RU2668552C1 - Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии - Google Patents
Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668552C1 RU2668552C1 RU2017138242A RU2017138242A RU2668552C1 RU 2668552 C1 RU2668552 C1 RU 2668552C1 RU 2017138242 A RU2017138242 A RU 2017138242A RU 2017138242 A RU2017138242 A RU 2017138242A RU 2668552 C1 RU2668552 C1 RU 2668552C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- primary
- elements
- contact transmission
- transformer
- Prior art date
Links
- 230000009351 contact transmission Effects 0.000 title claims abstract 4
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 27
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 2
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
-
- 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
- H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
Использование: в области электротехники для бесконтактной передачи электрической энергии на подводный объект от источника, находящегося на судне-носителе. Технический результат заключается в обеспечении минимума потерь и высокого КПД при передаче энергии, устранении падающей вольтамперной характеристики, которая характерна для трансформаторов с зазором, уменьшении материалоёмкости устройства и обеспечении теплоотвода во внешнюю среду. Устройство снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии содержит трансформатор с разъемным сердечником, состоящим их двух элементов, вокруг полюсов которых намотаны первичная и вторичная обмотки, при этом один элемент сердечника принадлежит судну-носителю, а второй принадлежит подводному аппарату. Элементы сердечника имеют V-образную форму, конусно расширяющуюся в зоне взаимодействия элементов сердечника, при этом сердечник изолирован от воды тонкой водонепроницаемой и газоплотной плёнкой. Корпуса первичной и вторичной обмотки выполнены в тонкостенном исполнении и заполнены электроизоляционной теплопроводной демпфирующей жидкостью, при этом корпус первичной обмотки содержит амортизаторы в виде пружин. 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к электротехнике, к устройствам бесконтактной передачи электрической энергии на подводный объект от источника, находящегося на судне-носителе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из существующего уровня техники известно устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (патент RU2502170С1, МПК H02J3/18, 20.12.2013), который состоит из опускаемого под воду блока инвертора и размещенного на подводном объекте блока выпрямителя. Блок инвертора содержит первичную обмотку трансформатора повышенной частоты, а блок выпрямителя – вторичную обмотку этого трансформатора. При этом особо следует отметить, что материал сердечника изолирован от воды.
Недостатком устройства является необходимость однозначного совмещения осей полюсов сердечников первичной и вторичной обмоток в плоскости механического контакта при передаче электроэнергии. Неисполнение данного условия существенно снижает, вплоть до полного отсутствия, эффективность передачи энергии из одной обмотки трансформатора в другую. При этом в несколько раз возрастает ток холостого хода в первичной обмотке, что приводит к её разогреву и выходу из строя устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является бесконтактный гермоввод (патент RU2563578С1, МПК H05К9/00, H01R13/523, 20.09.2015), содержащий разъемный магнитопровод, выполненный из двух половин, одна из которых вместе с первичной обмоткой размещена в гермоузле подводного кабеля, другая вместе с вторичной обмоткой размещена в ответной части гермоввода - гермоузле подводного аппарата, причем плоскости разъема половин магнитопровода расположены в плоскости разъема гермоввода, и имеющий устройство механической стяжки гермоузлов, отличающийся тем, что на плоскость разъема одной из частей гермоввода между площадками магнитопровода, находящимися в плоскости разъема, устанавливается полоска мягкого водоотталкивающего изоляционного материала со свойством восстановления формы при снятии механической нагрузки, например резины.
Недостатком данной конструкции является то, что бесконтактный гермоввод рассчитан на передачу небольшой мощности, не превышающей несколько Вт, устройство требует механической стяжки гермоузлов, что в условиях подводного сочленения реально только на небольшой глубине, и требует присутствия оператора, полоска мягкого водоотталкивающего изоляционного материала, из-за неконтролируемого усилия стяжки или соединения, может существенно влиять на КПД конструкции, т.к. отсутствует контроль расстояния в месте разъёма сердечников.
Также известно, что при передаче электроэнергии в трансформаторах с разъёмными сердечниками при повышенных частотах, наличие зазора между смыкаемыми поверхностями и несовпадение осей полюсов приводит к увеличению тепловыделения в зоне смыкания и в обмотках с сердечниками.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей, на решение которой направлена группа заявленных изобретении, является обеспечение бесконтактной передачи электроэнергии под водой, при наличии гидростатического давления и уменьшения потерь при смещении осей электромагнитных систем первичной и вторичной обмоток, а также устранение ошибок позиционирования стыкуемых подводных аппаратов в части совмещения плоскостей за счёт подпружинивания корпуса первичной обмотки с одновременным решением задач по минимизации массогабаритных характеристик устройства.
