專利名稱：一種適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)變壓器，具體涉及一種適用于高溫、高壓環(huán)境的用電設(shè)備以無線、非接觸方式傳輸電能的旋轉(zhuǎn)變壓器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)供電方式下，存在相對運動的設(shè)備之間進行電能傳輸多采用電刷裝置。這種供電方式存在滑動磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導(dǎo)體等問題，存在安全隱患，無法應(yīng)用于礦井等高溫、高濕的惡劣環(huán)境。傳統(tǒng)變壓器主要實現(xiàn)電壓變換功能，變壓器原、副邊之間存在物理連接，無法進行相對運動設(shè)備之間的電能傳輸。因此亟待采用旋轉(zhuǎn)變壓器原、副邊無直接電氣接觸的電能傳輸方式，并能夠無裸露導(dǎo)體存在，保證系統(tǒng)各部分之間電氣絕緣，提供一種安全、可靠的新型可靠并適用于高溫、高壓惡劣環(huán)境的旋轉(zhuǎn)變壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高溫、高壓環(huán)境，用電設(shè)備以無線、非接觸方式傳輸電能，具有較高電能傳輸效率，能夠保證電能傳遞能力不受塵土、污物、水等環(huán)境因素的影響，更為可靠、耐用，且不發(fā)生火花，不存在機械磨損和摩擦的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種一種適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器的技術(shù)方案為，包括固定在內(nèi)管外壁上的筒狀原邊鋼殼，固定套在內(nèi)管外的外管內(nèi)壁上的筒狀副邊鋼殼，所述原邊鋼殼外壁設(shè)有沿周向的第一環(huán)狀凹槽，副邊鋼殼內(nèi)壁在與所述第一環(huán)狀凹槽處設(shè)有沿周向的第二環(huán)狀凹槽，所述第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽內(nèi)分別位置對應(yīng)地嵌入有原邊磁芯和副邊磁芯，所述原邊磁芯和副邊磁芯內(nèi)部分別位置對應(yīng)地嵌入有原邊繞組和副邊繞組；所述原邊鋼殼、原邊磁芯與所述副邊鋼殼、副邊磁芯分別對應(yīng)的位置處留有一定間隙。所述原邊鋼殼與原邊磁芯通過環(huán)氧樹脂灌固定，副邊鋼殼與副邊磁芯通過環(huán)氧樹脂灌固定，原邊繞組與原邊磁芯通過環(huán)氧樹脂灌固定，副邊繞組與副邊磁芯通過環(huán)氧樹脂灌固定。進一步所述原邊磁芯軸向兩端設(shè)置有第一緩沖墊和第二緩沖墊，副邊磁芯軸向兩端設(shè)置有第三緩沖墊和第四緩存墊。進一步所述原邊鋼殼外緣采用軸向截面為軸對稱的|_，，形結(jié)構(gòu)，所述副邊鋼殼內(nèi)緣采用軸向截面為軸對稱的“ I.-1 ”形結(jié)構(gòu)；所述嵌入原邊鋼殼內(nèi)的原邊磁芯軸向一端通過所述第二緩沖墊與原邊鋼殼連接，該原邊磁芯軸向另一端通過所述第一緩沖墊連接有套裝固定在原邊鋼殼上的第一擋板；所述嵌入副邊鋼殼內(nèi)的副邊磁芯軸向一端通過所述第四緩沖墊與副邊鋼殼連接，該副邊磁芯軸向另一端通過第三緩沖墊連接有固定在副邊鋼殼上的筒狀第二擋板。
進一步所述原邊磁芯和副邊磁芯外緣軸向截面沿軸向呈“工”字豎向一半形。進一步所述間隙為1.5 4mm。進一步所述間隙可以為2_。進一步所述原邊繞組的導(dǎo)線穿過原邊磁芯和原邊鋼殼與固定在內(nèi)管上的原邊高壓插針一端連接，該原邊高壓插針另一端連接與發(fā)電機及電源變換電路連接，所述副邊繞組的導(dǎo)線穿過副邊磁芯與固定在與副邊鋼殼上的副邊高壓插針一端連接，該副邊高壓插針的另一端與電子變換電路及負載連接。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明介紹了一種適用于高溫、高壓環(huán)境，并且具有較高電能傳輸效率的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器。無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器原、副邊無直接電氣接觸，無裸露導(dǎo)體存在，保證了系統(tǒng)各部分之間電氣絕緣，電能傳遞能力不受塵土、污物、水等環(huán)境因素的影響。與傳統(tǒng)供電方式相比更為可靠、耐用，且不發(fā)生火花，不存在機械磨損和摩擦，特別適用于礦井、油田鉆采及運動設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于在航空航天、機器人、醫(yī)療器械、照明、便攜式電子產(chǎn)品、無線充電等場合。


