一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置。主要解決現有非接觸式電能傳輸裝置易受間隙變化影響，導致系統(tǒng)參數不穩(wěn)定的技術問題。包括與中心軸線成一定角度的電能發(fā)射組件、電能接受組件，以及間隙調節(jié)組件；所述電能發(fā)射組件包括具有對稱磁芯安裝面的底座，以及發(fā)射極磁芯與發(fā)射極線圈；所述電能接收組件包括定位桿，所述定位桿端部為楔形，楔形面上安裝接收極磁芯與接收極線圈，所述定位桿端部有錐孔；所述間隙調節(jié)包括調節(jié)螺桿和防松彈簧，所述調節(jié)螺桿安裝在所述底座中心螺孔中，末端呈錐形，且與所述定位桿端部定位孔相配合，所述防松彈簧安裝所述調節(jié)螺桿與所述底座之間，與所述調節(jié)螺桿同軸，保證調節(jié)螺桿旋轉一定角度后位置固定。本發(fā)明對非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的磁芯間隙進行調節(jié)控制，保證系統(tǒng)具有最優(yōu)的傳輸參數和傳輸性能。
【專利說明】一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機電設備【技術領域】，涉及一種應用于特殊環(huán)境中具有自導定位功能的非接觸式電能傳輸裝置，通過磁芯間隙調節(jié)滿足輸電系統(tǒng)的最優(yōu)參數配置。

【背景技術】
[0002]非接觸式電能傳輸系統(tǒng)利用電磁感應原理，將電能以非傳導方式從發(fā)射端傳輸到接收端，避免傳輸過程中漏電、火花等安全隱患。但是感應線圈對間隙很敏感，細微的變化就會引起電感、耦合系數等參數的改變，使系統(tǒng)偏離諧振頻率，影響傳輸功率和效率。
[0003]基于電磁感應原理的非接觸式電能傳輸要求線圈耦合結構具有穩(wěn)定的相對位置，避免在傳輸過程中間隙發(fā)生較大的改變，以保證系統(tǒng)參數的穩(wěn)定。然而線圈的耦合系數、電感等參數對間隙很敏感，操作中初級與次級線圈之間相對位置的微小變動都會引起參數的變化，導致系統(tǒng)傳輸的不穩(wěn)定。近年來，隨著非接觸式電能傳輸技術的發(fā)展，傳輸功率和效率不斷提升，系統(tǒng)的穩(wěn)定性逐漸成為制約該技術發(fā)展的瓶頸，研究人員試圖從結構方面提高耦合結構對間隙的適應能力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如文件CN102163880A和文件CN102545396A中所述的結構中，將電能接收極線圈安裝于兩組對稱的電能發(fā)射極線圈之間，當截面內由于相對位置改變，一側間隙變小時，另一側間隙相應變大，使系統(tǒng)整體電感參數趨于穩(wěn)定。但是這種結構忽略了電感與間隙之間的非線性關系，尤其是在發(fā)射極與接收極距離較近時，間隙減小一側的電感增加值遠遠超過間隙增大側電感的下降值，不能完全實現電感的自動補償，影響系統(tǒng)傳輸的穩(wěn)定性。因此，有必要開發(fā)新型非接觸式電能傳輸裝置，保證發(fā)射極和接收極具有良好的對接定位功能，保證系統(tǒng)傳輸的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內容】

