一种非接触变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非接触供电技术，具体涉及一种副边绕组附加两段或多段辅助绕组， 与副边主绕组组合输出的非接触变压器。
【背景技术】
[0002] 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，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。
[0003] 尽管非接触供电技术使用方便、优点突出，但是，其相比于紧耦合变压器存在的低 耦合、大漏感的缺点却降低了系统效率，同时也制约了非接触供电技术的推广和应用。有关 损耗测试和分析结果表明：满载情况下，变压器的损耗占到系统总损耗的70%以上。而现有 技术中明确指出，要提高变压器的传输效率，须尽量提高变压器的耦合系数。由此可见，提 高非接触变压器的耦合系数是提高非接触系统效率的关键。
[0004] 为了获得高耦合系数，目前，多采用平面化的非接触变压器结构，通过增大变压器 的正对面积，从而保证大气隙时非接触变压器原副边耦合磁路的磁阻不会过大，尽可能地 提高了非接触变压器的耦合系数。目前已有非接触变压器原副边绕组的磁通耦合特性是在 原副边磁芯完全正对时，耦合磁通最多，耦合系数最大，系统的功率传输能力和效率特性通 常也最佳。随着原副边磁芯错位程度的加深，经原边闭合的漏磁通对应的磁路磁阻特性变 化不大，但原副边耦合的磁通部分所对应磁路的磁阻特性则因磁通路径的延长和有效导磁 面积的显著减小而明显增大，导致耦合系数减小明显。为了解决这一问题，韩国S. Lee，J. Huh, C. Park, N. -S. Choi, G. -H. Cho and C. -Τ. Rimj "On-Line Electric Vehicle using inductive power transfer system，" in IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)，2010，pp. 1598-1601结合轨道式非接触供电应用，对原边和副边 的磁芯形状进行优化，提出了鱼骨式的磁芯结构，大大减小原边激励侧的磁芯面积，使得气 隙变化、错位时，导磁面积变化不明显，改善非接触变压器耦合系数对气隙变化和错位的 敏感度；G. A. Covic，J. T. Boys, M. L. G. Kissin and H. G. Lu, 〃A Three-Phase Inductive Power Transfer System for Roadway-Powered Vehicles, ^IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54，no. 6，pp. 3370 - 3378 结合轨道式非接触供 电应用，提出了三相原边绕组激励的方式，减小磁场分布沿轨道宽度横向方向分布的变化， 减小对横向偏移的敏感；南京航空航天大学，中兴新能源汽车有限责任公司，陈乾宏，侯佳 等提出的"一种非接触变压器，CN104319076"专利提出了一种不对称的磁芯结构，通过副边 磁芯横向面积的增大，减小了非接触变压器耦合系数的错位敏感度。
[0005] 对于现有的原边绕组分段绕制、耦合磁通方向变化的非接触变压器结构，错位还 可能使得副边绕组耦合到的进、出的磁通完全抵消，进而使得耦合系数几乎为零，非接触变 压器丧失功率传输能力。前面给出的几种改善耦合系数错位能力的非接触变压器结构对此 无效。奥克兰 Mickel Budhia , John T. Boys, Grant A. Covic and Chang-Yu Huang, Development of a Single-Sided Flux Magnetic Coupler for Electric Vehicle IPT Charging Systems" IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. I, January 2013提出在非接触变压器副边两绕组(被简称DD绕组)中间叠加与副边绕组重叠 的第三绕组(被简称Q绕组)，减小次级输出功率的横向错位敏感度，较好地解决了错位时处 于"进、出磁通完全抵消"的"感应盲点"而影响功率传输能力的问题。