多相谐振电路的环形集成可调电感

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及多相谐振电路的环形集成可调电感。

背景技术

在大功率谐振电路中，参与电路谐振的电感和电容需要通过电流大，但采用传统磁环绕制的谐振电感易饱和，且损耗较大，因而需要一种在高频、大电流具有较低损耗的谐振电感。同时，多相LCC谐振系统的谐振电感需要各相分别配置电感，占用体积和空间较大，漏磁较多，综合成本也很高。

同时工程过程化中，由于电路器件的机械结构和电路参数存在漂变的问题，会造成系统谐振频率的偏移，会影响传输能量的功率和效率，因而需要一种具有大的可调裕度的谐振器件结构，以实现系统的高效率运行。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了多相谐振电路的环形集成可调电感。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出多相谐振电路的环形集成可调电感，所述可调电感适用于多相无线供电系统的LCC电路前级谐振电感，其中，若为N相系统，幅值为U，Un＝Usin(ωt+2πn/N)，n为1～N的正整数，若为单相系统，即U

进一步地，所述绕组的排布方式包括：第一种方式为采用多相依次分别绕制在各个平面上的顺序绕制方法，即每个平面上绕组的分布完全相同；第二种方式为每次逆时针90°绕制次一组绕组时，将每个平面的最左侧绕组移至最右侧绕组的交错绕制方法。

进一步地，当绕组多匝绕制时，可以采用如下6种方式中的任一种进行绕制；

第一种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组均集中绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；每一相可以等效为一个线束，而后和单匝顺序绕制法相同；

第二种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组均集中绕制，各相绕组之间采用交错绕制法；每一相可以等效为一个线束，而后和单匝交错绕制法相同；

第三种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次顺序绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；

第四种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次交错绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；

第五种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次交错绕制，各相绕组之间采用交错绕制法；

第六种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次顺序绕制，各相绕组之间采用交错绕制法。

进一步地，所述绕组的排布方式采用1相绕组和2相绕组分别集中绕制在一块磁芯上的绕制形式，所述绕制形式包括同向绕组在邻侧和同相绕组在对侧两种形式，并在绕组和磁芯间加强绝缘。

本发明具有的有益效果是：

1、高频谐振电路的谐振电感通过电流大，采用传统磁环绕制变压器易饱和，本发明提出的可调电感在大电流具有较低损耗。

2、多相LCC谐振系统的谐振电感占用体积和空间较大，本发明将多个谐振电感集成在一起，减少了体积、空间和磁芯使用。

3、采用E型等结构电感，由于气隙数量有限，可调裕度小，本发明提出的结构可调节自由度高。

4、本发明采用通用尺寸的标准块状磁芯，易于生产加工，且磁芯可以在使用过程灵活的替换。

5、本发明采用环形结构，较开放式结构具有较低的漏磁。

附图说明

图1为多相LCC系统拓扑图。

图2为环形电感主要部件示意图。

图3为环形电感的电感调节方式示意图。

图4为多相环形电感装置示意图。

图5为顺序绕制的电感绕组实施方式图。

图6为交错绕制的电感绕组实施方式图。

图7为顺序绕制的电感绕组实施方式2图。

图8为交错绕制的电感绕组实施方式2图。

图9为同相绕组在邻侧的绕组实施方式图。

图10为同相绕组在对侧的绕组实施方式图。

图11为电感装置外观图。

图12为电感装置爆炸图。

图13为电感装置俯视图。

图14为电感装置主视图。

图15为电感装置剖面图。

图中标号说明：1磁环结构，2绕组，4可调旋钮/电感调整旋钮，301顶部夹具板，302底部夹具板，303内侧夹具1，304内侧夹具2，305外侧夹具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

术语解释：

谐振电感：用于谐振电路、工作中处于谐振状态的电感。

参阅图1-图15，本发明提出多相谐振电路的环形集成可调电感，所述可调电感适用于多相无线供电系统的LCC电路前级谐振电感，其中，若为N相系统，幅值为U，Un＝Usin(ωt+2πn/N)，n为1～N的正整数，若为单相系统，即U

所述绕组的排布方式包括：第一种方式为采用多相依次分别绕制在各个平面上的顺序绕制方法，即每个平面上绕组的分布完全相同；第二种方式为每次逆时针90°绕制次一组绕组时，将每个平面的最左侧绕组移至最右侧绕组的交错绕制方法。

以3相系统为例，顺序绕制法如图5所示，其自感和互感如下表，

顺序绕制的电感矩阵表

由此可见三相分别的自感差异最大低于3％。

交错绕制法如图6所示，其自感和互感如下表，

交错绕制的电感矩阵表

由此可见三相分别的自感差异最大低于0.3％，自感下降4％。故采用交错绕制法可以平衡三相的自感，有较好的一致性。

以4相系统为例，顺序绕制法如图7所示，交错绕制法如图8所示。

当绕组多匝绕制时，可以采用如下6种方式中的任一种进行绕制；

第一种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组均集中绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；每一相可以等效为一个线束，而后和单匝顺序绕制法相同；

第二种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组均集中绕制，各相绕组之间采用交错绕制法；每一相可以等效为一个线束，而后和单匝交错绕制法相同；

第三种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次顺序绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；

第四种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次交错绕制，各相绕组之间采用顺序绕制法；

第五种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次交错绕制，各相绕组之间采用交错绕制法；

第六种方式为，在每个平面上的1相到n相绕组依次顺序绕制，各相绕组之间采用交错绕制法。

当对绕组的匝间绝缘要求相对较高、相数数量较少时，所述绕组的排布方式采用1相绕组和2相绕组分别集中绕制在一块磁芯上的绕制形式，以两相为例，所述绕制形式包括同向绕组在邻侧和同相绕组在对侧两种形式，并在绕组和磁芯间加强绝缘，如图9和图10所示。

为了实现结构的固定，将磁芯和线圈固定在夹具上，并通过安置在夹具上的旋钮对磁芯施加的压力，可以对磁芯接合位置的气隙调节，进而可以连续稳定的调整电感。

如图11-图15所示，本发明提出了一种电感装置实施结构图，其外观如外观图图11所示。主要结构如爆炸图图12所示，采用四块方形的标准尺寸磁芯，拼接成磁环结构1，四块拼接的磁芯接合位置具有可调节的气隙；通过夹具对磁芯进行固定，绕组2缠绕在夹具上。通过安置在磁芯夹具上的旋钮4对磁芯施加的压力，可以对磁芯接合位置的气隙调节，进而可以连续稳定的调整电感。

其中，磁环结构的磁性材料采用锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、硅钢、铁基纳米晶、非晶等导磁材料。一般尺寸为50×50mm，100×100mm正方形，也可配置为四块相等的长方形磁芯。

绕组采用单芯铜线、多芯铜线、利兹线、扁带线等线材沿夹具外壳绕制而成。在所用10kHz-85kHz下，单侧绕组匝数小于10匝，总匝数小于40匝，较优范围为单侧3-5匝，总匝数12-20匝。

磁芯及绕组夹具采用电木、亚克力、陶瓷等绝缘框架。具体尺寸根据磁性材料结构和尺寸而定。

可调旋钮/电感调整旋钮采用尼龙螺栓等非金属材料制成。可通过螺丝刀、旋动旋钮调整磁芯间气隙。

从剖面图图15可以看出四块磁芯间存在一定气隙，通过调整旋钮以调整磁芯间挤压的松紧程度，以调整气隙，进而实现调整电感的量。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。