[0004]為了克服【背景技術】的缺點與不足之處，本發(fā)明提供一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，解決現有非接觸式電能傳輸裝置易受間隙變化影響，導致系統(tǒng)參數不穩(wěn)定的問題。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射組件和電能接收組件，所述電能發(fā)射組件包括凹形底座、發(fā)射極磁芯支撐架、發(fā)射極磁芯以及發(fā)射極線圈，所述發(fā)射極磁芯支撐架對稱分布于底座中心軸的兩側，所述發(fā)射極磁芯分別安裝于兩側的所述發(fā)射極磁芯支撐架上，所述發(fā)射極磁芯的中心設有發(fā)射極磁芯內柱，所述發(fā)射極線圈繞制于發(fā)射極磁芯內柱上；所述電能接收極組件包括定位桿、接收極磁芯支撐架、接收極磁芯以及接收極線圈，所述定位桿的頂部兩側設有安裝面，所述接收極磁芯支撐架固定于安裝面上，所述接收極磁芯安裝于接收極磁芯支撐架內，所述接收極磁芯的中心設有接收極磁芯內柱，所述接收極線圈繞制于接收極磁芯內柱上，且所述發(fā)射極磁芯與接收極磁芯對應，所述發(fā)射極線圈與接收極線圈相對應并具有一定的間隙；還包括間隙調節(jié)組件，所述間隙調節(jié)組件包括調節(jié)螺桿，所述底座的中心處設有螺紋孔，所述調節(jié)螺桿與所述螺紋孔螺旋配合，且所述調節(jié)螺桿的末端向外伸出，頂端與所述定位桿頂壓配合，且所述調節(jié)螺桿與定位桿同軸分布，所述調節(jié)螺桿旋轉沿著螺紋孔軸向移動帶動定位桿軸向直線運動構成所述發(fā)射極線圈與接收極線圈之間的間隙可調。
[0006]所述底座開口向外擴張，其內側面為斜平面，與中心軸成一定角度，所述發(fā)射極磁芯支撐架的截面為U形，其底部貼合于所述傾斜面上，所述發(fā)射極磁芯相吻合的容置于發(fā)射極磁芯支撐架內，所述安裝面為楔形并與所述傾斜面相平行，所述接收極磁芯支撐架貼合于所述安裝面上，且所述接收極磁芯支撐架與發(fā)射極磁芯支撐架，所述接收極磁芯與發(fā)射極磁芯以及接收極線圈與發(fā)射極線圈結構均相同并呈相向分布。
[0007]所述定位桿頂面中心開斜口定位槽，所述調節(jié)螺桿的頂端為錐形，所述調節(jié)螺桿的頂端與插入定位槽并與其相吻合。
[0008]所述調節(jié)螺桿末端設有六角頭，以便于手動旋轉，所述調節(jié)螺桿上套裝壓縮彈簧，所述壓縮彈簧位于所述六角頭與所述底座之間，且所述壓縮彈簧外徑小于所述六角頭直徑。
[0009]所述發(fā)射極線圈與所述接收極線圈分別向發(fā)射極磁芯內柱和接收極磁芯內柱的徑向集中繞制，且多層之間相互平行，其縱截面均為矩形；安裝時，所述發(fā)射極線圈的底面與所述發(fā)射極磁芯內柱以及接收極磁芯內柱的頂面處于同一平面上。
[0010]所述發(fā)射極磁芯與接收極磁芯均選用E型鐵氧體磁芯。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:(1)本發(fā)明采用具有傾斜角度且對稱的磁芯安裝結構，降低對接過程中定位的難度，使接收極組件可以通過開口自動導引，趨向對稱中心。(2)具有螺桿調節(jié)結構，可以自由調節(jié)間隙大小，調整系統(tǒng)耦合參數，適應不同負載形式，保證系統(tǒng)在諧振狀態(tài)下工作，達到最大傳輸能力。(3)在保證具有足夠間隙的情況下，利用對稱結構實現兩側參數補償，防止接收極組件偏移導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明電路連接圖。
[0014]圖中，底座1，發(fā)射極磁芯支撐架2，發(fā)射極磁芯3，發(fā)射極線圈4，中心軸5，發(fā)射極磁芯內柱6，定位桿7，接收極磁芯支撐架8，接收極磁芯9，接收極線圈10，安裝面11，接收極磁芯內柱12，間隙13，調節(jié)螺桿14，螺紋孔15，末端16，頂端17，斜平面18，定位槽19，六角頭20，壓縮彈簧21。

【具體實施方式】
[0015]下面針對附圖對本發(fā)明的實施例作進一步說明:
