CN110635576A - 替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置，主要由初级电路和次级电路两部分组成；所述初级电路包括高频交流电输入端、初级补偿电路模块、初级线圈、初级线圈导磁条；所述次级电路包括次级线圈、次级线圈导磁条、次级补偿电路模块、整流模块。初级线圈和次级线圈同轴布置安装。本发明将旋转无线电能传输装置应用到电励磁电机中，可以替代原有的电刷、滑环结构。本发明基于电磁耦合谐振原理，可以实现从静止的初级线圈到旋转的次级线圈的非接触式电能传输。本装置不会产生磨损、电火花和接触不良等问题，能够从整体上延长电励磁电机的使用寿命，降低其检修维护的成本，提高其运行的安全性和稳定性。

Description

替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置
技术领域
本发明涉及电机制造技术领域，尤其涉及一种替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置。
背景技术
在实际工程应用中，为旋转设备供电一直是难以解决的问题，在传统旋转设备供电系统中通常会使用电刷和滑环装置，该装置存在易磨损，寿命有限，容易产生电火花，接触不良，对旋转速度有限制等一系列问题。在电励磁电机中，为旋转励磁绕组提供励磁电流时，多数应用场合中也会使用到有刷励磁结构，电刷滑环装置工作时易磨损，使用寿命不长，需要经常性检修维护，磨损产生的碳粉也会引起设备运行故障，大功率励磁时会产生火花而存在不安全因素。所以迫切需要一种新的旋转电能传输方式来解决目前实际生产使用中存在的问题。
发明内容
本发明针对上述现有电刷滑环装置中存在的易磨损，安全性差，寿命不长等问题，提出了一种旋转无线电能传输装置替代传统电刷滑环装置,本装置不会产生磨损、电火花和接触不良等问题，能够从整体上延长电励磁电机的使用寿命，降低其检修维护的成本，提高其运行的安全性和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置，包括初级电路和次级电路；
所述初级电路包括初级补偿电路模块、初级线圈、初级线圈导磁条；所述初级补偿电路模块连接高频交流电输入端，并与所述初级线圈连接，所述初级线圈导磁条均匀贴设在所述初级线圈内圈层的圆周方向上；
所述次级电路包括次级线圈、次级线圈导磁条、次级补偿电路模块、整流模块；所述次级补偿电路模块与所述次级线圈、所述整流模块均连接，所述次级线圈导磁条均匀贴设在所述次级线圈外圈层的圆周方向上；所述整流模块将次级线圈耦合产生的交流电变换成直流电通入电机转子励磁绕组中；
所述初级线圈和所述次级线圈同轴安装，初级线圈位于内圈，次级线圈位于外圈；
在初级线圈、次级线圈和电机转子励磁绕组之间设有隔磁薄板，该隔磁薄板圆心处开有圆形转轴口，穿设在电机转轴上。
接上述技术方案，所述导磁条为长方体，长边沿径向放置。
接上述技术方案，所述初级电路和所述隔磁薄板均固定安装在电机封装壳体上，所述次级电路固定在电机转轴上。
接上述技术方案，所述初级补偿电路模块对初级电路进行无功补偿，所述次级补偿电路模块对次级电路进行无功补偿。
接上述技术方案，高频交流电输入端位于电机一轴端，由专用高频交流电源供电，或者由220v市电经高频逆变处理后供电。
接上述技术方案，初级线圈和次级线圈同轴、重叠且无接触安装。
接上述技术方案，该隔磁薄板与转轴无接触安装。
接上述技术方案，隔磁薄板为铜制薄板或者铝制薄板。
本发明还提供了一种电励磁电机，包括电机转子励磁绕组，还包括与其连接的旋转无线传能装置，该旋转无线传能装置替代电刷滑环为电机转子励磁绕组提供直流电，该旋转无线传能装置为上述技术方案中的替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置。
接上述技术方案，电机转子励磁绕组的外圈是电机定子电枢绕组，电机定子电枢绕组与三相交流电源输入端连接，在电机内形成旋转磁场；该电机转子励磁绕组中通入旋转无线传能装置传输的直流电后形成静磁场，在二者的交互作用下带动转子旋转，电机工作。
