[发明专利]一种磁通变换式高频旋转松耦合变压器

说明书

本发明公开了一种磁通变换式高频旋转松耦合变压器，属于无线电能传输领域。具体包括：构成旋转变压器的旋转组件和固定组件；旋转组件包括转子铁心、转子绕组以及转子侧电路；转子铁心大致呈“工”字型，两边为圆弧状，在中间凹陷处缠绕有转子绕组；固定组件包括定子铁心、定子绕组以及定子侧电路；固定组件同轴装在旋转组件外周，两者间设有固定距离的气隙；定子铁心设有12个定子齿，每两个定子齿构成一对，每对定子齿上串联绕设定子绕组。本发明采用电机型的变压器结构，采用导磁材料叠片，降低了高频旋转松耦合变压器对制造工艺的要求；提升了旋转变压器的功率；能应用于旋转器件的无线供电系统中，解决传统电刷带来的安全和维护问题。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种磁通变换式高频旋转松耦合变压器。

背景技术

无线电能传输技术通过电磁效应或能量交换实现一种新型的输电方式，旋转松耦合变压器作为该技术的关键部分，被广泛应用于旋转设备的供电。相较于传统的有线输电方式省去了接触滑环，能有效防止滑环老化和电火花引起的安全事故，更加安全可靠。

现有的旋转松耦合变压器主要有磁罐型的，由铁氧体制成，结构简单，体积小，但功率密度低；专利号为202120511722.9的专利就磁心结构进行了新的设计，定转子同轴且位于同一平面，虽然小型化，但仅适用于中频低速的环境，且功率密度未有提升；专利号为202010844240.5的专利设计了一种同轴嵌套型的旋转变压器，采用交错绕组减少了漏感，转子部分无铁心，从而降低了铁损，功率密度和传输效率都有所提升，但结构较复杂且制作工艺难度较大，易发生轴向偏移，造成安全隐患。

因此研究出一种易于制作、体积小、功率密度高的无线供电松耦合变压器，显得尤为重要。

本发明结合电磁、电力电子和无线能量传输的原理，提出一种用于固定部件和转动部件之间进行能量传递的大功率能量传输装置，并可以实现简单的制作和维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种磁通变换式高频旋转松耦合变压器，该磁通变换式高频旋转松耦合变压器采用硅钢片代替铁氧体，有效提高结构强度和功率密度；采用电机结构，体积小，制造方便，安全可靠。

本发明采用的技术方案是：

一种磁通变换式高频旋转松耦合变压器，包括固定组件和旋转组件。

旋转组件包括转子铁心(11)、转子绕组(12)以及转子侧电路(1)；

转子铁心(11)截面大致呈“工”字型，两侧为圆弧状，中间凹陷处缠绕转子绕组(12)，与转子侧电路(1)连接；

固定组件包括定子铁心(21)、定子绕组(AA’～FF’)以及定子侧电路(2)；

固定组件同轴装在旋转组件外周，两者间设有固定距离d的径向气隙；

定子铁心(21)截面与电机的定子铁心截面类似，呈圆环状，12个定子齿沿周向均匀分布在圆环内圆上，每两个定子齿构成一对，每对定子齿上绕设的两个定子绕组串联，且产生的磁通方向一致，共6对定子绕组，与控制电路连接来控制每对定子齿上绕组的导通，控制电路再与其他定子侧电路(2)连接；

定子侧电路(2)由并联滤波电容C1、逆变全桥H2、串联谐振电容C3以及控制电路构成；

转子侧电路(1)由串联谐振电容C4、整流全桥H1以及滤波电容C2构成；

逆变全桥H2、谐振电容C3、谐振电感Lk2、谐振电容C4、谐振电感Lk1、整流全桥H1以及高频旋转松耦合变压器绕组共同组成CLLC谐振电路；

定子侧电路(2)的控制电路有两种连接方式：控制电路E1或控制电路E2。