[发明专利]一种C型铁芯组合式旋转松耦合变压器

说明书

本发明公开了一种C型铁芯组合式旋转松耦合变压器，包括固定组件和旋转组件。固定组件包括固定铁心、第一固定绕组和第二固定绕组、以及固定侧电路；固定铁心的纵截面呈“C”字型，包括第一固定铁心，第二固定铁心和第三固定铁心；旋转组件包括：旋转磁芯、旋转轴、旋转轴承、旋转卡槽、第一径向旋转圆环、第二径向旋转圆环、第一旋转绕组和第二旋转绕组、以及转动侧电路；固定铁心径向围绕在旋转轴的外周，固定铁心和旋转轴之间由旋转轴承固定；第一固定绕组和第二固定绕组串联，第一旋转绕组和第二旋转绕组也串联。本发明设计的C型铁芯组合式旋转松耦合变压器，减小了轴向尺寸和重量，提升了功率传递能力，并首次将转动侧电路连接矩阵变换器。

技术领域

本发明涉及电励磁领域，特别是一种C型铁芯组合式旋转松耦合变压器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，变压器作为电力系统中不可缺失的一部分，其地位已经越来越重要。对于传统的变压器而言，转子励磁需要滑环和电刷系统。在日常的工作中它们一直在高速旋转，伴随着机械摩擦的磨损产生细小的灰尘颗粒。这些会影响冷却电机的传动油、电机绝缘的性能及增大旋转阻力，并且会随着牵引电机运行速度的升高加剧，直接影响滑环和电刷的使用寿命。在功率或电压过大时，这种机械磨损会造成系统接触不良，严重导致电火花，甚至产生环火，烧坏电机励磁系统。同时，电刷在工作的过程中经常会引起较强的高频电磁干扰，恶化点击系统的电磁环境，这增加了故障风险和安全隐患。一种应用于非接触式电能传输系统的旋转变压器应运而生。

这种旋转变压器允许不接触的将电力传输到系统的旋转部件，避免了滑环和电刷的可靠性问题，增加系统的稳定性，使能量传输系统更加安全。松耦合变压器是非接触电能传输系统中的关键部分，其磁芯材料、绕组位置、气隙大小等因素直接影响耦合系数。总的来说，目前比较主要的结构是罐式松耦合变压器、嵌套式松耦合变压器和上下分离式松耦合变压器。罐式松耦合变压器具有良好的电磁兼容屏蔽性和互换性，正对面积大，漏感与分布电容小、单位空间内电感值高及便于安装等优点。但这种结构对参数精度要求高，需要精密的模具，相对成本更高。由于罐式变压器的特殊形状，不适合散热，因此在用于大功率变压器时需要着重考虑散热问题。嵌套式松耦合变压器不仅可以最大程度降低交流变压器磁场下的涡流损耗，而且减小了装置的重量和体积。但这种结构在一、二次高速旋转时容易发生绕组之间的接触，因此多适用于低俗旋转的系统中，或者通过牺牲磁导率来增大气隙解决。上下分离式松耦合变压器继承了罐式松耦合变压器的优点，同时可以在相同的体积和重量下传递更多的功率，但同样会引起变压器内部线圈散热不良，温升过高。

针对以上问题，本专利提出一种C型铁芯组合式旋转松耦合变压器结构，减轻了变压器的尺寸、重量、成本和体积，限制了变压器工作状态时的温升，提升了变压器的功率传输效果，保证了变压器在长期高速运转过程中的性能，保障了整个系统的安全性。

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，而提供一种体积重量小、安全性好和传输效率高的新型旋转式无接触高耦合系数的松耦合变压器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种C型铁芯组合式旋转松耦合变压器，包括固定组件和旋转组件。

固定组件包括固定铁心(101、102、103)、第一固定绕组(104)和第二固定绕组(105)以及固定侧电路(107)。

固定铁心(101、102、103)由多个独立铁心沿周向分布在旋转轴(201)的外周构成，固定铁心(101、102、103)和旋转轴(201)之间由旋转轴承(206)固定；固定铁心(101、102、103)的纵截面呈开口向上的“C”字型，包括第一固定铁心(101)，第二固定铁心(102)和第三固定铁心(103)；

第一固定绕组(104)缠绕在第二固定铁心(102)内侧内壁，第二固定绕组(105)嵌在第二固定铁心(102)外侧内壁；第一固定绕组(104)和第二固定绕组(105)串联，再与固定侧电路(107)连接。