如圖所示，參照圖1和圖2，一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射組件和電能接收組件，所述電能發(fā)射組件包括凹形底座1、發(fā)射極磁芯支撐架2、發(fā)射極磁芯3以及發(fā)射極線圈4，所述發(fā)射極磁芯支撐架2對稱分布于底座I中心軸5的兩側，所述發(fā)射極磁芯3分別安裝于兩側的所述發(fā)射極磁芯支撐架2上，所述發(fā)射極磁芯3的中心設有發(fā)射極磁芯內柱6，所述發(fā)射極線圈4繞制于發(fā)射極磁芯內柱6上；所述電能接收極組件包括定位桿7、接收極磁芯支撐架8、接收極磁芯9以及接收極線圈10，所述定位桿7的頂部兩側設有安裝面11，所述接收極磁芯支撐架8固定于安裝面11上，所述接收極磁芯9安裝于接收極磁芯支撐架8內，所述接收極磁芯9的中心設有接收極磁芯內柱12，所述接收極線圈10繞制于接收極磁芯內柱12上，且所述發(fā)射極磁芯3與接收極磁芯9對應，所述發(fā)射極線圈4與接收極線圈10相對應并具有一定的間隙13 ;還包括間隙調節(jié)組件，所述間隙調節(jié)組件包括調節(jié)螺桿14，所述底座I的中心處設有螺紋孔15，所述調節(jié)螺桿14與所述螺紋孔15螺旋配合，且所述調節(jié)螺桿14的末端16向外伸出，頂端17與所述定位桿7頂壓配合，且所述調節(jié)螺桿14與定位桿7同軸分布，所述調節(jié)螺桿14旋轉沿著螺紋孔15軸向移動帶動定位桿7軸向直線運動構成所述發(fā)射極線圈4與接收極線圈10之間的間隙可調，所述發(fā)射極磁芯與接收極磁芯均選用E型鐵氧體磁芯。工作原理:本發(fā)明所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置通過發(fā)射極組件與接收機組件的線圈結構形成互感耦合，形成電能傳輸通路。所述發(fā)射極兩組線圈分別具有獨立的電感，串聯在一起，形成發(fā)射極電感；所述接收極兩組線圈與所述發(fā)射極線圈具有相同的結構和連接，形成接收極電感。發(fā)射極與接收極對接后形成兩組串聯的耦合結構，且沿中心軸對稱。在兩側對接過程中，由于發(fā)射極組件開口外擴，所以接收極組件很容易進入，并且在兩側斜面的導引下自動趨向中心線位置，并且與調節(jié)螺桿配合定位。根據使用場合的需要，旋轉調節(jié)螺桿，調整其與底座的相對位置，可以改變定位桿插入的深度，調節(jié)發(fā)射極線圈與接收極線圈之間的間隙大小，使系統(tǒng)參數滿足諧振要求。此外，由于本發(fā)明采用對稱結構，能夠有效的保證間隙的大小的穩(wěn)定性，即使在系統(tǒng)運行過程中，若發(fā)射極組件偏離對稱中心，則一側間隙變大而另一側間隙變小，相應的電感參數也隨著改變,而系統(tǒng)總的電感為兩側單獨電感之和，因此兩側可以相互補償，保持總電感恒定。以上變化在一定的間隙范圍內成立，但若一側間隙過小，則電感急劇增加，超過另一側間隙變大導致的電感減小量，無法實現補償。因此，調節(jié)螺桿的作用一方面保持接收極組件位于對稱中心，一方面防止間隙過小引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，根據上述方案，該自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置具有如下優(yōu)點:(I)本發(fā)明采用具有傾斜角度且對稱的磁芯安裝結構，降低對接過程中定位的難度，使接收極組件可以通過開口自動導引，趨向對稱中心。(2)具有螺桿調節(jié)結構，可以自由調節(jié)間隙大小，調整系統(tǒng)耦合參數，適應不同負載形式，保證系統(tǒng)在諧振狀態(tài)下工作，達到最大傳輸能力。