CN103247416B - 球形可变电感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球形可变电感器，它包括固定支架、转子支架、定子支架、转子线圈、定子线圈、电刷、电刷盘及转动装置。本发明通过采用定子、转子结构将线圈分为定子线圈和转子线圈，分别绕置在定子支架和转子支架上，从而通过转子支架的旋转产生电感，整个产品的电感量改变无须档位切换，仅需改变转子支架的转速及定子线圈和转子线圈绕置圈数来调整电感量的大小，因此具备电感量变化范围比较大的优点，此外电感量变化可做到连续性，整个产品具备结构简单吗，安装、占用空间固定，大大提高了设备的利用率高，且产品不使用磁性材料因而不易产生磁饱和，整体具备性能可靠、生产方便的优势，特别适用于大功率电感量连续可变的谐振回路。

Description

球形可变电感器

技术领域

本发明涉及一种大功率调谐元件，尤其是指一种球形可变电感器。

背景技术

为了使电感与电容串联组成的调谐电路能够在不同频率具有谐振点。习知的，谐振时电路的感抗与容抗等值反向，感抗与频率对应的关系符合公式XL＝2πfL，假设在感抗XL不变的情况下，改变频率f，需改变电感量L才能保持感抗XL不变。因此，需要设计电感量变化可连续的电感即可变电感器。

大功率发射机，需要进行工作频率调整，以往产品中多使用谐振电感，通过对该电感换挡调整发射机的工作频率，然而此种电感换挡较为不变，往往只能满足小范围微调要求，不利于使用。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种体积精简，且电感量方便可调的球形可变电感器。

本发明的目的是这样实现的：一种球形可变电感器，它包括固定支架、转子支架、定子支架、转子线圈、定子线圈、电刷、电刷盘及转动装置；所述转子支架枢接在固定支架内并与转动装置相连，可在转动装置驱动下绕固定支架旋转；所述定子支架位于转子支架外侧设置在固定支架上；所述转子线圈呈两个相扣的碗形绕置在转子支架上，转子支架上设有电刷盘，电刷盘与转子线圈电连接，于固定支架上对应转子支架的电刷盘设有电刷；所述定子线圈呈两个相扣的碗形绕置在定子支架上；

上述结构中，所述转子支架包括转轴、第一转子架和第二转子架，所述第一转子架和第二转子架呈90度相交设置，于第一转子架上的左、右同轴连接有转轴，转轴上设置所述电刷盘，于第二转子架上绕置所述转子线圈；

上述结构中，所述第一转子架和第二转子架呈圆盘形，圆盘形的第一转子架和第二转子架的直径相交；

上述结构中，所述圆盘形的第二转子架的边沿前、后侧的中部设有卡线凸台；

上述结构中，所述转子线圈包括电连接的两个部分，每部分的转子线圈均呈碗形；所述两部分的转子线圈分别绕置于第二转子架的上、下两侧；

上述结构中，所述固定支架包括U形架及两个立架，所述定子支架包括四个，四个定子支架通过U形架连接于两个立架相对一侧上，所述转子支架枢接于四个定子支架间的两个立架间；

上述结构中，所述定子线圈包括电连接的两个部分，每部分的定子线圈均呈碗形；所述两部分的定子线圈分别于四个定子支架左右两侧的内端绕置；

上述结构中，所述定子支架呈C形，于C形的定子支架的内凹的侧壁上设有卡线凸台，定子支架表面设有通孔；

上述结构中，它还包括旋转限位装置，所述旋转限位装置与转子支架相对应设置于固定支架上；

上述结构中，所述转动装置包括电机及电机控制器，所述电机驱动转子支架，所述电机控制器电连接电机；所述旋转限位装置电连接电机控制器，电机控制器根据设定转速控制电机工作，并于每次收到旋转限位装置的限位信号后改变一次电机的旋转方向。

本发明的有益效果在于通过采用定子、转子结构将线圈分为定子线圈和转子线圈，分别绕置在定子支架和转子支架上，从而通过转子支架的旋转产生电感，整个产品的电感量改变无须档位切换，仅需改变转子支架的转速及定子线圈和转子线圈绕置圈数来调整电感量的大小，因此具备电感量变化范围比较大的优点，此外电感量变化可做到连续性，整个产品具备结构简单，安装、占用空间固定，大大提高了设备的利用率高，且产品不使用磁性材料因而不易产生磁饱和，整体具备性能可靠、生产方便的优势，特别适用于大功率电感量连续可变的谐振回路。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的整体结构立体示意图；

