軸向半截面ll型非接觸供電滑環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高耦合系數(shù)的非接觸供電滑環(huán)，適用于旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合的非接觸電能傳 輸系統(tǒng)，屬于變壓器或電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的接觸式供電系統(tǒng)由于摩擦和裸露導(dǎo)體，容易產(chǎn)生接觸火花，在礦井、油田等 易燃易爆場(chǎng)合存在很大的安全隱患。非接觸供電系統(tǒng)的供電側(cè)和用電側(cè)沒(méi)有物理連接，克 服了傳統(tǒng)的接觸式供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)而得到廣泛研究和應(yīng)用。其中，應(yīng)用比較廣泛的是電磁 感應(yīng)式非接觸供電技術(shù)。電磁感應(yīng)式非接觸供電技術(shù)是一種基于電磁感應(yīng)原理，利用原、gij 邊分離的變壓器進(jìn)行無(wú)線電能傳輸?shù)募夹g(shù)。
[0003] 在一些需要向旋轉(zhuǎn)目標(biāo)供電的場(chǎng)合，機(jī)械滑環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繞線得到了廣泛的應(yīng) 用，但機(jī)械滑環(huán)的接觸片因長(zhǎng)期摩擦而導(dǎo)致高故障率，需要長(zhǎng)期維護(hù)或替換，而這在某些特 殊場(chǎng)合是不現(xiàn)實(shí)的。E.E.Landsman, "Rotary Transformer Design"Proc.Power Conditioning，？？. 139-152,1970將非接觸式滑環(huán)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池板給衛(wèi)星供電的系統(tǒng) 中。但非接觸供電系統(tǒng)目前仍存在效率低，電磁輻射大等缺點(diǎn)。其中，非接觸變壓器低耦合 系數(shù)是影響非接觸供電系統(tǒng)高效率的主要因素，Chun-Hung Hu Ching-Mu Chen Ying-Shing Shiao Tung-Jung Chan Tsair-Rong Chen，"Development of a Universal Contactless Charger for Handheld Devices"，2008IEEE，IEEE International Symposium on Industrial Electronics,99-104等文章均指出，要提高非接觸供電系統(tǒng)效 率，要從兩個(gè)方面著手，一方面，要合理利用諧振變換器對(duì)變壓器的漏感或激磁電感進(jìn)行補(bǔ) 償，另一方面，要盡可能提高變壓器的親合系數(shù)。Qianhong Chen, Siu Chung Wong, Chi K.Tse,Xinbo Ruan，"Analysis,Design and Control of a Transcutaneous Power Regulator for Artificial Hearts"，IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems，2009，3(I): 23-31通過(guò)損耗測(cè)試和分析，指出變壓器的損耗，在滿載情況下占到非 接觸供電系統(tǒng)損耗的70%以上?？梢?jiàn)，提高非接觸變壓器的耦合系數(shù)是提高非接觸供電系 統(tǒng)的關(guān)鍵。同時(shí)，由于非接觸供電滑環(huán)磁芯氣隙的存在，嚴(yán)重的邊緣磁通和雜散磁通還會(huì)在 金屬中軸上產(chǎn)生渦流損耗，使中樞發(fā)熱，同時(shí)，降低系統(tǒng)效率。傳統(tǒng)的方案采用鋁屏蔽層進(jìn) 行屏蔽，防止中軸發(fā)熱，但率屏蔽層安裝麻煩，自身也會(huì)發(fā)熱。
[0004] 傳統(tǒng)軸向半截面UU型磁芯的非接觸供電滑環(huán)結(jié)構(gòu)如附圖8a所示，其磁芯由兩個(gè)U 型磁芯面對(duì)面構(gòu)成，其氣隙處原副邊磁芯之間耦合磁路的有效面積較小，導(dǎo)致主磁路磁阻 較大，耦合系數(shù)較小，效率不高。如何在盡量減小體積和重量的情況下，提高非接觸供電滑 環(huán)的耦合系數(shù)成為非接觸供電滑環(huán)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)上述非接觸供電滑環(huán)存在的耦合系數(shù)低、中軸渦流損耗 高、系統(tǒng)效率低等缺陷。相對(duì)傳統(tǒng)非接觸滑環(huán)，在磁材、銅材用量基本不變的前提下，設(shè)計(jì)了 一種高耦合系數(shù)的新型非接觸供電滑環(huán)。
