用于旋转机电设备的非接触供电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机电设备的非接触供电装置，本发明专利技术设计了旋转松耦合结构，包括可变传输距离设计；本发明专利技术针对空间环境对铁磁性材料的应用限制和解决磁场定向问题，采用了高电阻率较高磁导率软磁材料包裹的内置铁氧体材料的转子结构设计方法；本发明专利技术针对可变传输距离下漏感变化较大给补偿环节设计带来困难的问题，采用了固定、定转子自感值的自感补偿设计方法；本发明专利技术针对Buck DC‑DC变换器上电冲击问题及长供电导线电感的影响问题，采用了基于最大占空比限制的缓增式输出电压参考值闭环控制策略。

【技术实现步骤摘要】
用于旋转机电设备的非接触供电装置
本专利技术涉及一种用于旋转机电设备的非接触供电装置
技术介绍
旋转机电设备在航天、新能源、工业领域大量应用，例如在风力发电的风塔和桨叶之间，是由风塔为桨叶中的旋转执行机构供电，在一些光伏发电中，旋转的太阳能帆板为静止的主体部分供电等。目前，这些旋转机电设备中旋转部分与静止的主体部分之间的供电是通过滑环实现的。滑环导电方式的供电属于接触式供电，存在着火花、磨损、腐蚀、结尘、冰冻等问题。已经有很多的旋转机电设备因为上述问题而出现故障。导电滑环的安全运行和维护成为旋转机电设备安全运行的重要环节。为解决这一问题，已经有很多的研究机构对此在材料方面、结构方面进行了改进，如光纤滑环用于信号的传输等，但对于功率传输应用并没有完全解决这些问题。近年来，无线电能传输技术成为了研究热点，因此，采用无线电能传输技术实现非接触式滑环提供旋转机电设备中旋转部件与精致部件之间的非接触供电就成为了可能。因为采用了非接触供电，完全消除了接触式滑环次内在的诸多问题，从而可以提高旋转式机电设备的运行寿命和旋转式机电设备的适应性。然而，旋转机电设备旋转部件与静止部件之间的传输与一般的无线电能传输方式不同，他是属于一种动态无线传能系统，在旋转过程中。旋转与静止两个部件之间的传输距离会变化，这对于系统的传输效率有较大的影响，另一方面，有些旋转机电设备所处环境特殊，不允许采用暴露与环境的铁氧体、非晶材料的导磁材料，磁场的定向性不好；第三，电磁场中的导体(存在于旋转与静止两个部件中，甚至是定、转子中)会存在涡流损耗等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于旋转机电设备的非接触供电装置。为解决上述问题，本专利技术提供一种用于旋转机电设备的非接触供电装置，包括：转子与定子；发射绕组与接收绕组，所述发射绕组与接收绕组分别安置在转子与定子上；功率发送部分的电路，所述功率发送部分的电路固定在所述转子一端，并与所述转子相对静止，所述功率发送部分的电路包括依次连接的输入滤波器、逆变器和原边补偿电路；接收部分的电路，所述接收部分的电路安装在定子上，并与所述定子相对静止，所述接收部分的电路与接收绕组直接相连，所述接收部分的电路包括依次连接的副边补偿电路、整流桥、输出滤波器和DC-DC变换器。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述逆变器采用的是开环控制的方式。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述转子采用1J79镍铁软磁合金材料做包裹。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述转子采用内置式的铁氧体材料。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述定子采用钛合金材料。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述整流桥为电压型全桥整流桥。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述输出滤波器为CL滤波器。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述发射绕组为具有台阶的多轴径转子功率发射绕组。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述台阶包括两种传输距离的台阶。进一步的，在上述用于旋转机电设备的非接触供电装置中，所述DC-DC变换器采用了逐级提高输出电压参考值及逐步放宽最大占空比的控制策略。与现有技术相比，本专利技术设计了旋转松耦合结构，包括可变传输距离设计：为了测试由于制造或者使用条件的变化导致的传输距离对传输效率的影响，设计了具有台阶的多轴径转子功率发送绕组结构，本专利技术设计了两种传输距离的台阶。本专利技术针对空间环境对铁磁性材料的应用限制和解决磁场定向问题，采用了高电阻率较高磁导率软磁材料包裹的内置铁氧体材料的转子结构设计方法，既能够减少涡流损耗，又能够提高松耦合变压器的耦合系数，提高传输效率。本专利技术针对可变传输距离下漏感变化较大给补偿环节设计带来困难的问题，采用了固定、定转子自感值的自感补偿设计方法，解决了旋转过程中，电磁参数变化对传输参数的影响问题。本专利技术针对BuckDC-DC变换器上电冲击问题及长供电导线电感的影响问题，采用了基于最大占空比限制的缓增式输出电压参考值闭环控制策略。