一种非接触变压器的磁路建模装置制造方法
【专利摘要】一种非接触变压器的磁路建模装置，基于磁通耦合程度的不同将总磁通进行分类方法；给出变压器各部分磁阻的量化计算方法；根据等效磁路模型推导得到各电感及耦合系数公式；给出一种变压器优化设计方法，提出了边沿扩展平面U型磁芯结构，采用PlanarE43/10/28磨掉中柱作为磁芯；变压器应采用分布式平面绕组结构；采用35~60V输入、60W输出的非接触变换器结构。
【专利说明】一种非接触变压器的磁路建模装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及输电设备【技术领域】，尤其是一种非接触变压器的磁路建模装置。
【背景技术】
[0002]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，实现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，油田、矿井、水下供电等环境恶劣或易燃易爆场合均得到了应用。
【发明内容】
[0003]为了克服非接触供电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，油田、矿井、水下供电等环境恶劣或易燃易爆场合均得到应用。该装置提供一种非接触变压器的磁路建模装置，该装置不仅提高了非接触变压器的耦合系数，而且减小了体积和质量。
[0004]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:基于磁通耦合程度的不同将总磁通进行分类方法；给出变压器各部分磁阻的量化计算方法；根据等效磁路模型推导得到各电感及耦合系数公式；给出一种变压器优化设计方法，提出了边沿扩展平面U型磁芯结构，采用Planar E43/10/28磨掉中柱作为磁芯；变压器应采用分布式平面绕组结构；采用35?60
V输入、60 W输出的非接触变换器结构。
[0005]本发明的有益效果是:可显著降低非接触变压器的质量，提高其耦合系数，并有助于改善变换器的效率。
【专利附图】
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0006]图1是变压器结构及其等效磁阻电路图 图2是改进的变压器磁芯图
图3是绕组结构比较图
图4是两种绕组布置方式的仿真结果对比图
图5是等效磁路图
图6是磁通分块示意图
图7是磁阻定义示意图
图8是非接触变压器精确磁路模型图
图9是磁通管分割截面示意图
图10是实际变压器与磁阻计算用变压器简化结构图 图11是α、β随气隙变化值图
图12是k、M、Ln的计算值和测量值的对比图
图13是磁芯结构优化方法图
图14是非接触变压器磁芯结构图
图15是结构与磁阻间关系图
图1中a是变压器结构图、b是等效磁阻电路图
图3中a是集中绕组图、b是分布式绕组图1.原边磁芯2.原边绕组3.副边绕组4.副边磁芯
图4中a是集中绕组、b是分布绕组 图9中a是磁芯窗口中央区域、b磁芯侧柱附近区域 图12中a是耦合系数、b是互感和漏感
图14中a是单向矩形扩展、b是双向矩形扩展、c圆形扩展、d是多边形扩展。
【具体实施方式】
[0007]1.改进型非接触变压器
1.1磁芯形状
T.H.Nishimura于1994年提出了基于传统非平面磁芯和卷绕绕组结 的非接触变压器，采用35飞O V输入、60 W输出的非接触变换器结构。
[0008]如图1所示。为便于分析，针对对称绕组结构，并在副边开路条件下给出其等效磁路，如图1(b)所示。其中，A = Ni，Ra、Rh分别为g和Z。方向的磁阻。
[0009]该磁路模型推导了其耦合系数近似公式，指出耦合系数的大小取决于变压器中柱和边柱的中心距离Z。与气隙的比值。g固定，Z。越大，耦合系数越高，大气隙引起的怂/ Rl较大是非接触变压器耦合系数小的根本原因。因此，可采用平面磁芯(通常Z。比非平面磁芯大)并去掉中柱,来获得更大的Z。，来提高耦合系数、同时减小磁芯的体积质量。改进的变压器磁芯如图2所示，为平面U型结构。此外，由于两磁柱内侧距离Z (即磁芯窗口宽度)相比现有的磁柱中心距离Z。对磁阻怂的影响更大，本文改用Z来描述非接触变压器的特性。
[0010]1.2绕组布置
针对图2给出的平面U形磁芯，绕组也宜采用平面布置，便于减小漏感。平面绕组的布置方式有集中式和分布式2种，如图3所示。
[0011]为了分析两种绕组布置方法对耦合系数的影响，本文采用Planar E43/10/28磨掉中柱作为磁芯，在相同的条件下进行了对比实验，结果如表I所示。实验表明分布式绕组更有利于提高变压器的耦合系数。图4给出变压器在300kHz副边开路条件下的Ansoft2D磁场仿真结果(原边电流i=3A)。可以看出，两种绕组布置方法主要影响磁芯窗口中的磁场分布。采用集中绕组时，原边电流产生的磁通不仅能经Z闭合，还能从磁芯边柱经绕组间的集中气隙回到磁芯顶柱，降低了变压器的耦合系数。因此，变压器应采用分布式平面绕组结构。
[0012]
【权利要求】
1.一种非接触变压器的磁路建模装置，其特征是:基于磁通耦合程度的不同将总磁通进行分类方法；给出变压器各部分磁阻的量化计算方法；根据等效磁路模型推导得到各电感及耦合系数公式；给出一种变压器优化设计方法，提出了边沿扩展平面U型磁芯结构，采用Planar E43/10/28磨掉中柱作为磁芯；变压器应采用分布式平面绕组结构；采用35?60V输入、60 W输出的非接触变换器结构。
2.根据权利要求1所述的一种非接触变压器的磁路建模装置，其特征是:采用集中绕组时，原边电流产生的磁通不仅能经Z闭合，还能从磁芯边柱经绕组间的集中气隙回到磁芯顶柱，降低了变压器的耦合系数。
3.根据权利要求1所述的一种非接触变压器的磁路建模装置，其特征是:磁芯边沿的扩展部分限制在边柱的底部，因而能在获得高耦合系数的同时显著降低变压器的体积和质量。
4.根据权利要求1所述的一种非接触变压器的磁路建模装置，其特征是:当磁芯总长度一定时，应令Z略大于2倍气隙长度，从而可有效利用磁芯长度尽量提高全耦合磁通比例，提高变压器耦合系数。
【文档编号】G01R33/00GK103454504SQ201210175523
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】孙民 申请人:洛阳恒光特种变压器有限公司