[发明专利]内外环型非接触变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用非接触供电系统中的原副边可旋转和高耦合系数的内外环型非接触变压器，属于变压器功率变换领域。

背景技术

非接触供电根据互感器模型实现磁场耦合实现“无线供电”的一种电能传输方式，利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，使得能量传递过程中能量发射部分和能量拾取部分无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便，安全，无火花和触电危险，在旋转过程中无机械磨损，可适应各种恶略环境，在风力和太阳能发电，电视，显示器，电动公交车等移动设备的供电场合。

在20世纪80年代，日本国家研究院与Yaskawa电气公司联合推出了非接触式电能传输技术问题。经过多年努力，该技术在理论和实践上获得了重大突破。下面对国外的一些研究现状简要介绍：20世纪90年代，新西兰奥克兰大学以John T.Boys教授为首的科研团队在此领域做了较为深入的研究，对非接触电能传输技术的原理和设计，以及轨道车辆非接触供电和感应充电等应用方面进行了较为详尽的分析。新西兰奥克兰大学所属奇思公司基于该技术，成功的开发了两个项目：一个是新西兰惠灵顿大隧道的高速公路分道猫眼系统；另一个用于Rotorua国家地热公园的30KW无接触电动机车，现处于安全运行阶段。

来自日本Kumamoto Institute of Technology的工作人员对非接触电能传输技术进行了大量相关的研究，已经在IEEE期刊及国际会议上发表了十余篇论文。日本打扮DAIFUKU公司的单轨行车和无电瓶自动货运车，这些非接触供电设备已成功地应用于物资运输系统。

德国WAMPELER公司研制的200KW载人电动火车已经试车成功，在WAMPELER总部制造的实验轨道是目前为止世界上最大的非接触电能传输系统，总容量为150KW，轨道长度将近400m，气隙宽度为120mm，车辆上安装了6个能量接受绕组，每个绕组接受初级绕组输出25KW。

美国通用汽车公司研制出的Magne-charge商用电动车感应耦合充电器WM7200，专门用于GM的EV1型电动车充电，感应耦合传递能量的频率可以在80KHz到350KHz范围内变动，感应耦合的效率达到了99.5％。

韩国Kyungpook National University的Byungcho Choi等研究了手机非接触充电装置的设计与制作，通过采用印刷电路板上印制线圈来大大减小初、次级线圈的体积，从而使得系统的副边拾取部分及整流充电电路部分可以全部内置于手机内部。

目前国内该领域的研究还处于起步阶段，对该技术及装置的研究还不够，还没有成熟的应用产品。随着国内各界对研究非接触电能传输技术的重要性和必要性越来越重视，相信我国在这方面很快就能取得较大发展。

近年来，中科院电工所和西安交通大学电力电子系也开始对该新型电能传输技术进行研究，并在国内杂志上发表了一些文章。主要对非接触电能传输系统的可分离变压器，系统稳定性及出现的非线性现象等理论和技术进行了大量分析。

重庆大学自动化学院非接触电能传输技术课题组与2001年开始对国内外“非接触式电能接入技术”相关基础理论与实用技术进行密切跟踪和研究，在理论和技术成果上有了较大的突破。

目前的非接触供电系统产品普遍存在原边电能发射部分和副边电能拾取部分必须相对位置必须固定，在一些旋转供电的场合就不能发挥它的作用，如何在原边和副边旋转的状态下，实现电能的传输并且保持高的偶合系数，同时尽量减小其体积重量成为旋转非接触变压器设计的难点。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有非接触变压器存在的不可旋转，耦合系数低的缺点，设计了一种有利于非接触供电的可旋转和高耦合系数非接触变压器。

本发明的内外环型非接触变压器，其结构主要由原边磁芯，原边绕组，副边磁芯，副边绕组组成，其中，所述原边磁芯是内环，副边磁芯是外环，原边磁芯套在副边磁芯里面，构成内外环型的结构，内环和外环之间的距离就是非接触电能传输的气隙，内环或外环在转动的时侯，电能的传输不会受到任何影响。

本发明通过减小原副边磁芯的气隙、增加原副边磁芯正对面积、环型平面绕组布置等方法，提高变压器的耦合系数。

本发明的原边绕组为顺时针方向绕制，副边绕组为逆时针绕制。在有效的感应区域内形成最大的闭合磁路。

所述的原边的内环变压器固定在内筒的安装架上和副边的外环变压器固定在外筒的安装架上是相互转动的。