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薄层环形非接触式电能传输装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210254992.1

申请日:

2012.07.23

公开号:

CN102780274B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 17/00申请日:20120723|||公开
IPC分类号: H02J17/00; H01F38/14; H01F3/00 主分类号: H02J17/00
申请人: 西安电子科技大学
发明人: 谢楷; 刘彦明; 李小平; 郭世忠; 付灵忠; 方海燕
地址: 710071 陕西省西安市太白南路2号西安电子科技大学
优先权:
专利代理机构: 西安吉盛专利代理有限责任公司 61108 代理人: 张培勋
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210254992.1

授权太阳城集团号:

102780274B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2013.01.09|||2012.11.14

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明属于机电一体化技术领域,涉及一种薄层环形非接触式电能传输装置,其特征是:包括DC/AC模块(101)、电场耦合环(102)、AC/DC模块(103),利用DC/AC模块(101)产生高频交流电,高频交流电送入电场耦合环(102);电场耦合环(102)一端将高频交流电转化为高频交变磁场向外辐射;电场耦合环(102)另一端在将高频交变磁场转化为感应交流电;利用AC/DC模块(103)将感应交流电转换为直流电,提供给转动部件上的电子设备。它是一种可利用标准元件拼接、通用性强、结构轻薄且成本低廉的薄层环形非接触式电能传输装置。

权利要求书

1: 薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 包括 DC/AC 模块 (101) 、 电场耦合环 (102) 、 AC/DC 模块 (103) , 利用 DC/AC 模块 (101) 产生高频交流电, 高频交流电送入电场耦 合环 (102) ; 电场耦合环 (102) 一端将高频交流电转化为高频交变磁场向外辐射 ; 电场耦合 环 (102) 另一端在将高频交变磁场转化为感应交流电 ; 利用 AC/DC 模块 (103) 将感应交流 电转换为直流电, 提供给转动部件上的电子设备。
2: 根据权利要求 1 所述的薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 所述的电场耦 合环 (102) 由外环磁环 (201) 、 外环感应线圈 (202) 、 内环磁环 (204) 、 内环感应线圈 (205) 组 成, 外环感应线圈 (202) 贴附于外环磁环 (201) 内侧 ; 内环感应线圈 (205) 贴附于内环磁环 (204) 外侧 ; 外环磁环 (201) 连同外环感应线圈 (202) 固定, 内环磁环 (204) 连同内环感应 线圈 (205) 与外环轴线重合, 且相对外环轴转动。
3: 根据权利要求 2 所述的薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 所述的外环磁 环 (201) 与内环磁环 (204) 中间为空气间隙, 外环感应线圈 (202) 中的电能跨过空气间隙传 递至内环感应线圈 (205) 。
4: 根据权利要求 2 所述的薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 所述的外环磁 环 (201) 由长度为 90 - 110mm、 宽度为 9 - 11mm、 厚度为 1 - 5mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。
5: 根据权利要求 2 所述的薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 所述的内环磁 环 (204) 由长度为 90 - 110mm、 宽度为 9 - 11mm、 厚度为 1 - 5mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。

