RU2648231C1 - Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle - Google Patents
Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648231C1 RU2648231C1 RU2017114815A RU2017114815A RU2648231C1 RU 2648231 C1 RU2648231 C1 RU 2648231C1 RU 2017114815 A RU2017114815 A RU 2017114815A RU 2017114815 A RU2017114815 A RU 2017114815A RU 2648231 C1 RU2648231 C1 RU 2648231C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- primary
- underwater vehicle
- inverter
- walls
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 79
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 23
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 claims description 18
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 16
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 13
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
- B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
- B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для бесконтактной передачи на подводный аппарат электрической энергии, которая, в частности, применяется для зарядки электрической аккумуляторной батареи, установленной на этом подводном аппарате.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for contactless transmission of electric energy to an underwater vehicle, which, in particular, is used to charge an electric battery installed on this underwater vehicle.
Известно устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат (Патент RU 2401496, МПК H02J 7/00, «Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта», опуб. 10.10.2010, Бюл. №28).A device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle (Patent RU 2401496, IPC H02J 7/00, "Device for charging the battery of an underwater object", publ. 10.10.2010, Bull. No. 28).
Известное устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат состоит из опускаемого под воду блока инвертора и размещенного на подводном аппарате блока выпрямителя. В блок инвертора входит однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором. К входным зажимам инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего указанный инвертор с источником постоянного тока. Выходные зажимы упомянутого инвертора подключены к первичной обмотке трансформатора, передающего электроэнергию переменного тока во вторичную обмотку этого трансформатора, размещенную вместе с выпрямителем тока и сглаживающим реактором в блоке выпрямителя. Эта вторичная обмотка подключена к входным зажимам упомянутого выпрямителя. Блоки инвертора и выпрямителя снабжены выполненными из изоляционного материала стыковочными стенками, контактные поверхности которых, при передаче электрической энергии на подводный аппарат, плотно стыкуются одна к другой. Ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают, в блоке инвертора, торец первичной обмотки трансформатора и, в блоке выпрямителя, торец вторичной обмотки этого трансформатора. Указанные стыковочные стенки расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось.A known device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle consists of an inverter unit lowered under water and a rectifier unit located on the underwater vehicle. The inverter unit includes a single-phase autonomous inverter of increased frequency voltage with a control unit for this inverter. The input capacitor and the ends of the cable connecting the specified inverter to the DC source are connected to the input terminals of the inverter. The output terminals of the inverter are connected to the primary winding of the transformer, which transfers alternating current electricity to the secondary winding of this transformer, which is placed together with the rectifier and a smoothing reactor in the rectifier unit. This secondary winding is connected to the input terminals of said rectifier. The inverter and rectifier blocks are equipped with connecting walls made of insulating material, the contact surfaces of which, when transmitting electric energy to the underwater vehicle, are tightly joined to each other. The end faces of the transformer primary side and, in the rectifier unit, the end face of the secondary winding of this transformer are tightly adjacent to the second opposite contact surfaces of these walls. Said connecting walls are arranged so that both transformer windings have a common axis.
Недостатки устройства обусловлены тем, что из-за отсутствия магнитного сердечника трансформатор имеет низкий коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками, что приводит к необходимости создавать повышенный ток намагничивания в первичной обмотке для осуществления бесконтактной передачи заданного значения электрической мощности. Это вызывает добавочные потери в трансформаторе, повышенному нагреву первичной обмотки и необходимости ограничения передаваемой электрической мощности из условия допустимого нагрева провода обмотки, что приводит к уменьшению зарядного тока аккумулятора и, как следствие, увеличению времени зарядки аккумулятора. Из-за размещения первичной обмотки трансформатора в блоке инвертора затруднена передача тепла от провода обмотки в окружающую среду. Это также приводит к необходимости ограничения передаваемой электрической мощности и соответствует увеличению времени зарядки аккумулятора.The disadvantages of the device are due to the fact that, due to the absence of a magnetic core, the transformer has a low coefficient of magnetic coupling between the primary and secondary windings, which leads to the need to create an increased magnetization current in the primary winding for contactless transmission of a given value of electric power. This causes additional losses in the transformer, increased heating of the primary winding and the need to limit the transmitted electric power from the condition of permissible heating of the winding wire, which leads to a decrease in the charging current of the battery and, as a result, an increase in the charging time of the battery. Due to the placement of the transformer primary winding in the inverter unit, it is difficult to transfer heat from the winding wire to the environment. This also leads to the need to limit the transmitted electric power and corresponds to an increase in battery charging time.