然而这种变压器结构 虽然对于横向或纵向错位都不敏感，但是当发生角向错位，如原副边绕组的轴线垂直，发生 90度角向错位，这种"DDQ"的绕组结构会丧失功率传输能力。考虑到实际应用中变压器原 副边错位的不确定性，横向错位、纵向错位、角向错位以及它们的任意组合情况均有可能发 生，需要进一步优化非接触变压器的结构。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种非接触变压器，在已有的非接触变压器 副边绕组的基础上，附加两段或多段辅助绕组，能够自适应非接触变压器原副边在各个方 向的错位情况，有效减小非接触变压器输出特性对错位的敏感度。
[0007] 本发明的具体技术方案如下： 一种非接触变压器，包括原边磁芯、原边绕组、副边磁芯和副边绕组； 所述非接触变压器副边绕组包括副边主绕组和辅助绕组，该辅助绕组采用两段式或多 段式，辅助绕组的各段绕组与副边主绕组重叠、部分重叠或不重叠绕制。
[0008] 本发明的进一步设计在于： 所述辅助绕组的各段绕组直接输出或各段绕组相互连接后输出，形成若干个输出单 元；所述各段绕组的相互连接方式采用串联、并联或串并联。
[0009] 所述若干个输出单元与副边主绕组组合输出，其组合输出方式采用串联、并联或 串并联连接，再经整流后输出，其绕组连接方式使得磁芯正对情况下原边绕组与各段辅助 绕组的磁通耦合效果不一致，或组合输出方式采用整流后再串联、并联或串并联输出。
[0010] 其绕组连接方式使得磁芯正对情况下原边绕组与各段辅助绕组的磁通耦合效果 不一致，正向耦合和反向耦合同时存在，理想情况下原边绕组与辅助绕组的耦合系数为零。 [0011] 其中，辅助绕组优选为两段绕组，两段绕组结构相同，且沿纵向对称绕制在副边磁 芯两侧，两段绕组直接输出，形成两个输出单元，并与副边主绕组经整流后串联或并联输 出。
[0012] 其中，原边绕组和副边主绕组为单一绕组、两段绕组或多段绕组，每段绕组形成一 个磁极区域，原/副边各段绕组串联、并联或串并联连接形成一个或多个原/副边绕组。
[0013] 其中，辅助绕组的各段绕组可沿垂直于气隙的平面的任意方向扩展，辅助绕组的 各段绕组在垂直于气隙的平面上的几何形状为三角形、四边形、圆形、扇形、多边形，或以上 形状的组合。
[0014] 所述辅助绕组与所述副边主绕组各段绕组匝数相等或不等。
[0015] 所述辅助绕组与所述副边主绕组分段绕组数相等或不等。
[0016] 其中，原边磁芯和/或副边磁芯的结构可选用：U型、I型、两边柱底部沿侧边向外 扩展的边沿扩展型、十字形或者上述形状的组合。
[0017] 其中，所述原边磁芯和副边磁芯均可选用整块磁芯、或由多块磁芯采用阵列式方 法拼装组合而成。
[0018] 其中，所述原边磁芯和副边磁芯均可选用导磁材料硅钢片、铁氧体、非晶、微晶、超 微晶、坡莫合金、或粉芯材料制成；或者非导磁材料空气、陶瓷、环氧或塑料制成；或者由一 种或多种导磁材料和/或一种或多种非导磁材料组合来实现。
[0019] 其中，原边绕组、副边主绕组和辅助绕组的导线均可选用实心导线、Litz线、铜皮、 铜管，或PCB绕组。
[0020] 其中，所述原边和/或副边外侧设有磁屏蔽层，该磁屏蔽层采用屏蔽板、箔、膜、或 由屏蔽材料编织而成的屏蔽网或屏蔽布； 所述磁屏蔽层的材料采用磁性材料粉芯、磁薄膜、铁氧体、非晶、微晶、超微晶、或坡莫 合金制成；或者采用导电不导磁的金属材料铜、银、铝、或铅制成； 所述原边磁芯外侧磁屏蔽层采用磁性材料粉芯、磁薄膜、铁氧体、非晶、微晶、超微晶、 或坡莫合金的作屏蔽时，原边屏蔽部分与原边磁芯不相连。
[0021] 本发明相比现有技术具有如下优点： 1、本发明设计一种非接触变压器，能够自适应原副边在各个方向的错位情况，减小非 接触变压器功率输出特性对原、副边位置改变的敏感性。
[0022] 2、本发明中附加了辅助绕组的非