CN1964159A

CN1964159A - 松耦合感应电源

Info

Publication number: CN1964159A
Application number: CNA2005100197735A
Authority: CN
Inventors: 张永祥; 田野
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-05-16

Abstract

本发明公开了一种松耦合感应电源，旨在提供一种非接触供电装置，它完全克服了传统导线直接供电的弊端，不仅能为固定在旋转轴上的测量仪器仪表提供稳定的电源，而且体积小，安装方便，不用拆卸被测轴。所述感应电源主要由两个部分组成：固定高频电源发生装置和旋转电源变换装置，所述固定高频电源发生装置由高频电源、原边补偿电容、松耦合变压器原边线圈相互连接而成，所述原边线圈绕在一个固定的导磁铁芯上；所述旋转电源变换装置由松耦合变压器副边线圈、副边补偿电容、整流稳压电路以及负载相互连接而成，所述副边线圈绕在一个卡在旋转轴上的绝缘盘上。本发明的主要用途是为测量旋转轴上的各种参数的测量仪器仪表长时间的提供电源。

Description

松耦合感应电源

所属技术领域本发明涉及一种非接触供电装置，即松耦合感应电源，主要应用于为机械装置上，对旋转轴参数进行测量或实时监测时，为固定在旋转轴上的测量仪器仪表提供稳定的电源。

背景技术在机械装置上对旋转轴参数进行测量或实时监测时，给仪器仪表上提供电源的传统方式主要通过导线传输直接将电源与旋转轴接触进行，即大部分都采用电刷装置为旋转轴上的测量仪器提供电源。这种方式的缺点是，在电刷装置中，固定部分和旋转部分之间存在着接触电阻，这个接触电阻不是恒定的，它将对测量信号造成很大的噪声干扰，而且装置中电刷和滑环的直接接触，必然会产生磨损，影响到测量精度。另一方面由于环境灰尘会影响电刷装置的供电效果，需要经常对装置进行清洗和保养，这样非常麻烦。

也有采用电池为测量仪器仪表提供电源的，但是这种方式由于是将电池安装在旋转轴上，必然会引起旋转轴的动平衡问题，而且不利于长时间对旋转轴的参数进行检测。

还有一种数字式扭矩耦合器装置，虽然可以对测量仪器仪表进行非接触供电，但是，该装置对噪音敏感，并且由于属于介入式安装，即两边装上法兰，中间安装弹性轴，应变片粘贴在弹性轴上进行测量，使得结构复杂很多，且测量时必须拆卸被测旋转轴。

发明内容为了方便实现对在机械装置上对旋转轴参数进行测量或实时监测，本发明旨在提供一种非接触供电装置，即松耦合感应电源。它完全克服了上述几种供电装置的弊端，不仅能为固定在旋转轴上的测量仪器仪表提供稳定的电源，而且体积小，安装方便，不用拆卸被测轴。

本发明提供的技术方案是：一种松耦合感应电源，包括固定高频电源发生装置和旋转电源变换装置，所述固定高频电源发生装置由高频电源、原边补偿电容、松耦合变压器原边线圈相互连接而成，所述原边线圈绕在一个固定的导磁铁芯上；所述旋转电源变换装置由松耦合变压器副边线圈、副边补偿电容、整流稳压电路以及负载相互连接而成，所述副边线圈绕在一个卡在旋转轴上的绝缘盘上。

上述的固定高频电源发生装置是：220伏交流电源经过整流稳压后转换成直流稳压电源，供给LC振荡电路，经过振荡控制、放大电路和保护电路后产生频率为10～50千赫兹，电压为5～10伏的交流正弦电压，经过原边补偿电容后供给松耦合变压器的原边线圈；原边补偿电容与松耦合变压器的原边线圈串联或者并联，调整电容大小，使原边电路的谐振频率等于高频电源产生的频率，根据电路谐振原理可知，当原边电路工作在谐振状态下时，电路中无功功率损耗最小；松耦合变压器的原边线圈绕制在固定的环形开口导磁铁芯上，铁芯水平固定，其高度与被测旋转轴同高，在靠近旋转轴一端，与旋转轴垂直的方向有一个10～20毫米的开口。