Известно также устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат [Патент RU 2564199, МПК H02J 7/00, «Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект», опуб. 27.09.2015, Бюл. №27 (прототип)].Also known is a device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle [Patent RU 2564199, IPC H02J 7/00, “Device for contactless transmission of electricity to an underwater object”, publ. 09/27/2015, Bull. No. 27 (prototype)].
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат состоит из опускаемых на глубину погружения подводного аппарата блока инвертора и первичной части трансформатора, выполненной в отдельном корпусе, а также расположенных на подводном аппарате блока выпрямителя и вторичной части трансформатора, выполненной также в отдельном корпусе.A device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle consists of an inverter unit and the primary part of the transformer, lowered to the depth of immersion, and the primary part of the transformer, made in a separate housing, and also located on the underwater vehicle of the rectifier unit and the secondary part of the transformer, also made in a separate housing.
Первичная и вторичная части трансформатора представляют собой прочные герметичные корпуса, внутри которых размещены соответствующие первичная и вторичная обмотки трансформатора с магнитными экранами, выполненными из материала с высокой магнитной проницаемостью и по одному прилегающими к первым торцам первичной и вторичной обмоток трансформатора.The primary and secondary parts of the transformer are durable sealed enclosures inside which the corresponding primary and secondary windings of the transformer are placed with magnetic shields made of a material with high magnetic permeability and one adjacent to the first ends of the primary and secondary windings of the transformer.
Как минимум один корпус первичной или вторичной обмотки трансформатора закреплен на несущей конструкции посредством самоцентрующихся стыковочных узлов. Указанные корпуса имеют стыковочные стенки из изоляционного материала, плоские контактные поверхности которых, при передаче электрической энергии на подводный аппарат, плотно прилегают одна к другой. Ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают, в корпусе первичной части трансформатора, второй торец первичной обмотки трансформатора, а в корпусе вторичной части трансформатора - второй торец вторичной обмотки этого трансформатора. При передаче электрической энергии корпуса расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось, а стенки корпусов первичной и вторичной частей трансформатора за соответствующими магнитными экранами, противоположные стыковочным стенкам этих корпусов, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью.At least one housing of the primary or secondary winding of the transformer is fixed to the supporting structure by means of self-centering docking nodes. These hulls have docking walls made of insulating material, the flat contact surfaces of which, when transmitting electric energy to the underwater vehicle, fit snugly against one another. The second end of the transformer primary winding is tightly adjacent to the second opposite contact surfaces of these walls, in the primary part of the transformer, and the second end of the secondary winding of this transformer in the secondary part of the transformer. When transmitting electric energy, the housings are located so that both transformer windings have a common axis, and the walls of the primary and secondary transformer housings behind the corresponding magnetic screens, opposite to the docking walls of these buildings, are made of heat-conducting material with a developed heat-removing surface.
В блок инвертора помещен однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором и входным конденсатором. К входным зажимам указанного инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего этот инвертор с источником напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу. Выходные зажимы инвертора подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора. Блок выпрямителя содержит выпрямитель тока, сглаживающий реактор и выходной конденсатор. Входы выпрямителя соединены с зажимами вторичной обмотки трансформатора, первый из выходных зажимов этого выпрямителя соединен с первым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, а его второй выходной зажим соединен со вторым выходным зажимом устройства непосредственно, к выходным зажимам устройства подключен также выходной конденсатор. К первому и второму выходным зажимам устройства подключены потребители электроэнергии подводного аппарата.A single-phase autonomous inverter of increased frequency voltage with a control unit for this inverter and an input capacitor is placed in the inverter block. The input capacitor and the ends of the cable connecting this inverter to a DC voltage source that is located on the ship or on the shore are connected to the input terminals of the specified inverter. The inverter output terminals are connected to the transformer primary terminals. The rectifier unit contains a current rectifier, a smoothing reactor and an output capacitor. The inputs of the rectifier are connected to the terminals of the secondary winding of the transformer, the first of the output terminals of this rectifier is connected to the first output terminal of the device through a smoothing reactor, and its second output terminal is connected to the second output terminal of the device directly, and the output capacitor is also connected to the output terminals of the device. The first and second output terminals of the device are connected to the power consumers of the underwater vehicle.
