CN106449051A - 一种集成式非接触变压器 - Google Patents

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刘鹏
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Abstract

本发明公开一种集成式非接触变压器，所述非接触变压器包括：原边部分，原边部分包括原边主线圈、原边铁芯、原边补偿线圈；原边补偿线圈集成设置于原边主线圈与原边铁芯之间，且在同一水平面内原边补偿线圈与原边主线圈之间成夹角α设置；副边部分，副边部分包括副边主线圈、副边铁芯、副边补偿线圈；副边补偿线圈集成设置于副边主线圈与副边铁芯之间，且在同一水平面内副边补偿线圈与副边主线圈之间成夹角β设置。本发明集成式非接触变压器分别通过将原边补偿线圈与原边主线圈之间设置成一定夹角α，通过将副边补偿线圈与副边主线圈之间设置成一定夹角β，使得补偿线圈与主线圈的有效重叠面积减小，进而实现补偿线圈与主线圈解耦。

Description

一种集成式非接触变压器
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种集成式非接触变压器。
背景技术
非接触供电利用磁场耦合实现“无线供电”，即采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，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(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、不易漏电，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，具有良好的应用前景，目前已被广泛应用于电动汽车充电技术中。
目前，一般在电动汽车上安装有副边线圈，无线充电系统的停车位上安装有原边线圈。当电动汽车停靠在停车位上的预设充电位置时，原边线圈和副边线圈组成松耦合变压器，原边线圈发射的高频磁场能够通过电磁感应或者电磁振动的方式被副边线圈接收，进而被副边线圈转换为电能，从而实现电能的无线传输，达到为电动汽车进行无线充电的目的。
由于原副边线圈是松耦合，为了在系统中高效地传输电能，补偿网络不可或缺。补偿网络可以有效地降低逆变器的视在功率的等级要求以及回路中的无功功率。此外，容性补偿构筑谐振变换网络实现逆变器的软开关运行，可以有效地提高运行效率。根据电容与双边线圈的连接方式不同，存在四种基本的补偿拓扑：串联-串联(SS)、串联-并联(SP)、并联-并联(PP)、并联-串联(PS)。除此以外，为了进一步提高电路的性能，解决单电容补偿在电路特性上的不足，多谐振元件的补偿方式得到了越来越多的研究和讨论。
多谐振元件的补偿拓扑，一般包含多个电容和电感。对于含有多个电感多谐振元件的补偿方式，一般又包括主要用于耦合的主线圈电感和进行补偿所用的补偿线圈电感。由于多谐振元件网络在参数设计上的自由度增加，使系统参数诸如谐振频率、原边额定电流、线圈电感值和负载阻抗匹配等可以灵活调节，比较适合应用于无线充电的场合。然而，由于增加了补偿电感，采用多谐振元件补偿拓扑形式的非接触变压器的原副边将分别含有主线圈和补偿线圈两个线圈。
但是由于补偿线圈与主线圈的磁路存在重叠，因此已有的非接触变压器的补偿线圈与主线圈之间通常是存在耦合的，这种耦合导致对多谐振元件的补偿拓扑进行参数设计时需要反复调整并会同时增加系统内的无功功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成式非接触变压器，可实现补偿线圈与主线圈之间的解耦。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种集成式非接触变压器，所述非接触变压器包括：
原边部分，所述原边部分包括原边主线圈、原边铁芯、原边补偿线圈；所述原边铁芯设置在所述原边主线圈的外围；所述原边补偿线圈集成设置于所述原边主线圈与原边铁芯之间，且在同一水平面内所述原边补偿线圈与所述原边主线圈之间成夹角α设置；
副边部分，与所述原边部分非接触耦合设置；所述副边部分包括副边主线圈、副边铁芯、副边补偿线圈；所述副边铁芯设置在所述副边主线圈的外围；所述副边补偿线圈集成设置于所述副边主线圈与副边铁芯之间，且在同一水平面内所述副边补偿线圈与所述副边主线圈之间成夹角β设置。
可选的，所述夹角α的取值范围为：0＜α≤90°。
可选的，所述夹角α为90°。
可选的，所述原边主线圈为两个方形线圈间隔设置或者交叠设置。
可选的，所述原边补偿线圈为一个方形线圈或者两个方形线圈间隔设置。
可选的，所述原边部分还包括原边屏蔽铝板，所述原边屏蔽铝板用于包裹所述原边铁芯的外围。
可选的，所述夹角β的取值范围为：0＜β≤90°。
可选的，所述夹角β为90°。
可选的，所述副边主线圈为两个方形线圈间隔设置或者交叠设置。
可选的，所述副边补偿线圈为一个方形线圈或者两个方形线圈间隔设置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明集成式非接触变压器分别通过将原边部分中的原边补偿线圈与原边主线圈之间设置成一定夹角α，通过将副边部分中的副边补偿线圈与副边主线圈之间设置成一定夹角β，使得补偿线圈与主线圈的有效重叠面积减小，进而实现补偿线圈与主线圈解耦，从而降低变压器内的无功功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明集成式非接触变压器的主视图；
图2为图1中所示的副边部分实施例一的A-A俯视图；
图3为图1中所示的副边部分实施例二的A-A俯视图；
图4为图1中所示的副边部分实施例三的A-A俯视图；
图5为图1中所示的副边部分实施例四的A-A俯视图；
