CN102360870A - 锥形结构电磁耦合器 - Google Patents

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Abstract

锥形结构电磁耦合器，包括电能发射组件和电能拾取组件，所述电能发射组件包括初级磁芯、初级线圈，所述初级磁芯安装在初级磁芯安装座内；所述初级线圈绕制成内壁是圆锥孔形、外壁是圆柱形的线圈，所述初级线圈安装在初级磁芯内；所述电能拾取组件包括次级磁芯、次级线圈板，所述次级磁芯与次级磁芯安装板同轴安装；所述次级线圈绕制成内壁是圆柱形、外壁是圆锥形的线圈，所述次级线圈的圆柱形内壁与次级磁芯的中心柱外壁贴合；所述电能拾取组件安装在电能发射组件内，所述初级线圈的内壁与次级线圈的外壁相对，并设有间隙；所述初级磁芯和次级磁芯之间设有间隙，所述初级磁芯、所述初级磁芯和次级磁芯之间的间隙、所述次级磁芯构成耦合磁路。

Description

锥形结构电磁耦合器
技术领域
本发明属于机电设备技术领域，尤其涉及一种锥形结构电磁耦合器。
背景技术
在基于电磁感应原理的非接触式电能传输系统中，电磁耦合器的性能直接影响系统的传输特性，尤其是耦合器磁芯的间隙的变化会使耦合电感、耦合系数等参数变化，从而改变系统状态，不利于系统传输。为提高系统传输能力和稳定性，需保证耦合器初级和次级线圈之间具有相对稳定的耦合系数。
目前非接触式电能传输系统普遍采用平面耦合结构，线圈采用平面盘绕方式，耦合器初级和次级对接后，初、次级线圈之间平面平行，通过磁芯间隙形成耦合磁路。当耦合器定位精度不高时，线圈平面之间发生相对横向偏移，不仅磁路被改变，线圈之间的耦合状态也发生改变，耦合系数降低。为保证系统稳定的耦合系数，需借助外部定位机构。这不仅使结构复杂化，而且增加了耦合器的磨损，将低了使用寿命。因此，如何提高耦合器对接精度不高引起的横向偏移适应性，是非接触式电能传输系统研究的重要课题。
发明内容
本发明要解决现有非接触式电能传输系统中电磁耦合器对间隙的横向偏移适应性不强的问题，提供了一种对间隙的横向偏移适应性强的锥形结构电磁耦合器。
本发明的技术方案：
锥形结构电磁耦合器，包括电能发射组件和电能拾取组件，其特征在于：所述电能发射组件包括初级磁芯、初级线圈、初级磁芯安装座，所述初级磁芯安装在初级磁芯安装座内，其外壁与初级磁芯安装座的内壁贴合；所述初级线圈绕制成内壁是圆锥孔形、外壁是圆柱形的线圈，所述初级线圈安装在初级磁芯内，其外壁与初级磁芯的内壁贴合；所述初级线圈的圆锥孔的开口方向与初级磁芯、初级磁芯安装座的开口方向一致；
所述电能拾取组件包括次级磁芯、次级线圈、次级磁芯安装板，所述次级磁芯与次级磁芯安装板同轴安装；所述次级线圈绕制成内壁是圆柱形、外壁是圆锥形的线圈，所述次级线圈的圆柱形内壁与次级磁芯的中心柱外壁贴合，其圆锥底面与次级磁芯的内平面贴合；
所述电能拾取组件安装在电能发射组件内，所述初级线圈的内壁与次级线圈的外壁相对，并设有间隙；所述初级磁芯和次级磁芯之间设有间隙，所述初级磁芯、所述初级磁芯和次级磁芯之间的间隙、所述次级磁芯构成耦合磁路。
进一步，所述次级磁芯外缘直径大于所述初级磁芯外缘直径。
进一步，所述初级磁芯是一杯形结构的初级磁芯。
进一步，所述次级磁芯是一T形结构的次级磁芯。
工作原理： 本发明的工作以初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合为基础，进行电能传输。初级线圈与次级线圈分别安装于电能发射组件与电能拾取组件中，不存在电气连接，可自由分离。两组件对接后通过初级磁芯、次级磁芯及磁芯间隙形成耦合磁路，两线圈之间可进行高频交流电能传输。所述初级磁芯为杯形，其内侧安装圆锥孔形的初级线圈；所述次级磁芯为“T”形，其内柱上安装圆锥形次级磁芯。所述次级磁芯外缘直径比初级磁芯外缘直径要大。两侧进行对接时，电能拾取组件插入电能发射组件内，使初级磁芯与次级磁芯通过间隙形成耦合磁路，同时初级线圈的圆锥孔面与次级磁芯圆锥面相对，也形成一定间隙。当两侧组件由于外部原因发生横向偏移时，次级线圈在初级线圈内移动，使一侧间隙变大，另一侧变小；同时，由于次级磁芯外缘比初级磁芯外缘大，发生横向偏移时，磁芯间隙也不会发生变化。由于上述结构的优势，耦合器的电感与耦合系数不会随着横向偏移发生很大变化，有利于保持系统传输的稳定性。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用绕制为圆锥孔形的初级线圈和圆锥形的次级线圈，当耦合器发生横向偏移时，可以保持稳定的耦合系数。