Недостаток известного устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат (прототипа) обусловлен следующим. Обтекаемая форма подводного аппарата обладает профилем поперечного сечения, равным или близким к окружности. Кроме того, для уменьшения лобового сопротивления подводного аппарата в его корпусе необходимо исключить не только выступы, но и впадины. В связи с этим, вторичная часть трансформатора должна быть заглублена в корпусе подводного аппарата так, чтобы корпус этой части трансформатора не выступал за пределы внешних обводов подводного аппарата. При этом для уменьшения лобового сопротивления подводного аппарата образованный объем между контактной поверхностью и внешними обводами подводного аппарата должен быть заполнен изоляционным материалом. Вследствие этого появляется дополнительный зазор между обмотками трансформатора, равный высоте сегмента:A disadvantage of the known device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle (prototype) is due to the following. The streamlined shape of the underwater vehicle has a cross-sectional profile equal to or close to a circle. In addition, to reduce the drag of the underwater vehicle in its body, it is necessary to exclude not only protrusions, but also depressions. In this regard, the secondary part of the transformer must be buried in the body of the underwater vehicle so that the body of this part of the transformer does not protrude beyond the outer contours of the underwater vehicle. Moreover, to reduce the drag of the underwater vehicle, the formed volume between the contact surface and the outer contours of the underwater vehicle must be filled with insulating material. As a result of this, an additional gap appears between the transformer windings equal to the segment height:
где D - диаметр подводного аппарата;where D is the diameter of the underwater vehicle;
b - ширина корпуса вторичной части трансформатора.b is the width of the housing of the secondary part of the transformer.
Данный сегмент сформирован обводами подводного аппарата и контактной поверхностью стыковочной стенки в плоскости сечения осей обмоток трансформатора. Увеличение зазора между обмотками трансформатора вызывает снижение коэффициента магнитной связи между обмотками трансформатора, что приводит к уменьшению передаваемой мощности от первичной к вторичной обмотке, а также сопровождается снижением значения вторичного тока трансформатора и, соответственно, увеличением времени заряда аккумуляторных батарей на подводном аппарате.This segment is formed by the contours of the underwater vehicle and the contact surface of the docking wall in the plane of the cross section of the axes of the transformer windings. An increase in the gap between the transformer windings causes a decrease in the magnetic coupling coefficient between the transformer windings, which leads to a decrease in the transmitted power from the primary to the secondary winding, and is also accompanied by a decrease in the secondary current value of the transformer and, consequently, an increase in the battery charge time on the underwater vehicle.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение передаваемой мощности от первичной к вторичной обмотке трансформатора устройства для бесконтактной передачи электроэнергии и, соответственно, сокращение времени заряда аккумуляторных батарей подводного аппарата за счет уменьшения расстояния между обмотками трансформатора при сохранении условий обтекаемости подводного аппарата.The problem to which the invention is directed is to increase the transmitted power from the primary to secondary winding of the transformer of a device for contactless transmission of electricity and, accordingly, reduce the charge time of the batteries of the underwater vehicle by reducing the distance between the transformer windings while maintaining the flow under the water of the underwater vehicle.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат, состоящем из опускаемых на глубину погружения подводного аппарата блока инвертора и первичной части трансформатора, выполненной в отдельном корпусе, а также расположенных на подводном аппарате блока выпрямителя и вторичной части трансформатора, выполненной также в отдельном корпусе, при этом первичная и вторичная части трансформатора представляют собой прочные герметичные корпуса, внутри которых размещены соответствующие первичная и вторичная обмотки трансформатора с магнитными экранами, выполненными из материала с высокой магнитной проницаемостью и по одному прилегающими к первым торцам первичной и вторичной обмоток трансформатора, причем как минимум один корпус первичной или вторичной части трансформатора закреплен на несущей конструкции посредством самоцентрующихся стыковочных узлов, кроме этого указанные корпуса имеют стыковочные стенки из изоляционного материала, контактные поверхности которых, при передаче электрической энергии на подводный аппарат, плотно прилегают одна к другой, а ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают, в корпусе первичной части трансформатора, второй торец первичной обмотки трансформатора, а в корпусе вторичной части трансформатора - второй торец вторичной обмотки этого трансформатора и при передаче электрической энергии корпуса расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось, а стенки корпусов первичной и вторичной частей трансформатора за соответствующими магнитными экранами, противоположные стыковочным стенкам этих корпусов, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью, при этом в блок инвертора