圖1為本發(fā)明一種無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器使用示意圖；圖2為本發(fā)明一種無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1_原邊高壓插針；2_副邊高壓插針；3_內(nèi)管；4-外管；5_原邊鋼殼；6-原邊磁芯；7_原邊繞組；8_ 第一環(huán)氧樹脂灌封層；9_第一擋板；10_第一緩沖墊；11_副邊鋼殼；12_副邊磁芯；13_副邊繞組；14_第二環(huán)氧樹脂灌封層；15_第二擋板；16_第二緩沖墊；17-限位卡。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。一種適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器配置在地平面之下的自動垂直鉆具的外管4與內(nèi)管3之間的環(huán)形腔體中，包括通過限位卡17與內(nèi)管3的外壁上的卡槽卡合固定的筒狀原邊鋼殼5，通過銷釘固定在外管4的內(nèi)壁中的筒狀副邊鋼殼11 ;該原邊鋼殼5外壁設(shè)有第一環(huán)狀凹槽，采用外壁一端設(shè)有周向凸緣軸向截面為軸對稱的|_，，形結(jié)構(gòu)；副邊鋼殼11內(nèi)壁設(shè)有第二環(huán)狀凹槽，采用內(nèi)壁一端設(shè)有周向凸緣軸向截面為軸對稱的“ Γ I ”形結(jié)構(gòu)；還包括分別嵌入原邊鋼殼5和副邊鋼殼11中并通過環(huán)氧樹脂固定的筒狀原邊磁芯6和筒狀副邊磁芯12，該原邊磁芯6外壁設(shè)有環(huán)狀凹槽，軸向截面沿軸向呈“工”字豎向一半形和副邊磁芯12內(nèi)壁設(shè)有環(huán)狀凹槽，軸向截面沿軸向呈“工”字豎向一半形，該結(jié)構(gòu)可以使旋轉(zhuǎn)變壓器傳輸效率提高，該原邊磁芯6和副邊磁芯12采用鐵氧體磁芯；所述原邊磁芯6環(huán)狀凹槽和副邊磁芯12環(huán)狀凹槽內(nèi)分別嵌入有原邊繞組7和副邊繞組13 ；所述原邊鋼殼5和副邊鋼殼11的軸向位置彼此對應(yīng)，所述原邊磁芯6和副邊磁芯12軸向位置彼此對應(yīng)，所述原邊繞組7和副邊繞組13軸向位置彼此對應(yīng)；還包括分別對原邊繞組7和副邊繞組13以及該原邊繞組7和副邊繞組13與所嵌入的對應(yīng)的原邊磁芯6和副邊磁芯12之間的空隙進行環(huán)氧樹脂灌封處理形成的第一環(huán)氧樹脂灌封層8和第二環(huán)氧樹脂灌封層14 ;所述第一環(huán)氧樹脂灌封層8和第二環(huán)氧樹脂灌封層14位置彼此對應(yīng)；第一環(huán)氧樹脂灌封層8和第二環(huán)氧樹脂灌封層14不僅起到將原邊繞組7和副邊繞組13分別與原邊磁芯6和副邊磁芯12固定的作用，而且分別將原邊繞組7和副邊繞組13與外接隔絕，起到密封絕緣的作用，使本發(fā)明可以適應(yīng)井下泥漿沖刷環(huán)境。所述原邊鋼殼5、原邊磁芯6、第一環(huán)氧樹脂灌封層8與所述副邊鋼殼11、副邊磁芯12、第二環(huán)氧樹脂灌封層14分別對應(yīng)的位置處留有間隙，該間隙大小可以采用1.5_、2_、3mm、4mm,這里優(yōu)選2mm。原邊磁芯6軸向兩端設(shè)置有第一緩沖墊10和第二緩沖墊18，，副邊磁芯12軸向兩端設(shè)置有第三緩沖墊16和第四緩存墊19 ;所述嵌入原邊鋼殼5內(nèi)的原邊磁芯6軸向一端通過所述第二緩沖墊18與原邊鋼殼5連接，該原邊磁芯6軸向另一端通過所述第一緩沖墊10連接有套裝焊接在原邊鋼殼5上的第一擋板9 ;所述嵌入副邊鋼殼11內(nèi)的副邊磁芯12軸向一端通過所述第四緩沖墊19與副邊鋼殼11連接，該副邊磁芯12軸向另一端通過第三緩沖墊16連接有焊接在副邊鋼殼11上的筒狀第二擋板15 ;第一擋板9和第二擋板15可以保證各零、部件無軸向竄動。