基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器的製作方法

2023-12-07 23:31:36 1

專利名稱：基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於水下環境中的能在較寬的工作間隙下傳輸電能的可 分離變壓器。
背景技術：
水下行動裝置通常由電能驅動，然而通常環境中水是電的良導體。如果水 下輸電像陸上輸電一樣採用裸露導體接觸方式，密封困難且極易漏電。為了使 水下行動裝置在充電後能夠脫開輸電裝置自由移動，目前應用較多的方式是通 過溼插拔接頭在水下向行動裝置提供電能，但是這種接頭價格高達十幾萬元， 其推廣應用受到很大限制。非接觸的電能傳輸方式，通過原邊、副邊分開的可 分離變壓器傳輸電能，避免了直接物理接觸和電氣連接，提高了可靠性，大大 增強了對水下環境的適應性，在水下工程應用方面具備很大的潛力。然而水下 環境複雜多變，經常有雜物、水下生物等掉落、附著在設備表面，限制了小工 作間隙的可分離變壓器的應用，所以需要一種能在較寬工作間隙下傳輸電能的 可分離變壓器。

發明內容
本發明的目的是提出一種基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離 變壓器，作為水下電能傳輸接口。
本發明的基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器，包括上 移動磁芯機構和下固定磁芯機構；
上移動磁芯機構包括上盤，由圓盤和中心柱構成的第一鐵氧體磁芯，撞 針和副邊線圈，撞針的一側有中心螺杆，另一側頂端有導向斜角，撞針的中心 螺杆依次穿過開設在第一鐵氧體磁芯和上盤的中心孔，在螺杆伸出中心孔端擰 接有第一螺母，第一鐵氧體磁芯的中心柱平面與撞針緊貼，在上盤和第一螺母 之間有第一彈簧墊片，副邊線圈套在第一鐵氧體磁芯的中心柱上，第一鐵氧體 磁芯的圓盤具有兩個對稱缺口，呈蝴蝶狀；
下固定磁芯機構包括下盤，由圓盤和中心柱構成的第二鐵氧體磁芯，帶 底的圓筒和原邊線圈，圓筒的底部有中心螺杆，該中心螺杆依次穿過開設在第 二鐵氧體磁芯和下盤的中心孔，在螺杆伸出中心孔端擰接有第二螺母，第二鐵 氧體磁芯的中心柱平面與圓筒的底面緊貼，在下盤和第二螺母之間有第二彈簧 墊片，原邊線圈套在第二鐵氧體磁芯的中心柱上，在圓筒內置有緩衝墊，第二鐵氧體磁芯的圓盤具有兩個對稱缺口，呈蝴蝶狀。 工作原理
可分離變壓器原邊線圈與電源裝置連接，副邊線圈與用電設備相連。當需 要電能傳輸時，將上移動磁芯機構與下固定磁芯機構同軸對接，上移動磁芯機 構的帶有導向斜角的撞針滑入下固定磁芯機構的帶底圓筒內，保證可分離變壓 器的自動對正；圓筒內的緩衝墊可避免分離變壓器受到過於猛烈的衝擊；通過 撞針長度和緩衝墊厚度可使兩磁芯的軸向間隙固定，防止可分離變壓器的電路 參數變化；原邊線圈和副邊線圈間形成穩定的電磁耦合。當原邊線圈中通入高 頻交流電時，副邊線圈可以有效地接收電能，供負載使用。充電完成後，上移 動機構向上運動，撞針滑出圓筒，即可完成可分離變壓器的分離，用電設備可 自行移動。
本發明的有益效果
本發明採用電磁耦合結構實現水下電能的傳輸，避免輸電接口的物理接觸 和電氣連接；通過帶有中心柱的蝶形磁芯保證了可分離變壓器原邊、副邊線圈 存在較大間隙吋仍能保持較好的電磁耦合；因為允許原、副邊線圈間存在較大 間隙，所以不易被掉落到變壓器表面的雜物劃傷；本發明的可分離變壓器的上 移動磁芯機構和下固定磁芯機構均不存在空腔，內外壓平衡，可以承受深海高 壓作用；結構簡單，耐壓、密封性好，可靠性高，維修方便，有效解決水下輸 電接口的安全性和造價昂貴的缺點。通過試驗驗證，本發明可以在10mm的較 寬間隙下實現約92%的傳輸效率。