本发明产生的有益效果是：本发明将旋转无线电能传输装置应用到电励磁电机中，实现从静止的初级线圈到旋转的次级线圈的非接触式电能传输，可以替代原有的电刷、滑环结构。由于本无线传能装置不存在元件间相互摩擦的现象，所以本装置不会产生磨损、电火花和接触不良等问题，能够从整体上延长电励磁电机的使用寿命，降低其检修维护的成本，提高其运行的安全性和稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置的结构示意总图；
图2为图1中A-A方向的线圈截面视图。
图中：1、高频交流电输入端；2、初级补偿电路模块；3、电机转轴；4、初级线圈；5、初级线圈导磁条；6、次级线圈；7、次级线圈导磁条；8、电机封装外壳；9、次级补偿电路模块；10、整流模块；11、转轴口；12、铜制隔磁薄板；13、电机转子励磁绕组；14、电机定子电枢绕组；15、三相交流电源输入端。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的旋转无线传能装置可替代传统电励磁电机的电刷滑环，其基于电磁耦合谐振原理，可以实现从静止的初级线圈到旋转的次级线圈的非接触式电能传输。将旋转无线电能传输装置应用到电励磁电机中，可以替代原有的电刷、滑环结构。由于本无线传能装置不存在元件间相互摩擦的现象，所以本装置不会产生磨损、电火花和接触不良等问题，能够从整体上延长电励磁电机的使用寿命，降低其检修维护的成本，提高其运行的安全性和稳定性。
如图1所示，本发明实施例的旋转无线传能装置主要由初级电路和次级电路两部分，二者左右同轴布置安装。
初级电路包括高频交流电输入端1、初级补偿电路模块2、初级线圈4、初级线圈导磁条5；次级电路包括次级线圈6、次级线圈导磁条7、次级补偿电路模块9、整流模块10。
初级线圈4和次级线圈6半径不同，二者同轴重叠无接触安装，初级线圈4位于内圈，次级线圈6位于外圈。
如图2所示，初级线圈4内圈层在圆周方向均匀贴有初级线圈导磁条5，次级线圈6外圈层在圆周方向均匀贴有次级线圈导磁条7，导磁条可呈长方体形状，长边沿径向放置。导磁条一方面用于聚磁并导磁，防止电磁能泄露过多，影响周围金属材料的正常使用；另一方面用于增加线圈之间的耦合系数，提高电能传输效率。导磁条沿圆周方向带磁条的数量与无线传输系统的功率以及线圈产生的磁场强度成正比，据此确定导磁条数量，导磁条数量越多，聚磁能力和导磁越强，磁场能的利用率越高，传输效率越高。
本发明基于电磁谐振耦合原理进行工作，高频(频率在kHz以上)交流电经过补偿电路模块后通入初级线圈，次级线圈会在相同频率下发生谐振，从而在次级线圈中产生同样频率的交流电(谐振产生的交流电压和交流电流的幅值大小取决于该传输系统的增益比例)，次级线圈的交流电经过补偿模块，再经过整流模块转换成直流电通入电机转子励磁绕组。
进一步地，初级线圈4和次级线圈6轴心处有电机转轴4，外部有电机封装壳体8。由于旋转无线电能传输装置和电机定转子装置都是利用电场能和磁场能相互转化的原理工作，二者同在电机封装壳体8内部难免存在相互干扰。因此可以在初级线圈4、次级线圈6和电机转子励磁绕组13之间设置隔磁薄板12，用于隔离谐振耦合线圈和电机定转子绕组之间的电磁干扰。隔磁薄板12圆心处开有圆形转轴口11，防止其与电机转轴4接触，隔磁薄板12穿设电机转轴上；铜制隔磁薄板12的外圆周处可与电机封装壳体8固连。隔磁薄板12的材料可以为铜，铝等等，主要选择相对磁导率较小的材料，用来阻断隔磁薄板两侧磁力线的穿越。
进一步地，初级电路部分与电机封装壳体8固连在一起，工作时静止；次级电路部分与电机转轴4固连在一起，工作时随轴同步旋转。
进一步地，高频交流电输入端1可位于电机左轴端，可以由专用高频交流电源供电，也可以由传统交流励磁电机经高频逆变等处理后供电。
进一步地，初级补偿电路模块2位于高频交流电输入端1的右端，用来进行初级电路的无功补偿，提升电路功率因数，从而提高电能利用率，辅助无线传能系统达到谐振状态。
进一步地，初级线圈4、次级线圈6位于初级电路补偿模块2的右边，两个线圈通过电磁耦合谐振技术传输电能，线圈周围贴装的导磁条一方面用于聚磁并导磁，防止电磁能泄露过多，影响周围金属材料的正常使用；另一方面用于增加线圈之间的耦合系数，提高电能传输效率。
进一步地，次级补偿电路模块9安装在初级线圈4、次级线圈6的右边，同样用于次级电路的无功补偿，提升电路功率因数，从而提高电能利用率，辅助系统达到谐振状态。