说明书


薄层环形非接触式电能传输装置

    技术领域 本发明属于机电一体化技术领域, 涉及一种薄层环形非接触式电能传输装置, 可 用于对旋转部件、 机器关节、 速度转台和矿下设备的电能非接触式传输。
     背景技术 目前, 为雷达、 速度转台、 探矿钻井、 机械关节等旋转部件进行非接触式电能传输 的技术已取得一定的进展, 该技术主要是利用松耦合变压器原理, 使电能从旋转部件的一 端, 跨过一定的空气间隙, 传递到相对转动的另一端, 从而解决了传统电接触式导电滑环所 存在的稳定性差、 加工困难、 寿命短、 成本高昂等诸多弊端。 其中, 磁芯为构成松耦合变压器 的关键器件, 属于非标准元件, 因此只能根据特定的结构及尺寸要求与磁芯生产厂家联系 定制, 而模具的通用性差, 每次调整磁芯的规格, 都必须重新开模制作, 仅就模具加工的成 本就非常之高 ; 铁氧体磁芯的烧结必须经过严格的工艺流程, 否则一旦磁芯的某项指标如 磁导率、 居里温度、 饱和磁通密度或矩顽力不达标, 都将导致整批产品的作废, 返工的太阳城集团 成本和经济成本更高。
     此外, 受到工艺和强度的限制, 所制造的磁芯或磁环往往比较厚重, 无法满足轻薄 的设计要求, 造成无谓的浪费, 应用受到极大限制。
     发明内容
     本发明的目的是提供一种可利用标准元件拼接、 通用性强、 结构轻薄且成本低廉 的薄层环形非接触式电能传输装置。
     本发明的技术方案是 : 薄层环形非接触式电能传输装置, 其特征是 : 包括 DC/AC 模 块、 电场耦合环、 AC/DC 模块, 利用 DC/AC 模块产生高频交流电, 高频交流电送入电场耦合 环; 电场耦合环一端将高频交流电转化为高频交变磁场向外辐射 ; 电场耦合环另一端在将 高频交变磁场转化为感应交流电 ; 利用 AC/DC 模块将感应交流电转换为直流电, 提供给转 动部件上的电子设备。
     所述的电场耦合环由外环磁环、 外环感应线圈、 内环磁环、 内环感应线圈组成, 外 环感应线圈贴附于外环磁环内侧 ; 内环感应线圈贴附于内环磁环外侧 ; 外环磁环连同外环 感应线圈固定, 内环磁环连同内环感应线圈与外环轴线重合, 且相对外环轴转动。
     所述的外环磁环与内环磁环中间为空气间隙, 外环感应线圈中的电能跨过空气间 隙传递至内环感应线圈。
     所述的外环磁环由长度为 90 - 110mm、 宽度为 9 - 11mm、 厚度为 1 - 5mm 的铁氧 体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温 度为 125℃。
     所述的内环磁环由长度为 90 - 110mm、 宽度为 9 - 11mm、 厚度为 1 - 5mm 的铁氧 体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温 度为 125℃。本发明与现有的非接触式电能传输装置相比, 具有以下优点 : 1、 采用磁条拼接、 绕制并粘结成圆柱型磁环作为关键导磁元件, 不仅适用于小批量试 验使用, 也可方便的批量加工生产 ; 相对于开模定制, 不但方便快捷, 而且能够节省大量制 造成本。
     2、 利用常规的磁条可以拼接出各种长度和直径的磁环 ; 该方法能够制造出非常薄 的磁环, 以有效减小装置的体积, 更适用于结构特殊及空间窄小的场合。
     3、 常规磁条属于标准导磁元件并已得到广泛而大量的使用, 其性能指标优越稳 定, 因此拼接、 绕制成的磁环的性能指标也有保障。 附图说明
     下面结合附图对本发明作进一步说明 : 附图 1 是本发明实施例原理示意框图 ; 附图 2 是本发明实施例非接触电能传输装置示意图。
     图中, 101、 DC/AC 模块 ; 102、 电场耦合环 ; 103、 AC/DC 模块 ; 201、 外环磁环 ; 202、 外 环感应线圈 ; 203、 空气间隙 ; 204、 内环磁环 ; 205、 内环感应线圈 ; 206、 磁力线回路。 具体实施方式
     实施例 1 参照附图 1, 包括 DC/AC 模块 101、 电场耦合环 102、 AC/DC 模块 103, 利用 DC/AC 模块 101 产生高频交流电, 高频交流电送入电场耦合环 102 ; 电场耦合环 102 将高频交流电转化为高 频交变磁场向近场辐射 ; 在将高频交变磁场转化为感应交流电 ; 利用 AC/DC 模块 103 将感 应交流电转换为直流电, 并提供给转动部件上的电子设备使用。
     其中 : 电场耦合环 102, 结构如图 2, 由外环磁环 201、 外环感应线圈 202、 内环磁环 204、 内环感应线圈 205 组成。外环感应线圈 202 贴附于外环磁环 201 内侧 ; 内环感应线圈 205 贴附于内环磁环 204 外侧 ; 外环磁环 201 连同外环感应线圈 202 固定, 内环磁环 204 连 同内环感应线圈 205 与外环轴线重合, 且相对外环轴转动。
     外环磁环 201 与内环磁环 204 中间为空气间隙, 外环感应线圈 202 中的电能跨过 空气间隙传递至内环感应线圈 205, 传递过程中无电气接触。
     外环磁环 201 由长度为 90mm、 宽度为 10mm、 厚度为 4mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。
     内环磁环 204 由长度为 90mm、 宽度为 9mm、 厚度为 4mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形 成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。
     实施例 2 参照附图 1, 包括 DC/AC 模块 101、 电场耦合环 102、 AC/DC 模块 103, 利用 DC/AC 模块 101 产生高频交流电, 高频交流电送入电场耦合环 102 ; 电场耦合环 102 将高频交流电转化为高 频交变磁场向近场辐射 ; 在将高频交变磁场转化为感应交流电 ; 利用 AC/DC 模块 103 将感 应交流电转换为直流电, 并提供给转动部件上的电子设备使用。
     其中 : 电场耦合环 102, 结构如图 2, 由外环磁环 201、 外环感应线圈 202、 内环磁环 204、 内环感应线圈 205 组成。外环感应线圈 202 贴附于外环磁环 201 内侧 ; 内环感应线圈205 贴附于内环磁环 204 外侧 ; 外环磁环 201 连同外环感应线圈 202 固定, 内环磁环 204 连 同内环感应线圈 205 与外环轴线重合, 且相对外环轴转动。
     外环磁环 201 与内环磁环 204 中间为空气间隙, 外环感应线圈 202 中的电能跨过 空气间隙传递至内环感应线圈 205, 传递过程中无电气接触。
     外环磁环 201 由长度为 110mm、 宽度为 11mm、 厚度为 5mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。
     内环磁环 204 由长度为 110mm、 宽度为 9mm、 厚度为 5mm 的铁氧体磁条拼接、 粘合, 形成圆柱面导磁结构, 圆柱面导磁结构相对磁导率在 2000 以上、 居里温度为 125℃。
     该实施例仅是对本发明的参考说明, 并不构成对本发明内容的任何限制。
     本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手 段, 这里不一一叙述。

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薄层 环形 接触 电能 传输 装置
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