氣隙磁場徑向分布的可分離變壓器電磁耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是構(gòu)成氣隙磁場徑向分布的可分離變壓器電磁耦合器。本發(fā)明的可分離變壓器電磁耦合器的結(jié)構(gòu)為；C形隔離圓盤1/8，主磁芯磁路2/7，初次級線圈骨架及保護層3/5，次級接收線圈4，初級勵磁線圈6，軸承10和轉(zhuǎn)子9。本發(fā)明的可分離變壓器電磁耦合器借助于降低氣隙磁能占比，增加磁芯磁能占比；降低漏磁；采用嵌入式次級線圈耦合結(jié)構(gòu)以增加初次級線圈的耦合程度，改變了目前可分離變壓器的電磁耦合器電能轉(zhuǎn)換效率隨氣隙增大而急劇下降的特征，顯著提高了可分離變壓器的電能轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明用于非接觸電能傳輸，可替代導(dǎo)電滑環(huán)用于航空航天，石油勘探，新能源等領(lǐng)域。
【專利說明】氣隙磁場徑向分布的可分離變壓器電磁耦合器

【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 本發(fā)明涉及的是構(gòu)成氣隙磁場徑向分布的可分離變壓器（可分離變壓 器俗稱松耦合變壓器）電磁耦合器的磁芯磁路結(jié)構(gòu)，初次級線圈形狀和相互位置，以及由 于實施這種磁芯磁路和線圈結(jié)構(gòu)而獲得的低氣隙磁場損耗，高耦合系數(shù)高電能轉(zhuǎn)換效率的 可分離變壓器電磁耦合器及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】 [0002] 可分離變壓器的基本原理也即感應(yīng)電力傳輸（IPT)技術(shù)；根據(jù)安培定 律，發(fā)射部分電能以交流電的形式轉(zhuǎn)換成時變電磁場，根據(jù)法拉第定律，接收部分將該時變 電磁場轉(zhuǎn)變成感應(yīng)電壓，為負(fù)載提供電能。
[0003] 由于可分離變壓器具有發(fā)射接受部分可分離，相對位置固定（可轉(zhuǎn)動），無金屬直 接接觸傳遞電能及電信號等特性，正逐漸被推廣應(yīng)用于某些具有特殊要求的場合。如用作 防爆防水場合，電動汽車充電樁，用作輸送電力和信號的無接觸導(dǎo)電滑環(huán)，也可用作電器產(chǎn) 品插頭插座的升級換代廣品。
[0004] 然而，由于可分離變壓器氣隙的存在，其電能傳輸效率隨氣隙增大而急劇降低，電 能傳輸效率一直成為制約可分離變壓器設(shè)計應(yīng)用的瓶頸。為提高可分離變壓器電能傳輸 效率，國內(nèi)外研究機構(gòu)進行了大量的研究，取得了不少研究成果。研究表明；1增大氣隙磁 芯截面積，2減少漏磁，3調(diào)整初次級繞組線圈位置可以提高可分離變壓器的耦合程度及效 率。但什么樣的可分離變壓器電磁耦合器的磁芯結(jié)構(gòu)，初次級線圈配置可以同時滿足以上 三個條件？能否突破當(dāng)前可分離變壓器電能轉(zhuǎn)換效率的瓶頸？
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的一個目的在于明確指出；磁芯氣隙能量與氣隙磁芯截面積成 反比，當(dāng)氣隙寬度1〇_時，氣隙磁芯截面積提高10倍，可分離變壓器電能傳輸效率可提高 5倍。本發(fā)明指出；什么樣的可分離變壓器電磁耦合器的磁芯磁路結(jié)構(gòu)，初次級線圈相互位 置可以同時滿足可分離變壓器電磁耦合器的磁芯磁路優(yōu)化的三個條件，從而提高可分離變 壓器的電能轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明的電磁耦合器對稱中心剖視結(jié)構(gòu)示意圖
[0007] 圖2為本發(fā)明的電磁耦合器磁通模型原理圖
[0008] 圖3螺繞環(huán)電磁感應(yīng)原理圖 [0009] 圖4喇叭口螺繞環(huán)電磁感應(yīng)原理圖
[0010] 圖5為本發(fā)明的電磁耦合器磁通模型尺寸案例

