基于三维磁场分析的松散耦合变压器分析及优化设计*

松散耦合变压器作为感应耦合无线电能传输系统的核心部件,其设计的好坏直接决定无线电能传输系统的性能.为此基于三维空间结构的有限元分析方法,分析单面双绕组结构耦合变压器空间磁场的分布特性,同时通过测量数据,探讨线圈宽度、线圈径长、磁芯长度、磁芯间距及磁芯条数与耦合系数的关系,并对其进行优化,以提高系统的耦合能力,最后给出松散耦合变压器最优的设计参数.     

一种带电磁屏蔽的绕组混合绕制非接触变压器

非接触变压器的耦合系数是影响感应式无线电能传输系统效率的关键因素。为提高非接触变压器的耦合系数,同时尽量减小其体积重量,提出由平面绕组和垂直绕组构成的绕组混合绕制的非接触变压器。然而垂直绕组的引入使得变压器外侧增加了一个新的漏磁路径。为抑制该漏磁,提高耦合系数,选择金属铝进行电磁屏蔽。通过磁路分析给出了屏蔽层的最佳长度公式。最后,为验证变压器有效性及优化方法正确性,制作了一个新型变压器并进行对比实验。与现有变压器相比,在10 mm气隙下,变压器耦合系数从0.523提高到0.583,尺寸从90 mm减小到73 mm。     

非接触感应电能传输系统松耦合变压器参数设计

松耦合变压器是非接触感应电能传输系统中的关键部分.在简要介绍松耦合变压器的基本结构和工作原理的基础上,提出了松耦合变压器的互感等效电路模型.根据松耦合变压器的特点,分析了铁芯材料、绕组位置、气隙大小对变压器耦合系数的影响.同时,针对原、副边漏感的特性,进一步讨论了变压器原、副边电路补偿问题.最后给出了非接触感应电能传输系统中松耦合变压器的耦合系数、网络补偿等几个重要参数的设计方案.     

一种带引导磁芯的齿轮状松耦合变压器

感应耦合式无线电能传输系统中，松耦合变压器的耦合系数是影响系统变换效率的关键因素。为提高其耦合系数，针对普通圆盘型松耦合变压器，基于其磁场仿真结果建立等效的磁路模型并作分析，在此基础上对圆盘形磁芯先后采取挖通孔、加引导磁芯的方法进行优化，并结合多U型磁芯结构提出一种新型齿轮状变压器结构。通过仿真与实验验证了该结构能在降低变压器重量的同时，有效提高其耦合系数，且具有良好的旋转稳定性。     

非接触电能传输系统的松耦合变压器实验研究

松耦合变压器作为非接触供电系统的关键部分之一,由于磁路中有较大距离的空气磁路,变压器漏感较大,耦合系数不高,因此严重影响了能量传输功率和效率。文中针对影响变压器耦合系数的因素,利用有限元软件ANSYS分别对U、E型两种形状磁芯的磁场分布随气隙大小和绕组位置进行有限元仿真研究,由磁力线的分布和走向可以看出这两个量对耦合系数的影响。进而提出一种可以提高耦合系数的改进磁结构的松耦合变压器,实验验证了理论分析。     

分离式变压器电磁结构与参数分析

为提高松耦合感应电能传输系统的传输能力.对系统的核心部件--分离式变压器的结构特点及参数进行研究.在分析松耦合变压器的互感等效电路模型的基础上,对电路的开路输出电压、励磁电流等变量进行分析,建立其与自感系数、互感系数、耦合系数等结构参数的关系,并分析了电路的阻抗特性与传输效率.通过仿真与实验,研究了系统的变量与磁芯间隙、系统频率之间的关系.为提高分离式变压器的耦合系数,对3种磁芯线圈结构进行参数测量,获得变压器的最优结构.仿真与实验结果表明,磁芯间隙不仅降低了线圈的耦合系数,且降低了励磁电感,需通过提高系统工作频率来抑制励磁电流,提高系统传输效率;通过优化磁芯线圈结构及磁芯间隙可提高系统传输能力和稳定性.     

非接触变压器磁路模型及结构优化

非接触变压器是感应电能传输系统中的核心结构,其耦合系数直接影响系统的电能传递效率,因此对其结构优化一直是研究的重点。本文针对一种应用于轨道交通领域的原、副边结构不对称的非接触变压器,根据线性系统的磁场叠加原理,分析了非接触变压器在副边开路和原边开路时其周围的磁场分布,建立了磁路模型,并推导得到原、副边电感及耦合系数的近似计算公式。基于该计算公式对磁路结构进行定性优化,有限元仿真证明了所提磁路模型和参数计算的正确性。在此基础上,利用该磁路模型,优化非接触变压器的结构,提出梯形绕组截面的绕组布置方式,以提高耦合系数;并对原、副边绕组匝数关系进行优化计算,使系统效率最优。根据以上优化,制作非接触变压器实验样机,在48mm气隙下,非接触变压器的耦合系数达到0.45,30k W非接触供电系统在满载时传输效率达到85.3%。     

新型非接触变压器的磁路模型及其优化

非接触电能传输系统中,变压器的耦合系数直接关系到系统的变换效率,而传统的提高变压器的耦合系数的方法多以牺牲其体积重量为代价。为了提高非接触变压器的耦合系数,同时减小其体积、重量,本文给出改进的变压器磁芯结构及绕组排列方法,并结合电磁场仿真结果,提出新型非接触变压器的磁路模型。根据耦合程度的不同,将总磁通分为三部分：无耦合,部分耦合和全耦合。基于变压器磁路模型和该磁通的分类方法,给出了各部分磁阻和变压器耦合系数的量化计算方法。并进一步给出变压器优化设计方法,提出了边沿扩展平面U型磁芯结构。采用优化后的变压器结构,完成了35-60V输入,60W输出的非接触变换器。变压器耦合系数计算结果和测试结果的一致性证明了所提磁路模型及耦合系数计算方法的正确性。与采用PlanarE64磁芯相比,在10mm气隙条件下,变压器耦合系数可从0.53提高到0.6,磁芯重量从122g减小到60g,最高变换效率提高了约2.5%。     

非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究

对基于非接触感应能量传输系统中的松耦合变压器进行了研究,对松耦合变压器的建模与电路分析进行了论述,着重对影响系统功率传输能力的耦合系数进行了研究。通过ANSYS仿真,对比了两种松耦合变压器的耦合系数的大小。选取耦合系数较高的第二种绕线方式设计了1kW全桥谐振变换器的松耦合变压器,并进行了实验数据测定。最后,详细分析了实验结果与仿真存在差异的原因。     

错位条件下基于“感应盲点”分析的非接触变压器建模及优化

感应式无线电能传输系统中,非接触变压器存在错位等多种工况,引起耦合系数等参数大范围变化,影响系统特性。为了建立错位条件下非接触变压器的耦合系数模型,文中基于场路结合的分析方法,分析磁通耦合特性,给出了非接触变压器的"感应盲点"求解方法;并结合其耦合系数的变化规律,建立非接触变压器错位条件下耦合系数的计算模型。基于磁场分布的特点,进一步提出副边多绕组的新型非接触变压器结构。采用优化后的变压器结构,设计制作了60 W输出的非接触变换器,耦合系数的计算结果和实际测试结果一致,证明了所提"感应盲点"分析方法与耦合系数计算模型的正确性,验证了优化后的新型非接触变压器具有良好的错位自适应能力。