一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，供电磁芯均为方条形磁芯，供电磁芯包括多个原边磁芯和多个副边磁芯，多个原边磁芯和多个副边磁芯均是按照圆周阵列围成的骨架型磁芯结构，供电线圈包括原边线圈和副边线圈，原边线圈和副边线圈同轴嵌套的三相交叉绕制线圈，三相交叉绕制线圈由三种间隔交替排列的交叉绕制线圈构成，多个原边磁芯围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，多个副边磁芯围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，形成固定供电设备为旋转设备供电模式；相反设置则形成旋转供电设备为固定设备供电模式。本发明专利技术安全可靠，可以在360°旋转范围内实现电能稳定的无线传输。

A three phase cross winding coupling device for radio energy transmission of rotating equipment

The invention provides a three-phase cross-winding coupling device for radio energy transmission of rotating equipment, including a power supply core and a power supply coil. The power supply cores are square stripe cores. The power supply cores include a plurality of primary cores and a plurality of secondary cores, and the plurality of primary cores and a plurality of secondary cores are all surrounded by a circular array. The power supply coil consists of the primary coil and the secondary coil, the primary coil and the secondary coil are coaxially nested three-phase cross-winding coils, and the three-phase cross-winding coil is composed of three alternately spaced cross-winding coils. The skeleton core structure surrounded by a plurality of secondary magnetic cores is connected with the rotating end to form a fixed power supply device as the power supply mode of the rotating equipment, while the reverse setting forms a rotating power supply device as the power supply mode of the fixed equipment. The invention is safe and reliable, and can realize the wireless transmission of electric energy stability in the 360 degree rotation range.