【具體實施方式】
[0011] 組成
[0012] 如圖（1)，本發(fā)明的可分離變壓器電磁耦合器的磁芯磁路結(jié)構(gòu)為；C形隔離圓盤 1/8,主磁芯磁路2/7,初次級線圈骨架及保護層3/5,次級接收線圈4,初級勵磁線圈6,軸承 10和轉(zhuǎn)子9。
[0013] 主磁芯磁路2/7,初級勵磁線圈6,構(gòu)成權(quán)利要求1的環(huán)形氣隙徑向分布磁場。
[0014] 主磁芯磁路2/7構(gòu)成權(quán)利要求2,要求主磁芯磁路儲能最大即主磁芯磁路面積盡 可能最小，氣隙磁芯截面積盡可能最大即氣隙儲能占比最小。
[0015] 主磁芯磁路結(jié)構(gòu)2/7構(gòu)成權(quán)利要求3/5,次級接收線圈4置于氣隙磁場中，次級接 收線圈4與初級勵磁線圈6同軸，共享同一段主磁芯7,初次級線圈的耦合系數(shù)> 0. 5。次 級接收線圈4與初級勵磁線圈6之間的定位采用圓周定位，保證定位精度。
[0016] 主磁芯磁路2/7構(gòu)成權(quán)利要求4,當(dāng)磁芯氣隙截面積增加時，次級接收線圈4直徑 不變，高度增加。
[0017] C形隔離圓盤1/8構(gòu)成權(quán)利要求6,確保磁芯磁路與外界滿足電磁兼容要求。隔離 圓盤材料由電絕緣抗磁體或電絕緣順磁體材料組成。
[0018] 主磁芯磁路2/7構(gòu)成權(quán)利要求7,主磁芯磁路2/7為鑲嵌結(jié)構(gòu)，便于初級勵磁線圈 裝配。
[0019] 主磁芯磁路2/7構(gòu)成權(quán)利要求8,與常規(guī)可分離變壓器磁芯磁路結(jié)構(gòu)相比，只有一 端氣隙開口（除勵磁線圈導(dǎo)線入口外）。
[0020] 次級線圈骨架及保護層5的氣隙磁場對應(yīng)部分構(gòu)成權(quán)利要求9,構(gòu)成主磁芯磁路 2/7的一部分。
[0021] 分離出C形隔離圓盤1的中心部分與次級線圈4和次級線圈骨架及保護層5構(gòu)成 轉(zhuǎn)子9,在C形隔離圓盤1中加裝軸承10后，轉(zhuǎn)子9即次級線圈4即可繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)。
[0022] 次級線圈耦合原理
[0023] 初級勵磁線圈磁力線走向相對對稱中心軸呈環(huán)狀，矩形。若設(shè)磁芯氣隙磁場 為均勻分布，磁耦合器接受部分即次級線圈最底層線圈接受的磁力線為

【權(quán)利要求】
1. 一種可分離變壓器的電磁耦合器，其特征在于采用主磁路2和7,將常見的氣隙平行 磁場改造成環(huán)形氣隙徑向分布磁場。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于此種主磁路2和7的磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計目 標(biāo)要求降低氣隙儲能占比，增加磁芯儲能占比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于部分次級接收線圈4置于磁芯氣隙之 中，感應(yīng)環(huán)形氣隙徑向分布磁場磁力線增量。部分次級接收線圈4置于初級勵磁線圈6外 圈感應(yīng)初級勵磁線圈勵磁電流，兩感應(yīng)分量相互疊加，初次級線圈耦合系數(shù)> 0. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器和根據(jù)權(quán)利要求2 ;其特征還在于當(dāng)磁芯氣隙截面積 增加時，次級接受線圈4直徑不變，高度增加。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于次級接受線圈4與初級勵磁線圈6同 軸，共享同一段主磁路2的磁芯，次級接受線圈4與初級勵磁線圈6之間的定位采用圓周定 位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于主磁路2和7頂端，次級接受線圈4頂 端設(shè)置一 C形隔離圓盤，主磁路2和7磁芯底部設(shè)置一 C形隔離圓盤。隔離盤材料為電絕 緣抗磁體或順磁體材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于為制造方便，主磁路磁芯分為二部分， 主磁路2和7,為減少漏磁其組合方式為鑲嵌結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁稱合器，其特征還在于相對于封閉磁力線，磁芯只有一處氣 隙開口（除初級勵磁線圈6導(dǎo)線入口外）。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于對應(yīng)于磁芯氣隙磁路部分的次級接收 線圈骨架及保護層材料5可以是導(dǎo)磁材料，用作減小氣隙寬度，作為整個主磁路2和7磁芯 磁路結(jié)構(gòu)的一個組成部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的電磁耦合器，其特征還在于分離出主磁路2和7頂端的C形隔離 圓盤的中心部分與次級接收線圈4以及次級接收線圈骨架及保護層5構(gòu)成轉(zhuǎn)子9,在C形隔 離圓盤1上加裝軸承10后，轉(zhuǎn)子9即次級線圈4即可繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】H01F27/30GK104240913SQ201410436410
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】姜寶華 申請人:姜寶華