態下，實現電能的傳輸并且保持高的偶合系數，同時盡量減小其體積重量成為旋轉非接觸變壓器設計的難點。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有非接觸變壓器存在的不可旋轉，耦合系數低的缺點，設計了一種有利于非接觸供電的可旋轉和高耦合系數非接觸變壓器。

本發明的內外環型非接觸變壓器，其結構主要由原邊磁芯，原邊繞組，副邊磁芯，副邊繞組組成，其中，所述原邊磁芯是內環，副邊磁芯是外環，原邊磁芯套在副邊磁芯里面，構成內外環型的結構，內環和外環之間的距離就是非接觸電能傳輸的氣隙，內環或外環在轉動的時侯，電能的傳輸不會受到任何影響。

本發明通過減小原副邊磁芯的氣隙、增加原副邊磁芯正對面積、環型平面繞組布置等方法，提高變壓器的耦合系數。

本發明的原邊繞組為順時針方向繞制，副邊繞組為逆時針繞制。在有效的感應區域內形成最大的閉合磁路。

所述的原邊的內環變壓器固定在內筒的安裝架上和副邊的外環變壓器固定在外筒的安裝架上是相互轉動的。