进一步地，整流模块10位于次级补偿电路模块9的右边，用于将次级线圈6耦合产生的交流电变换成直流电通入位于其右边的电机转子励磁绕组13。
本发明实施例电励磁电机包括电机转子励磁绕组，还包括与其连接的旋转无线传能装置，该旋转无线传能装置替代电刷滑环为电机转子励磁绕组提供直流电，该旋转无线传能装置为上述实施例的旋转无线传能装置。电机转子励磁绕组13的外圈是电机定子电枢绕组14，电机定子电枢绕组14接到三相交流电源输入端15，在电机内会形成旋转磁场，电机转子励磁绕组13中通入直流电后会形成静磁场，在二者的交互作用下会带动转子旋转，电机开始工作。
综上，本发明提出的替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置改变了传统电励磁电机使用电刷滑环给旋转励磁绕组供电的现状，提供了一种给旋转设备供电的新思路。本发明的旋转无线传能装置安全稳定，可靠性强。相比于使用电刷滑环供电方式，本发明提出的旋转无线供电的方式不存在物理接触，无摩擦损耗，即使大功率运行时也不会产生电火花或者接触不良的情况，使用更加安全可靠，不会对环境造成污染，可应用于高精密场合。且使用寿命长，故障发生率低，不需要经常性维护。可以应用在长期不间断工作的场合。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置，其特征在于，包括初级电路和次级电路；
所述初级电路包括初级补偿电路模块、初级线圈、初级线圈导磁条；所述初级补偿电路模块连接高频交流电输入端，并与所述初级线圈连接，所述初级线圈导磁条均匀贴设在所述初级线圈内圈层的圆周方向上；
所述次级电路包括次级线圈、次级线圈导磁条、次级补偿电路模块、整流模块；所述次级补偿电路模块与所述次级线圈、所述整流模块均连接，所述次级线圈导磁条均匀贴设在所述次级线圈外圈层的圆周方向上；所述整流模块将次级线圈耦合产生的交流电变换成直流电通入电机转子励磁绕组中；
所述初级线圈和所述次级线圈同轴安装，初级线圈位于内圈，次级线圈位于外圈；
在初级线圈、次级线圈和电机转子励磁绕组之间设有隔磁薄板，该隔磁薄板圆心处开有圆形转轴口，穿设在电机转轴上。
2.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，所述导磁条为长方体，长边沿径向放置。
3.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，所述初级电路和所述隔磁薄板均固定安装在电机封装壳体上，所述次级电路固定在电机转轴上。
4.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，所述初级补偿电路模块对初级电路进行无功补偿，所述次级补偿电路模块对次级电路进行无功补偿。
5.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，高频交流电输入端位于电机一轴端，由专用高频交流电源供电，或者由220v市电经高频逆变处理后供电。
6.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，初级线圈和次级线圈同轴、重叠且无接触安装。
7.根据权利要求1所述的旋转无线传能装置，其特征在于，该隔磁薄板与转轴无接触安装。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的旋转无线传能装置，其特征在于，隔磁薄板为铜制薄板或者铝制薄板。
9.一种电励磁电机，其特征在于，包括电机转子励磁绕组，还包括与其连接的旋转无线传能装置，该旋转无线传能装置替代电刷滑环为电机转子励磁绕组提供直流电，该旋转无线传能装置为权利要求1-7中任一项所述的替代电励磁电机电刷滑环的旋转无线传能装置。
10.根据权利要求9所述的电励磁电机，其特征在于，电机转子励磁绕组的外圈是电机定子电枢绕组，电机定子电枢绕组与三相交流电源输入端连接，在电机内形成旋转磁场；该电机转子励磁绕组中通入旋转无线传能装置传输的直流电后形成静磁场，在二者的交互作用下带动转子旋转，电机工作。
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