【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种套筒式无线传能标准化接口及其设计方法，适用于传能设备之间发生相对旋转的应用场合。
技术介绍
1、近场无线传能技术因其非接触传递电能的形式可为各类设备提供安全、可靠、高效的供电模式，在工业生产领域被广泛应用。例如旋转导向钻井机构中，旋转轴与固定套管之间，若通过无线能量传输的方式可避免由于接触式滑环长期工作带来绝缘性能下降而引起的风险。在工业生产线中，对于旋转机械臂等可应用毫米级传输范围的近场无线传能技术，避免复杂的布线，提高旋转机械装置的可靠性。
2、针对传能设备之间发生相对旋转的场合，可以采用无线传能机构来传输电能，以避免因为线缆扭曲、缠绕导致线路断开，或滑环磨损引起的绝缘性能下降等问题。传统的旋转部件无线传能机构的设计方法是采用两个相对的圆形平面式线圈、套在同一根金属轴承上，通过圆形线圈中心的轴承来带动线圈旋转。但是，在高频磁场传输功率时，金属轴承中会产生涡电流、进而产生热量，引起传能效率的下降。
3、为解决这个问题，亟需专利技术一种适用于旋转部件的无线传能机构及其设计方法，实现不同旋转机构之间能量的安全、可靠、高效传输。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通用、高效、可靠的套筒式无线传能标准化接口及其设计方法。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种套筒式无线传能标准化接口，包括发射端接口和接收端接口，发射端接口和接收端接口的是两个
4、发射端接口包括发射端磁芯、发射端线圈、发射端套筒；发射端线圈沿着发射端磁芯的内表面呈现螺旋状环绕，发射端磁芯可增加发射端线圈间的耦合系数；发射端磁芯为两端开口的圆筒状，发射端磁芯贴合安装在发射端套筒内；
5、接收端接口包括接收端磁芯、接收端线圈、接收端套筒；接收端线圈沿着接收端磁芯的外表面呈现螺旋状环绕，接收端磁芯可增加接收端线圈间的耦合系数，通过接收端线圈和发射端线圈进行能量传输；接收端磁芯为两端开口的圆筒状，接收端磁芯贴合安装在接收端套筒上。
6、第二方面，本专利技术提供一种基于第一方面所述套筒式无线传能标准化接口的设计方法，包括：
7、s1、确定导线截面半径a、线圈长度l；
8、s2、从ra＝0开始，选择线圈半径ra；
9、s3、从n＝1开始，选择线圈匝数；
10、s4、判断匝间距，如果h＞2a，转入s6；否则转入s5；
11、s5、将ra+h作为新的ra，如果ra＞l，找寻线圈参数矩阵中效率最好的一组线圈参数，完成设计；否则返回s2；
12、s6、从设定的最小频率fmin开始，选择工作频率；
13、s7、在指定的工作条件下，遍历负载、计算不同负载下的系统损耗p_loss，输出功率po，传输效率η，找到最优负载时候的功率po_opt；
14、s8、判断功率po_opt是否符合po_min<po_opt<po_max，po_min为输出功率最小值，po_max为输出功率最大值，，如果符合，则将结果存入到线圈参数矩阵中；
15、s9、判断频率f是否符合f>fmax，fmax为设定的最大频率，如果符合，则线圈匝数n增加1匝；否则则返回步骤s3。
16、本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
17、(1)针对传统的旋转部件无线传能机构采用圆形线圈套在金属轴承上产生涡流带来效率下降的问题，本专利技术提出一种套筒式无线传能标准化接口及其设计方法。
18、(2)套筒式无线传能标准化接口封装在一个圆柱形壳体中，圆柱形壳体的内外套筒分别安装在旋转设备的发射端和接收端，无需依赖金属轴承，跟随旋转设备一起旋转。
19、(3)套筒式无线传能标准化接口的发射端和接收端线圈产生的磁通量均在内外套筒之间，不会泄露出去。
20、(4)套筒式无线传能标准化接口的磁通在内部磁路中闭环，不会受到附近金属物质的影响，不会产生涡流带来的效率下降问题。
21、(5)套筒式无线传能标准化接口及其设计方法提供了一种通用的标准化设计方法，以规范套筒式无线能量传输接口的设计，以满足不同设备之间无线能量传输的需求。
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1.一种套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，包括发射端接口和接收端接口，发射端接口和接收端接口的是两个正对的套筒，其中发射端接口的外径较大，接收端接口的外径较小，发射端接口套在接收端接口外；
2.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，发射端套筒、接收端套筒均为圆柱形壳体。
3.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，发射端线圈将能量集中在发射端套筒内部。
4.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，发射端接口和接收端接口之间能够相对转动，不影响无线传能。
5.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，采用如下方法确定线圈半径Ra、导线匝间距h、线圈匝数n、导线截面半径a、线圈长度L：
6.根据权利要求5所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，反复迭代包括：
7.一种基于权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口的设计方法，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，包括发射端接口和接收端接口，发射端接口和接收端接口的是两个正对的套筒，其中发射端接口的外径较大，接收端接口的外径较小，发射端接口套在接收端接口外；
2.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，发射端套筒、接收端套筒均为圆柱形壳体。
3.根据权利要求1所述的套筒式无线传能标准化接口，其特征在于，发射端线圈将能量集中在发射端套筒内部。
4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：董梦雪，许多，臧家玮，曾德银，刘洋，杨帅飞，蓝建宇，杨华，黄军，刘涛，刘勇，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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