一种用于旋转设备无线供电的磁柱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供电的磁柱式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯包括原边磁芯，所述的供电线圈包括原边线圈和副边线圈，所述的原边磁芯为罐型磁芯，所述的原边线圈绕制在罐型磁芯的磁罐内，所述的罐型磁芯的磁罐呈圆桶状，所述的副边线圈绕制在套在罐型磁芯的中心柱上的支撑圆筒上，所述的支撑圆筒与转动轴固定连接，所述的原边线圈和副边线圈的位置相对应，所述的原边线圈和副边线圈之间存在气隙距离，所述的原边线圈和副边线圈为同轴嵌套的螺线管线圈。本发明专利技术可以在360°旋转范围内实现电能稳定的无线传输，接收线圈旋转工作，接收端无磁芯，大大减轻了旋转端的重量，避免了磁芯对旋转轴的影响。

A magnetic column coupling device for wireless power supply of rotating equipment

The invention provides a magnetic column coupling device for wireless power supply of rotating equipment, which comprises a power supply core and a power supply coil. The power supply core comprises a primary side magnetic core, the power supply coil comprises a primary side coil and a secondary side coil, the primary side magnetic core is a pot type magnetic core, and the primary side coil is wound in a pot type magnetic core. The auxiliary side coil is wound on the supporting cylinder sleeved on the central column of the tank core. The supporting cylinder is fixed connected with the rotating shaft. The position of the primary side coil and the auxiliary side coil corresponds to each other. There is a relationship between the primary side coil and the auxiliary side coil. The air gap distance, the primary side coil and the secondary side coil are coaxial nested solenoid coils. The invention can realize stable wireless transmission of electric energy in the range of 360 degree rotation, and the receiving coil rotates to work, and the receiving end has no magnetic core, thus greatly reducing the weight of the rotating end and avoiding the influence of the magnetic core on the rotating shaft.

