[實用新型]非接觸旋轉(zhuǎn)電源變換器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720040093.6
• 申請日: 2007-06-26
• 公開（公告）號: CN201054544Y
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)旌?/a>;顧袁靈;嚴(yán)后選
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M3/02
• 分類號: H02M3/02;H01F27/28;H01F27/24
• 代理公司: 南京君陶專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 沈根水

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型是一種在旋轉(zhuǎn)工況下向旋轉(zhuǎn)件上傳輸電能的非接觸旋轉(zhuǎn)電源變換器，屬于電源變換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了提高旋轉(zhuǎn)部件特性測試的準(zhǔn)確性和充分性，需要實時采集旋轉(zhuǎn)部件在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動態(tài)參數(shù)。而如何為位于旋轉(zhuǎn)部件上的測試電路進(jìn)行電能供給是當(dāng)前面臨的主要技術(shù)難點之一。

目前國內(nèi)外應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)部件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電能供應(yīng)主要有滑環(huán)供電和電池供電方式。滑環(huán)供電借助電刷的彈性壓力與導(dǎo)電滑環(huán)環(huán)槽滑動接觸來傳遞信號和電流，適合應(yīng)用在需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置的無限制的、連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳送功率或數(shù)據(jù)信號的場所。但是在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下長期運行時，滑環(huán)和電刷之間會因為電蝕而產(chǎn)生較大的電阻，從而使得能量傳輸不穩(wěn)定；電池供電是將電池安裝于旋轉(zhuǎn)部件上，其工作原理簡單，但電池容量有限，不適合長時間在測量系統(tǒng)中使用，并且大容量的電池體積和重量均較大，安裝也不方便。為了解決這些供電方式中存在的問題，目前國內(nèi)外學(xué)者主要在改進(jìn)滑環(huán)制造工藝和材料，減小電池體積和重量等方面進(jìn)行研究，也有提出用發(fā)電機(jī)原理為旋轉(zhuǎn)件供電，但存在旋轉(zhuǎn)速度與供電能力關(guān)聯(lián)的問題，不適合寬范圍轉(zhuǎn)速應(yīng)用。到目前為止，尚未見有非接觸旋轉(zhuǎn)電源變換器的報道，基本上沒有提出利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計非接觸旋轉(zhuǎn)電源變換器的方案。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的旨在提出了一種全新結(jié)構(gòu)的非接觸旋轉(zhuǎn)電源變換器，通過原、副邊磁芯之間的空氣隙實現(xiàn)非接觸能量耦合，實現(xiàn)軸向相對靜止和周向相對運動狀態(tài)下進(jìn)行電能傳輸?shù)哪康模⑶蚁烁咚傩D(zhuǎn)下摩擦因素產(chǎn)生的影響，大大提高了系統(tǒng)供電的可靠性，同時又顯著減小負(fù)載系統(tǒng)的重量和體積，適合高轉(zhuǎn)速下的使用要求。

本實用新型的技術(shù)解決方案：其結(jié)構(gòu)是直流電源的輸出端接原邊控制電路的輸入端，原邊控制電路的輸出端接電磁耦合器中的原邊初級繞組輸入端，電磁耦合器中的副邊次級繞組輸出端接整流電路的輸入端，電磁耦合器中的原邊初級繞組與副邊次級繞組間是空氣間隙。

本實用新型的優(yōu)點：不僅體積小、重量輕、便于安裝，而且沒有使用壽命的限制，從理論上壽命可以達(dá)到無窮大。與滑環(huán)供電方式相比，本發(fā)明利用原副邊磁芯需要空氣隙的特點，避免了由于接觸而在高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生摩擦的弊端，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定和繞制線圈性。容易制作，成本低，不同輸出功率的二次設(shè)計周期短，能夠適用于各種轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)部件。通過更換磁芯大小的參數(shù)，就可以得到各種輸出功率的電源。通過在靜止條件下的電源輸出特性試驗，證明了本方案設(shè)計的電源變換器在一定的直流電壓輸入范圍內(nèi)，能夠得到設(shè)計要求所需的輸出功率，足夠為旋轉(zhuǎn)部件上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供電能。

附圖說明

附圖1非接觸電源變換器電路原理框圖。

附圖2是罐型磁芯結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。其中圖2-1是罐型磁芯圖，圖2-2是圖2-1的側(cè)視圖，圖2-3是帶有原副邊繞組的磁芯。

附圖3基于0380控制器的電源變換器電原理圖。

附圖4應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)臺架的電能傳輸系統(tǒng)示意圖。

圖中的1是空氣間隙、2是旋轉(zhuǎn)軸、3是軸承、4是電源旋轉(zhuǎn)端、5是電源靜止端。

具體實施方式

對照附圖1，其結(jié)構(gòu)是直流電源的輸出端接原邊控制電路的輸入端，原邊控制電路的輸出端接電磁耦合器中的原邊初級繞組輸入端，電磁耦合器中的副邊次級繞組輸出端接整流電路的輸入端，電磁耦合器中的原邊初級繞組與副邊次級繞組間是空氣間隙1。

原邊磁芯中心的柱體結(jié)構(gòu)上分別繞制原邊初級繞組及原邊反饋繞組。副邊磁芯中心柱體上繞制副邊次級繞組。

利用反激式開關(guān)電源需要氣隙的特點，解決了電能非接觸傳輸?shù)膯栴}。

根據(jù)反激式開關(guān)電源原理，設(shè)計了原邊控制回路，選用帶有PWM自反饋調(diào)整功能的集成控制器KA5L0380，通過控制器內(nèi)部PWM自反饋調(diào)整功能，改變開關(guān)管通斷時間比率，解決了需要將副邊電路輸出端電壓反饋到原邊進(jìn)行電路調(diào)整的問題。應(yīng)用直流電源輸入，通過原邊繞組將能量儲存在空氣隙中。

對照附圖2，選用了罐型磁芯一對，其中，一個磁芯處于靜止的原邊電路中，另一個處于旋轉(zhuǎn)件上。罐型磁芯的圓形端面保證了磁芯內(nèi)的磁通量在旋轉(zhuǎn)情況下基本保持不變。所選磁芯的尺寸應(yīng)保證在所需傳輸功率下不飽和。通過電磁感應(yīng)方式，能量從原邊磁芯耦合到了副邊磁芯。

副邊電路板采用圓形布局，與副邊磁芯及繞組安裝在一個旋轉(zhuǎn)支架上，實現(xiàn)了副邊電路的整流濾波功能。為減小副邊電路上各元件在高速旋轉(zhuǎn)工況下受到的離心力，原邊電路上應(yīng)盡量選擇體積小重量輕的元器件。