[发明专利]边沿扩展型高耦合系数非接触变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于非接触电能传输系统中的高耦合系数及轻量化 的边沿扩展型非接触变压器，属于变压器或电能变换领域。

背景技术

非接触供电是基于磁场耦合实现“无线供电”的新型电能传输模式， 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 得能量传递过程中供电侧和用电侧无物理连接。与传统的接触式供电相比， 非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无 机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动 供电。非接触供电技术因其特有的恶劣环境适应性、高安全性、少维护和 方便性，在手机、机器人、人体植入设备、电动汽车等移动设备的供电场 合，在油田、矿井、水下供电等环境恶劣或者易燃易爆场合均已得到了应 用。

目前的非接触供电系统产品普遍存在低效率的缺点，以日本精工-爱 普生公司、东光公司生产的非接触手机充电器产品为例，其变换效率低于 40％。G.B.Joung and B.H.Cho，“An energy transmission system for an artificial heart using leakage inductance compensation of transcutaneous transformer”，IEEE Transactions on Power Electronics，vol.13，no.6， pp.1013-1022，November 1998所研究的60W人工心脏用非接触电源，在气 隙为10mm时变换器最高效率为78％。国内重庆大学研制的600至1000瓦 感应式能量变换装置，效率为70％。针对非接触供电系统低效率的原因， Chun-Hung Hu Ching-Mu Chen Ying-Shing Shiao Tung-Jung Chan Tsair-Rong Chen，“Development of a Universal Contactless Charger for Handheld Devices”， 2008 IEEE，IEEE International Symposium on Industrial Electronics，99-104等 文章均明确指出，要提高系统效率，不仅要采用合理的谐振变换器对变压 器的大漏感、小激磁电感进行补偿，还必须尽量提高变压器的耦合系数。 Qianhong Chen，Siu Chung Wong，Chi K.Tse，Xinbo Ruan，“Analysis，Design and Control of a Transcutaneous Power Regulator for Artificial Hearts”，IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems，2009，3(1)：23-3 1的损耗测试 和分析结果表明：满载情况下，变压器的损耗占到变换器损耗的70％以上。 由此可见，提高非接触变压器的耦合系数是提高非接触变换器效率的关键。