[发明专利]一种防爆型无线充电松耦合变压器及无线充电装置

说明书

本发明公开了一种防爆型无线充电松耦合变压器及无线充电装置，应用在防爆机器人上；包括变压器原边和变压器副边，变压器原边和变压器副边均包括一磁芯和线圈；所述磁芯包括磁基座、第一磁块、磁柱、磁条和第二磁块；所述磁基座为方形平板状；所述第一磁块分别水平设置在磁基座的上下侧边上；所述磁柱沿磁基座的宽度方向设置在磁基座的中心位置处；所述磁条竖直设置在磁基座的左右侧边上；所述第二磁块垂直于第一磁条的上端面设置；所述线圈为环形结构，环绕套设在所述磁柱上。本发明采用独特的磁芯结构，实现了松耦合变压器的高耦合系数和高传输效率，以及无线充电装置的低开关频率，能够满足防爆环境的要求。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，具体涉及一种防爆型无线充电松耦合变压器及无线充电装置。

背景技术

无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术引起了人们的广泛关注，无线电能传输主要利用磁场耦合的原理来实现功率传输，进而可实现对设备进行无线充电，并且具有操作安全、防水防尘和便于维护等特点，使得在高寒、潮湿等特殊环境下也能安全充电。防爆机器人作为特种机器人中的一种，在高危场所的工作中发挥着重要作用。当防爆机器人在易燃、易爆的环境下需要充电时，充电过程需要满足国家ⅡC防爆要求。现有的无线充电技术采用的都是几十KHz到几百KHz的开关频率，由于高频频率对气体的激化危险，较高的开关频率在防爆环境下存在较大的安全隐患，因此现有的无线充电技术难以满足防爆环境的工作要求。

无线能量传输装置中的松耦合变压器存在较大的漏感，在变压器原副边正对的情况下耦合系数不高，尤其在原副边线圈发生偏移的情况下，变压器的耦合系数迅速下降，这就导致系统的整体效率不高，大大制约了无线电能传输的推广和应用。无线电能传输系统的效率受限制的主要因素是松耦合变压器的损耗，而提高松耦合变压器的耦合系数能有效地降低变压器的损耗。因此，松耦合变压器的结构设计对提高无线能量传输的效率有着关键性影响。

松耦合变压器作为非接触式电能传输系统的一个关键设备，在原理上与常规变压器有相似之处，然而由于松耦合变压器的空气磁路长度远远超过了常规变压器的长度，因而其拥有自身的很多特点，如能为用电设备提供非接触式的电能供应，具有很好的应用前景。松耦合变压器的磁路中有较大距离的空气磁路，磁动势中相当一部分消耗在空气磁路部分，因此需要很大的激励电流，从而导致其漏感较大，耦合系数不高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种结构简单、耦合系数高、传输效率高的防爆型无线充电松耦合变压器，以及低开关频率、体积小、质量轻，适应于防爆环境下工作的无线充电装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防爆型无线充电松耦合变压器，应用在防爆机器人上；包括变压器原边和变压器副边，变压器原边和变压器副边均包括一磁芯和线圈；

所述磁芯包括磁基座、第一磁块、磁柱、磁条和第二磁块；

所述磁基座为方形平板状，水平放置；所述第一磁块分别水平设置在磁基座上下侧边的中心位置处，第一磁块的长度小于磁基座的长度；所述磁柱沿磁基座的宽度方向设置在磁基座的中心位置处，磁柱的宽度大于磁基座的宽度；所述磁条竖直设置在磁基座的左右侧边上，磁条的宽度与磁基座的宽度一致；所述第二磁块垂直于第一磁条的上端面设置，第二磁块的宽度大于磁基座的宽度；

所述线圈为环形结构，环绕套设在所述磁柱上。

进一步地完善上述技术方案，所述磁柱的侧面与同侧磁条之间的距离大于两倍的变压器原边与变压器副边之间的气隙距离。

进一步地，所述磁基座、第一磁块、磁柱、磁条和第二磁块均采用铁氧体材料，构成磁芯的相邻部件之间通过厌氧胶水固定连接。

本发明还提供一种采用防爆型无线充电松耦合变压器的无线充电装置，包括发射器和接收器，发射器固定在防爆机器人的工作区域内，接收器安装在防爆机器人上；发射器和接收器均包括线圈、磁芯、壳体、底座和PCB板；