硕士学位论文
第３章松耦合变压器的原理及其设计分析
３．１松耦合变压器概述
松耦合变压器作为非接触式电能传输系统的＋个关键设备，在原理上与常规变压器有相似之处，然而由于松耦合变压器的空气磁路长度远远超过了常规变压器的长度，因而其拥有自身的许多的特点，如能为用电设备提供非接触式的电能供应等，具有很好的应用前景。其数学模型与常规变压器的数学模型区别不人，主要是松耦合变压器本身的参数与常规变压器相比有较大的不同。如松耦合变压器的磁路巾有较大距离的空气磁路，磁动势中相当一部分消耗在空气磁路部分，剖此需要很大的激磁电流，从而导致其漏感较大，耦合系数不高：而常规变压器的磁路中气隙很小，其磁动势降主要分布在铁芯磁路部分，而铁芯所具有的高磁导率决定了常规变压器的磁阻较小，因而需要较小的激磁电流。
３．２松耦合变压器的分类与结构
松耦合变压器作为非接触式电能传输系统的关键机构，具有多种彳；同的实现形式，其共同的特点就是原边线圈与副边线圈通过松耦合的形式来传递电气能量，也就是说其原边与副边之间都有一段长度不等的空气磁路。根据非接触式电源的不同应用领域，松耦合变压器又可以分成原副边相对滑动式［７，２８］、原副边相对静ｊ｝：式［８，１３，１５１等几种不同的结构类型。
３．２．１静止型松耦合变压器的类型与结构
在某些场合，如对于人体内
植式医疗电子设备的供电吲，对气隙
于一些电池的非接触式充电
［９，１３，１４１等，需要采用一种相对静止的非接触式供电方式，对于原副边线圈相对静止的松耦合变压器目前具有两种不同的结构类型，一种是采用无铁芯的形式【”，此时原、副边线圈采用扁平型结构：另一种采用有铁芯的结构，利用两个Ｅ型铁芯对接或利用两个ｃ型铁芯都可以进行非接触式
礤口】
ｊＲ葡
——主磁通
……漏磁通图３．１
罐形铁芯松耦合变压器
硕士学位论文
定律及磁路的安培定律可知，流经导轨的电流Ｉ将在导轨周围的空问中产生磁场．且大部分的磁通都从Ｅ型铁芯中通过，Ｉ．。和Ｉ。。将在Ｅ型铁芯的中间部分产生磁通，方向都由Ａ指向Ｂ。其具体的磁力线示意图如图３．３所示。当导轨线圈中的电流以较高频率发生变化时，Ｅ型铁芯中间的芯柱上所通过的磁通量发生周期性的变化，根据电磁感应关系，必将在拾取线圈中产生较大的交变感应电动势，从而实现电能的非接触式传
递。
以上分析了基于ＥＩ铁
芯的松耦合变压器的结构特
点及磁力线分布情况，采用
Ｅｌ型铁芯松耦台变压器的
非接触式电源具有制作简
单．适宜初级绕组与次级绕
组之间的相对无接触运动，
适』抒于传送高频大功率等特图３．３ＥＩ型铁芯的磁力线示意图
点，因而适宜用于移动交通
运输工具上，如电动火车、矿车等。另一种结构类型的滑动式松耦台变压器采用ｃ型铁芯ｆ７，３０］或０型铁芯【３１ｌ，该种类型的变压器也具有适合原、副边相对滑动的特点。但是采用此种类型的铁芯其制作工艺比较复杂【７１。对于多匝拾取线圈的实现电较为困难，因此本文着重研究ＥＩ型铁芯结构的松耦合变压器所构成的非接触式电源系统。
不管通过何种形式来实现松耦合变压器的具体实现，对其磁路进行具体的分析都可以发现与常规变压器的不同之处在于在其主磁路中有一大段空气磁路，并且漏感远大于常规变压器。
３．３松耦合变压器数学模型
由前述可知，松耦合变压器是在常规变压器的基础上设计而成的。因而对于松耦合变压器的数学模型可以在常规变压器模型的基础上进行分析。
ｊ，１２
穰瞎可。ｕ。卫１１＋《匹，，１２ａ，
ｂ．
图３４普通变压器和单匝原边松耦台变压器图
－ｔ３。
如图３．４所示为普通双
绕组变压器和松耦合变压器
的示意图，其中３．４ａ所示为２变压器的通用模掰，即变压
器的原、副边线圈匝数可为
一变比。而图３．４ｂ所示情况