[實用新型]一種非接觸變壓器

有效

• 申請號: 201520114713.0
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN204464016U
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 陳乾宏;柯光潔;徐立剛;任小永
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/30;H01F27/24;H01F27/36;H01F30/06
• 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

本發明涉及非接觸供電技術，具體涉及一種副邊繞組附加兩段或多段輔助繞組，與副邊主繞組組合輸出的非接觸變壓器。

背景技術

非接觸供電利用磁場耦合實現“無線供電”，即采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，使得在能量傳遞過程中原邊(供電側)和副邊(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，具有良好的應用前景。

盡管非接觸供電技術使用方便、優點突出，但是，其相比于緊耦合變壓器存在的低耦合、大漏感的缺點卻降低了系統效率，同時也制約了非接觸供電技術的推廣和應用。有關損耗測試和分析結果表明：滿載情況下，變壓器的損耗占到系統總損耗的70％以上。而現有技術中明確指出，要提高變壓器的傳輸效率，須盡量提高變壓器的耦合系數。由此可見，提高非接觸變壓器的耦合系數是提高非接觸系統效率的關鍵。

為了獲得高耦合系數，目前，多采用平面化的非接觸變壓器結構，通過增大變壓器的正對面積，從而保證大氣隙時非接觸變壓器原副邊耦合磁路的磁阻不會過大，盡可能地提高了非接觸變壓器的耦合系數。目前已有非接觸變壓器原副邊繞組的磁通耦合特性是在原副邊磁芯完全正對時，耦合磁通最多，耦合系數最大，系統的功率傳輸能力和效率特性通常也最佳。隨著原副邊磁芯錯位程度的加深，經原邊閉合的漏磁通對應的磁路磁阻特性變化不大，但原副邊耦合的磁通部分所對應磁路的磁阻特性則因磁通路徑的延長和有效導磁面積的顯著?減小而明顯增大，導致耦合系數減小明顯。為了解決這一問題，韓國S.Lee,J.Huh,C.Park,N.-S.Choi,G.-H.Cho?and?C.-T.Rim,On-Line?Electric?Vehicle?using?inductive?power?transfer?system,in?IEEE?Energy?Conversion?Congress?and?Exposition(ECCE),2010,pp.1598-1601結合軌道式非接觸供電應用，對原邊和副邊的磁芯形狀進行優化，提出了魚骨式的磁芯結構，大大減小原邊激勵側的磁芯面積，使得氣隙變化、錯位時，導磁面積變化不明顯，改善非接觸變壓器耦合系數對氣隙變化和錯位的敏感度；G.A.Covic,J.T.Boys,M.L.G.Kissin?and?H.G.Lu,A?Three-Phase?Inductive?Power?Transfer?System?for?Roadway-Powered?Vehicles,IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics,vol.54,no.6,pp.3370–3378結合軌道式非接觸供電應用，提出了三相原邊繞組激勵的方式，減小磁場分布沿軌道寬度橫向方向分布的變化，減小對橫向偏移的敏感；南京航空航天大學，中興新能源汽車有限責任公司，陳乾宏，侯佳等提出的“一種非接觸變壓器，CN104319076”專利提出了一種不對稱的磁芯結構，通過副邊磁芯橫向面積的增大，減小了非接觸變壓器耦合系數的錯位敏感度。

對于現有的原邊繞組分段繞制、耦合磁通方向變化的非接觸變壓器結構，錯位還可能使得副邊繞組耦合到的進、出的磁通完全抵消，進而使得耦合系數幾乎為零，非接觸變壓器喪失功率傳輸能力。前面給出的幾種改善耦合系數錯位能力的非接觸變壓器結構對此無效。奧克蘭Mickel?Budhia,JohnT.Boys,GrantA.Covic?and?Chang-YuHuang,Development?of?a?Single-Sided?Flux?Magnetic?Coupler?for?Electric?Vehicle?IPT?Charging?SystemsIEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics,vol.60,no.1,January?2013提出在非接觸變壓器副邊兩繞組(被簡稱DD繞組)中間疊加與副邊繞組重疊的第三繞組(被簡稱Q繞組)，減小次級輸出功率的橫向錯位敏感度，較好地解決了錯位時處于“進、出磁通完全抵消”的“感應盲點”而影響功率傳輸能力的問題。然而這種變壓器結構雖然對于橫向或縱向錯位都不敏感，但是當發生角向錯位，如原副邊繞組的軸線垂直，發生90度角向錯位，?這種“DDQ”的繞組結構會喪失功率傳輸能力。考慮到實際應用中變壓器原副邊錯位的不確定性，橫向錯位、縱向錯位、角向錯位以及它們的任意組合情況均有可能發生，需要進一步優化非接觸變壓器的結構。

發明內容