[发明专利]气隙磁场径向分布的可分离变压器电磁耦合器

说明书

技术领域 本发明涉及的是构成气隙磁场径向分布的可分离变压器(可分离变压器俗称松耦合变压器)电磁耦合器的磁芯磁路结构，初次级线圈形状和相互位置，以及由于实施这种磁芯磁路和线圈结构而获得的低气隙磁场损耗，高耦合系数高电能转换效率的可分离变压器电磁耦合器及其应用。 

背景技术 可分离变压器的基本原理也即感应电力传输(IPT)技术；根据安培定律，发射部分电能以交流电的形式转换成时变电磁场，根据法拉第定律，接收部分将该时变电磁场转变成感应电压，为负载提供电能。 

由于可分离变压器具有发射接受部分可分离，相对位置固定(可转动)，无金属直接接触传递电能及电信号等特性，正逐渐被推广应用于某些具有特殊要求的场合。如用作防爆防水场合，电动汽车充电桩，用作输送电力和信号的无接触导电滑环，也可用作电器产品插头插座的升级换代产品。 

然而，由于可分离变压器气隙的存在，其电能传输效率随气隙增大而急剧降低，电能传输效率一直成为制约可分离变压器设计应用的瓶颈。为提高可分离变压器电能传输效率，国内外研究机构进行了大量的研究，取得了不少研究成果。研究表明；1增大气隙磁芯截面积，2减少漏磁，3调整初次级绕组线圈位置可以提高可分离变压器的耦合程度及效率。但什么样的可分离变压器电磁耦合器的磁芯结构，初次级线圈配置可以同时满足以上三个条件？能否突破当前可分离变压器电能转换效率的瓶颈？ 

发明内容 本发明的一个目的在于明确指出；磁芯气隙能量与气隙磁芯截面积成反比，当气隙宽度10mm时，气隙磁芯截面积提高10倍，可分离变压器电能传输效率可提高5倍。本发明指出；什么样的可分离变压器电磁耦合器的磁芯磁路结构，初次级线圈相互位置可以同时满足可分离变压器电磁耦合器的磁芯磁路优化的三个条件，从而提高可分离变压器的电能转换效率。 

附图说明

图1为本发明的电磁耦合器对称中心剖视结构示意图 

图2为本发明的电磁耦合器磁通模型原理图 

图3螺绕环电磁感应原理图 

图4喇叭口螺绕环电磁感应原理图 

图5为本发明的电磁耦合器磁通模型尺寸案例 

具体实施方式

组成 

如图(1)，本发明的可分离变压器电磁耦合器的磁芯磁路结构为；C形隔离圆盘1/8，主磁芯磁路2/7，初次级线圈骨架及保护层3/5，次级接收线圈4，初级励磁线圈6，轴承10和转子9。 

主磁芯磁路2/7，初级励磁线圈6，构成权利要求1的环形气隙径向分布磁场。 

主磁芯磁路2/7构成权利要求2，要求主磁芯磁路储能最大即主磁芯磁路面积尽可能最小，气隙磁芯截面积尽可能最大即气隙储能占比最小。 

主磁芯磁路结构2/7构成权利要求3/5，次级接收线圈4置于气隙磁场中，次级接收线圈4与初级励磁线圈6同轴，共享同一段主磁芯7，初次级线圈的耦合系数＞0.5。次级接收线圈4与初级励磁线圈6之间的定位采用圆周定位，保证定位精度。 

主磁芯磁路2/7构成权利要求4，当磁芯气隙截面积增加时，次级接收线圈4直径不变，高度增加。 

C形隔离圆盘1/8构成权利要求6，确保磁芯磁路与外界满足电磁兼容要求。隔离圆盘材料由电绝缘抗磁体或电绝缘顺磁体材料组成。 

主磁芯磁路2/7构成权利要求7，主磁芯磁路2/7为镶嵌结构，便于初级励磁线圈装配。 

主磁芯磁路2/7构成权利要求8，与常规可分离变压器磁芯磁路结构相比，只有一端气隙开口(除励磁线圈导线入口外)。 

次级线圈骨架及保护层5的气隙磁场对应部分构成权利要求9，构成主磁芯磁路2/7的一部分。 

分离出C形隔离圆盘1的中心部分与次级线圈4和次级线圈骨架及保护层5构成转子9，在C形隔离圆盘1中加装轴承10后，转子9即次级线圈4即可绕中心轴自由旋转。 

次级线圈耦合原理 

初级励磁线圈磁力线走向相对对称中心轴呈环状，矩形。若设磁芯气隙磁场为均匀分布，磁耦合器接受部分即次级线圈最底层线圈接受的磁力线为B为气隙磁感应强度，S气隙磁芯截面积，N次级线圈层数；通过最底第二层线圈的磁力线为依次类推……，通过最高层线圈的磁力线为次级线圈检拾的磁力线总数为 即为初级线圈总磁通量的一半，即线圈效率减半，但其线圈耦合特征为紧耦合。 

部分次级接收线圈与初级励磁线圈同轴，处上下位置，共享同一段磁芯，同处气隙初级励磁线圈端。 

部分次级接收线圈与初级励磁线圈同轴，处中心对称位置，共享同一段磁芯，同处气隙初级励磁线圈端。