CN104201793A - 一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置。主要解决现有非接触式电能传输装置易受间隙变化影响，导致系统参数不稳定的技术问题。包括与中心轴线成一定角度的电能发射组件、电能接受组件，以及间隙调节组件；所述电能发射组件包括具有对称磁芯安装面的底座，以及发射极磁芯与发射极线圈；所述电能接收组件包括定位杆，所述定位杆端部为楔形，楔形面上安装接收极磁芯与接收极线圈，所述定位杆端部有锥孔；所述间隙调节包括调节螺杆和防松弹簧，所述调节螺杆安装在所述底座中心螺孔中，末端呈锥形，且与所述定位杆端部定位孔相配合，所述防松弹簧安装所述调节螺杆与所述底座之间，与所述调节螺杆同轴，保证调节螺杆旋转一定角度后位置固定。本发明对非接触式电能传输系统的磁芯间隙进行调节控制，保证系统具有最优的传输参数和传输性能。

Description

一种自导定位型可调间隙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自导定位功能的非接触式电能传输装置，通过磁芯间隙调节满足输电系统的最优参数配置。

背景技术

非接触式电能传输系统利用电磁感应原理，将电能以非传导方式从发射端传输到接收端，避免传输过程中漏电、火花等安全隐患。但是感应线圈对间隙很敏感，细微的变化就会引起电感、耦合系数等参数的改变，使系统偏离谐振频率，影响传输功率和效率。

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。近年来，随着非接触式电能传输技术的发展，传输功率和效率不断提升，系统的稳定性逐渐成为制约该技术发展的瓶颈，研究人员试图从结构方面提高耦合结构对间隙的适应能力，保证系统的稳定性。如文件CN102163880A和文件CN102545396A中所述的结构中，将电能接收极线圈安装于两组对称的电能发射极线圈之间，当截面内由于相对位置改变，一侧间隙变小时，另一侧间隙相应变大，使系统整体电感参数趋于稳定。但是这种结构忽略了电感与间隙之间的非线性关系，尤其是在发射极与接收极距离较近时，间隙减小一侧的电感增加值远远超过间隙增大侧电感的下降值，不能完全实现电感的自动补偿，影响系统传输的稳定性。因此，有必要开发新型非接触式电能传输装置，保证发射极和接收极具有良好的对接定位功能，保证系统传输的稳定性。

发明内容

为了克服背景技术的缺点与不足之处，本发明提供一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，解决现有非接触式电能传输装置易受间隙变化影响，导致系统参数不稳定的问题。

本发明的技术方案是：一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，包括电能发射组件和电能接收组件，所述电能发射组件包括凹形底座、发射极磁芯支撑架、发射极磁芯以及发射极线圈，所述发射极磁芯支撑架对称分布于底座中心轴的两侧，所述发射极磁芯分别安装于两侧的所述发射极磁芯支撑架上，所述发射极磁芯的中心设有发射极磁芯内柱，所述发射极线圈绕制于发射极磁芯内柱上；所述电能接收极组件包括定位杆、接收极磁芯支撑架、接收极磁芯以及接收极线圈，所述定位杆的顶部两侧设有安装面，所述接收极磁芯支撑架固定于安装面上，所述接收极磁芯安装于接收极磁芯支撑架内，所述接收极磁芯的中心设有接收极磁芯内柱，所述接收极线圈绕制于接收极磁芯内柱上，且所述发射极磁芯与接收极磁芯对应，所述发射极线圈与接收极线圈相对应并具有一定的间隙；还包括间隙调节组件，所述间隙调节组件包括调节螺杆，所述底座的中心处设有螺纹孔，所述调节螺杆与所述螺纹孔螺旋配合，且所述调节螺杆的末端向外伸出，顶端与所述定位杆顶压配合，且所述调节螺杆与定位杆同轴分布，所述调节螺杆旋转沿着螺纹孔轴向移动带动定位杆轴向直线运动构成所述发射极线圈与接收极线圈之间的间隙可调。

所述底座开口向外扩张，其内侧面为斜平面，与中心轴成一定角度，所述发射极磁芯支撑架的截面为U形，其底部贴合于所述倾斜面上，所述发射极磁芯相吻合的容置于发射极磁芯支撑架内，所述安装面为楔形并与所述倾斜面相平行，所述接收极磁芯支撑架贴合于所述安装面上，且所述接收极磁芯支撑架与发射极磁芯支撑架，所述接收极磁芯与发射极磁芯以及接收极线圈与发射极线圈结构均相同并呈相向分布。

