应用于WPT系统的松耦合变压器结构及其LCC-S补偿方法技术方案

本发明专利技术提供了应用于WPT系统的松耦合变压器结构及其LCC

【技术实现步骤摘要】
应用于WPT系统的松耦合变压器结构及其LCC
‑
S补偿方法


[0001]本专利技术属于无线输电
，具体涉及应用于WPT系统的松耦合变压器结构及其LCC
‑
S补偿方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)技术摆脱了传统输电技术中导线的束缚，实现了电能的无物理接触传输，具有低磨损率、低短路率、安全性能高等优势。电磁感应式无线输电已经成为WPT技术的研究热点之一，电磁感应式无线电能传输系统的传输功率主要由松耦合变压器的传输特性决定，目前学者主要聚焦于单对原副线圈的单端变压器WPT系统的研究，然而单个变压器传输功率极其有限，限制了无线输电的推广应用，亟待更大功率WPT系统的提出与研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术是针对现有电磁感应式WPT技术的单体传输功率不足，提供一种应用于WPT系统的大额传输功率的松耦合变压器结构，松耦合变压器结构可以设置成多端轴式变压器或者端面变压器组合，并提出了适用于松耦合变压器的LCC
‑
S补偿方法。
[0004]为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本专利技术的目的在于针对上述问题，提供应用于WPT系统的松耦合变压器结构，包括多端轴式变压器，所述多端轴式变压器包括同轴线的内轴铁心1、外轴铁心2、原边线圈Ⅰ3和副边线圈Ⅰ4，其特征在于，所述内轴铁心1的结构为外壁带有多个外槽的圆管，所述外轴铁心2的结构为内壁带多个内槽的圆管，所述原边线圈Ⅰ3绕于内轴铁心1的外槽内，所述副边线圈Ⅰ4缠绕于外轴铁心2的内槽内。
[0005]优选的，所述内轴铁心1的外槽槽宽相等，每个外槽的两端为内轴铁心1的外凸起结构，且两个相邻外槽之间只有一个外凸起结构；所述外轴铁心2的内槽槽宽与内轴铁心1的外槽槽宽相等，每个内槽两端为外轴铁心2的内凸起结构，且两个相邻的内槽之间只有一个内凸起结构。
[0006]优选的，所述内轴铁心1的外凸起都与外轴铁心2的内凸起一一对应设置，且相对应的外凸起和内凸起位于同一个垂直于轴线的水平面上；相对应的外凸起和内凸起之间为铁心气隙(7)。
[0007]优选的，所述内轴铁心1的外凸起和所述外轴铁心2的内凸起上均分别开设有对称设置的进线柱孔5和出线柱孔6，其中，在同一个水平面上，位于外凸起上进线柱孔5和出线柱孔6的圆心连线重合于位于内凸起上进线柱孔5和出线柱孔6的圆心连线并与内轴铁心1的轴线相交；内轴铁心1和外轴铁心2的进线柱孔5和出线柱孔6的轴线均与内轴铁心1的轴线平行。
[0008]优选的，原边线圈Ⅰ3分别通过内轴铁心1外凸起的进线柱孔5和出线柱孔6入线和出线，副边线圈Ⅰ4分别通过外轴铁心2内凸起的进线柱孔5和出线柱孔6入线和出线，其中，原边线圈Ⅰ3的进线柱孔5靠近副边线圈Ⅰ4的出线柱孔6，原边线圈Ⅰ3的出线柱孔6靠近副边
线圈Ⅰ4的进线柱孔5。
[0009]优选的，对于相邻的两组原副线圈对，若其在中间凸起处的磁感线为同方向，则两组原副线圈对中间的凸起厚度大于位于上方的一组原副线圈对的上侧凸起的厚度；对于相邻的两组原副线圈对，若其在中间凸起处的磁感线为反方向，则两组原副线圈对中间的凸起厚度小于位于上方的一组原副线圈对的上侧凸起的厚度。
[0010]优选的，使用端面变压器组合替代多端轴式变压器，所述端面变压器组合包括多个半径逐渐变大或者变小的端面变压器，每个所述端面变压器均包括原边线圈Ⅱ8、副边线圈Ⅱ9、原边铁心10和副边铁心11，其中，对于一个所述端面变压器，所述原边铁心10与副边铁心11均包括同轴线的里、中、外三个环形铁心凸起和环形铁心底盘，所述原边铁心10与副边铁心11具有相同的半径，所述原边铁心10或副边铁心11中相邻两个铁心环形凸起之间为一个环形空气凹槽，所述原边铁心10与副边铁心11的横截面均为“E”形；所述原边铁心10的三个铁心环形凸起均缠绕所述原边线圈Ⅱ8，所述副边铁心11的三个铁心环形凸起均缠绕所述副边线圈Ⅱ9，所述原边铁心10与副边铁心11均开设有小段圆弧缺口供线圈通过；所述原边线圈Ⅱ8和副边线圈Ⅱ9绕制方式均为：沿被绕铁心凸起的内侧绕制一圈，再沿被绕铁心凸起的外侧绕制一圈，视为完整一匝线圈，重复内外绕制得多匝线圈，在绕制完成线圈后，用同样材质的一小段相同半径的弧形铁芯将原边铁心10和副边铁心11的圆弧缺口连接上。