Технический результат заключается в обеспечении минимума потерь и высокого КПД, устранению падающей вольтамперной характеристики, которая характерна для трансформаторов с зазором, уменьшении материалоёмкости устройства и обеспечении теплоотвода во внешнюю среду.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии содержит трансформатор с разъемным сердечником, состоящим их двух элементов, вокруг полюсов которых намотаны первичная и вторичная обмотки, при этом один элемент сердечника принадлежит судну-носителю, а второй принадлежит подводному аппарату, при этом элементы сердечника имеют V-образную форму, конусно расширяющуюся в зоне взаимодействия элементов сердечника, при этом сердечник изолирован от воды тонкой водонепроницаемой и газоплотной плёнкой, при этом корпуса первичной и вторичной обмотки выполнены в тонкостенном исполнении и заполнены электроизоляционной теплопроводной демпфирующей жидкостью, при этом корпус первичной обмотки содержит амортизаторы в виде пружин.
Кроме того, заявленный технический результат достигается за счет способа снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии посредством описанного устройства, который позволяет в случае неточной установки подводного аппарата на ложемент судна-носителя осуществлять передачу электроэнергии при смещении осей электромагнитных систем первичной и вторичной обмоток и устранять ошибки позиционирования стыкуемых судна-носителя и подводного аппарата в части совмещения плоскостей за счёт подпружинивания корпуса первичной обмотки трансформатора.
Вышеуказанные и другие задачи, особенности, преимущества, а также техническая значимость данного изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 представлено устройство снижения потерь при бесконтактной передачи электроэнергии, где
r – расстояние между сопрягаемыми элементами конструкции трансформатора, величина которого не превышает 5 мм;
на фигуре 2 представлено смещение осей при сопряжении корпусов первичной и вторичной обмоток с показанной областью взаимодействия сердечников при передаче электроэнергии.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство снижения потерь при бесконтактной передачи электроэнергии (фиг. 1) содержит корпус трансформатора (1) с разъемным сердечником из композиционного материала на основе магнитомягких сплавов (аморфного и нанокристаллического), состоящий их двух V-образных элементов (2,5), вокруг полюсов которых намотаны первичная обмотка (3) и вторичная обмотка (4). Конструкция одного V-образного элемента сердечника (2) является принадлежностью судна-носителя, а конструкция второго элемента сердечника (5) является принадлежностью подводного аппарата (робота).
Отличительной особенностью заявленного устройства является V-образная форма элементов сердечника, имеющих конусное расширение к зоне смыкания, что обеспечивает минимум потерь и высокий КПД, в случае несовпадения осей сердечников при стыковке судна - носителя с роботом (см. фиг.2). Особенно следует отметить, что сердечник изолирован от воды тонкой плёнкой, не смачивающейся водой и являющейся не только водонепроницаемой, но и газоплотной. Примером материала, из которого выполнена пленка, может быть лавсан. Вода вытесняется из пространства между соединяемыми конструкциями элементов сердечника за счёт идеальных поверхностей соединяемых обмоток и обеспечения пружинами, входящими в конструкцию трансформатора, дополнительного механического усилия, действующего перпендикулярно плоскости соединения обмоток, что исключает наличие воды на прилегаемых поверхностях корпусов первичной и вторичной обмоток.
Первичная обмотка (3) и вторичная обмотка (4) с элементами сердечника, каждая в отдельности, помещены в корпус трансформатора (1), заливаемый при изготовлении электроизолирующей, теплопроводной и одновременно демпфирующей жидкостью, что делает конструкцию трансформатора разгруженной по отношению к воздействиям гидростатического давления и обеспечивает хороший теплоотвод от нагруженных электрическим током деталей и материалов во внешнюю среду. Также наличие электроизоляционной жидкости в конструкциях элементов сердечника позволяет выполнить корпуса обмоток в виде тонкостенной оболочки, обеспечивающей не только герметичность устройства, но и минимизацию массогабаритных характеристик устройства, так как за счет демпфирующего свойства жидкости снижается вес и материалоёмкость изделия. При этом корпус трансформатора судна-носителя снабжен амортизаторами в виде пружин, которые способствуют достижению плотного прилегания стержней сердечников в случае неточной установки подводного аппарата на ложемент судна-носителя. Расстояние между полюсами V – образных элементов сердечников составляет не менее 1,5 линейных размеров поперечного сечения сердечника в максимальном сечении, что обеспечивает возможность смещения осей при максимальном КПД системы на половину линейного размера поперечного сечения элементов сердечника по отношению друг к другу.
Устройство снижения потерь при бесконтактной передаче электроэнергии работает следующим образом.
При посадке робота на ложемент судна-носителя происходит касание (прилегание поверхностей) корпусов первичной и вторичной обмоток, при этом, в случае наличия дифферента судна-носителя односторонний зазор, возникающий в этом случае, выбирается за счет амортизирующих пружин, являющихся принадлежностью корпуса трансформатора. При несовпадении осей элементов сердечника (6, фиг.2) передача электроэнергии осуществляется без потерь в пределах равенства номинальной площади поперечного сечения сердечника, находящегося в верхней части, с площадью взаимодействия расширенной части сердечника.