所述定位杆顶面中心开斜口定位槽，所述调节螺杆的顶端为锥形，所述调节螺杆的顶端与插入定位槽并与其相吻合。

所述调节螺杆末端设有六角头，以便于手动旋转，所述调节螺杆上套装压缩弹簧，所述压缩弹簧位于所述六角头与所述底座之间，且所述压缩弹簧外径小于所述六角头直径。

所述发射极线圈与所述接收极线圈分别向发射极磁芯内柱和接收极磁芯内柱的径向集中绕制，且多层之间相互平行，其纵截面均为矩形；安装时，所述发射极线圈的底面与所述发射极磁芯内柱以及接收极磁芯内柱的顶面处于同一平面上。

所述发射极磁芯与接收极磁芯均选用E型铁氧体磁芯。

本发明具有以下有益效果：（1）本发明采用具有倾斜角度且对称的磁芯安装结构，降低对接过程中定位的难度，使接收极组件可以通过开口自动导引，趋向对称中心。（2）具有螺杆调节结构，可以自由调节间隙大小，调整系统耦合参数，适应不同负载形式，保证系统在谐振状态下工作，达到最大传输能力。（3）在保证具有足够间隙的情况下，利用对称结构实现两侧参数补偿，防止接收极组件偏移导致的系统不稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明电路连接图。

图中，底座1，发射极磁芯支撑架2，发射极磁芯3，发射极线圈4，中心轴5，发射极磁芯内柱6，定位杆7，接收极磁芯支撑架8，接收极磁芯9，接收极线圈10，安装面11，接收极磁芯内柱12，间隙13，调节螺杆14，螺纹孔15，末端16，顶端17，斜平面18，定位槽19，六角头20，压缩弹簧21。

具体实施方式

下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：

如图所示，参照图1和图2，一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，包括电能发射组件和电能接收组件，所述电能发射组件包括凹形底座1、发射极磁芯支撑架2、发射极磁芯3以及发射极线圈4，所述发射极磁芯支撑架2对称分布于底座1中心轴5的两侧，所述发射极磁芯3分别安装于两侧的所述发射极磁芯支撑架2上，所述发射极磁芯3的中心设有发射极磁芯内柱6，所述发射极线圈4绕制于发射极磁芯内柱6上；所述电能接收极组件包括定位杆7、接收极磁芯支撑架8、接收极磁芯9以及接收极线圈10，所述定位杆7的顶部两侧设有安装面11，所述接收极磁芯支撑架8固定于安装面11上，所述接收极磁芯9安装于接收极磁芯支撑架8内，所述接收极磁芯9的中心设有接收极磁芯内柱12，所述接收极线圈10绕制于接收极磁芯内柱12上，且所述发射极磁芯3与接收极磁芯9对应，所述发射极线圈4与接收极线圈10相对应并具有一定的间隙13；还包括间隙调节组件，所述间隙调节组件包括调节螺杆14，所述底座1的中心处设有螺纹孔15，所述调节螺杆14与所述螺纹孔15螺旋配合，且所述调节螺杆14的末端16向外伸出，顶端17与所述定位杆7顶压配合，且所述调节螺杆14与定位杆7同轴分布，所述调节螺杆14旋转沿着螺纹孔15轴向移动带动定位杆7轴向直线运动构成所述发射极线圈4与接收极线圈10之间的间隙可调，所述发射极磁芯与接收极磁芯均选用E型铁氧体磁芯。工作原理：本发明所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置通过发射极组件与接收机组件的线圈结构形成互感耦合，形成电能传输通路。所述发射极两组线圈分别具有独立的电感，串联在一起，形成发射极电感；所述接收极两组线圈与所述发射极线圈具有相同的结构和连接，形成接收极电感。发射极与接收极对接后形成两组串联的耦合结构，且沿中心轴对称。在两侧对接过程中，由于发射极组件开口外扩，所以接收极组件很容易进入，并且在两侧斜面的导引下自动趋向中心线位置，并且与调节螺杆配合定位。根据使用场合的需要，旋转调节螺杆,调整其与底座的相对位置，可以改变定位杆插入的深度，调节发射极线圈与接收极线圈之间的间隙大小，使系统参数满足谐振要求。此外，由于本发明采用对称结构，能够有效的保证间隙的大小的稳定性，即使在系统运行过程中，若发射极组件偏离对称中心，则一侧间隙变大而另一侧间隙变小，相应的电感参数也随着改变，而系统总的电感为两侧单独电感之和，因此两侧可以相互补偿，保持总电感恒定。以上变化在一定的间隙范围内成立，但若一侧间隙过小，则电感急剧增加，超过另一侧间隙变大导致的电感减小量，无法实现补偿。因此，调节螺杆的作用一方面保持接收极组件位于对称中心，一方面防止间隙过小引起的系统不稳定。因此，根据上述方案，该自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置具有如下优点：（1）本发明采用具有倾斜角度且对称的磁芯安装结构，降低对接过程中定位的难度，使接收极组件可以通过开口自动导引，趋向对称中心。（2）具有螺杆调节结构，可以自由调节间隙大小，调整系统耦合参数，适应不同负载形式，保证系统在谐振状态下工作，达到最大传输能力。（3）在保证具有足够间隙的情况下，利用对称结构实现两侧参数补偿，防止接收极组件偏移导致的系统不稳定。