[0011]本专利技术的目的还在于提出适用于松耦合变压器的LCC
‑
S补偿方法，其特征在于，包含以下步骤：
[0012]其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤1，分别单独测量第x[x＝1,2,
…
K，
…
n]对原副线圈的原边自感L
px
、副边自感L
sx
,、该对原副线圈之间的互感M
x
和该对原副线圈与相邻原副线圈对的互感M
x_adj
；
[0014]步骤2，测量第x对原副线圈的原边线圈的电流I
x
及其相邻原副线圈对的原边线圈的电流I
x_adj
,若I
x
＝I
x_adj
，则执行步骤3；若I
x
＝
‑
I
x_adj
，则执行步骤4；
[0015]步骤3，若所测第x对原副线圈为端线圈对[x＝1或者n]，则第x对原边线圈、副边线圈的等效自感分别为L
px_eq
＝L
px
+M
x_adj
、L
sx_eq
＝L
sx
+M
x_adj
，等效互感为M
x_eq
＝M
x
‑
M
x_adj
；若所测第x对原副线圈为中间线圈对[x＝2,3,...K，...n
‑
1]，则第x对原边线圈、副边线圈的等效自感分别为L
px_eq
＝L
px
+2M
x_adj
、L
sx_eq
＝L
sx
+2M
x_adj
，等效互感为M
x_eq
＝M
x
‑
2M
x_adj
；
[0016]步骤4，若所测第x对原副线圈为端线圈对[x＝1或者n]，则第x对原边线圈、副边线圈的等效自感分别为L
px_eq
＝L
px
‑
M
x_adj
、L
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＝L
sx
‑
M
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，等效互感为M
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＝M
x
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M
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；若所测第x对原副线圈为中间线圈对[x＝2,3,...K，...n
‑
1]，则第x对原边线圈、副边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于WPT系统的松耦合变压器结构，包括多端轴式变压器，所述多端轴式变压器包括同轴线的内轴铁心(1)、外轴铁心(2)、原边线圈Ⅰ(3)和副边线圈Ⅰ(4)，其特征在于，所述内轴铁心(1)的结构为外壁带有多个外槽的圆管，所述外轴铁心(2)的结构为内壁带多个内槽的圆管，所述原边线圈Ⅰ(3)绕于内轴铁心(1)的外槽内，所述副边线圈Ⅰ(4)缠绕于外轴铁心(2)的内槽内。2.根据权利要求1所述的松耦合变压器结构，其特征在于，所述内轴铁心(1)的外槽槽宽相等，每个外槽的两端为内轴铁心(1)的外凸起结构，且两个相邻外槽之间只有一个外凸起结构；所述外轴铁心(2)的内槽槽宽与内轴铁心(1)的外槽槽宽相等，每个内槽两端为外轴铁心(2)的内凸起结构，且两个相邻的内槽之间只有一个内凸起结构。3.根据权利要求2所述的松耦合变压器结构，其特征在于，所述内轴铁心(1)的外凸起都与外轴铁心(2)的内凸起一一对应设置，且相对应的外凸起和内凸起位于同一个垂直于轴线的水平面上；相对应的外凸起和内凸起之间为铁心气隙(7)。4.根据权利要求3所述的松耦合变压器结构，其特征在于，所述内轴铁心(1)的外凸起和所述外轴铁心(2)的内凸起上均分别开设有对称设置的进线柱孔(5)和出线柱孔(6)，其中，在同一个水平面上，位于外凸起上进线柱孔(5)和出线柱孔(6)的圆心连线重合于位于内凸起上进线柱孔(5)和出线柱孔(6)的圆心连线并与内轴铁心(1)的轴线相交；内轴铁心(1)与外轴铁心(2)上的进线柱孔(5)和出线柱孔(6)的轴线均与内轴铁心(1)的轴线平行。