помещен однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором и входным конденсатором, к входным зажимам указанного инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего этот инвертор с источником напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу, выходные зажимы инвертора подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора, блок выпрямителя содержит выпрямитель тока, сглаживающий реактор и выходной конденсатор, при этом входы выпрямителя соединены с зажимами вторичной обмотки трансформатора, первый из выходных зажимов этого выпрямителя соединен с первым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, а его второй выходной зажим соединен со вторым выходным зажимом устройства непосредственно, к выходным зажимам устройства подключен также выходной конденсатор, а к первому и второму выходным зажимам устройства подключены потребители электроэнергии подводного аппарата, внешние обводы контактных поверхностей стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора выполнены совпадающими с обводами аппарата, а поверхности торцов обмоток трансформатора и торцов магнитных экранов этих обмоток выполнены подобными внешним поверхностям стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора.The problem is achieved in that in a device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle, consisting of an inverter unit and the primary part of the transformer, lowered to the depth of immersion, and the primary part of the transformer, made in a separate housing, and also located on the underwater vehicle of the rectifier unit and the secondary part of the transformer, made also in a separate case, while the primary and secondary parts of the transformer are durable sealed enclosures inside which are placed respectively the primary and secondary windings of the transformer with magnetic shields made of material with high magnetic permeability and one adjacent to the first ends of the primary and secondary windings of the transformer, and at least one housing of the primary or secondary part of the transformer is fixed to the supporting structure by means of self-centering docking nodes, except of this, said enclosures have connecting walls made of insulating material, the contact surfaces of which, when transmitting electric energy to a watercraft, tightly adhere to one another, and to the second, opposite contact, surfaces of these walls fit tightly, in the housing of the primary part of the transformer, the second end of the primary winding of the transformer, and in the housing of the secondary part of the transformer - the second end of the secondary winding of this transformer and during transmission electrical energy of the housing are located so that both windings of the transformer have a common axis, and the walls of the housing of the primary and secondary parts of the transformer behind the corresponding magnetic screens, against which are adjacent to the connecting walls of these buildings are made of heat-conducting material with a developed heat-removing surface, while a single-phase autonomous high-frequency voltage inverter with a control unit for this inverter and an input capacitor is placed in the inverter block, an input capacitor and the ends of the cable connecting this connecting cable are connected inverter with a DC voltage source, which is located on the ship or on the shore, the output terminals of the inverter are connected to the terminals of the primary transformer windings, the rectifier unit contains a current rectifier, a smoothing reactor and an output capacitor, while the inputs of the rectifier are connected to the terminals of the secondary winding of the transformer, the first of the output terminals of this rectifier is connected to the first output terminal of the device through a smoothing reactor, and its second output terminal is connected to the second the output terminal of the device directly, the output capacitor is also connected to the output terminals of the device, and are connected to the first and second output terminals of the device by fighter an electric underwater apparatus, the external contour of the contact surfaces of the docking enclosure walls of primary and secondary parts of the transformer are made to coincide with the contours of the device and the surface winding ends of the transformer and the magnetic screens ends of these windings are made similar outer surfaces of the docking enclosure walls of primary and secondary parts of the transformer.
В заявленном устройстве для бесконтактной передачи электрической энергии на подводный аппарат общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the claimed device for non-contact transfer of electrical energy to the underwater vehicle, the common essential features for him and for his prototype are:
- опускаемые на глубину погружения подводного аппарата блок инвертора и первичная часть трансформатора, выполненная в отдельном корпусе;- the inverter unit and the primary part of the transformer, lowered to the depth of immersion of the underwater vehicle, made in a separate housing;
- расположенные на подводном аппарате блок выпрямителя и вторичная часть трансформатора, выполненная в отдельном корпусе;- located on the underwater vehicle rectifier unit and the secondary part of the transformer, made in a separate housing;
