CN102163880B - 间隙自补偿型非接触式电能传输装置 - Google Patents

间隙自补偿型非接触式电能传输装置 Download PDF

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间隙自补偿型非接触式电能传输装置，包括电能发射装置和电能接收装置，所述电能发射装置包括磁芯安装框，所述磁芯安装框的四个内壁上均安装有第一E型铁氧体磁芯，所述第一E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第一线圈，各第一线圈间串联连接并与外部高频电源转换电路连接；所述电能接收装置包括一磁芯安装杆，所述磁芯安装杆的立方体型端的四个侧壁上均安装有第二E型铁氧体磁芯，所述第二E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第二线圈，各第二线圈间串联连接并与外部接收电路连接；所述电能接收装置安装在所述电能发射装置内，所述第一线圈与对应的第二线圈间设有间隙，所述第一E型铁氧体磁芯、间隙、与对应的第二E型铁氧体磁芯构成磁路。

Description

间隙自补偿型非接触式电能传输装置
技术领域
本发明属于机电设备技术领域，涉及一种应用于特殊环境中具有间隙自补偿功能的非接触式电能传输装置。
背景技术
基于电磁感应原理的非接触式电能传输要求线圈耦合结构具有稳定的相对位置，避免在传输过程中间隙发生较大的改变，以保证系统参数的稳定。然而磁芯线圈的耦合系数、电感等参数对间隙很敏感，操作中初级与次级磁芯线圈之间相对位置的微小变动都会引起参数的变化，导致系统传输的不稳定。
目前非接触式电能传输系统多采用平面耦合结构，初、次级磁芯线圈之间存在相对固定的间隙，通过外部连接结构来保证初、次级之间的相对位置。这种结构对装置连接结构要求较高，且长时间使用磨损会导致连接紧密性下降。此外，非接触式电能传输系统还有另外两种耦合结构：多自由度拾取耦合和线性电流导轨耦合。前者不需要特殊的连接结构，但是耦合系数很低，传输能力受到限制，后者只能在具有固定运动路线的情况下使用。因此，如何提高对接结构对间隙的适应性是非接触式电能传输系统研究的一项重要课题。
发明内容
本发明要解决现有非接触式电能传输装置对间隙的适应性不强的问题，提供了一种间隙变化的适应型强的间隙自补偿型非接触式电能传输装置。
本发明的技术方案：
间隙自补偿型非接触式电能传输装置，包括电能发射装置和电能接收装置，其特征在于：所述电能发射装置包括一中空的立方桶形的磁芯安装框，所述磁芯安装框的四个内壁上均安装有第一E型铁氧体磁芯，四个内壁上所述第一E型铁氧体磁芯沿所述磁芯安装框的中心轴线对称分布，所述第一E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第一线圈，各第一线圈间串联连接并与外部高频电源转换电路连接；
所述电能接收装置包括一磁芯安装杆，所述磁芯安装杆的一端是圆柱形，其另一端是立方体型，所述磁芯安装杆的立方体型端的四个侧壁上均安装有第二E型铁氧体磁芯，所述第二E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第二线圈，各第二线圈间串联连接并与外部接收电路连接；
所述电能接收装置安装在所述电能发射装置内，所述第一线圈与对应的第二线圈间设有间隙，所述第一E型铁氧体磁芯、间隙、与对应的第二E型铁氧体磁芯构成磁路。
进一步，所述磁芯安装框的四个内壁上均开有矩形槽，所述第一E型铁氧体磁芯的背面粘合安装在矩形槽内。
进一步，所述磁芯安装杆的立方体型端的长度与所述第二E型铁氧体磁芯的长度相同，所述第二E型铁氧体磁芯的背面与所述磁芯安装杆的立方体型端的侧壁粘合连接。
进一步，所述第一线圈与第二线圈的圈数相同。
工作原理：本发明所述的非接触式电能传输装置工作以发射端和接收端结构中的第一线圈、第二线圈电磁耦合为基础，所述第一E型铁氧体磁芯、间隙、与对应的第二E型铁氧体磁芯构成磁路，以强化线圈中的磁感应强度及耦合强度。电能发射装置及电能接收装置可以自由分离，在需要传输的时候，将电能接收装置插入到电能发射装置的内孔中，两端对应的磁芯形成四个磁路，同时四组线圈形成四个独立的耦合结构。由于电能发射装置中的第一线圈与电能接收装置中的第二线圈都是各自串联连接，因此整个系统的耦合系数以及电感由磁芯线圈阵列中四个部分共同决定。电能接收装置在电能发射装置中的位置发生改变时，每个耦合线圈参数随相应间隙的变化而变，但其变化并非独立。由于磁芯排列沿中心轴线对称，某一间隙变大时，其相对位置上的间隙相应变小，且变化量相等，形成间隙互补。因此，四个耦合线圈的电气参数也存在互补关系。利用结构中线圈耦合状态及电感值的互补关系可以使系统传输电能过程中受间隙变化的影响减小，获得稳定的传输性能。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用具有间隙互补结构的电磁耦合装置，减小间隙变化对系统传输的影响。
