[实用新型]绕组混合绕制的非接触变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用于非接触电能传输系统中的高耦合系数、小尺寸的绕组混合绕制的非接触变压器，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 arti?cial 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%。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):23-31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。

为了获得高耦合系数同时减小变压器体积重量，专利“边沿扩展型高耦合系数非接触变压器，CN200910032016.X”发明了一种边沿扩展型高耦合系数非接触变压器，通过提高磁芯正对面积来提高全耦合磁通所占比例从而提高非接触变压器的耦合系数。但是这种非接触变压器的绕组全部采用平面绕制方式，变压器的体积尤其是变压器所占用的面积较大。Nagatsuka Y, Ehara N, Kaneko Y, Abe S, Yasuda T, “Compact contactless power transfer system for electric vehicles”, IEEE IPEC, 2010: 807-813提出的非接触变压器磁芯采用平面I型磁芯，绕组变为围绕磁柱垂直绕制的绕组，来减小变压器所占用的面积，在当长度与气隙比为6.6(长度330mm，气隙50mm)时耦合系数为0.48。如何提高非接触变压器的耦合系数，同时尽量减小其尺寸重量成为非接触变压器设计的难点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有非接触变压器存在变压器占用面积大、耦合系数低、磁芯重量重的缺陷，提供有利于非接触供电系统的小型化、轻量化使用的绕组混合绕制的非接触变压器。

本实用新型的绕组混合绕制的非接触变压器，包括原边磁芯、原边绕组、副边磁芯、副边绕组、变压器屏蔽部分，其特征在于所述原边绕组或/和副边绕组由围绕磁芯边柱水平绕制的线圈和围绕磁芯顶柱垂直绕制的线圈按照正向耦合顺向串联而成；变压器屏蔽部分布置在变压器的磁芯外侧。