图6为图1中所示的原边部分实施例一的B-B俯视图；
图7为图1中所示的原边部分实施例二的B-B俯视图；
图8为图1中所示的原边部分实施例三的B-B俯视图；
图9为图1中所示的原边部分实施例四的B-B俯视图。
符号说明：
副边屏蔽铝板 1 副边铁芯 2
副边补偿线圈 3 副边主线圈 4
原边主线圈 5 原边补偿线圈 6
原边铁芯 7 原边屏蔽铝板 8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种集成式非接触变压器，分别通过将原边部分中的原边补偿线圈与原边主线圈之间设置成一定夹角α，通过将副边部分中的副边补偿线圈与副边主线圈之间设置成一定夹角β，使得补偿线圈与主线圈的有效重叠面积减小，进而实现补偿线圈与主线圈解耦，从而降低变压器内的无功功率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明集成式非接触变压器包括原边部分和副边部分。其中，所述原边部分包括原边主线圈5、原边铁芯7及原边补偿线圈6；所述原边铁芯7设置在所述原边主线圈5的外围；所述原边补偿线圈6集成设置于所述原边主线圈5与原边铁芯7之间，且在同一水平面内所述原边补偿线圈6与所述原边主线圈5之间成夹角α设置。所述副边部分与所述原边部分非接触耦合设置；所述副边部分包括副边主线圈4、副边铁芯2、副边补偿线圈3；所述副边铁芯2设置在所述副边主线圈4的外围；所述副边补偿线圈3集成设置于所述副边主线圈4与副边铁芯2之间，且在同一水平面内所述副边补偿线圈3与所述副边主线圈4之间成夹角β设置。
进一步地，所述夹角α的取值范围为：0＜α≤90°。优选地，所述夹角α为90°(如图6-图9所示)。所述夹角β的取值范围为：0＜β≤90°。优选地，所述夹角β为90°(如图2-图5所示)。通过将夹角设置为90°，可使补偿线圈与主线圈的磁路呈正交分布且有效重叠面积最小，从而使得补偿线圈与主线圈成解耦设置。
应当说明的是，不论主线圈与补偿线圈是否同为同边或副边(即不论是同边耦合还是跨边耦合)，只要符合该实施例的设置方式，则均能形成解耦状态。
优选地，所述原边主线圈5为两个方形线圈间隔设置(如图6和图8所示)或者交叠设置(如图7和图9所示)。所述原边补偿线圈6为一个方形线圈(如图8和图9所示)或者两个方形线圈间隔设置(如图6和图7所示)。其中，两个方形线圈间隔设置形成DD型线圈。在本实施例中，所述原边主线圈5有两种结构状态，所述原边补偿线圈6有两种结构状态，通过两两组合，可在原边部分形成四种结构状态(如图6-图9所示)。
进一步地，所述原边部分还包括原边屏蔽铝板8，所述原边屏蔽铝板8用于包裹所述原边铁芯7的外围。
此外，所述副边主线圈4为两个方形线圈间隔设置(即DD型线圈)(如图2和图4所示)或者交叠设置(如图3和图5所示)。所述副边补偿线圈3为一个方形线圈(如图4和图5所示)或者两个方形线圈间隔设置(DD型线圈)(如图2和图3所示)。在本实施例中，所述副边主线圈4有两种结构状态，所述副边补偿线圈3有两种结构状态，通过两两组合，可在副边部分形成四种结构状态(如图2-图5所示)。其中，所述原边部分中任一结构均可与所述副边部分的任一结构进行结合，形成对称或者非对称结构。结构多变，使用范围广。
进一步地，所述原边部分还包括原边屏蔽铝板1，所述原边屏蔽铝板1用于包裹所述原边铁芯2的外围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种集成式非接触变压器，其特征在于，所述非接触变压器包括：
原边部分，所述原边部分包括原边主线圈、原边铁芯、原边补偿线圈；所述原边铁芯设置在所述原边主线圈的外围；所述原边补偿线圈集成设置于所述原边主线圈与原边铁芯之间，且在同一水平面内所述原边补偿线圈与所述原边主线圈之间成夹角α设置；
副边部分，与所述原边部分非接触耦合设置；所述副边部分包括副边主线圈、副边铁芯、副边补偿线圈；所述副边铁芯设置在所述副边主线圈的外围；所述副边补偿线圈集成设置于所述副边主线圈与副边铁芯之间，且在同一水平面内所述副边补偿线圈与所述副边主线圈之间成夹角β设置。
2.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述夹角α的取值范围为：0＜α≤90°。
3.根据权利要求2所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述夹角α为90°。
4.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述原边主线圈为两个方形线圈间隔设置或者交叠设置。
5.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述原边补偿线圈为一个方形线圈或者两个方形线圈间隔设置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述原边部分还包括原边屏蔽铝板，所述原边屏蔽铝板用于包裹所述原边铁芯的外围。
7.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述夹角β的取值范围为：0＜β≤90°。
8.根据权利要求7所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述夹角β为90°。
9.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述副边主线圈为两个方形线圈间隔设置或者交叠设置。
10.根据权利要求1所述的集成式非接触变压器，其特征在于，所述副边补偿线圈为一个方形线圈或者两个方形线圈间隔设置。
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