（2）电能传输的发射装置与接收装置中耦合磁路由四组E型磁芯组成，且沿圆周方向均匀分布，当发射端与接收端相对位置发生改变时，一侧间隙变大，相对应的另一侧间隙减小相同的尺寸，因此可以使系统传输获得良好的稳定性。
（3）采用间隙自补偿型耦合结构实现非接触式电能传输，结构简单，不需要夹紧机构和限位机构，避免了结构磨损带来的系统不稳定。
附图说明
图1为本发明的电能发射装置和电能接收装置分离的结构示意图。
图2为本发明的电能发射装置和电能接收装置耦合的结构示意图。
图3为本发明磁芯安装框结构示意图。
图4为本发明磁芯安装杆结构示意图。
具体实施方式
参照图1-4，间隙自补偿型非接触式电能传输装置，包括电能发射装置和电能接收装置，所述电能发射装置包括一中空的立方桶形的磁芯安装框1，所述磁芯安装框1的四个内壁上均安装有第一E型铁氧体磁芯2，四个内壁上所述第一E型铁氧体磁芯2沿所述磁芯安装框1的中心轴线对称分布，所述第一E型铁氧体磁芯2的内柱上绕制有第一线圈3，各第一线圈3间串联连接并与外部高频电源转换电路连接；
所述电能接收装置包括一磁芯安装杆4，所述磁芯安装杆4的一端是圆柱形，其另一端是立方体型，所述磁芯安装杆4的立方体型端的四个侧壁上均安装有第二E型铁氧体磁芯5，所述第二E型铁氧体磁芯5的内柱上绕制有第二线圈6，各第二线圈6间串联连接并与外部接收电路连接；
所述电能接收装置安装在所述电能发射装置内，所述第一线圈3与对应的第二线圈6间设有间隙7，所述第一E型铁氧体磁芯2、间隙7、与对应的第二E型铁氧体磁芯5构成磁路。
所述磁芯安装框1的四个内壁上均开有矩形槽8，所述第一E型铁氧体磁芯2的背面粘合安装在矩形槽8内。
所述磁芯安装杆4的立方体型端的长度与所述第二E型铁氧体磁芯5的长度相同，所述第二E型铁氧体磁芯5的背面与所述磁芯安装杆4的立方体型端的侧壁粘合连接。
所述第一线圈3与第二线圈6的圈数相同。
工作原理：本发明所述的非接触式电能传输装置工作以发射端和接收端结构中的第一线圈3、第二线圈6电磁耦合为基础，所述第一E型铁氧体磁芯2、间隙7、与对应的第二E型铁氧体磁芯5构成磁路，以强化线圈中的磁感应强度及耦合强度。电能发射装置及电能接收装置可以自由分离，在需要传输的时候，将电能接收装置插入到电能发射装置的内孔中，两端对应的磁芯形成四个磁路，同时四组线圈形成四个独立的耦合结构。由于电能发射装置中的第一线圈3与电能接收装置中的第二线圈6都是各自串联连接，因此整个系统的耦合系数以及电感由磁芯线圈阵列中四个部分共同决定。电能接收装置在电能发射装置中的位置发生改变时，每个耦合线圈参数随相应间隙的变化而变，但其变化并非独立。由于磁芯排列沿中心轴线对称，某一间隙变大时，其相对位置上的间隙相应变小，且变化量相等，形成间隙互补。因此，四个耦合线圈的电气参数也存在互补关系。利用结构中线圈耦合状态及电感值的互补关系可以使系统传输电能过程中受间隙变化的影响减小，获得稳定的传输性能。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1. 间隙自补偿型非接触式电能传输装置，包括电能发射装置和电能接收装置，其特征在于：所述电能发射装置包括一中空的立方桶形的磁芯安装框，所述磁芯安装框的四个内壁上均安装有第一E型铁氧体磁芯，四个内壁上所述第一E型铁氧体磁芯沿所述磁芯安装框的中心轴线对称分布，所述第一E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第一线圈，各第一线圈间串联连接并与外部高频电源转换电路连接；
所述电能接收装置包括一磁芯安装杆，所述磁芯安装杆的一端是圆柱形，其另一端是立方体型，所述磁芯安装杆的立方体型端的四个侧壁上均安装有第二E型铁氧体磁芯，所述第二E型铁氧体磁芯的内柱上绕制有第二线圈，各第二线圈间串联连接并与外部接收电路连接；
所述电能接收装置安装在所述电能发射装置内，所述第一线圈与对应的第二线圈间设有间隙，所述第一E型铁氧体磁芯、间隙、与对应的第二E型铁氧体磁芯构成磁路。
2. 根据权利要求1所述的间隙自补偿型非接触式电能传输装置，其特征在于：所述磁芯安装框的四个内壁上均开有矩形槽，所述第一E型铁氧体磁芯的背面粘合安装在矩形槽内。
3. 根据权利要求1或2所述的间隙自补偿型非接触式电能传输装置，其特征在于：所述磁芯安装杆的立方体型端的长度与所述第二E型铁氧体磁芯的长度相同，所述第二E型铁氧体磁芯的背面与所述磁芯安装杆的立方体型端的侧壁粘合连接。
4. 根据权利要求3所述的间隙自补偿型非接触式电能传输装置，其特征在于：所述第一线圈与第二线圈的圈数相同。
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