图2为本发明的转子架结构示意图；

图3为本发明绕置线圈后的整体结构侧视图；

图4为图3角度中的定子线圈示意图；

图5为图3角度中的转子线圈示意图；

图6为本发明绕置线圈后的整体结构俯视图；

图7为本发明对应的球形载流线圈磁场分析图1；

图8为本发明对应的球形载流线圈磁场分析图2；

图9为本发明对应的H线分布场图。

1-固定支架；2-转子支架；3-定子支架；4-定子线圈；5-转子线圈；6-导线；7-电刷；8-定子对接线；9-旋转限位装置；11-立架；12-U形架；21-转轴；22-第一转子架；23-第二转子架；24-电刷盘；25、31-卡线凸台；26-卡槽；32-通孔。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施方式提供了一种球形可变电感器，它包括固定支架1、转子支架2、定子支架3、定子线圈4、转子线圈5、电刷7、电刷盘24及转动装置。

其中，转子支架2枢接在固定支架1内并与转动装置相连，从而转子支架2可在转动装置驱动下绕固定支架1旋转。定子支架3则位于转子支架2外侧，同样也设置在固定支架1上。

参见图3-6所述转子线圈5呈两个相扣的碗形绕置在转子支架2上，转子支架2上还设有电刷盘24，电刷盘24与转子线圈5电连接，在固定支架1上对应转子支架2的电刷盘24设有电刷7。而定子线圈4同样呈两个相扣的碗形绕置在定子支架3上。

采用此种结构，固定支架1、转子支架均可由不导磁材料制成，通过在定子支架3上绕置定子线圈4，其内包裹转子支架2，转子支架2上绕有转子线圈5的结构，从而通过控制转子支架2旋转，转子线圈5和定子线圈4通过交流时，在内部周围产生交变磁通，线圈的磁通量与产生此磁通的电流之比为电感，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线，致使线圈产生电磁感应，即形成电感。而若需要改变电感，除了可在初期根据电感量的需求，选择绕制线圈模具的大小、计算线圈的线径及绕制的匝数外，还可在装配后通过控制转子支架2的转速来达到连续改变电感量大小的目的。

作为一实施例，所述固定支架1包括U形架12及两个立架11，所述定子支架3包括四个，四个定子支架3通过U形架12连接在两个立架11相对一侧上，所述转子支架2枢接于四个定子支架3间的两个立架11间。

通常的，为了方便定子线圈4的绕置，定子线圈4包括两个部分，每部分的定子线圈4均呈碗形且通过定子对接线8电连接，而两部分的定子线圈4分别在四个定子支架3左右两侧的内端绕置，转子线圈5则于定子线圈4中放置。

最佳的，上述结构中定子支架3呈C形，于C形的定子支架3的内凹的侧壁上设有卡线凸台31，定子支架3表面设有通孔32，从而可方便定子线圈4在其上分两部分绕置，而通孔32则可用于连接固定绕置的定子线圈4。

作为一实施例，参见图2，转子支架2包括转轴21、第一转子架22和第二转子架23，所述第一转子架22和第二转子架23呈90度相交设置，于第一转子架22上的左、右同轴连接有转轴21，转轴21上设置所述电刷盘24，于第二转子架23上绕置所述转子线圈5。

最佳的，上述中第一转子架22和第二转子架23均呈圆盘形，圆盘形的第一转子架22和第二转子架23的直径相交，即形成轴向的第一转子架22和径向的第二转子架23，两者同样可采用非导磁材料制成，通过胶粘合而成，且在每个转子盘均匀分布固定线圈孔，由此第一转子架22和第二转子架23构成一个类球体形状，其上在绕置转子线圈5，即方便旋转，也满足产品小体积化的要求。

通常的，为了方便转自线圈5的绕置，于定子线圈4相似，在圆盘形的第二转子架23的边沿前、后侧的中部设有卡线凸台25，而在第一转子架22与转轴21连接处也设有卡槽26。由此，转子线圈5可以方便的在第二转子架23上绕置成两个相扣的碗形。根据需要，转子线圈5还可以采用两个部分的结构，每部分的转子线圈5均呈碗形，且彼此间通过导线6电连接，采用分离的转子线圈5的结构可方便转子线圈5的绕置，两部分的转子线圈5可分别通过模具快速的绕置在第二转子架23的上、下两侧，形成一个相扣的碗形。

最佳的，本发明的球形可变电感器上还包括一个旋转限位装置9，该旋转限位装置9与转子支架2相对应的设置在固定支架1上，从而放置转子支架2旋转过度。根据转动装置的不同，该旋转限位装置9可为机械限位块或电子限位器。

作为一实施例，上述的转动装置包括电机及电机控制器，电机驱动转子支架2，所述电机控制器电连接电机。而旋转限位装置9则为电子限位器，其电连接电机控制器，电机控制器根据设定转速控制电机工作，并于每次收到旋转限位装置的限位信号后改变一次电机的旋转方向。