由于输出电容的存在，buckDC-DC变换器在供电时刻有上电冲击电流问题，电流极大，或在开始的几个高频周期为输出电容充电。在此阶段如果直接采用正常的输出电压闭环，buck变换器的控制环路中，占空比总是饱和的，电流得不到限制。如此大的电流会在MOSFET关断瞬间产生极大的di/dt。如果此时buck变换器的供电导线较长，存在较大的线路电感，则会在MOSFET漏极产生极高的电压尖峰，同时也会在MOSFET的驱动芯片上产生很高的电压尖峰，击穿MOSFET和驱动芯片。为此，本专利技术采用了逐级提高输出电压参考值及逐步放宽最大占空比的控制策略。附图说明图1是本专利技术一实施例的用于旋转机电设备的非接触供电装置的结构图；图2是本专利技术一实施例的功率发送端绕组结构图；图3是本专利技术一实施例的Maxwell软件下松耦合变压器仿真结构图；图4是本专利技术一实施例的转子结构说明示意图；图5是本专利技术一实施例的转子结构爆炸示意图；图6是本专利技术一实施例的基于S/LCC补偿结构的无线传能变换器；图7是本专利技术一实施例的松耦合变压器及S/LCC补偿结构的受控源等效模型示意图；图8是本专利技术一实施例的原边等效电路图；图9是本专利技术一实施例的无线电能传输系统结构图；图10是本专利技术一实施例的基于DSP控制的的Buck电路图；图11是本专利技术一实施例的闭环控制系统框图；图12是本专利技术一实施例的未补偿系统的原始增益函数G0(s)的波特图；图13是本专利技术一实施例的II型补偿器电路图；图14是本专利技术一实施例的补偿后的系统开环传函波特图；图15是本专利技术一实施例的未采取抑制措施的上电电流波形图；图16是本专利技术一实施例的变输出电压给定的上电冲击电流抑制方法逻辑框图；图17是本专利技术一实施例的采取抑制措施后的上电电流波形图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术提供一种用于旋转机电设备的非接触供电装置，包括：转子与定子；发射绕组与接收绕组，所述发射绕组与接收绕组分别安置在转子与定子上；功率发送部分的电路，所述功率发送部分的电路固定在所述转子一端，并与所述转子相对静止，所述功率发送部分的电路包括依次连接的输入滤波器、逆变器和原边补偿电路；接收部分的电路，所述接收部分的电路安装在定子上，并与所述定子相对静止，所述接收部分的电路与接收绕组直接相连，所述接收部分的电路包括依次连接的副边补偿电路、整流桥、输出滤波器和DC-DC变换器。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述逆变器采用的是开环控制。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述转子采用1J79镍铁软磁合金材料做包裹。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述转子采用内置式的铁氧体材料。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述定子采用钛合金材料。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述整流桥为电压型全桥整流桥。本专利技术的用于旋转机电设备的非接触供电装置一实施例中，所述输出滤波器为CL滤波器。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于旋转机电设备的非接触供电装置，其特征在于，包括：转子与定子；发射绕组与接收绕组，所述发射绕组与接收绕组分别安置在转子与定子上；功率发送部分的电路，所述功率发送部分的电路固定在所述转子一端，并与所述转子相对静止，所述功率发送部分的电路包括依次连接的输入滤波器、逆变器和原边补偿电路；接收部分的电路，所述接收部分的电路安装在定子上，并与所述定子相对静止，所述接收部分的电路与接收绕组直接相连，所述接收部分的电路包括依次连接的副边补偿电路、整流桥、输出滤波器和DC‑DC变换器。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋转机电设备的非接触供电装置，其特征在于，包括：转子与定子；发射绕组与接收绕组，所述发射绕组与接收绕组分别安置在转子与定子上；功率发送部分的电路，所述功率发送部分的电路固定在所述转子一端，并与所述转子相对静止，所述功率发送部分的电路包括依次连接的输入滤波器、逆变器和原边补偿电路；接收部分的电路，所述接收部分的电路安装在定子上，并与所述定子相对静止，所述接收部分的电路与接收绕组直接相连，所述接收部分的电路包括依次连接的副边补偿电路、整流桥、输出滤波器和DC-DC变换器。2.如权利要求1所述的用于旋转机电设备的非接触供电装置，其特征在于，所述逆变器采用的是开环控制的方式。3.如权利要求1所述的用于旋转机电设备的非接触供电装置，其特征在于，所述转子采用1J79镍铁软磁合金材料做包裹。4.如权利要求1所述的用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀芳，田海林，赵维刚，宗翰林，杨洋，闫大鹏，张相军，张潇锐，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31