5.根据权利要求4所述的松耦合变压器结构，其特征在于，原边线圈Ⅰ(3)分别通过内轴铁心(1)外凸起的进线柱孔(5)和出线柱孔(6)入线和出线，副边线圈Ⅰ(4)分别通过外轴铁心(2)内凸起的进线柱孔(5)和出线柱孔(6)入线和出线，其中，原边线圈Ⅰ(3)的进线柱孔(5)靠近副边线圈Ⅰ(4)的出线柱孔(6)，原边线圈Ⅰ(3)的出线柱孔(6)靠近副边线圈Ⅰ(4)的进线柱孔(5)。6.根据权利要求5所述的松耦合变压器结构，其特征在于，对于相邻的两组原副线圈对，若其在中间凸起处的磁感线为同方向，则两组原副线圈对中间的凸起厚度大于位于上方的一组原副线圈对的上侧凸起的厚度；对于相邻的两组原副线圈对，若其在中间凸起处的磁感线为反方向，则两组原副线圈对中间的凸起厚度小于位于上方的一组原副线圈对的上侧凸起的厚度。7.根据权利要求1所述的松耦合变压器结构，其特征在于，使用端面变压器组合替代多端轴式变压器，所述端面变压器组合包括多个半径逐渐变大或者变小的端面变压器，每个所述端面变压器均包括原边线圈Ⅱ(8)、副边线圈Ⅱ(9)、原边铁心(10)和副边铁心(11)，其中，对于一个所述端面变压器，所述原边铁心(10)与副边铁心(11)均包括同轴线的里、中、外三个环形铁心凸起和环形铁心底盘，所述原边铁心(10)与副边铁心(11)具有相同的半径，所述原边铁心(10)或副边铁心(11)中相邻两个铁心环形凸起之间为一个环形空气凹槽，所述原边铁心(10)与副边铁心(11)的横截面均为“E”形；所述原边铁心(10)的三个铁心环形凸起均缠绕所述原边线圈Ⅱ(8)，所述副边铁心(11)的三个铁心环形凸起均缠绕所述副边线圈Ⅱ(9)，所述原边铁心(10)与副边铁心(11)均开设有小段圆弧缺口供线圈通过；所述原边线圈Ⅱ(8)和副边线圈Ⅱ(9)绕制方式均为：沿被绕铁心凸起的内侧绕制一圈，再沿被绕铁心凸起的外侧绕制一圈，视为完整一匝线圈，重复内外绕制得多匝线圈，在绕制完成线圈后，用同样材质的一小段相同半径的弧形铁芯将原边铁心(10)和副边铁心(11)的圆弧
缺口连接上。8.根据权利要求6或者7任一所述的松耦合变压器结构的LCC
‑
S补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，分别单独测量第x[x＝1,2,
…
K，
…
n]对原副线圈的原边自感L
px
、副边自感L
sx
,、该对原副线圈之间的互感M
x
和该对原副线圈与相邻原副线圈对的互感M
x_adj
；步骤2，测量第x对原副线圈的原边线圈的电流I
x
及其相邻原副线圈对的原边线圈的电流I
x_adj
,若I
x
＝I
x_adj
，则执行步骤3；若I
x
＝
‑
I
x_adj
，则执行步骤4；步骤3，若所测第x对原副线圈为端线圈对[x＝1或者n]，则第x对原边线圈、副边线圈的等效自感分别为L
px_eq
＝L
px
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x_adj
、L
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＝L
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+M
x_adj
，等效互感为M
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＝M
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M
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；若所测第x对原副线圈为中间线圈对[x＝2,3,...K，...n
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1]，则第x对原边线圈、副边线圈的等效自感分别为L
px_eq
＝L
px
+2M
x_adj
、L
sx_eq
＝L
sx
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩松，刘君，王则文，张子佳，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：