轴向半截面LL型非接触供电滑环制造技术

本发明专利技术提供一种轴向半截面LL型非接触供电滑环，其磁芯结构以轴向半截面基本LL型为基础，原/副磁芯的轴向半截面呈L型，则副/原磁芯的轴向半截面呈倒L型，且原、副边绕组同轴分绕位于原、副边磁芯之间。保持绕组之间及磁芯之间的气隙垂直距离不变，通过切割原/副边磁芯的一个三角形和/或弧形的部分，移至副/原边，增加了原副边磁芯之间耦合磁路的有效面积，减小了磁阻，亦适用于其他变压器磁芯的处理；原副边磁芯可分别沿轴向延伸。所述原副边绕组同轴绕制，可同轴平行绕制、同轴内外绕制或同轴锥形绕制；所述轴向半截面LL型非接触供电滑环可组合成任意通道数或相数。本发明专利技术适用于供电侧或受电侧需要旋转的非接触式电能传输场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高耦合系数的非接触供电滑环，适用于旋转场合的非接触电能传输系统，属于变压器或电能变换领域。
技术介绍
传统的接触式供电系统由于摩擦和裸露导体，容易产生接触火花，在矿井、油田等易燃易爆场合存在很大的安全隐患。非接触供电系统的供电侧和用电侧没有物理连接，克服了传统的接触式供电系统的缺点而得到广泛研究和应用。其中，应用比较广泛的是电磁感应式非接触供电技术。电磁感应式非接触供电技术是一种基于电磁感应原理，利用原、副边分离的变压器进行无线电能传输的技术。在一些需要向旋转目标供电的场合，机械滑环代替传统的绕线得到了广泛的应用，但机械滑环的接触片因长期摩擦而导致高故障率，需要长期维护或替换，而这在某些特殊场合是不现实的。E.E.Landsman,“RotaryTransformerDesign”Proc.PowerConditioning,pp.139-152,1970将非接触式滑环应用于太阳能电池板给卫星供电的系统中。但非接触供电系统目前仍存在效率低，电磁辐射大等缺点。其中，非接触变压器低耦合系数是影响非接触供电系统高效率的主要因素，Chun-HungHuChing-MuChenYing-ShingShiaoTung-JungChanTsair-RongChen,“DevelopmentofaUniversalContactlessChargerforHandheldDevices”,2008IEEE，IEEEInternationalSymposiumonIndustrialElectronics,99-104等文章均指出，要提高非接触供电系统效率，要从两个方面着手，一方面，要合理利用谐振变换器对变压器的漏感或激磁电感进行补偿，另一方面，要尽可能提高变压器的耦合系数。QianhongChen,SiuChungWong,ChiK.Tse,XinboRuan,“Analysis,DesignandControlofaTranscutaneousPowerRegulatorforArtificialHearts”,IEEETransactionsonBiomedicalCircuitsandSystems,2009,3(1):23-31通过损耗测试和分析，指出变压器的损耗，在满载情况下占到非接触供电系统损耗的70％以上。可见，提高非接触变压器的耦合系数是提高非接触供电系统的关键。同时，由于非接触供电滑环磁芯气隙的存在，严重的边缘磁通和杂散磁通还会在金属中轴上产生涡流损耗，使中枢发热，同时，降低系统效率。传统的方案采用铝屏蔽层进行屏蔽，防止中轴发热，但率屏蔽层安装麻烦，自身也会发热。传统轴向半截面UU型磁芯的非接触供电滑环结构如附图8a所示，其磁芯由两个U型磁芯面对面构成，其气隙处原副边磁芯之间耦合磁路的有效面积较小，导致主磁路磁阻较大，耦合系数较小，效率不高。如何在尽量减小体积和重量的情况下，提高非接触供电滑环的耦合系数成为非接触供电滑环设计的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进上述非接触供电滑环存在的耦合系数低、中轴涡流损耗高、系统效率低等缺陷。相对传统非接触滑环，在磁材、铜材用量基本不变的前提下，设计了一种高耦合系数的新型非接触供电滑环。本专利技术的具体技术方案如下：一种轴向半截面LL型非接触供电滑环，包括原边单元和副边单元，原边单元包括原边磁芯和绕制在原边磁芯上的原边绕组，副边单元包括副边磁芯和绕制在副边磁芯上的副边绕组，原边单元和副边单元之间留气隙，原边和副边磁芯径向截面呈环形或多边形，所述原/副磁芯的轴向半截面呈L型，则副/原磁芯的轴向半截面呈倒L型，且原、副边绕组同轴分绕位于原、副边磁芯之间。本专利技术的进一步设计在于：原、副边单元的轴向半截面的L型磁芯和倒L型磁芯组合成非接触式上、下开口的矩形结构，并在上、下开口位置形成气隙。