一种梯形截面分离式变压器制造技术

一种梯形截面分离式变压器，包括次级磁芯、次级线圈和初级线圈。次级磁芯的内、外侧面与次级磁芯的底面围成梯形凹槽，次级线圈置于梯形凹槽内；初级线圈置于次级磁芯的窗口侧。梯形凹槽内的次级线圈扁平化排布，次级线圈的绕组的截面为梯形，次级线圈绕组的匝数在靠近初级线圈一侧多于远离初级线圈的一侧。次级磁芯的内侧面与磁芯底面的夹角、以及外侧面与磁芯底面的夹角均为钝角，钝角角度大小使得布置于梯形凹槽内的每匝次级线圈与初级线圈之间的距离短。在同等线圈匝数的情况下，扁平化的线圈可有效减小线圈的自感，增加初、次级线圈之间的耦合磁通，提高分离式变压器的耦合系数，特别适用于移动式非接触式电能传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分离式变压器结构，特别涉及一种用于移动供电领域非接触电能传输系统中的分离式变压器结构。
技术介绍
非接触供电是基于电磁耦合实现电能无线传输的新型供电模式，利用完全分离的变压器的初级线圈和次级线圈，通过高频磁场的耦合实现电能传输。在电能传递过程中，供电侧的初级线圈和受电侧的次级线圈无物理连接，与传统的供电方式相比，非接触供电使用方便、安全，没有接触损耗和触电危险，无摩擦积碳和相应的维护问题，可适应多种恶劣的天气和使用环境，具备使用方便、安全可靠、环境适应性强、没有粉尘污染、维护成本低等优势，在生物医学领域、交通领域和工业生产领域逐渐得到应用。目前的非接触供电系统普遍存在的问题是初级线圈和次级线圈的耦合系数低、互感小、漏感大，电能传输效率较低。例如新西兰奥克兰大学开发的载人游览车供电系统，其电能传输效率为70％，韩国铁路研究院研发的1MW高速列车非接触供电系统，在气隙长度为10mm时变换器效率最高为82.7％。有关损耗测试和分析结果表明，满载时初级线圈和次级线圈损耗占整个系统损耗的70％以上。提高非接触供电系统效率的关键之一在于提高初级线圈和次级线圈的耦合系数。为了获得较高的初级线圈和次级线圈耦合系数，目前分离式变压器次级聚磁的磁芯结构有E-E型、C-I型、U型等，用于交通领域等移动供电场合，考虑到初级线圈和次级线圈之间有相对运动，通常采用扁平化的设计方式，并利用高磁导率的磁芯材料约束磁通路径来实<br>现。中国专利200910032016.X和201510086843.2提出的边沿扩展型分离式变压器通过扩展U型磁芯的两个磁芯面的底部来增加初级和次级磁芯的正对面积，但是其体积较大，无法应用于对初级和次级尺寸有限制的场合。同时上述这些磁芯结构的弯折角度均为直角，如图4的31、32、33，在磁芯弯折处磁阻较大，磁场分布不均匀，磁芯容易饱和。截面为矩形的线圈排列方式，线圈排列紧密、自感较大，次级线圈位于磁芯直角处的电缆与初级距离较远，不利于提高初级线圈和次级线圈的耦合系数，较大的自感还会造成回路谐振电压较高、不利于工程实施。因此，需要优化磁路结构，实现初级和次级轻量化、合理布置磁芯和线圈使磁场分布均匀、降低线圈的自感和谐振电压，提高初级和次级的耦合系数。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有非接触供电系统中初级线圈和次级线圈之间存在的耦合系数低的缺陷，提出一种梯形截面的分离式变压器，其耦合系数高、磁芯利用率高，特别适用于移动领域的非接触供电系统。本专利技术的梯形截面的分离式变压器包括初级线圈、次级线圈和次级磁芯。所述的次级磁芯的内侧面和外侧面向外倾斜，截面呈梯形。次级磁芯的内侧面和外侧面与底面围成一个梯形凹槽，所述的次级线圈绕在此梯形磁芯的梯形凹槽内，初级线圈置于次级磁芯的窗口侧。位于次级磁芯的梯形槽内的次级线圈呈扁平化排布，次级线圈的绕组排布的截面为梯形，次级线圈绕组的匝数在靠近初级线圈一侧多于远离初级线圈的一侧。梯形次级磁芯的内侧面与磁芯的底面的夹角、外侧面与磁芯的底面的夹角均为钝角，钝角角度大小的设计原则是使得布置于所述梯形凹槽内的每匝次级线圈与初级线圈之间的距离短。所述次级磁芯沿线圈可按一定分段间隔稀疏排布，也可紧密排布。当次级磁芯按一定分段间隔稀疏排布时，可等间距均匀排布，也可根据梯形次级磁芯所在位置的磁场大小调整间隔距离，按不等间隔排布。次级线圈可以根据空间大小设置在初级线圈所在平面的一侧，也可设置在初级线圈所在平面的两侧，设置在初级线圈所在平面两侧的次级线圈形成双次级结构。