上述的旋转电源变换装置是：副边线圈绕制在两个HALF结构组成的绝缘盘上，绝缘盘固定在被测旋转轴上，并插入导磁铁芯的开口间隙中，且可以在间隙内随着旋转轴转动，绝缘盘与导磁铁芯无接触；经过松耦合得到的高频交流电经过副边补偿电容和整流稳压控制及保护电路后为负载提供电能，其副边补偿电容固定在圆盘上，并且与副边线圈串联或并联，调整电容大小，使副边电路的谐振频率等于高频电源产生的电源频率，根据电路谐振原理可知，当副边电路工作在谐振状态下时，负载得到的功率最大；负载和整流器固定在绝缘盘上，负载能得到稳定的5～20伏的直流电压，输出额定功率能达到2～10瓦。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，该松耦合感应电源由于采用了松耦合变压器，其原边电路与副边电路不直接接触，并且可以相对移动，负载得到的电源是从固定高频电源发生装置耦合到旋转电源变换装置上的，因此，该电源不仅能为固定在旋转轴上的测量仪器仪表提供稳定的电源，而且所传输的电源不受旋转轴转速的影响，并且有利于对旋转轴参数进行长时间实时监测。由于副边线圈绕在两个HALF结构组成的绝缘盘上，使得该电源安装时不用拆卸被测轴，非常方便。

附图说明

图1是松耦合感应电源的电路原理框图。

图2是松耦合感应电源实施例的俯视构造图。

图3是松耦合感应电源实施例的正视构造图。

图4是绝缘盘的纵剖面图。

下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明而决不限制本发明。

实施例：下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

参见图1，图中1.高频电源，2.原边补偿电容，3.原边线圈，4.副边线圈，5.副边补偿电容，6.整流稳压控制器，7.负载，8.导磁铁芯，9.旋转轴，10.绝缘盘。

具体实施方式为：在图1中，高频电源1产生25千赫兹的正弦交流电，电压为10伏，原边补偿电容2与松耦合变压器原边线圈3串联，此时，原边电路的谐振频率等于25千赫兹。根据电路谐振原理，原边电路阻抗中的容抗和感抗相互抵消。经过测量可知，两边线圈的耦合系数为0.2。松耦合变压器的副边线圈4、绝缘盘10、副边补偿电容5、整流稳压控制器6、负载7随着旋转轴9一起转动。副边补偿电容5与松耦合变压器副边线圈4并联，此时，副边电路的谐振频率等于25千赫兹。根据电路谐振原理，副边电路阻抗中的容抗和感抗相互抵消。高频交流电经过耦合从固定原边电路传输到旋转的副边电路，经过整流稳压控制器6后，传输给负载7，负载7为22欧姆的电阻，经过测量得知，负载电压为稳定的7伏直流电压。

在图2所示中，高频电源1和原边补偿电容2封装在方形铝盒内，松耦合变压器的原边线圈3绕在开口的导磁铁芯8上，环形的导磁铁芯8开口间隙为10毫米，固定在与旋转轴9同高的位置，绝缘盘10置于导磁铁芯8开口中间，两边留有3毫米左右的间隙，绝缘盘10上绕有松耦合变压器副边线圈4，并且卡在旋转轴9上，整流稳压控制器6和负载7固定在旋转轴上，绝缘盘10、整流稳压控制器6和负载7随着旋转轴9一同旋转。

Claims

1、一种松耦合感应电源，包括固定高频电源发生装置和旋转电源变换装置，其特征是：所述固定高频电源发生装置由高频电源、原边补偿电容、松耦合变压器原边线圈相互连接而成，所述原边线圈绕在一个固定的导磁铁芯上；所述旋转电源变换装置由松耦合变压器副边线圈、副边补偿电容、整流稳压电路以及负载相互连接而成，所述副边线圈绕在一个卡在旋转轴上的绝缘盘上。

2、根据权利要求1所述的松耦合感应电源，其特征在于：所述高频电源是由220伏交流电源经过整流稳压后转换成直流稳压电源，供给LC振荡电路，经过振荡控制、放大电路和保护电路后产生频率为10～50千赫兹，电压为5～10伏的正弦交流电源。

3、根据权利要求1所述的松耦合感应电源，其特征在于：所述原边补偿电容与松耦合变压器的原边线圈串联或并联，补偿电容的选取与松耦合变压器原边线圈电感以及原、副边线圈的互感有关，以确保原边电路的固有谐振频率等于高频电源输出的电源频率。

4、根据权利要求1所述的松耦合感应电源，其特征在于：所述导磁铁芯的形状为环形，材料为高频高导磁率材料，铁芯水平固定，其高度与旋转轴同高，在靠近旋转轴一端，与旋转轴垂直的方向有一个10～20毫米的开口。

5、根据权利要求1所述的松耦合感应电源，其特征在于：所述绝缘盘由两个HALF结构组成，绝缘盘固定在旋转轴上，并插入导磁铁芯的开口间隙中，且可以在间隙内随着旋转轴转动。

6、根据权利要求1所述的松耦合感应电源，其特征在于：所述副边补偿电容与松耦合变压器的副边线圈串联或并联，补偿电容的选取与松耦合变压器副边线圈电感以及原、副边线圈的互感有关，以确保副边电路的固有谐振频率等于高频电源输出的电源频率。