- первичная и вторичная части трансформатора представляют собой прочные герметичные корпуса, внутри которых размещены соответствующие первичная и вторичная обмотки трансформатора с магнитными экранами, выполненными из материала с высокой магнитной проницаемостью и по одному прилегающими к первым торцам первичной и вторичной обмоток трансформатора;- the primary and secondary parts of the transformer are durable sealed enclosures inside which the corresponding primary and secondary windings of the transformer are placed with magnetic shields made of material with high magnetic permeability and adjacent to the first ends of the primary and secondary transformer windings one at a time;
- как минимум один корпус первичной или вторичной части трансформатора закреплен на несущей конструкции посредством самоцентрующихся стыковочных узлов;- at least one housing of the primary or secondary part of the transformer is fixed to the supporting structure by means of self-centering docking nodes;
- корпуса первичной и вторичной частей имеют стыковочные стенки из изоляционного материала, контактные поверхности которых, при передаче электрической энергии на подводный аппарат, плотно прилегают одна к другой, а ко вторым, противоположным контактным, поверхностям этих стенок плотно прилегают, в корпусе первичной части трансформатора, второй торец первичной обмотки трансформатора, а в корпусе вторичной части трансформатора - второй торец вторичной обмотки этого трансформатора;- the casings of the primary and secondary parts have docking walls made of insulating material, the contact surfaces of which, when transmitting electric energy to the underwater vehicle, fit snugly against one another, and to the second, opposite contact, surfaces of these walls are snug, in the housing of the primary part of the transformer, the second end of the primary winding of the transformer, and in the housing of the secondary part of the transformer, the second end of the secondary winding of this transformer;
- при передаче электрической энергии корпуса первичной и вторичной частей расположены так, что обе обмотки трансформатора имеют общую ось;- when transmitting electric energy, the casings of the primary and secondary parts are located so that both transformer windings have a common axis;
- стенки корпусов первичной и вторичной частей трансформатора за соответствующими магнитными экранами, противоположные стыковочным стенкам этих корпусов, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью;- the walls of the housings of the primary and secondary parts of the transformer behind the corresponding magnetic screens, opposite to the docking walls of these housings, are made of heat-conducting material with a developed heat-removing surface;
- в блок инвертора помещен однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления этим инвертором и входным конденсатором;- a single-phase autonomous inverter of increased frequency voltage with a control unit for this inverter and an input capacitor is placed in the inverter block;
- к входным зажимам инвертора подключены входной конденсатор и концы кабеля, соединяющего этот инвертор с источником напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу;- the input capacitor and the ends of the cable connecting this inverter to the DC voltage source located on the ship or on the shore are connected to the input terminals of the inverter;
- выходные зажимы инвертора подключены к зажимам первичной обмотки трансформатора;- the output terminals of the inverter are connected to the terminals of the primary winding of the transformer;
- блок выпрямителя содержит выпрямитель тока, сглаживающий реактор и выходной конденсатор;- the rectifier unit contains a current rectifier, a smoothing reactor and an output capacitor;
- входы выпрямителя соединены с зажимами вторичной обмотки трансформатора;- the inputs of the rectifier are connected to the terminals of the secondary winding of the transformer;
- первый из выходных зажимов выпрямителя соединен с первым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, а его второй выходной зажим соединен со вторым выходным зажимом устройства непосредственно;- the first of the output terminals of the rectifier is connected to the first output terminal of the device through a smoothing reactor, and its second output terminal is connected to the second output terminal of the device directly;
- к выходным зажимам устройства подключен выходной конденсатор;- an output capacitor is connected to the output terminals of the device;
- к первому и второму выходным зажимам устройства подключены потребители электроэнергии подводного аппарата.- to the first and second output terminals of the device connected consumers of electricity of the underwater vehicle.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed device for contactless transmission of electricity to the underwater vehicle and its prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:
- внешние обводы контактных поверхностей стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора выполнены совпадающими с обводами аппарата;- external contours of the contact surfaces of the connecting walls of the cases of the primary and secondary parts of the transformer are made coincident with the contours of the apparatus;
- поверхности торцов обмоток трансформатора и торцов магнитных экранов этих обмоток выполнены подобными внешним поверхностям стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора.- the surfaces of the ends of the transformer windings and the ends of the magnetic screens of these windings are made similar to the outer surfaces of the connecting walls of the cases of the primary and secondary parts of the transformer.