在本实例中，所述底座1开口向外扩张，其内侧面为斜平面18，与所述中心轴5成一定角度，所述发射极磁芯支撑架2的截面为U形，其底部贴合于所述倾斜面18上，所述发射极磁芯3相吻合的容置于发射极磁芯支撑架2内，所述安装面11为楔形并与所述倾斜面18相平行，所述接收极磁芯支撑架8贴合于所述安装面11上，且所述接收极磁芯支撑架8与发射极磁芯支撑架2，所述接收极磁芯9与发射极磁芯3以及接收极线圈10与发射极线圈4结构均相同并呈相向分布。该自导定位型可调间隙非接触电能传输装置，包括电能发射组件和电能接收组件，以及间隙调节组件。所述电能发射组件包括具有对称结构的底座1，所述底座为凹形，内侧面为斜平面，与中心轴成一定角度，且所述底座1开口向外扩张；所述底座内侧面上安装发射极磁芯支撑架，所述发射极磁芯支架为凹形，内侧安装发射极磁芯；所述发射极磁芯内柱安装发射极线圈。所述电能接收组件包括顶部为楔形的定位杆，安装面与中心轴所成角度与所述底座内侧面倾斜角度及倾斜方向相同，以便对接时两平面平行；所述定位杆安装面上安装接收极磁芯支撑架，所述接收极磁芯支撑架为凹形，内侧安装接收极磁芯，安装方位与发射极磁芯相同；所述接收极磁芯内柱安装接收极线圈，其绕制方式和安装方式与所述发射极线圈相同；所述定位杆顶面中心开斜口定位槽，开口朝顶面方向。采用上述结构，使得该装置在使用过程中，稳定性强，安装方便、准确。

在本实例中，所述定位杆7顶面中心开斜口定位槽19，所述调节螺杆14的顶端17为锥形，所述调节螺杆14的顶端16与插入定位槽19并与其相吻合。所述调节螺杆顶端为锥形，与所述定位杆顶端定位槽斜度相同且相互配合；通过在定位杆7设置定位槽19，调节时，旋转调节螺杆14，使得调节螺杆14的顶端在定位槽19内旋转的同时轴向进给顶压定位杆7，从而实现发射极线圈4与接收极线圈10之间的距离可调。

在本实例中，所述调节螺杆14末端16设有六角头20，以便于手动旋转，所述调节螺杆14上套装压缩弹簧21，所述压缩弹簧21位于所述六角头20与所述底座1之间，且所述压缩弹簧21外径小于所述六角头20直径。所述调节螺杆末端有六角头，以便于手动旋转；所述调节螺杆上套装压缩弹簧，并位于所述调节螺杆与所述底座之间；所述压缩弹簧外径小于所述调节螺杆六角头直径。通过在调节螺杆的末端设置六角头，以便于手动旋转进行调节，而设置压缩弹簧有利于提高调节的稳定性和准确性。