(3)在保證具有足夠間隙的情況下，利用對稱結構實現兩側參數補償，防止接收極組件偏移導致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0016]在本實例中，所述底座I開口向外擴張，其內側面為斜平面18，與所述中心軸5成一定角度，所述發(fā)射極磁芯支撐架2的截面為U形，其底部貼合于所述傾斜面18上，所述發(fā)射極磁芯3相吻合的容置于發(fā)射極磁芯支撐架2內，所述安裝面11為楔形并與所述傾斜面18相平行，所述接收極磁芯支撐架8貼合于所述安裝面11上，且所述接收極磁芯支撐架8與發(fā)射極磁芯支撐架2，所述接收極磁芯9與發(fā)射極磁芯3以及接收極線圈10與發(fā)射極線圈4結構均相同并呈相向分布。該自導定位型可調間隙非接觸電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射組件和電能接收組件，以及間隙調節(jié)組件。所述電能發(fā)射組件包括具有對稱結構的底座1，所述底座為凹形，內側面為斜平面，與中心軸成一定角度，且所述底座I開口向外擴張；所述底座內側面上安裝發(fā)射極磁芯支撐架，所述發(fā)射極磁芯支架為凹形，內側安裝發(fā)射極磁芯；所述發(fā)射極磁芯內柱安裝發(fā)射極線圈。所述電能接收組件包括頂部為楔形的定位桿，安裝面與中心軸所成角度與所述底座內側面傾斜角度及傾斜方向相同，以便對接時兩平面平行；所述定位桿安裝面上安裝接收極磁芯支撐架，所述接收極磁芯支撐架為凹形，內側安裝接收極磁芯，安裝方位與發(fā)射極磁芯相同；所述接收極磁芯內柱安裝接收極線圈，其繞制方式和安裝方式與所述發(fā)射極線圈相同；所述定位桿頂面中心開斜口定位槽，開口朝頂面方向。采用上述結構，使得該裝置在使用過程中，穩(wěn)定性強，安裝方便、準確。
[0017]在本實例中，所述定位桿7頂面中心開斜口定位槽19，所述調節(jié)螺桿14的頂端17為錐形，所述調節(jié)螺桿14的頂端16與插入定位槽19并與其相吻合。所述調節(jié)螺桿頂端為錐形，與所述定位桿頂端定位槽斜度相同且相互配合；通過在定位桿7設置定位槽19，調節(jié)時，旋轉調節(jié)螺桿14，使得調節(jié)螺桿14的頂端在定位槽19內旋轉的同時軸向進給頂壓定位桿7，從而實現發(fā)射極線圈4與接收極線圈10之間的距離可調。
[0018]在本實例中，所述調節(jié)螺桿14末端16設有六角頭20，以便于手動旋轉，所述調節(jié)螺桿14上套裝壓縮彈簧21，所述壓縮彈簧21位于所述六角頭20與所述底座I之間，且所述壓縮彈簧21外徑小于所述六角頭20直徑。所述調節(jié)螺桿末端有六角頭，以便于手動旋轉；所述調節(jié)螺桿上套裝壓縮彈簧，并位于所述調節(jié)螺桿與所述底座之間；所述壓縮彈簧外徑小于所述調節(jié)螺桿六角頭直徑。通過在調節(jié)螺桿的末端設置六角頭，以便于手動旋轉進行調節(jié)，而設置壓縮彈簧有利于提高調節(jié)的穩(wěn)定性和準確性。
[0019]在本實例中，所述發(fā)射極線圈4與所述接收極線圈10分別向發(fā)射極磁芯內柱6和接收極磁芯內柱12的徑向集中繞制，且多層之間相互平行，各自縱截面均為矩形；安裝時，所述發(fā)射極線圈4的底面與所述發(fā)射極磁芯內柱6以及接收極磁芯內柱12的頂面處于同一平面上。所述發(fā)射極線圈與所述接收極線圈盡量向徑向集中繞制，且多層之間相互平行；安裝時，發(fā)射極線圈的底面與所述發(fā)射極磁芯內柱以及接收極磁芯內柱頂面共面。
[0020]實施例不應視為對發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進，都應在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射組件和電能接收組件，其特征在于:所述電能發(fā)射組件包括凹形底座(I)、發(fā)射極磁芯支撐架(2)、發(fā)射極磁芯(3)以及發(fā)射極線圈(4)，所述發(fā)射極磁芯支撐架(2)對稱分布于底座(I)中心軸(5)的兩偵牝所述發(fā)射極磁芯(3)分別安裝于兩側的所述發(fā)射極磁芯支撐架(2)上，所述發(fā)射極磁芯(3)的中心設有發(fā)射極磁芯內柱(6)，所述發(fā)射極線圈(4)繞制于發(fā)射極磁芯內柱(6)上；所述電能接收極組件包括定位桿(7)、接收極磁芯支撐架(8)、接收極磁芯(9)以及接收極線圈(10 )，所述接收極磁芯支撐架(8 )固定于所述定位桿(7 )上，所述接收極磁芯(9 )安裝于接收極磁芯支撐架(8)內，所述接收極磁芯(9)的中心設有接收極磁芯內柱(12)，所述接收極線圈(10)繞制于接收極磁芯內柱(12)上，且所述發(fā)射極磁芯(3)與接收極磁芯(9)對應，所述發(fā)射極線圈(4)與接收極線圈(10)相對應并具有一定的間隙(13);還包括間隙調節(jié)組件，所述間隙調節(jié)組件包括調節(jié)螺桿(14)，所述底座(I)的中心處設有螺紋孔(15)，所述調節(jié)螺桿(14)與所述螺紋孔(15)螺旋配合，且所述調節(jié)螺桿(14)的末端(16)向外伸出，頂端(17)與所述定位桿(7)頂壓配合，且所述調節(jié)螺桿(14)與定位桿(7)同軸分布，所述調節(jié)螺桿(14)旋轉沿著螺紋孔(15)軸向移動帶動定位桿(7)軸向直線運動構成所述發(fā)射極線圈(4 )與接收極線圈(10 )之間的間隙可調。
2.根據權利要求1所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，其特征在于:所述定位桿(7)的頂部兩側設有安裝面(11)，所述接收極磁芯支撐架(8)固定于安裝面(11)上，所述底座(I)開口向外擴張，其內側面為斜平面(17)，與所述中心軸(5)成一定角度，所述發(fā)射極磁芯支撐架(2)的截面為U形，其底部貼合于所述傾斜面(18)上，所述發(fā)射極磁芯(3)相吻合的容置于發(fā)射極磁芯支撐架(2)內，所述安裝面(11)為楔形并與所述傾斜面(18)相平行，所述接收極磁芯支撐架(8)貼合于所述安裝面(11)上，且所述接收極磁芯支撐架(8)與發(fā)射極磁芯支撐架(2)，所述接收極磁芯(9)與發(fā)射極磁芯(3)以及接收極線圈(10)與發(fā)射極線圈(4)結構均相同并呈相向分布。
3.根據權利要求1或2所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，其特征在于所述定位桿(7)頂面中心開斜口定位槽(19)，所述調節(jié)螺桿(14)的頂端(16)為錐形，所述調節(jié)螺桿(14)的頂端(17)與插入定位槽(19)并與其相吻合。
4.根據權利要求1或2所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，其特征在于:所述調節(jié)螺桿(14)末端(16)設有六角頭(20)，以便于手動旋轉，所述調節(jié)螺桿(14)上套裝壓縮彈簧(21)，所述壓縮彈簧(21)位于所述六角頭(19)與所述底座(I)之間，且所述壓縮彈簧(21)外徑小于所述六角頭(20 )直徑。
5.根據權利要求1或2所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，其特征在于:所述發(fā)射極線圈(4)與所述接收極線圈(10)分別向發(fā)射極磁芯內柱(6)和接收極磁芯內柱(12)的徑向集中繞制，且多層之間相互平行，各自縱截面均為矩形；安裝時，所述發(fā)射極線圈(4)的底面與所述發(fā)射極磁芯內柱(6)以及接收極磁芯內柱(12)的頂面處于同一平面上。
6.根據權利要求1或2所述的自導定位型可調間隙非接觸式電能傳輸裝置，其特征在于:所述發(fā)射極磁芯(3)與接收極磁芯(9)均選用E型鐵氧體磁芯。
【文檔編號】H02J17/00GK104201793SQ201410469098
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】李存軍 申請人:舟山市質量技術監(jiān)督檢測研究院