TWI303444B - - Google Patents

Description

1303444 • 九、發明說明： \ 【發明所屬之技術領域】 • 本發明係為一種非接觸式電源系統(Contactless Power Supply) 之分離變壓器磁耦合元件(Coupling Effect Device)，特別是關於一 種非接觸式電源系統中所使用之分離變壓器（Detachable Transformer)，其磁耦合元件之結構設計，可減少磁漏現象，提升 電力轉換效能。 【先前技術】 按，非接觸式電源系統主要是利用磁耦合的方式將一次侧的 電力源耦合傳遞至二次側，而不經過電流傳遞，常見應用於電動 車充電裝置、手機或可攜式電子產品的非接觸式充電器…等等， 如圖一係為傳統非接觸式電源系統之實施例電路架構圖，該非接 觸式電源系統使用一分離變壓器將電源系統中至少二種不同之電 • 力源端分離，而該分離變壓器是利用電磁耦合的原理達成非接觸 電能傳輸的目的，因此該分離變壓器之電磁耦合效果會影響到整 個系統的電能轉換效率。 在習知技藝方面，分離變壓器1有許多種結構，如圖二所示之 U型鐵芯2結構，將一次侧及二次側鐵芯上纏繞線圈3，開口處相互 接近，即可將一次測之電力源電磁耦合至二次測。中原大學何金 滿教授與趙恆生研究生曾對此種變壓器發表論文，探討一次與二 次耦合關係與此系統之工作效率，其中得到結論中包括有··一次 1303444 側與二次側的似、於氣_3ap)鱗的條件下，效料可達八成左 右；一但一次側與二次侧的鐵芯於氣隙大於2mm，效率會低於5〇% 等。 本案發明人針對上述分離變壓||潛心研究，修改增加鐵芯磁 路麵口之面積’形成包紐，減少漏磁效躺發生率，並縮短磁 通路徑，降低磁阻，，是為一設計合理之發明。 【發明内容】 本發明之目的係在於提供—種非細式電料、統巾所使用之 $離變壓ϋ，其中該分離變㈣之電磁耦合元件設計成凹凸狀之 私磁搞5路彳工’形成包覆效果，減少漏磁，如此可增加變壓器之 轉換效能。 為達成上述目的，本發明非接觸式電源系統之分離變壓器， 包括-第-電磁輕合元件，設有複數搞合腳，並呈—開口端，其 上繞有線圈，形成一次側電力源；及-第二電磁麵合元件，其上 亦設有複_合腳及繞有、_，且第—及第二電_合元件之輕 σ腳相互對稱且開口相互接近而不接觸’產生非接觸電力麵合， 2成二次側電力源；其中該第—電蝴合元件之搞合腳接近面上 δ 又至少-凸塊’而該第二電磁麵合元件之麵合腳接近面上設至少 凹口 ’且恰可使該凸塊容置於該凹口處，但不相互接觸。 一為達成上述目的’本發明—種分離懸器係由—次側鐵芯及 -次側鐵芯所組成’其上皆繞有、_，使一次側之電力源可電磁 1303444 麵合至二摘，其中該—次觸芯與該二次側鐵芯之電磁轉合接 ; 近面處，形成有相互對應之至少一凹凸狀。 【實施方式】 為了使t審查委員能更進一步瞭解本發明為達成預定目的 所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明 與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，t可由此得一深入且 • 具體之瞭解’然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本 發明加以限制者。 凊參閱圖二所示，係為本發明所設計之分離變壓器鐵芯結構 實施例圖，本發明之變壓器結構同樣由二鐵芯作為電磁搞合元件 ，该二鐵芯上皆繞上線圈並分別設為一次側及二次侧，本發明主 要在二鐵芯之接近面上設計成凹凸形狀，使電磁耦合路徑形成包 覆狀，減少漏磁，如圖四⑻及圖四(b)所示係傳統鐵芯之平面接近 ♦ Φ與本發明凹凸接近面之狀態示意圖，由圖可知在相同氣隙距離^ mm)日守，本發明之有效磁路流通面積範圍大於傳統平面範圍，且 部分磁通路徑小於傳統平面距離。 如圖三之實施例，該變壓器1〇包含有一第一鐵芯丨丨及一第二 鐵芯12，該第一鐵芯η及第二鐵芯12皆具複數耦合、121， 如可呈U型或E型狀，且第一鐵芯u及第二鐵芯12之耦合腳相互對 稱且開口相近，以產生非接觸式電磁耦合效應。 該第一鐵芯11之耦合腳111，其接近面112上設計至少一凸塊 1303444 • 113，而該第二鐵芯12之耦合腳12卜其接近面122上設至少一凹口 ' 123 ’且恰可使該凸塊113容置於該凹口 123處，但不相互接觸，如 此可增加電磁耦合的包覆效果。 本發明為實驗驗證所設計之鐵芯結構能增加磁搞合之包覆效 果，減少漏磁產生，故在測試上採用磁耦合係數之計算式包括： L ^Ίρ + L〕p + 2Αί-----------------------------------------(i) • rar------------------------------------------------(2) 其中々為磁耦合係數，z和分別為總電感、互感、一 次侧自感和二次侧自感，使用阻抗分析儀實際量測及計算結果如 圖五所不，可看出本發明之變壓器磁耦合係數較傳統變壓器高。 由上述之模擬與實驗結果證明，本發明所設計之鐵芯，其電磁 搞合接面有被包覆的效果，明顯具有搞合效率提昇的改善功效， 進而證明減少漏磁的發生。 瞻職是，本發明確能藉上述所揭露之技術，提供一種避然不同 於t知者的設計’堪能提高整體之使賴值，又其巾請前未見於 刊物或公開使用’誠已符合發明專利之要件，妥依法提出發明專 利申請。 淮上述所揭洛之圖式、說明，僅為本發明之實施例而已， 凡精于此概藝者當可灣上叙·作其他麵之改良，而這 些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。 1303444 【圖式簡單說明】 圖一係為傳統非接觸式電源系統之實施例電路架構圖； 圖二係為習知分離變壓器之u型鐵芯結構； 圖三係為本發明分離變壓器鐵芯結構實施例圖； 圖四係為與傳統鐵芯之比較狀態示意圖；及 圖五係為本發明驗證結果統計示意圖。 【主要元件符號說明】 1 分離變壓器 2 U型鐵芯 3 線圈 10 變壓器 11 第一鐵芯 111 第一鐵芯耦合腳 112 第一鐵芯耦合腳接近面 113 凸塊 12 第二鐵芯 121 第二鐵芯耦合腳 122 第二鐵芯耦合腳接近面 123 凹口 9