在本实例中，所述发射极线圈4与所述接收极线圈10分别向发射极磁芯内柱6和接收极磁芯内柱12的径向集中绕制，且多层之间相互平行，各自纵截面均为矩形；安装时，所述发射极线圈4的底面与所述发射极磁芯内柱6以及接收极磁芯内柱12的顶面处于同一平面上。所述发射极线圈与所述接收极线圈尽量向径向集中绕制，且多层之间相互平行；安装时，发射极线圈的底面与所述发射极磁芯内柱以及接收极磁芯内柱顶面共面。

实施例不应视为对发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，包括电能发射组件和电能接收组件，其特征在于：所述电能发射组件包括凹形底座（1）、发射极磁芯支撑架（2）、发射极磁芯（3）以及发射极线圈（4），所述发射极磁芯支撑架（2）对称分布于底座（1）中心轴（5）的两侧，所述发射极磁芯（3）分别安装于两侧的所述发射极磁芯支撑架（2）上，所述发射极磁芯（3）的中心设有发射极磁芯内柱（6），所述发射极线圈（4）绕制于发射极磁芯内柱（6）上；所述电能接收极组件包括定位杆（7）、接收极磁芯支撑架（8）、接收极磁芯（9）以及接收极线圈（10），所述接收极磁芯支撑架（8）固定于所述定位杆（7）上，所述接收极磁芯（9）安装于接收极磁芯支撑架（8）内，所述接收极磁芯（9）的中心设有接收极磁芯内柱（12），所述接收极线圈（10）绕制于接收极磁芯内柱（12）上，且所述发射极磁芯（3）与接收极磁芯（9）对应，所述发射极线圈（4）与接收极线圈（10）相对应并具有一定的间隙（13）；还包括间隙调节组件，所述间隙调节组件包括调节螺杆（14），所述底座（1）的中心处设有螺纹孔（15），所述调节螺杆（14）与所述螺纹孔（15）螺旋配合，且所述调节螺杆（14）的末端（16）向外伸出，顶端（17）与所述定位杆（7）顶压配合，且所述调节螺杆（14）与定位杆（7）同轴分布，所述调节螺杆（14）旋转沿着螺纹孔（15）轴向移动带动定位杆（7）轴向直线运动构成所述发射极线圈（4）与接收极线圈（10）之间的间隙可调。

2.根据权利要求1所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，其特征在于：所述定位杆（7）的顶部两侧设有安装面（11），所述接收极磁芯支撑架（8）固定于安装面（11）上，所述底座（1）开口向外扩张，其内侧面为斜平面（17），与所述中心轴（5）成一定角度，所述发射极磁芯支撑架（2）的截面为U形，其底部贴合于所述倾斜面（18）上，所述发射极磁芯（3）相吻合的容置于发射极磁芯支撑架（2）内，所述安装面（11）为楔形并与所述倾斜面（18）相平行，所述接收极磁芯支撑架（8）贴合于所述安装面（11）上，且所述接收极磁芯支撑架（8）与发射极磁芯支撑架（2），所述接收极磁芯（9）与发射极磁芯（3）以及接收极线圈（10）与发射极线圈（4）结构均相同并呈相向分布。

3.根据权利要求1或2所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，其特征在于所述定位杆（7）顶面中心开斜口定位槽（19），所述调节螺杆（14）的顶端（16）为锥形，所述调节螺杆（14）的顶端（17）与插入定位槽（19）并与其相吻合。

4.根据权利要求1或2所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，其特征在于：所述调节螺杆（14）末端（16）设有六角头（20），以便于手动旋转，所述调节螺杆（14）上套装压缩弹簧（21），所述压缩弹簧（21）位于所述六角头（19）与所述底座（1）之间，且所述压缩弹簧（21）外径小于所述六角头（20）直径。

5.根据权利要求1或2所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，其特征在于：所述发射极线圈（4）与所述接收极线圈（10）分别向发射极磁芯内柱（6）和接收极磁芯内柱（12）的径向集中绕制，且多层之间相互平行，各自纵截面均为矩形；安装时，所述发射极线圈（4）的底面与所述发射极磁芯内柱（6）以及接收极磁芯内柱（12）的顶面处于同一平面上。

6.根据权利要求1或2所述的自导定位型可调间隙非接触式电能传输装置，其特征在于：所述发射极磁芯（3）与接收极磁芯（9）均选用E型铁氧体磁芯。