[實用新型]非接觸旋轉電源變換器

無效

• 申請號: 200720040093.6
• 申請日: 2007-06-26
• 公開（公告）號: CN201054544Y
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 張天宏;顧袁靈;嚴后選
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M3/02
• 分類號: H02M3/02;H01F27/28;H01F27/24
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司
• 代理人: 沈根水

技術領域

本實用新型是一種在旋轉工況下向旋轉件上傳輸電能的非接觸旋轉電源變換器，屬于電源變換技術領域。

背景技術

為了提高旋轉部件特性測試的準確性和充分性，需要實時采集旋轉部件在高速旋轉狀態下的動態參數。而如何為位于旋轉部件上的測試電路進行電能供給是當前面臨的主要技術難點之一。

目前國內外應用于旋轉部件數據采集系統的電能供應主要有滑環供電和電池供電方式。滑環供電借助電刷的彈性壓力與導電滑環環槽滑動接觸來傳遞信號和電流，適合應用在需要從固定位置到旋轉位置的無限制的、連續旋轉傳送功率或數據信號的場所。但是在高速旋轉狀態下長期運行時，滑環和電刷之間會因為電蝕而產生較大的電阻，從而使得能量傳輸不穩定；電池供電是將電池安裝于旋轉部件上，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，目前國內外學者主要在改進滑環制造工藝和材料，減小電池體積和重量等方面進行研究，也有提出用發電機原理為旋轉件供電，但存在旋轉速度與供電能力關聯的問題，不適合寬范圍轉速應用。到目前為止，尚未見有非接觸旋轉電源變換器的報道，基本上沒有提出利用電磁感應原理設計非接觸旋轉電源變換器的方案。

發明內容

本實用新型的目的旨在提出了一種全新結構的非接觸旋轉電源變換器，通過原、副邊磁芯之間的空氣隙實現非接觸能量耦合，實現軸向相對靜止和周向相對運動狀態下進行電能傳輸的目的，并且消除了高速旋轉下摩擦因素產生的影響，大大提高了系統供電的可靠性，同時又顯著減小負載系統的重量和體積，適合高轉速下的使用要求。

本實用新型的技術解決方案：其結構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到無窮大。與滑環供電方式相比，本發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速下產生摩擦的弊端，保證了系統工作的穩定和繞制線圈性。容易制作，成本低，不同輸出功率的二次設計周期短，能夠適用于各種轉速下的旋轉部件。通過更換磁芯大小的參數，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，證明了本方案設計的電源變換器在一定的直流電壓輸入范圍內，能夠得到設計要求所需的輸出功率，足夠為旋轉部件上的數據采集系統提供電能。

附圖說明

附圖1非接觸電源變換器電路原理框圖。

附圖2是罐型磁芯結構及安裝示意圖。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應用于高速旋轉臺架的電能傳輸系統示意圖。

圖中的1是空氣間隙、2是旋轉軸、3是軸承、4是電源旋轉端、5是電源靜止端。

具體實施方式

對照附圖1，其結構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構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。

利用反激式開關電源需要氣隙的特點，解決了電能非接觸傳輸的問題。

根據反激式開關電源原理，設計了原邊控制回路，選用帶有PWM自反饋調整功能的集成控制器KA5L0380，通過控制器內部PWM自反饋調整功能，改變開關管通斷時間比率，解決了需要將副邊電路輸出端電壓反饋到原邊進行電路調整的問題。應用直流電源輸入，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，另一個處于旋轉件上。罐型磁芯的圓形端面保證了磁芯內的磁通量在旋轉情況下基本保持不變。所選磁芯的尺寸應保證在所需傳輸功率下不飽和。通過電磁感應方式，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支架上，實現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工況下受到的離心力，原邊電路上應盡量選擇體積小重量輕的元器件。