Отличительный признак предлагаемого решения выполняет следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата:A distinctive feature of the proposed solution performs the following functional tasks to achieve the desired technical result:
- признак: «…внешние обводы контактных поверхностей стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора выполнены совпадающими с обводами аппарата, а поверхности торцов обмоток трансформатора и торцов магнитных экранов этих обмоток выполнены подобными внешним поверхностям стыковочных стенок корпусов первичной и вторичной частей трансформатора…» - обеспечивает уменьшение зазора между обмотками трансформатора. Это увеличивает коэффициент магнитной связи между обмотками трансформатора, что сопровождается увеличением передаваемой мощности от первичной к вторичной обмотке трансформатора и, соответственно, сокращением времени заряда аккумуляторных батарей подводного аппарата при сохранении условий обтекаемости подводного аппарата.- a sign: "... the outer contours of the contact surfaces of the connecting walls of the cases of the primary and secondary parts of the transformer are made coincident with the contours of the apparatus, and the surfaces of the ends of the transformer windings and the ends of the magnetic screens of these windings are made similar to the outer surfaces of the connecting walls of the cases of the primary and secondary parts of the transformer ..." - provides reduction of the gap between the transformer windings. This increases the magnetic coupling coefficient between the transformer windings, which is accompanied by an increase in the transmitted power from the primary to the secondary winding of the transformer and, accordingly, a reduction in the charge time of the batteries of the underwater vehicle while maintaining the flow around the underwater vehicle.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. due to this combination of essential features of the invention, it became possible to solve the problem. These essential features that distinguish the claimed device for contactless transmission of electricity to the underwater vehicle from the prototype, together with the features common to it and the prototype, ensures the achievement of the claimed technical result in all cases to which the scope of legal protection applies.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат; на фиг. 2 - чертеж трансформатора; на фиг. 3 приведены графики зависимостей напряжения на нагрузке от тока нагрузки UH=ƒ(IH) для заявляемого устройства (кривая 1) и для прототипа (кривая 2); на фиг. 4 приведены графики зависимостей передаваемой мощности к нагрузке от тока нагрузки PH=ƒ(IH) для заявляемого устройства (кривая 1) и для прототипа (кривая 2).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a functional diagram of a device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle; in FIG. 2 is a drawing of a transformer; in FIG. 3 shows graphs of the dependences of the voltage on the load from the load current U H = ƒ (I H ) for the inventive device (curve 1) and for the prototype (curve 2); in FIG. 4 shows graphs of the dependence of the transmitted power to the load on the load current P H = ƒ (I H ) for the inventive device (curve 1) and for the prototype (curve 2).
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии от источника 1 напряжения постоянного тока, который находится на судне или на берегу, к потребителям 2 электроэнергии подводного аппарата 3 состоит из опускаемых на глубину погружения подводного аппарата 3, блока 4 инвертора и первичной части 5 трансформатора 6, а также расположенных на подводном аппарате 3 блока 7 выпрямителя и вторичной части 8 трансформатора 6. Первичная обмотка 9, расположенная в первичной части 5, трансформатора 6 снабжена магнитным экраном 10, выполняющим вместе с магнитным экраном 11 вторичной обмотки 12, расположенной во вторичной части 8 трансформатора 6 функцию магнитопровода этого трансформатора. В блок 4 инвертора помещен однофазный автономный инвертор 13 напряжения повышенной частоты с блоком 14 управления этим инвертором и входным конденсатором 15. Входные зажимы 16 инвертора 13, к которым подключен входной конденсатор 15, соединены с выходными зажимами 17 источника 1 напряжения постоянного тока через кабель 18. Выходные зажимы 19 инвертора 1 3 подключены к зажимам первичной обмотки 9 трансформатора 6. Блок 7 выпрямителя содержит выпрямитель 20 тока, сглаживающий реактор 21 и выходной конденсатор 22. При этом входы выпрямителя 20 соединены с зажимами 23 вторичной обмотки 12 трансформатора 6. Первый из выходных зажимов 24 выпрямителя 20 соединен с первым выходным зажимом 25 устройства через сглаживающий реактор 21, а его второй выходной зажим 24 соединен со вторым выходным зажимом 25 устройства непосредственно. К выходным зажимам 25 устройства подключены также выходной конденсатор 22 и потребители 2 электроэнергии подводного аппарата 3.A device for contactless transmission of electricity from a
На фиг. 2 показан разрез трансформатора 6, который имеет разъединяющиеся первичную 5 и вторичную 8 части. Первичная часть 5 трансформатора 6 представляет собой прочный герметичный корпус 26, внутри которого размещена первичная обмотка 9 трансформатора 6 с магнитным экраном 10. Вторичная часть 8 трансформатора 6 также представляет собой прочный герметичный корпус 27, внутри которого размещена первичная 12 обмотка трансформатора 6 с магнитным экраном 11. Корпуса 26 и 27 выполнены из изоляционного материала. Внешние обводы контактных поверхностей стыковочных стенок корпусов 26, 27 совпадают с обводами аппарата 3. В режиме передачи энергии контактные поверхности стыковочных стенок корпусов 26 и 27 должны быть прижаты друг к другу, как показано на фиг. 2. Поверхности торцов обмоток 9, 12 и торцов магнитных экранов 10, 11 выполнены подобными (совпадающими по форме) внешним поверхностям стыковочных стенок корпусов 26, 27. Магнитные экраны 10 и 11, прижаты к первым торцам первичной 9 и вторичной 12 обмоток. Ко вторым, противоположным первым, поверхностям этих стенок плотно прилегают, в корпусе 26 первичной части 5 трансформатора 6, второй торец первичной обмотки 9 трансформатора, а в корпусе 27 вторичной части 8 трансформатора 6 - второй торец вторичной обмотки 12 трансформатора. Стенка 28 первичной части 5 трансформатора 6 и стенка 29 вторичной части 8 трансформатора 6, расположенные за соответствующими магнитными экранами 17, 19 и противоположные соответствующим стыковочным стенкам 28, 29, выполнены из теплопроводящего материала с развитой теплоотводящей поверхностью и плотно прижаты к магнитным экранам 17, 19. С помощью самоцентрующегося стыковочного узла 30, связывающего корпус первичной части 5 трансформатора 6 с несущей конструкцией 31, обеспечивается плотное прижатие контактных поверхностей стыковочных стенок указанных корпусов и соосность первичной 9 и вторичной 12 обмоток трансформатора 6.In FIG. 2 shows a section through a transformer 6, which has a disconnecting primary 5 and secondary 8 parts. The
Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат работает следующим образом.A device for contactless transmission of electricity to an underwater vehicle operates as follows.