所述初级线圈为多匝时，初级线圈的绕组截面为梯形，靠近次级线圈一侧绕制的匝数多于远离次级线圈一侧的匝数，初级线圈外部布置围成梯形凹槽的磁芯。所述磁芯可采用铁氧体、非晶合金、微晶、超微晶或坡莫合金铁磁等铁耗较低、导磁性能好的材料，初级线圈和次级线圈的导线采用多匝Litz线或PCB线圈。相比现有的截面为直角的矩形线圈结构，本专利技术的梯形磁芯内侧面和外侧面与磁芯的底面夹角为钝角，磁芯弯折度较小，在磁芯弯折处，梯形结构与常规的以直角弯折的矩形磁芯结构相比，磁场分布更均匀；在线圈匝数相同情况下，梯形结构能够增大磁芯窗口宽度与初级线圈的正对面积，提高磁通经初级线圈、次级线圈、次级磁芯闭合的比例，提高分离式变压器的耦合系数；相比于现有的以直角弯折的U型磁芯、以及磁芯内的线圈绕组截面为矩形的线圈排布方式，在初级、次级耦合较强的一侧增加线圈导线数量，而在初级、次级耦合较弱的一侧减少线圈导线数量，在增强初、次级线圈之间的耦合的同时，减小线圈的自电感，，降低线圈谐振电压。附图说明图1a是本专利技术实施例1的二维截面图；图1b是本专利技术实施例1中次级线圈布置和磁芯布置示意图；图2a是本专利技术实施例2的次级二维截面图；图2b是本专利技术实施例2中次级线圈布置和磁芯布置示意图；图3是本专利技术实施例3的次级二维截面图；图4是直角弯折的次级矩形磁芯二维截面图；图5a是本专利技术梯形次级磁芯结构实施例1的磁场分布计算图；图5b是现有直角弯折的矩形磁芯结构分离式变压器的磁场分布计算图；图6是本专利技术实施例4的二维截面图；图7是本专利技术实施例5的二维截面图。图中：1梯形次级磁芯，11梯形次级磁芯1的底面，12梯形次级磁芯1的内侧面，13梯形次级磁芯1的外侧面，2梯形次级线圈，3初级线圈，21实施例3的梯形次级磁芯的底面，22实施例3的梯形次级磁芯的内侧面，23实施例3的梯形次级磁芯的外侧面，31直角弯折的次级矩形磁芯的底面，32直角弯折的次级矩形磁芯的内侧面，33直角弯折的次级矩形磁芯的外侧面，41第二次级梯形磁芯，42第二次级梯形线圈，51初级磁芯，52初级线圈。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的梯形截面分离式变压器包括次级磁芯1、次级线圈2和初级线圈3，所述的次级磁芯1的内侧面12和外侧面13向外倾斜，截面呈梯形。次级磁芯1的内侧面12和外侧面13与次级磁芯1的底面11围成一个梯形凹槽，所述的次级线圈2置于所述的梯形凹槽内，初级线圈3置于次级磁芯1的窗口侧。位于次级磁芯1的梯形槽内的次级线圈2呈扁平化排布，次级线圈2的绕组排布的截面为梯形，次级线圈2绕组的匝数在靠近初级线圈3一侧多于远离初级线圈3的一侧。梯形次级磁芯1的内侧面12与磁芯的底面11的夹角、外侧面13与磁芯的底面11的夹角均为钝角，钝角角度大小的设计原则是使得布置于所述梯形凹槽内的每匝次级线圈2与初级线圈3之间的距离尽量短本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯形截面分离式变压器，包括次级磁芯(1)、次级线圈(2)和初级线圈(3)，其特征在于：所述的次级磁芯(1)的内侧面(12)和外侧面(13)向外倾斜，截面呈梯形；次级磁芯(1)的内侧面(12)和外侧面(13)与次级磁芯(1)的底面(11)围成梯形凹槽，所述的次级线圈(2)置于所述的梯形凹槽内；初级线圈(3)置于次级磁芯(1)的窗口侧。

【技术特征摘要】
1.一种梯形截面分离式变压器，包括次级磁芯(1)、次级线圈(2)和初级线圈(3)，
其特征在于：所述的次级磁芯(1)的内侧面(12)和外侧面(13)向外倾斜，截面呈梯形；
次级磁芯(1)的内侧面(12)和外侧面(13)与次级磁芯(1)的底面(11)围成梯形凹槽，
所述的次级线圈(2)置于所述的梯形凹槽内；初级线圈(3)置于次级磁芯(1)的窗口侧。
2.如权利要求1所述的梯形截面分离式变压器，其特征在于：所述在梯形凹槽内的次级
线圈(2)呈扁平化排布，次级线圈(2)的绕组排布的截面为梯形，次级线圈(2)绕组的
匝数在靠近初级线圈(3)一侧多于远离初级线圈(3)的一侧。
3.如权利要求1所述的梯形截面分离式变压器，其特征在于：所述次级磁芯(1)的内
侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：史黎明，徐罗那，杜玉梅，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11