[实用新型]一种非接触变压器

说明书

技术领域

本发明涉及非接触供电技术，具体涉及一种副边绕组附加两段或多段辅助绕组，与副边主绕组组合输出的非接触变压器。

背景技术

非接触供电利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(用电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电，具有良好的应用前景。

尽管非接触供电技术使用方便、优点突出，但是，其相比于紧耦合变压器存在的低耦合、大漏感的缺点却降低了系统效率，同时也制约了非接触供电技术的推广和应用。有关损耗测试和分析结果表明：满载情况下，变压器的损耗占到系统总损耗的70％以上。而现有技术中明确指出，要提高变压器的传输效率，须尽量提高变压器的耦合系数。由此可见，提高非接触变压器的耦合系数是提高非接触系统效率的关键。

为了获得高耦合系数，目前，多采用平面化的非接触变压器结构，通过增大变压器的正对面积，从而保证大气隙时非接触变压器原副边耦合磁路的磁阻不会过大，尽可能地提高了非接触变压器的耦合系数。目前已有非接触变压器原副边绕组的磁通耦合特性是在原副边磁芯完全正对时，耦合磁通最多，耦合系数最大，系统的功率传输能力和效率特性通常也最佳。随着原副边磁芯错位程度的加深，经原边闭合的漏磁通对应的磁路磁阻特性变化不大，但原副边耦合的磁通部分所对应磁路的磁阻特性则因磁通路径的延长和有效导磁面积的显著 减小而明显增大，导致耦合系数减小明显。为了解决这一问题，韩国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结合轨道式非接触供电应用，对原边和副边的磁芯形状进行优化，提出了鱼骨式的磁芯结构，大大减小原边激励侧的磁芯面积，使得气隙变化、错位时，导磁面积变化不明显，改善非接触变压器耦合系数对气隙变化和错位的敏感度；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结合轨道式非接触供电应用，提出了三相原边绕组激励的方式，减小磁场分布沿轨道宽度横向方向分布的变化，减小对横向偏移的敏感；南京航空航天大学，中兴新能源汽车有限责任公司，陈乾宏，侯佳等提出的“一种非接触变压器，CN104319076”专利提出了一种不对称的磁芯结构，通过副边磁芯横向面积的增大，减小了非接触变压器耦合系数的错位敏感度。

对于现有的原边绕组分段绕制、耦合磁通方向变化的非接触变压器结构，错位还可能使得副边绕组耦合到的进、出的磁通完全抵消，进而使得耦合系数几乎为零，非接触变压器丧失功率传输能力。前面给出的几种改善耦合系数错位能力的非接触变压器结构对此无效。奥克兰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提出在非接触变压器副边两绕组(被简称DD绕组)中间叠加与副边绕组重叠的第三绕组(被简称Q绕组)，减小次级输出功率的横向错位敏感度，较好地解决了错位时处于“进、出磁通完全抵消”的“感应盲点”而影响功率传输能力的问题。然而这种变压器结构虽然对于横向或纵向错位都不敏感，但是当发生角向错位，如原副边绕组的轴线垂直，发生90度角向错位， 这种“DDQ”的绕组结构会丧失功率传输能力。考虑到实际应用中变压器原副边错位的不确定性，横向错位、纵向错位、角向错位以及它们的任意组合情况均有可能发生，需要进一步优化非接触变压器的结构。

发明内容