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置
本专利技术创造属于无线供电
，尤其是涉及一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置。
技术介绍
旋转设备无法直接使用电缆方式进行供电，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供电，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，本专利技术创造旨在提出一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，可以在360°旋转范围内实现电能稳定的无线传输，接收线圈旋转工作，接收端无磁芯，大大减轻了旋转端的重量，避免了磁芯对旋转轴的影响。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯包括原边磁芯，所述的供电线圈包括原边线圈和副边线圈，所述的原边磁芯为罐型磁芯，所述的原边线圈绕制在罐型磁芯的磁罐内，所述的罐型磁芯的磁罐呈圆桶状，所述的副边线圈绕制在套在罐型磁芯的中心柱上的支撑圆筒上，所述的支撑圆筒与转动轴固定连接，所述的原边线圈和副边线圈的位置相对应，所述的原边线圈和副边线圈之间存在气隙距离，所述的原边线圈和副边线圈为同轴嵌套的螺线管线圈。进一步的，所述原边线圈贴所述罐型磁芯的磁罐壁绕制，所述原边线圈尺寸大于所述副边线圈尺寸。进一步的，所述原边线圈贴所述罐型磁芯的中心柱绕制，所述原边线圈尺寸小于所述副边线圈尺寸。进一步的，所述原边线圈和副边线圈位置互换形成旋转供电装置为固定装置供电模式。近一步的，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，所述原边线圈和副边线圈均通过胶水固定在罐型磁芯和支撑圆筒上。进一步的，所述支撑圆筒由非金属材料PLA、ABS或PMMA制成。相对于现有技术，本专利技术创造所述的一种用于旋转设备无线供电的磁柱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供电的磁柱式耦合装置，此种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，适用于风力发电机、卫星、雷达、石油钻井、直升机旋翼等多个需要给旋转用电设备供电的场合。而且所设计的耦合装置，仅发射端有磁芯，接收端仅包括单个线圈，极大的减轻了接收端的重量，同时供电线圈采用螺线管线圈嵌套形式，具有较高的耦合系数，且耦合装置在旋转过程中，磁芯固定不变，所以耦合装置各参数稳定不变，可以有效保证系统功率的平稳传输；此装置适配性高，应用广泛。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造实施例所述的一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置的立体结构示意图；图2为本专利技术创造实施例所述的一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置的原边线圈和副边线圈的其中一种布置方式图；图3为本专利技术创造实施例所述的一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置的原边线圈和副边线圈的另一种布置方式图；图4为图2中原边线圈和副边线圈位置互换图；图5为图3中原边线圈和副边线圈位置互换图；图6为感应式电路图；图7为串-串谐振拓扑(S-S型)图；图8为串-并谐振拓扑(S-P型)图；图9为并-串谐振拓扑(P-S型)图；图10为并-并谐振拓扑(P-P型)图；图11为LCL-串谐振拓扑(LCL-S型)图；图12为LCL-并谐振拓扑(LCL-P型)图；图13为串-LCL谐振拓扑(S-LCL型)图；图14为并-LCL谐振拓扑(P-LCL型)图；图15为LCC-串谐振拓扑(LCC-S型)图；图16为LCC-并谐振拓扑(LCC-P型)图；图17为串-LCC谐振拓扑(S-LCC型)图；图18为并-LCL谐振拓扑(P-LCC型)图；图19为LCL-LCL谐振拓扑(LCL-LCL型)图；图20为LCC-LCC谐振拓扑(LCC-LCC型)图；图21为单原边谐振型电路图；图22为单副边谐振型电路图；图23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，11-磁罐，12-中心柱，2-原边线圈，3-副边线圈，4-支撑圆筒。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造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创造。如图1所示，一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯包括原边磁芯1，所述的供电线圈包括原边线圈2和副边线圈3，所述的原边磁芯1为罐型磁芯，所述的原边线圈2绕制在罐型磁芯1的磁罐11内，所述的罐型磁芯的磁罐11呈圆桶状，所述的副边线圈3绕制在套在罐型磁芯的中心柱12上的支撑圆筒4上，所述的支撑圆筒4与转动轴固定连接，所述的原边线圈2和副边线圈3的位置相对应，所述的原边线圈2和副边线圈3之间存在气隙距离，所述的原边线圈2和副边线圈3为同轴嵌套的螺线管线圈。此装置为旋转设备供电，原边线圈和副边线圈的相对位置有以下两种情况：第一种：如图2所示，原边线圈2贴所述罐型磁芯的磁罐11的罐壁绕制，所述原边线圈2尺寸大于所述副边线圈3尺寸。第二种：如图3所示，原边线圈2贴所述罐型磁芯的中心柱12绕制，所述原边线圈2尺寸小于所述副边线圈3尺寸。原边线圈和副边线圈位置互换形成旋转供电设备为固定设备供电，原边线圈和副边线圈的相对位置有以下两种情况：第一种：如图4所示，交换图2中原边线圈2和副边线圈3的位置。第二种：如图5所示，交换图3中原边线圈2和副边线圈3的位置。原边线圈和副边线圈的绕至位置不同，实现对旋转设备供电或旋转的供电设备为固定装置供电两种模式。原边线圈2和副边线圈3之间的距离称之为气隙距离，原边线圈2和副边线圈3之间的气隙距离可以为0.1mm-1m，气隙距离越小，耦合系数越大。原边线圈2和副边线圈3均通过胶水固定在罐型磁芯和支撑圆筒4上。支撑圆筒4由非金属材料PLA、ABS或PMMA制成。本专利技术所设计的耦合装置不仅适用于感应式无线供电，还可适用于任何一种磁耦合谐振式无线供电，并且适用于任何一种谐振电路拓扑，比如说串-串谐振拓扑(S-S型)，串-并谐振拓扑(S-P型)，并-串谐振拓扑(P-S型)，并-并谐振拓扑(P-P型)，LCL-串谐振拓扑(LCL-S型)，LCL-并谐振拓扑(LCL-P型)，串-LCL谐振拓扑(S-LCL型)，并-LCL谐振拓扑(P-LCL型)，LCC-串谐振拓扑(LCC-S型)，LCC-并谐振拓扑(LCC-P型)，串-LCC谐振拓扑(S-LCC型)，并-LCL谐振拓扑(P-LCC型),LCL-LCL谐振拓扑(LCL-LCL型)，LCC-LCC谐振拓扑(LCC-LCC型)，同样本专利技术所设计的耦合装置还适用于单边谐振的拓扑结构，具体电路拓扑如图6-图22所示。上述电路拓扑中，US为系统等效逆变源；RS为逆变源等效内阻；R1，R2，R3，R4分别为对应拓扑中电感的内阻值，RL为系统负载；C0，C1，C2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，其特征在于：包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯包括原边磁芯(1)，所述的供电线圈包括原边线圈(2)和副边线圈(3)，所述的原边磁芯(1)为罐型磁芯，所述的原边线圈(2)绕制在罐型磁芯(1)的磁罐(11)内，所述的罐型磁芯的磁罐(11)呈圆桶状，所述的副边线圈(3)绕制在套在罐型磁芯的中心柱(12)上的由非金属材料制成的支撑圆筒(4)上，所述的支撑圆筒(4)与转动轴固定连接，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)的位置相对应，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)之间存在气隙距离，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)为同轴嵌套的螺线管线圈。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，其特征在于：包括供电磁芯和供电线圈，所述的供电磁芯包括原边磁芯(1)，所述的供电线圈包括原边线圈(2)和副边线圈(3)，所述的原边磁芯(1)为罐型磁芯，所述的原边线圈(2)绕制在罐型磁芯(1)的磁罐(11)内，所述的罐型磁芯的磁罐(11)呈圆桶状，所述的副边线圈(3)绕制在套在罐型磁芯的中心柱(12)上的由非金属材料制成的支撑圆筒(4)上，所述的支撑圆筒(4)与转动轴固定连接，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)的位置相对应，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)之间存在气隙距离，所述的原边线圈(2)和副边线圈(3)为同轴嵌套的螺线管线圈。2.根据权利要求1所述的一种用于旋转设备无线供电的磁柱式耦合装置，其特征在于：所述原边线圈(2)贴所述罐型磁芯的磁罐(11)的罐壁绕制，所述原边线圈(2)尺寸大于所述副边线圈(3)尺寸。3...

【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