Кроме того, данное изобретение включает способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии посредством описанного выше устройства, который позволяет в случае неточной установки подводного аппарата на ложемент судна-носителя осуществлять передачу электроэнергии при смещении осей электромагнитных систем первичной и вторичной обмоток и устранять ошибки позиционирования стыкуемых судна-носителя и подводного аппарата в части совмещения плоскостей за счёт подпружинивания корпуса первичной обмотки трансформатора.
Claims (1)
- Устройство снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии, содержащее трансформатор с разъемным сердечником, состоящим их двух элементов, вокруг полюсов которых намотаны первичная и вторичная обмотки, при этом один элемент сердечника принадлежит судну-носителю, а второй принадлежит подводному аппарату, отличающееся тем, что элементы сердечника имеют V-образную форму, конусно расширяющуюся в зоне взаимодействия элементов сердечника, при этом сердечник изолирован от воды тонкой водонепроницаемой и газоплотной пленкой, при этом корпуса первичной и вторичной обмотки выполнены в тонкостенном исполнении и заполнены электроизоляционной теплопроводной демпфирующей жидкостью, при этом корпус первичной обмотки содержит амортизаторы в виде пружин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138242A RU2668552C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138242A RU2668552C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2668552C1 true RU2668552C1 (ru) | 2018-10-02 |
Family
ID=63798150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138242A RU2668552C1 (ru) | 2017-11-02 | 2017-11-02 | Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2668552C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502170C1 (ru) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты) |
US20150008766A1 (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Ove Boe | Method and Apparatus for Transferring Electrical Power for Subsea Applications |
RU2563578C1 (ru) * | 2014-04-24 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Атолл" (ОАО "НИИ "Атолл") | Бесконтактный гермоввод |
RU2610145C2 (ru) * | 2015-07-06 | 2017-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Бесконтактное устройство передачи электрической энергии |
-
2017
- 2017-11-02 RU RU2017138242A patent/RU2668552C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502170C1 (ru) * | 2012-05-03 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты) |
US20150008766A1 (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Ove Boe | Method and Apparatus for Transferring Electrical Power for Subsea Applications |
RU2563578C1 (ru) * | 2014-04-24 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Атолл" (ОАО "НИИ "Атолл") | Бесконтактный гермоввод |
RU2610145C2 (ru) * | 2015-07-06 | 2017-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") | Бесконтактное устройство передачи электрической энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Teeneti et al. | Review of wireless charging systems for autonomous underwater vehicles | |
US3743989A (en) | Electrical connecting device | |
Zhou et al. | Frequency selection of an inductive contactless power transmission system for ocean observing | |
Heeres et al. | Contactless underwater power delivery | |
Cui et al. | A novel arc-shaped lightweight magnetic coupler for AUV wireless power transfer | |
Zhang et al. | Review of low‐loss wireless power transfer methods for autonomous underwater vehicles | |
Wu et al. | Design and implementation of a uniform power and stable efficiency wireless charging system for autonomous underwater vehicles | |
Mohsan et al. | A review on research challenges limitations and practical solutions for underwater wireless power transfer | |
RU2012118280A (ru) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (варианты) | |
Allotta et al. | Wireless power recharge for underwater robotics | |
Guo et al. | Design considerations for a position-adaptive contactless underwater power deliver system | |
Zhou et al. | Design considerations for contact-less underwater power delivery: a systematic review and critical analysis | |
EP2447962B1 (en) | Underwater power connector system and use thereof | |
CN104029807A (zh) | 深海auv接驳平台的无线电能与信号传输系统 | |
RU2668552C1 (ru) | Устройство и способ снижения потерь при бесконтактной передаче электрической энергии | |
Agostinho et al. | A modular inductive wireless charging solution for autonomous underwater vehicles | |
GB2591150A (en) | Underwater non-contact power supply device | |
RU2648231C1 (ru) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат | |
Haibing et al. | Comparison of two electromagnetic couplers in an inductive power transfer system for autonomous underwater vehicle docking application | |
Bobba et al. | Wireless power transfer in autonomus underwater vehicles | |
Hasaba et al. | A highly efficient and high degree of freedom of position kW-class wireless power transfer system in seawater for small AUVs | |
RU2564199C1 (ru) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект | |
RU2744064C1 (ru) | Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии и информационных сигналов на подводный аппарат | |
EP3342018B1 (en) | Subsea ac power supply device comprising a combined subsea transformer and subsea shunt reactor | |
RU2563578C1 (ru) | Бесконтактный гермоввод |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191103 |