[0006] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0007] -種軸向半截面LL型非接觸供電滑環(huán)，包括原邊單元和副邊單元，原邊單元包括 原邊磁芯和繞制在原邊磁芯上的原邊繞組，副邊單元包括副邊磁芯和繞制在副邊磁芯上的 副邊繞組，原邊單元和副邊單元之間留氣隙，原邊和副邊磁芯徑向截面呈環(huán)形或多邊形，所 述原/副磁芯的軸向半截面呈L型，則副/原磁芯的軸向半截面呈倒L型，且原、副邊繞組同軸 分繞位于原、副邊磁芯之間。
[0008] 本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：
[0009] 原、副邊單元的軸向半截面的L型磁芯和倒L型磁芯組合成非接觸式上、下開口的 矩形結(jié)構(gòu)，并在上、下開口位置形成氣隙。
[0010]原、副邊磁芯在上開口和下開口位置采用直面、斜面、或弧面三種配合方式中進(jìn) 行兩兩任意組合，包含:直面-直面組合，直面-斜面組合，直面-弧面組合，斜面-直面組合， 斜面-斜面組合，斜面-弧面組合，弧面-直面組合，弧面-斜面組合，弧面-弧面組合。
[0011] 例如：
[0012] 1)原、副邊磁芯上、下開口位置均采用直面配合，形成的氣隙均平行于中軸方向， 為直面-直面組合；
[0013] 2)或上開口采用直面配合，形成的氣隙均平行于中軸方向，下開口采用斜面配合， 形成的氣隙與中軸呈相應(yīng)夾角，為直面-斜面組合；
[0014] 3)或下開口采用直面配合，形成的氣隙均平行于中軸方向，上開口采用斜面配合， 形成的氣隙與中軸呈相應(yīng)夾角，為斜面-直面組合；
[0015] 4)或上、下開口均采用斜面配合，形成的氣隙均與中軸呈相應(yīng)夾角，斜面-斜面組 合。等等）
[0016] 本發(fā)明中，軸向半截面LL型原邊和/或副邊磁芯可沿軸向延伸。（以阻擋磁力線進(jìn) 入中軸，減小中軸的渦流損耗。進(jìn)入中軸的磁通相對(duì)較弱，延伸的磁芯厚度要求不高，可依 據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）。
[0017] 內(nèi)側(cè)磁芯和繞組作為原邊單元，外側(cè)磁芯和繞組作為副邊單元;或者外側(cè)磁芯和 繞組作為原邊單元，內(nèi)側(cè)磁芯和繞組作為副邊單元;原邊單元作為非接觸滑環(huán)的供電側(cè)，副 邊單元作為非接觸滑環(huán)的受電側(cè);其中供電側(cè)旋轉(zhuǎn)，或受電側(cè)旋轉(zhuǎn)。
[0018] 本發(fā)明中，原邊磁芯和/或副邊磁芯采用整體式結(jié)構(gòu)或分體拼裝式結(jié)構(gòu)。
[0019] 通過(guò)多個(gè)軸向半截面LL型非接觸供電滑環(huán)可組合成多通道或多相滑環(huán)。
[0020] 原邊磁芯和副邊磁芯材料采用硅鋼片、鐵氧體、微晶、超微晶或坡莫合金材料。
[0021] 原邊繞組和副邊繞組采用同軸內(nèi)外繞制、同軸平行繞制或同軸錐形繞制，原邊繞 組和副邊繞組之間形成繞組氣隙。
[0022]原邊繞組和副邊繞組的導(dǎo)線選用實(shí)心導(dǎo)線、Litz線、銅箱或者PCB繞組，原、副邊繞 組的匝數(shù)相同或不同。
[0023] 本發(fā)明與已有非接觸供電滑環(huán)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)：
[0024] 第一，通過(guò)本發(fā)明的磁芯結(jié)構(gòu)，增大了原副邊磁芯之間耦合磁路的有效面積，大大 減小了主磁路中的氣隙磁阻，減少了邊緣磁通量和雜散磁通量，提高了主磁通量;漏磁通磁 路的磁阻略微變大，漏磁通量略微減少;主磁通量的提高及漏磁通量的減小，提高了總磁通 經(jīng)主磁路閉合的比例，提高了非接觸供電滑環(huán)的耦合系數(shù)。
[0025] 第二，兩個(gè)氣隙缺口非垂直于中軸，邊緣磁通和雜散磁通不易進(jìn)入中軸，并且其中 一個(gè)氣隙離中軸較遠(yuǎn)，大大減小了中軸的渦流損耗，改善了中軸發(fā)熱情況。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 附圖l(a-b)是本發(fā)明的軸向半截面基本LL型非接觸供電滑環(huán)，其原副邊磁芯分別 由完整磁體構(gòu)成，其徑向截面為環(huán)形。附圖Ia為原、副邊拼合后結(jié)構(gòu)示意圖；附圖Ib為原、副 邊磁芯和繞組的組裝圖，101原邊磁芯，102原邊繞組，103副邊磁芯，104副邊繞組。
[0027] 附圖2是本發(fā)明的軸向半截面基本LL型非接觸供電滑環(huán)，其原副邊磁芯分別由完 整磁體構(gòu)成，其徑向截面為環(huán)形。附圖2a為原、副邊拼合后結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2b為原、副邊磁 芯和繞組的組裝圖，201原邊磁芯，202原邊繞組，203副邊磁芯，204副邊繞組。
[0028] 附圖3(a_b)是本發(fā)明的軸向半截面基本LL型非接觸供電滑環(huán)，其原副邊磁芯分別 由完整磁體構(gòu)成，其徑向截面為六邊形。附圖3a為原、副邊拼合后結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3b為原、 副邊磁芯和繞組的組裝圖，301原邊磁芯，302原邊繞組，30