圖1是水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器的總體結構圖。 圖2是水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器鐵氧體磁芯示意圖，A)為軸
向剖視圖，B)為俯視圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明。
參照圖1，本發明的基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓 器，包括上移動磁芯機構和下固定磁芯機構；
上移動磁芯機構包括起保護和支撐作用的上盤l，由圓盤和中心柱構成的 第一鐵氧體磁芯2，撞針10和副邊線圈3，撞針10的一側有中心螺杆，另一側 頂端有導向斜角，撞針10的中心螺杆依次穿過開設在第一鐵氧體磁芯2和上盤 l的中心孔，在螺杆伸出中心孔端擰接有第一螺母8，第一鐵氧體磁芯2的中心柱平面與撞針緊貼，通過擰緊第一螺母將上盤，第一鐵氧體磁芯和撞針固定成
一體。在上盤1和第一螺母8之間有第一彈簧墊片9以防止鬆脫，副邊線圈3 套在第一鐵氧體磁芯2的中心柱上，第一鐵氧體磁芯的圓盤具有兩個對稱缺口，
呈蝴蝶狀(見圖2);
下固定磁芯機構包括起保護和支撐作用的下盤7，由圓盤和中心柱構成的 第二鐵氧體磁芯6，帶底的圓筒11和原邊線圈5，圓筒11的底部有中心螺杆， 該有中心螺杆依次穿過開設在第二鐵氧體磁芯6和下盤7的中心孔，在螺杆伸 出中心孔端擰接有第二螺母15，第二鐵氧體磁芯6的中心柱平面與圓筒11的底 面緊貼，通過擰緊第二螺母將下盤，第二鐵氧體磁芯和圓筒固定成一體。在下 盤7和第二螺母15之間有第二彈簧墊片14以防止鬆脫，原邊線圈5套在第二 鐵氧體磁芯6的中心柱上，在圓筒11的內底面通過環氧樹脂膠體13固定緩衝 墊12，可避免分離變壓器受到過於猛烈的衝擊。第二鐵氧體磁芯的圓盤具有兩 個對稱缺口，呈蝴蝶狀(見圖2)。
採用蝴蝶狀磁芯可使裝置輕量化，並改善線圈的散熱條件。為了在較寬的 間隙下仍能保持原、副邊線圈間較好的電磁耦合效果，可採用較短中心柱的磁 芯和延展成扁平狀的線圈，使副邊線圈3的內圈緊貼第一鐵氧體磁芯2的中心 柱，厚度與中心柱的端面齊平，外徑與第一鐵氧體磁芯2的圓盤外徑相同。原 邊線圈5的內圈緊貼第二鐵氧體磁芯6的中心柱，厚度與中心柱的端面齊平， 外徑與第二鐵氧體磁芯6的圓盤外徑相同。
權利要求
1.基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器，其特徵是包括上移動磁芯機構和下固定磁芯機構；上移動磁芯機構包括上盤(1)，由圓盤和中心柱構成的第一鐵氧體磁芯(2)，撞針(10)和副邊線圈(3)，撞針(10)的一側有中心螺杆，另一側頂端有導向斜角，撞針(10)的中心螺杆依次穿過開設在第一鐵氧體磁芯(2)和上盤(1)的中心孔，在螺杆伸出中心孔端擰接有第一螺母(8)，第一鐵氧體磁芯(2)的中心柱平面與撞針緊貼，在上盤(1)和第一螺母(8)之間有第一彈簧墊片(9)，副邊線圈(3)套在第一鐵氧體磁芯(2)的中心柱上，第一鐵氧體磁芯(2)的圓盤具有兩個對稱缺口，呈蝴蝶狀；下固定磁芯機構包括下盤(7)，由圓盤和中心柱構成的第二鐵氧體磁芯(6)，帶底的圓筒(11)和原邊線圈(5)，圓筒(11)的底部有中心螺杆，該中心螺杆依次穿過開設在第二鐵氧體磁芯(6)和下盤(7)的中心孔，在螺杆伸出中心孔端擰接有第二螺母(15)，第二鐵氧體磁芯(6)的中心柱平面與圓筒(11)的底面緊貼，在下盤(7)和第二螺母(15)之間有第二彈簧墊片(14)，原邊線圈(5)套在第二鐵氧體磁芯(6)的中心柱上，在圓筒(11)內置有緩衝墊(12)，第二鐵氧體磁芯(6)的圓盤具有兩個對稱缺口，呈蝴蝶狀。
2. 根據權利要求1所述的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器，其特徵 是副邊線圈(3)的內圈緊貼第一鐵氧體磁芯(2)的中心柱，厚度與中心柱的 端面齊平，外徑與第一鐵氧體磁芯的圓盤外徑相同。
3. 根據權利要求1所述的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器，其特徵 是原邊線圈(5)的內圈緊貼第二鐵氧體磁芯(6)的中心柱，厚度與中心柱的 端面齊平，外徑與第二鐵氧體磁芯的圓盤外徑相同。
全文摘要
本發明的基於蝶形磁芯的水下非接觸式電能傳輸用可分離變壓器，包括上移動磁芯機構和下固定磁芯機構；上移動磁芯機構包括固定成一體的上盤，第一鐵氧體磁芯，撞針和副邊線圈，下固定磁芯機構包括固定成一體的下盤，第二鐵氧體磁芯，圓筒和原邊線圈，圓筒內底面有緩衝墊。本發明採用電磁耦合結構實現水下電能的非接觸傳輸，避免輸電接口的物理接觸和電氣連接；通過帶有中心柱的蝶形磁芯保證了可分離變壓器原邊、副邊線圈存在較大間隙時仍能保持較好的電磁耦合。本發明結構簡單，耐壓、密封性好，可靠性高，維修方便，有效解決了水下輸電接口的安全性和造價昂貴的缺點。
文檔編號H01F30/06GK101640119SQ20091010067
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者李德駿, 李澤松, 楊燦軍, 麟 林, 鷹 陳 申請人:浙江大學