[发明专利]可聚磁的轨道式非接触变压器及原边绕组排布方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于轨道式非接触电能传输系统中的可聚磁的轨道式非接触变压器及原边绕组排布方法，属于变压器或电能变换领域。

背景技术

发展电动汽车是世界公认的缓解能源危机和减少环境污染的有效方法。电动汽车供电可采用更换电池、接触式充电以及非接触供电。更换电池，即用充满电的电池替换已经耗尽能量的电池，需要额外增加电池的费用且造成汽车的负重增加。接触式充电，即将电动汽车与充电设备通过金属接触进行充电，充电时间长不适合连续行驶的场合。而非接触供电，将变压器原、副边绕组分置于车外和车内，通过高频磁场耦合传输电能。与其余两种供电方式相比，非接触供电便于实现行驶中充电和无人自动充电，在保证所需行驶里程的前提下，可通过频繁充电来大幅减少汽车的动力电池容量，减轻车体重量，提高有效载重和能量的有效利用率。目前国内外对电动汽车的非接触充电技术作了很多研究。

然而目前的采用非接触供电的电动汽车变压器普遍存在漏感大、耦合不好的缺点。副边要输出一定功率，低耦合的变压器原边就要流过较大的电流、建立较强的磁场，增加了变压器损耗，影响系统效率。Sungwoo Lee, Jin Huh, “On-Line Electric Vehicle using Inductive Power Transfer System”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2010 IEEE, 1598-1601和D. Kacprzak, G. A. Covic, J.T. Boys, “An Improved magnetic design for inductively coupled power transfer system pickups”, International Power Engineering Conference, Singapore, 2005: 1133-6以及Grant A. J. Elliott, Grant A. Covic, Dories Kacprzak, et al, “A new concept: asymmetrical pick-ups for inductively coupled power transfer monorail system”, IEEE Transactions on Magnetics, 2006, 42(10): 3389–3391等文章均为了提高轨道式非接触变压器的耦合能力，对轨道中的磁芯形状作了一系列的优化设计。但采用磁芯以增强耦合不可避免地在磁芯边缘存在散磁通以及漏磁通。而且以上文献中所采用的原边绕组均是沿一侧轨道由始端伸展至末端，再沿另一侧轨道由末端伸展至始端，形成闭合回路。此种绕组布置方式下，电流流向不变，有效磁感应区内磁场方向固定，磁通必须经过非有效磁感应区闭合，不可避免地带来漏磁通很大的困扰。如何不通过改进磁芯而是通过改变绕组布置方式来提高轨道式非接触变压器的聚磁能力、减小变压器的漏感是本发明设计的重点。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有的轨道式非接触变压器聚磁能力不强、漏感大的缺陷。通过改变绕组布置方式，设计一种有利于增强有效磁感应区内的磁场强度的可聚磁的轨道式非接触变压器。

本发明还提供一种轨道式非接触变压器的原边绕组的排布方法。

本发明的可聚磁的轨道式非接触变压器，其结构主要由原边绕组、原边磁芯、副边绕组、副边磁芯组成，其中，原边绕组的排布方法为从始端起向末端方向在一侧轨道与另一侧轨道之间交替向前排布，至末端后再按同样方式折回始端形成闭合绕组。

此绕制方法相邻两个线圈单元内的电流流向很像阿拉伯数字8，故称之为8字型绕组（如图1、图2、图3均可视为8字形绕组）。此种绕制方法相邻单元内的电流流向相反，产生的磁场方向相反，因而可以在有效感应区域内形成闭合回路。

所述原边绕组沿两侧轨道交替排布形成若干个线圈单元，也可以说是形成若干格网形状。线圈单元的形状呈矩形、圆形、六边形或不规则多边形。原边绕组中的基本单元形状可不一致。但从抵消磁通的效果来看，原边绕组中的基本单元形状、大小一致效果最好。所以原边绕组优选采用呈正多边形或圆形的线圈单元排布。

所述变压器的原边磁芯、副边磁芯可采用硅钢片、铁氧体、微晶、超微晶、坡莫合金等多种铁磁材料，亦可采用空气、陶瓷、塑料等非导磁材料。