原、副边磁芯在上开口和下开口位置采用直面、斜面、或弧面三种配合方式中进行两两任意组合，包含：直面-直面组合，直面-斜面组合，直面-弧面组合，斜面-直面组合，斜面-斜面组合，斜面-弧面组合，弧面-直面组合，弧面-斜面组合，弧面-弧面组合。例如：1)原、副边磁芯上、下开口位置均采用直面配合，形成的气隙均平行于中轴方向，为直面-直面组合；2)或上开口采用直面配合，形成的气隙均平行于中轴方向，下开口采用斜面配合，形成的气隙与中轴呈相应夹角，为直面-斜面组合；3)或下开口采用直面配合，形成的气隙均平行于中轴方向，上开口采用斜面配合，形成的气隙与中轴呈相应夹角，为斜面-直面组合；4)或上、下开口均采用斜面配合，形成的气隙均与中轴呈相应夹角，斜面-斜面组合。等等)本专利技术中，轴向半截面LL型原边和/或副边磁芯可沿轴向延伸。(以阻挡磁力线进入中轴，减小中轴的涡流损耗。进入中轴的磁通相对较弱，延伸的磁芯厚度要求不高，可依据实际情况调整)。内侧磁芯和绕组作为原边单元，外侧磁芯和绕组作为副边单元；或者外侧磁芯和绕组作为原边单元，内侧磁芯和绕组作为副边单元；原边单元作为非接触滑环的供电侧，副边单元作为非接触滑环的受电侧；其中供电侧旋转，或受电侧旋转。本专利技术中，原边磁芯和/或副边磁芯采用整体式结构或分体拼装式结构。通过多个轴向半截面LL型非接触供电滑环可组合成多通道或多相滑环。原边磁芯和副边磁芯材料采用硅钢片、铁氧体、微晶、超微晶或坡莫合金材料。原边绕组和副边绕组采用同轴内外绕制、同轴平行绕制或同轴锥形绕制，原边绕组和副边绕组之间形成绕组气隙。原边绕组和副边绕组的导线选用实心导线、Litz线、铜箔或者PCB绕组，原、副边绕组的匝数相同或不同。本专利技术与已有非接触供电滑环相比的主要技术特点：第一，通过本专利技术的磁芯结构，增大了原副边磁芯之间耦合磁路的有效面积，大大减小了主磁路中的气隙磁阻，减少了边缘磁通量和杂散磁通量，提高了主磁通量；漏磁通磁路的磁阻略微变大，漏磁通量略微减少；主磁通量的提高及漏磁通量的减小，提高了总磁通经主磁路闭合的比例，提高了非接触供电滑环的耦合系数。第二，两个气隙缺口非垂直于中轴，边缘磁通和杂散磁通不易进入中轴，并且其中一个气隙离中轴较远，大大减小了中轴的涡流损耗，改善了中轴发热情况。附图说明附图1(a-b)是本专利技术的轴向半截面基本LL型非接触供电滑环，其原副边磁芯分别由完整磁体构成，其径向截面为环形。附图1a为原、副边拼合后结构示意图；附图1b为原、副边磁芯和绕组的组装图，101原边磁芯，102原边绕组，103副边磁芯，104副边绕组。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向半截面LL型非接触供电滑环，包括原边单元和副边单元，原边单元包括原边磁芯和绕制在原边磁芯上的原边绕组，副边单元包括副边磁芯和绕制在副边磁芯上的副边绕组，原边单元和副边单元之间留气隙，原边和副边磁芯径向截面呈环形或多边形，其特征是：所述原/副磁芯的轴向半截面呈L型，则副/原磁芯的轴向半截面呈倒L型，且原、副边绕组同轴分绕位于原、副边磁芯之间。

【技术特征摘要】
1.一种轴向半截面LL型非接触供电滑环，包括原边单元和副边单元，原边单元包括原
边磁芯和绕制在原边磁芯上的原边绕组，副边单元包括副边磁芯和绕制在副边磁芯上的副
边绕组，原边单元和副边单元之间留气隙，原边和副边磁芯径向截面呈环形或多边形，其特
征是：所述原/副磁芯的轴向半截面呈L型，则副/原磁芯的轴向半截面呈倒L型，且原、副边
绕组同轴分绕位于原、副边磁芯之间。
2.如权利要求1所述的轴向半截面LL型非接触供电滑环，其特征是：原、副边单元的轴
向半截面的L型磁芯和倒L型磁芯组合成非接触式上、下开口的矩形结构，并在上、下开口位
置形成气隙。
3.如权利要求2所述的轴向半截面LL型非接触供电滑环，其特征是：原、副边磁芯在上
开口和下开口位置采用直面、斜面、或弧面三种配合方式中进行两两任意组合，包含：直面-
直面组合，直面-斜面组合，直面-弧面组合，斜面-直面组合，斜面-斜面组合，斜面-弧面组
合，弧面-直面组合，弧面-斜面组合，弧面-弧面组合。
4.如权利要求1、2或3所述的轴向半截面LL型非接触供电滑环，其特征在于：轴向半截
面LL型原边和/或副边磁芯可沿轴向延伸。
5.如权利要求1、2、3或4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何广明，陈乾宏，辛平平，黄君涛，陈欣，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32