本发明产品所能形成的球形载流线圈磁场分析图如图7、8所示。

本发明对应的场图(H线分布)如图9所示，当在z方向具有均匀匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i时，可以等效看做为流经球表面层的面电流K的分布，显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面线匝密度分布为W’，则在于元长度dz对应的球面弧元Rdθ上，应有：

$\left(W^{\′}\mathrm{Rd\θ}\right)i=\left(\frac{N}{2R}\mathrm{dz}\right)i$

经计算，载流线圈的线匝密度分布W’正比于sinθ，呈正弦分布。因此，本实验模拟的在球表面上的等效的面电流密度K的分布为:

$K=\frac{N}{2R}i\sin \mathrm{\θ}\·\stackrel{\→}{e}$

通过列写边值方程计算的

可得磁通球内部H1为均匀磁场，其取向与磁通球的对称轴一致，而球外H2等同于球心处一个磁偶极子的磁场。

通过上面求得的磁场分布，计算球表面一匝线圈所交链的磁通Φ,即

经计算可得

$L=\frac{2}{9}\mathrm{\π}{N}^2{\mathrm{\μ}}_{0}R$

单独的转子线圈和定子线圈都可以看作一个球形载流线圈，其电感量固定不变的。可变电感器的电感量是转子线圈和定子线圈电感量的矢量合成。电感量变化范围最大为2*L，最小为0。

当转动转子线圈时，可变电感器的电感量可连续的由大变小或有小变大。顺时针转动转子线圈，可变电感器的电感量由小变大，根据右手螺旋定则，当转子线圈与定子线圈为0度时，即转子线圈和定子线圈流过电流方向一致时，可变电感器电感量最大；逆时针转动转子线圈，可变电感器的电感量有由大变小，当转子线圈与定子线圈为180度时即转子线圈和定子线圈流过电流方向相反时，可变电感器电感量最小。通过设置限位开关式旋转限位装置，从而用于感知转子线圈转动到0度或180度，反馈给电机控制器改变旋转方向。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种球形可变电感器，其特征在于：它包括固定支架、转子支架、定子支架、转子线圈、定子线圈、电刷、电刷盘及转动装置；所述转子支架枢接在固定支架内并与转动装置相连，可在转动装置驱动下绕固定支架旋转；所述定子支架位于转子支架外侧设置在固定支架上；所述转子线圈呈两个相扣的碗形绕置在转子支架上，转子支架上设有电刷盘，电刷盘与转子线圈电连接，于固定支架上对应转子支架的电刷盘设有电刷；所述定子线圈呈两个相扣的碗形绕置在定子支架上。

2.如权利要求1所述的球形可变电感器，其特征在于：所述转子支架包括转轴、第一转子架和第二转子架，所述第一转子架和第二转子架呈90度相交设置，于第一转子架上的左、右同轴连接有转轴，转轴上设置所述电刷盘，于第二转子架上绕置所述转子线圈。

3.如权利要求2所述的球形可变电感器，其特征在于：所述第一转子架和第二转子架呈圆盘形，圆盘形的第一转子架和第二转子架的直径相交。

4.如权利要求3所述的球形可变电感器，其特征在于：所述圆盘形的第二转子架的边沿前、后侧的中部设有卡线凸台。

5.如权利要求2-4任意一项所述的球形可变电感器，其特征在于：所述转子线圈包括电连接的两个部分，每部分的转子线圈均呈碗形；所述两部分的转子线圈分别绕置于第二转子架的上、下两侧。

6.如权利要求1-4任意一项所述的球形可变电感器，其特征在于：所述固定支架包括U形架及两个立架，所述定子支架包括四个，所述定子支架位于两个立架间并通过U形架两两连接于立架的上、下两侧，所述转子支架枢接于两个立架间。

7.如权利要求6所述的球形可变电感器，其特征在于：所述定子线圈包括电连接的两个部分，每部分的定子线圈均呈碗形；所述两部分的定子线圈分别于四个定子支架的内端绕置，并成前、后侧相对。

8.如权利要求7所述的球形可变电感器，其特征在于：所述定子支架呈C形，于C形的定子支架的内凹的侧壁上设有卡线凸台，定子支架表面设有通孔。

9.如权利要求1-4任意一项所述的球形可变电感器，其特征在于：它还包括旋转限位装置，所述旋转限位装置与转子支架相对应设置于固定支架上。

10.如权利要求9所述的球形可变电感器，其特征在于：所述转动装置包括电机及电机控制器，所述电机驱动转子支架，所述电机控制器电连接电机；所述旋转限位装置电连接电机控制器，电机控制器根据设定转速控制电机工作，并于每次收到旋转限位装置的限位信号后改变一次电机的旋转方向。