（2）本发明采用杯形初级磁芯和“T”形次级磁芯，且次级磁芯外缘直径大于初级磁芯外缘直径，当耦合器发生横向偏移时，磁芯间隙保持不变，磁路可保持稳定，有利于系统传输。
（3）采用锥形耦合器结构，两侧组件对接简单，可相对转动，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为本发明的结构示意图。
图2为本发明的初级线圈外形结构示意图。
图3为本发明的初级磁芯结构示意图。
图4为本发明的次级线圈外形结构示意图。
图5为本发明的次级磁芯结构示意图。
具体实施方式
参照图1-5，锥形结构电磁耦合器，包括电能发射组件和电能拾取组件，所述电能发射组件包括初级磁芯1、初级线圈2、初级磁芯安装座3，所述初级磁芯1安装在初级磁芯安装座3内，其外壁10与初级磁芯安装座3的内壁贴合；所述初级线圈2绕制成内壁8是圆锥孔形、外壁7是圆柱形的线圈，所述初级线圈2安装在初级磁芯1内，其外壁7与初级磁芯1的内壁9贴合；所述初级线圈2的圆锥孔的开口方向与初级磁芯1、初级磁芯安装座3的开口方向一致；
所述电能拾取组件包括次级磁芯4、次级线圈5、次级磁芯安装板6，所述次级磁芯4与次级磁芯安装板6同轴安装；所述次级线圈5绕制成内壁11是圆柱形、外壁12是圆锥形的线圈，所述次级线圈5的圆柱形内壁11与次级磁芯4的中心柱外壁13贴合，其圆锥底面与次级磁芯4的内平面14贴合；
所述电能拾取组件安装在电能发射组件内，所述初级线圈2的内壁与次级线圈5的外壁相对，并设有间隙；所述初级磁芯1和次级磁芯4之间设有间隙，所述初级磁芯1、所述初级磁芯1和次级磁芯4之间的间隙、所述次级磁芯4构成耦合磁路。
所述次级磁芯4外缘直径大于所述初级磁芯1外缘直径。
所述初级磁芯1是一杯形结构的初级磁芯1。
所述次级磁芯4是一T形结构的次级磁芯4。
工作原理： 本发明的工作以初级线圈2和次级线圈5之间的电磁耦合为基础，进行电能传输。初级线圈2与次级线圈5分别安装于电能发射组件与电能拾取组件中，不存在电气连接，可自由分离。两组件对接后通过初级磁芯1、次级磁芯4及磁芯间隙形成耦合磁路，两线圈之间可进行高频交流电能传输。所述初级磁芯1为杯形，其内侧安装圆锥孔形的初级线圈2；所述次级磁芯4为“T”形，其内柱上安装圆锥形次级磁芯5。所述次级磁芯4外缘直径比初级磁芯1外缘直径要大。两侧进行对接时，电能拾取组件插入电能发射组件内，使初级磁芯1与次级磁芯4通过间隙形成耦合磁路，同时初级线圈2的圆锥孔面与次级磁芯5圆锥面相对，也形成一定间隙。当两侧组件由于外部原因发生横向偏移时，次级线圈5在初级线圈2内移动，使一侧间隙变大，另一侧变小；同时，由于次级磁芯5外缘比初级磁芯1外缘大，发生横向偏移时，磁芯间隙也不会发生变化。由于上述结构的优势，耦合器的电感与耦合系数不会随着横向偏移发生很大变化，有利于保持系统传输的稳定性。 
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. 锥形结构电磁耦合器，包括电能发射组件和电能拾取组件，其特征在于：所述电能发射组件包括初级磁芯、初级线圈、初级磁芯安装座，所述初级磁芯安装在初级磁芯安装座内，其外壁与初级磁芯安装座的内壁贴合；所述初级线圈绕制成内壁是圆锥孔形、外壁是圆柱形的线圈，所述初级线圈安装在初级磁芯内，其外壁与初级磁芯的内壁贴合；所述初级线圈的圆锥孔的开口方向与初级磁芯、初级磁芯安装座的开口方向一致；
所述电能拾取组件包括次级磁芯、次级线圈、次级磁芯安装板，所述次级磁芯与次级磁芯安装板同轴安装；所述次级线圈绕制成内壁是圆柱形、外壁是圆锥形的线圈，所述次级线圈的圆柱形内壁与次级磁芯的中心柱外壁贴合，其圆锥底面与次级磁芯的内平面贴合；
所述电能拾取组件安装在电能发射组件内，所述初级线圈的内壁与次级线圈的外壁相对，并设有间隙；所述初级磁芯和次级磁芯之间设有间隙，所述初级磁芯、所述初级磁芯和次级磁芯之间的间隙、所述次级磁芯构成耦合磁路。
2.  根据权利要求1所述的锥形结构电磁耦合器，其特征在于：所述次级磁芯外缘直径大于所述初级磁芯外缘直径。
3.  根据权利要求1或2所述的锥形结构电磁耦合器，其特征在于：所述初级磁芯是一杯形结构的初级磁芯。
4.  根据权利要求3所述的锥形结构电磁耦合器，其特征在于：所述次级磁芯是一T形结构的次级磁芯。
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