При включении источника 1 напряжение с его выходных зажимов 17 через кабель 18 поступает на входные зажимы 16 инвертора 13, к которым подключен также сглаживающий конденсатор 15. В режиме автозапуска на выходных зажимах 19 инвертора появляется переменное напряжение высокой частоты, параметры которого определяются настройками блока управления 14 инвертором. Под действием этого напряжения в первичной обмотке 9 трансформатора 6 возникает переменный ток. В режиме передачи электроэнергии производится стыковка контактных поверхностей корпусов 26 и 27 первичной 5 и вторичной 8 частей трансформатора 6. Благодаря магнитной связи между первичной 9 и вторичной 12 обмотками, магнитный поток, вызванный переменным током высокой частоты первичной обмотки 9, индуцирует переменное напряжение той же частоты во вторичной обмотке 12. Под действием этого напряжения в нагрузке 2 возникает постоянный ток, который получается из тока вторичной обмотки 12 трансформатора 6 после его выпрямления выпрямителем 20 и уменьшении пульсаций выпрямленного тока сглаживающим реактором 21 и выходным конденсатором 22.When the
За счет совпадения внешних обводов контактных поверхностей стыковочных стенок 26 и 27 корпусов с внешними обводами подводного аппарата 3 трансформатор 6 имеет минимальный конструктивный немагнитный зазор между обмотками 9 и 12. Поэтому коэффициент магнитной связи между первичной 9 и вторичной 12 обмотками в заявляемом устройстве равен максимально возможному значению и значение передаваемой является максимально возможным для полученного немагнитного зазора.Due to the coincidence of the outer contours of the contact surfaces of the connecting
В качестве примера рассмотрен трансформатор с шириной корпуса вторичной части 84 мм, размещенной на подводном аппарате диаметром 533 мм. При этом толщина контактных стенок составляет 4 мм, соответственно минимальный конструктивный зазор равен 8 мм. В случае применения трансформатора из прототипа с плоскими контактными поверхностями конструктивный зазор увеличится на 3,3 мм и будет составлять 11,3 мм. Коэффициент магнитной связи между обмотками трансформатора в прототипе составляет 0,529, а в заявленном устройстве 0,65.As an example, a transformer with a shell width of the secondary part of 84 mm placed on an underwater vehicle with a diameter of 533 mm is considered. Moreover, the thickness of the contact walls is 4 mm, respectively, the minimum structural clearance is 8 mm. If a prototype transformer with flat contact surfaces is used, the structural clearance will increase by 3.3 mm and will be 11.3 mm. The magnetic coupling coefficient between the transformer windings in the prototype is 0.529, and in the inventive device 0.65.
Для указанных параметров трансформатора заявляемого устройства (кривая 1) и прототипа (кривая 2) построены экспериментально снятые графики зависимостей напряжения на нагрузке от тока нагрузки UH=ƒ(IH) (фиг. 3) и графики зависимостей передаваемой мощности к нагрузке от тока нагрузки PH=ƒ(IH) (фиг. 4). При этом максимальная передаваемая мощность к потребителям у прототипа составляет 184 Вт, а у заявляемого устройства 260 Вт, что обеспечит сокращение времени заряда аккумуляторной батареи на 40% при сохранении условий обтекаемости подводного аппарата.For the indicated parameters of the transformer of the claimed device (curve 1) and the prototype (curve 2), experimentally recorded graphs of the dependences of the voltage on the load on the load current U H = ƒ (I H ) (Fig. 3) and graphs of the dependences of the transmitted power to the load on the load current are constructed P H = ƒ (I H ) (Fig. 4). At the same time, the maximum transmitted power to consumers of the prototype is 184 W, and that of the inventive device is 260 W, which will reduce the battery charge time by 40% while maintaining the flow conditions of the underwater vehicle.
