[實用新型]繞組混合繞制的非接觸變壓器

有效

• 申請號: 201320569518.8
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN203588822U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 陳乾宏;侯佳;孫枕戈;阮新波;田鋒;周建平;羅勇;趙勇;劉俊強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H01F27/30
• 分類號: H01F27/30;H01F27/24;H01F27/36
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本實用新型涉及一種適用于非接觸電能傳輸系統中的高耦合系數、小尺寸的繞組混合繞制的非接觸變壓器，屬于變壓器或電能變換領域。

背景技術

非接觸供電是基于磁場耦合實現“無線供電”的新型電能傳輸模式，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供電側和用電側無物理連接。與傳統的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無火花及觸電危險，無積塵和接觸損耗，無機械磨損和相應的維護問題，可適應多種惡劣天氣和環境，便于實現自動供電。非接觸供電技術因其特有的惡劣環境適應性、高安全性、少維護和方便性，在手機、機器人、人體植入設備、電動汽車等移動設備的供電場合，在油田、礦井、水下供電等環境惡劣或者易燃易爆場合均已得到了應用。

目前的非接觸供電系統產品普遍存在低效率的缺點，以日本精工—愛普生公司、東光公司生產的非接觸手機充電器產品為例，其變換效率低于40%。G.?B.?Joung?and?B.?H.?Cho,?“An?energy?transmission?system?for?an?arti?cial?heart?using?leakage?inductance?compensation?of?transcutaneous?transformer”,?IEEE?Transactions?on?Power?Electronics,?vol.13,?no.6,?pp.1013-1022,?November?1998所研究的60W人工心臟用非接觸電源，在氣隙為10mm時變換器最高效率為78%。針對非接觸供電系統低效率的原因，Chun-Hung?Hu?Ching-Mu?Chen?Ying-Shing?Shiao?Tung-Jung?Chan?Tsair-Rong?Chen,?“Development?of?a?Universal?Contactless?Charger?for?Handheld?Devices”,?2008?IEEE，IEEE?International?Symposium?on?Industrial?Electronics,?99-104等文章均明確指出，要提高系統效率，不僅要采用合理的諧振變換器對變壓器的大漏感、小激磁電感進行補償，還必須盡量提高變壓器的耦合系數。Qianhong?Chen,?Siu?Chung?Wong,?Chi?K.?Tse,?Xinbo?Ruan,“Analysis,?Design?and?Control?of?a?Transcutaneous?Power?Regulator?for?Artificial?Hearts”,IEEE?Transactions?on?Biomedical?Circuits?and?Systems,?2009,?3(1):23-31的損耗測試和分析結果表明：滿載情況下，變壓器的損耗占到變換器損耗的70%以上。由此可見，提高非接觸變壓器的耦合系數是提高非接觸變換器效率的關鍵。

為了獲得高耦合系數同時減小變壓器體積重量，專利“邊沿擴展型高耦合系數非接觸變壓器，CN200910032016.X”發明了一種邊沿擴展型高耦合系數非接觸變壓器，通過提高磁芯正對面積來提高全耦合磁通所占比例從而提高非接觸變壓器的耦合系數。但是這種非接觸變壓器的繞組全部采用平面繞制方式，變壓器的體積尤其是變壓器所占用的面積較大。Nagatsuka?Y,?Ehara?N,?Kaneko?Y,?Abe?S,?Yasuda?T,?“Compact?contactless?power?transfer?system?for?electric?vehicles”,?IEEE?IPEC,?2010:?807-813提出的非接觸變壓器磁芯采用平面I型磁芯，繞組變為圍繞磁柱垂直繞制的繞組，來減小變壓器所占用的面積，在當長度與氣隙比為6.6(長度330mm，氣隙50mm)時耦合系數為0.48。如何提高非接觸變壓器的耦合系數，同時盡量減小其尺寸重量成為非接觸變壓器設計的難點。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服上述現有非接觸變壓器存在變壓器占用面積大、耦合系數低、磁芯重量重的缺陷，提供有利于非接觸供電系統的小型化、輕量化使用的繞組混合繞制的非接觸變壓器。

本實用新型的繞組混合繞制的非接觸變壓器，包括原邊磁芯、原邊繞組、副邊磁芯、副邊繞組、變壓器屏蔽部分，其特征在于所述原邊繞組或/和副邊繞組由圍繞磁芯邊柱水平繞制的線圈和圍繞磁芯頂柱垂直繞制的線圈按照正向耦合順向串聯而成；變壓器屏蔽部分布置在變壓器的磁芯外側。