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置
本专利技术属于无线电能传输
，尤其是涉及一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置。
技术介绍
无线电能传输技术由于摆脱了传统有线电力传输对导线等电导体的依赖，避免了传统的导线直接接触供电方式带来各种问题，如摩擦、老化、接触电阻、火花等问题，满足了特殊用电场合的实际需要，是电能传输的一种全新形式，具有非接触、安全可靠的特点，适用于一些特殊背景应用的场合。旋转设备无法直接使用电缆方式进行电能传输，因为其旋转工作时电缆会发生缠绕，进而破坏供电电缆，导致供电中断。目前旋转设备主要依靠导电滑环进行电能传输，而滑环采用电刷接触方式供电，因此长时间工作，接触表面磨损严重，接触电阻变大，产生局部过热现象，从而导致接触不良或接触脱离，极大降低了旋转设备供电的可靠性，减少滑环的使用寿命，严重可能导致重大事故发生，而且更换滑环，需消耗较大的成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，安全可靠，可以在360°旋转范围内实现电能稳定的无线传输。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯均为方条形磁芯，所述的供电磁芯包括多个原边磁芯和多个副边磁芯，多个所述的原边磁芯和多个所述的副边磁芯均是按照圆周阵列围成的骨架型磁芯结构，骨架型磁芯结构的每处的原边磁芯和副边磁芯位置均相对，所述的供电线圈包括原边线圈和副边线圈，所述的原边线圈和副边线圈为同轴嵌套的三相交叉绕制线圈，所述的三相交叉绕制线圈由三种间隔交替排列的交叉绕制线圈构成，每种所述的交叉绕制线圈均为一根导线采用交叉绕线方式绕制在相应磁芯上，所述原边线圈有三个电流输入端，所述副边线圈有三个电流输出端，且供电线圈中的电流相位差为120°，所述的原边线圈和副边线圈之间存在气隙距离；多个所述原边磁芯围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，多个所述副边磁芯围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，形成固定供电设备为旋转设备供电模式；多个所述原边磁芯围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，多个所述副边磁芯围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，形成旋转供电设备为固定设备供电模式。进一步的，多个所述原边磁芯和多个所述副边磁芯及相应线圈均通过一磁芯骨架支撑。进一步的，所述磁芯骨架为中空圆柱状，且在中空圆柱的外表面设有供电磁芯嵌入槽和供电线圈绕制槽。进一步的，所述原边线圈和副边线圈之间的气隙距离为0.1mm-1m。进一步的，所述原边磁芯的圆周阵列的数目为N1，所述副边磁芯的圆周阵列的数目为N2，且N1≥6，N2≥6，N1和N2均为3的整倍数。相对于现有技术，本专利技术所述的一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置具有以下优势：本专利技术所述的一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，避免了传统滑环供电方式所存在的接触磨损严重，可靠性差，成本高等问题，具有非接触，安全可靠的特点，具有更加广泛的应用前景，此种耦合装置，原副边可交换使用，即原边可作为副边使用，副边可作为原边使用，适用于风力发电机、卫星、雷达、石油钻井、直升机旋翼等多个用于旋转设备无线电能传输的场合。而且所设计的耦合装置，采用骨架型磁芯结构，根据系统需求选择所需磁芯的数量及尺寸，大大提高了装置的灵活性，减轻耦合装置的重量，降低了成本。同时供电线圈采用三相交叉绕制方式，保证了电能无线传输过程中的平稳性，消除功率传输过程中的零点，使功率传输过程更加平滑。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的一种用于旋转设备无线电能传输的骨架式耦合装置实现固定供电设备为旋转设备供电模式的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种用于旋转设备无线电能传输的骨架式耦合装置实现旋转供电设备为固定设备供电模式的结构示意图；图3为感应式电路图；图4为串-串谐振拓扑(S-S型)图；图5为串-并谐振拓扑(S-P型)图；图6为并-串谐振拓扑(P-S型)图；图7为并-并谐振拓扑(P-P型)图；图8为LCL-串谐振拓扑(LCL-S型)图；图9为LCL-并谐振拓扑(LCL-P型)图；图10为串-LCL谐振拓扑(S-LCL型)图；图11为并-LCL谐振拓扑(P-LCL型)图；图12为LCC-串谐振拓扑(LCC-S型)图；图13为LCC-并谐振拓扑(LCC-P型)图；图14为串-LCC谐振拓扑(S-LCC型)图；图15为并-LCL谐振拓扑(P-LCC型)图；图16为LCL-LCL谐振拓扑(LCL-LCL型)图；图17为LCC-LCC谐振拓扑(LCC-LCC型)图；图18为单原边谐振型电路图；图19为单副边谐振型电路图；图20为电路拓扑结构与耦合装置推导关系图。附图标记说明：1-原边磁芯，2-副边磁芯，3-原边线圈，4-副边线圈。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1所示，一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯均为方条形磁芯，所述的供电磁芯包括多个原边磁芯1和多个副边磁芯2，多个所述的原边磁芯1和多个所述的副边磁芯2均是按照圆周阵列围成的骨架型磁芯结构，骨架型磁芯结构的每处的原边磁芯1和副边磁芯2位置均相对，所述的供电线圈包括原边线圈3和副边线圈4，所述的原边线圈3和副边线圈4为同轴嵌套的三相交叉绕制线圈，所述的三相交叉绕制线圈由三种间隔交替排列的交叉绕制线圈构成，每种所述的交叉绕制线圈均为一根导线采用交叉绕线方式绕制在相应磁芯上，所述原边线圈3有三个电流输入端，所述副边线圈4有三个电流输出端，且供电线圈中的电流相位差为120°，此种结构可以保证电能无线传输过程中的平稳性，解决了功率传输过程中存在零点的问题。多个所述原边磁芯1围成的骨架型磁芯结构设置在多个所述副边磁芯2围成的骨架型磁芯结构外部，多个所述原边磁芯1围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，多个所述副边磁芯2围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，形成固定供电设备为旋转设备供电模式，例如本专利技术可以用于风机变桨系统的无线供电，可以替代原有滑环，经由耦合装置，将电能以非接触的方式送给风机的变桨系统。此时耦合装置原边线圈接逆变源输出，作为能量供给端，副边线圈接风机变桨系统，作为能量副边。多个原边磁芯1和多个副边磁芯2及相应线圈均通过一磁芯骨架定位，且内部的磁芯骨架与旋转端(例如风机主轴)连接，外部的磁芯骨架与固定端(例如底座或外壳)连接。如图2所示，多个所述原边磁芯1围成的骨架型磁芯结构设置在多个所述副边磁芯2围成的骨架型磁芯结构内部，多个所述原边磁芯1围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，多个所述副边磁芯2围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，形成旋转供电设备为固定设备供电模式，例如应用于卫星等空间飞行器。考虑到太阳能电池帆板对空间飞行器主体蓄电池进行供电时，太阳能电池帆板和空间飞行器主体存在相对转动，因此可以采用本专利技术所设计耦合装置。其中太阳能电池帆板为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，其特征在于：包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯均为方条形磁芯，所述的供电磁芯包括多个原边磁芯(1)和多个副边磁芯(2)，多个所述的原边磁芯(1)和多个所述的副边磁芯(2)均是按照圆周阵列围成的骨架型磁芯结构，骨架型磁芯结构的每处的原边磁芯(1)和副边磁芯(2)位置均相对，所述的供电线圈包括原边线圈(3)和副边线圈(4)，所述的原边线圈(3)和副边线圈(4)为同轴嵌套的三相交叉绕制线圈，所述的三相交叉绕制线圈由三种间隔交替排列的交叉绕制线圈构成，每种所述的交叉绕制线圈均为一根导线采用交叉绕线方式绕制在相应磁芯上，所述原边线圈(3)有三个电流输入端，所述副边线圈(4)有三个电流输出端，且供电线圈中的电流相位差为120°，所述的原边线圈(3)和副边线圈(4)之间存在气隙距离；多个所述原边磁芯(1)围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，多个所述副边磁芯(2)围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，形成固定供电设备为旋转设备供电模式；多个所述原边磁芯(1)围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，多个所述副边磁芯(2)围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，形成旋转供电设备为固定设备供电模式。...

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转设备无线电能传输的三相交叉绕线式耦合装置，其特征在于：包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯均为方条形磁芯，所述的供电磁芯包括多个原边磁芯(1)和多个副边磁芯(2)，多个所述的原边磁芯(1)和多个所述的副边磁芯(2)均是按照圆周阵列围成的骨架型磁芯结构，骨架型磁芯结构的每处的原边磁芯(1)和副边磁芯(2)位置均相对，所述的供电线圈包括原边线圈(3)和副边线圈(4)，所述的原边线圈(3)和副边线圈(4)为同轴嵌套的三相交叉绕制线圈，所述的三相交叉绕制线圈由三种间隔交替排列的交叉绕制线圈构成，每种所述的交叉绕制线圈均为一根导线采用交叉绕线方式绕制在相应磁芯上，所述原边线圈(3)有三个电流输入端，所述副边线圈(4)有三个电流输出端，且供电线圈中的电流相位差为120°，所述的原边线圈(3)和副边线圈(4)之间存在气隙距离；多个所述原边磁芯(1)围成的骨架型磁芯结构与固定端连接，多个所述副边磁芯(2)围成的骨架型磁芯结构与旋转端连接，形成固定供电设备为旋转设备供电模...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春波，马冰卿，宋凯，魏国，逯仁贵，董帅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23