Claims (1)

1. J303444 十、申請專利範圍： 1·一種非接觸式電源系統之分離變壓器，包括： 一第一電磁耦合元件，設有三個以上耦合腳，並呈一開口端 其上繞有線圈，形成一次侧電力源；及 -第二電磁_合元件，其上亦設有三個以上_合腳及繞有線 圈，且第一及第二電磁耦合元件之耦合腳相互對稱且開口相互接 近而不接觸，產生非接觸電力耦合，形成二次側電力源； 其中，該第-電雜合元件之齡腳接近面上設至少一凸塊 ，而该第二電磁耦合元件之耦合腳接近面上設至少一凹口，且恰 可使該凸塊容置於該凹口處，但不相互接觸，該凸塊與該凹口 、'〜構而該凸塊與该凹口間形成一間隙，該間隙為 斜面結構。 鲁哭2.1申請專利範圍第1項所述之非接觸式電源系統之分離變壓 /、s第％磁1¾合元件及該第二電磁_合元件係為鐵芯。 哭3.=中％專利範圍幻項所述之非接觸式電源系統之分離變壓 二’其中觸-電磁輕合元件及該第二電磁輕合元件係别字型或 比4.一種分離變壓器，係由—次側鐵芯及二次侧鐵芯所組成，其上 白凡有線圈’使—摘之電力源可電磁搞合至二次侧，其中： 1303444 該一次側鐵芯與該二次側鐵芯之電磁耦合接近面處，形成有 相互對應之至少一凹凸狀； 其中，該一次側鐵芯與該二次側鐵芯係彼此相鄰近，且其間 开>成一間隙，该凹凸狀為梯形結構，而該間隙為斜面結構。 5·如申請專利範圍第4項所述之分離變壓器，其中該一次侧鐵芯 及二次側鐵芯呈一端開口之相互對稱狀。 6·如申請專利範圍第4項所述之分離變壓器，其中該一次側鐵芯 及二次側鐵怒呈U字型或E字型。

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