Таким образом, поставленная задача повышения передаваемой мощности и уменьшения времени зарядки аккумуляторных батарей в заявляемом устройстве решена.Thus, the task of increasing the transmitted power and reducing the charging time of the batteries in the inventive device is solved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114815A RU2648231C1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114815A RU2648231C1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648231C1 true RU2648231C1 (en) | 2018-03-23 |
Family
ID=61708004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017114815A RU2648231C1 (en) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648231C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744064C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electricity and information signals to an underwater vehicle |
| CN113165537A (en) * | 2018-12-03 | 2021-07-23 | 庞巴迪无接触运行有限责任公司 | Power transmission device and parking area for inductively charged watercraft |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2294165A (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-17 | Lumonics Ltd | Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source |
| US5859524A (en) * | 1996-06-21 | 1999-01-12 | U.S. Philips Corporation | Power supply system for an apparatus with rechargeable batteries, and power supply unit and apparatus for such a power supply system |
| RU2502170C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) |
| RU2564199C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electric power to underwater object |
-
2017
- 2017-04-26 RU RU2017114815A patent/RU2648231C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2294165A (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-17 | Lumonics Ltd | Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source |
| US5859524A (en) * | 1996-06-21 | 1999-01-12 | U.S. Philips Corporation | Power supply system for an apparatus with rechargeable batteries, and power supply unit and apparatus for such a power supply system |
| RU2502170C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) |
| RU2564199C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electric power to underwater object |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113165537A (en) * | 2018-12-03 | 2021-07-23 | 庞巴迪无接触运行有限责任公司 | Power transmission device and parking area for inductively charged watercraft |
| RU2744064C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Device for contactless transmission of electricity and information signals to an underwater vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Design of an ICPT system for battery charging applied to underwater docking systems | |
| Cui et al. | A novel arc-shaped lightweight magnetic coupler for AUV wireless power transfer | |
| Zhou et al. | Frequency selection of an inductive contactless power transmission system for ocean observing | |
| JP5839020B2 (en) | Power transmission coil unit and wireless power transmission device | |
| US8704628B2 (en) | Wireless power transmission system, wireless power transmission apparatus and wireless power receiving apparatus therefor | |
| JP2004166459A (en) | Non-contact feeding device | |
| RU2502170C1 (en) | Device for non-contact transfer of electric energy to underwater object (versions) | |
| JP2015106939A (en) | Power transmission coil unit and wireless power transmission device | |
| RU2648231C1 (en) | Device for contactless transmission of electric power to underwater vehicle | |
| Yamakawa et al. | Wireless power transmission into a space enclosed by metal walls using magnetic resonance coupling | |
| US11557924B2 (en) | Wireless charging receiving apparatus, method for realizing wireless charging, and mobile terminal | |
| JP6622157B2 (en) | Underwater contactless power feeder | |
| Guo et al. | Design considerations for a position-adaptive contactless underwater power deliver system | |
| JP2011187702A (en) | Power unit | |
| KR101470438B1 (en) | Wireless charging battery case of multiple function | |
| JP2016021449A (en) | Coil unit and wireless power transmission device | |
| RU2564199C1 (en) | Device for contactless transmission of electric power to underwater object | |
| CN213938371U (en) | Low-power induction heating head | |
| CN103248134A (en) | Electric energy extracting device for cable partial discharge on-line detection | |
| RU2744064C1 (en) | Device for contactless transmission of electricity and information signals to an underwater vehicle | |
| Wang et al. | A novel lightweight design of uuv underwater wireless power transfer system by utilizing fe-based nanocrystalline material | |
| CN111446779A (en) | Underwater magnetic coupling resonant wireless charging and communication cable joint | |
| CN211930345U (en) | Underwater magnetic coupling resonant wireless charging and communication cable joint | |
| RU2610145C2 (en) | Contactless electric power transmission device | |
| Nafiaa et al. | Performance analysis of high-efficiency WPT for communication technologies |