所述原邊繞組7的導(dǎo)線穿過原邊磁芯6和原邊鋼殼5與穿插固定在內(nèi)管上的原邊高壓插針I(yè) 一端連接，該原邊高壓插針I(yè)另一端連接與發(fā)電機及電源變換電路連接，所述副邊繞組13的導(dǎo)線穿過副邊磁芯12與穿插固定在與副邊鋼殼11上的副邊高壓插針一端2連接，該副邊高壓插針2的另一端與電子變換電路及負載連接。當內(nèi)管旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經(jīng)過電源變換電路注入原邊繞組7。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，原邊繞組7周圍產(chǎn)生高頻的交變磁場，該磁場通過原邊磁芯6和副邊磁芯12閉合。原邊磁芯6和副邊磁芯12起到閉合磁路，減少磁場外泄，提高傳輸效率的作用。通過副邊磁芯12的磁場在副邊繞組13感應(yīng)出高頻交流電，給用電設(shè)備供電。本發(fā)明原、副邊無直接電氣接觸，安全可靠。避免了相對轉(zhuǎn)動設(shè)備電刷等傳統(tǒng)供電方式存在的諸如滑動磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導(dǎo)體等問題，不受原、副邊相對運動和泥漿沖刷環(huán)境影響。原、副邊分別選用高壓密封插針分別連接發(fā)電機和負載，對原、副邊進行整體式環(huán)氧樹脂灌封處理，使設(shè)備能夠在地下即使是達到155°C高溫、105MPa高壓，并且泥漿沖刷的惡劣環(huán)境下安全可靠的工作；通過對旋轉(zhuǎn)變壓器的電磁場進行仿真分析，優(yōu)化鐵氧體磁芯結(jié)構(gòu)及尺寸，截面沿軸向呈“工”字豎向一半形的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率電能傳輸，傳輸效率可達85%以上，且傳輸效率不受原、副邊相對轉(zhuǎn)動的影響。由于鐵氧體磁芯質(zhì)地脆而硬，受到外力容易崩角甚至破碎。本發(fā)明采用鋼殼結(jié)構(gòu)，并在磁芯與鋼殼間放置緩沖墊，對磁芯進行保護，使無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器能夠承受20g強振動、高壓環(huán)境。該實施例涉及的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器耐高溫、耐高壓、耐強振，電能傳輸效率高，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，易于拆卸和維護。以上所給出的一種適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器的實施方案，用戶可根據(jù)具體安裝接口和空間的需求，可以根據(jù)實際使用環(huán)境，對各部分尺寸、參數(shù)進行具體的設(shè)計?？梢詰?yīng)用于礦井、油田鉆采及運動設(shè)備，并可廣泛應(yīng)用于在航空航天、機器人、醫(yī)療器械、照明、便攜式電子產(chǎn)品、無線充電等場合中，并達到良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:包括固定在內(nèi)管(3)外壁上的筒狀原邊鋼殼(5)，固定套在內(nèi)管(3)外的外管(4)內(nèi)壁上的筒狀副邊鋼殼(11)，所述原邊鋼殼(5)外壁設(shè)有沿周向的第一環(huán)狀凹槽，副邊鋼殼(11)內(nèi)壁在與所述第一環(huán)狀凹槽處設(shè)有沿周向的第二環(huán)狀凹槽，所述第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽內(nèi)分別位置對應(yīng)地嵌入有原邊磁芯(6)和副邊磁芯(12)，所述原邊磁芯(6)和副邊磁芯(12)內(nèi)部分別位置對應(yīng)地嵌入有原邊繞組(7)和副邊繞組(13);所述原邊鋼殼(5)、原邊磁芯(6)與所述副邊鋼殼(11)、副邊磁芯(12)分別對應(yīng)的位置處留有一定間隙。
2.按照權(quán)利要求1所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述原邊鋼殼(5)與原邊磁芯(6)通過環(huán)氧樹脂灌固定，副邊鋼殼(11)與副邊磁芯(12)通過環(huán)氧樹脂灌固定，原邊繞組(7)與原邊磁芯(6)通過環(huán)氧樹脂灌固定，副邊繞組(13)與副邊磁芯(12)通過環(huán)氧樹脂灌固定。
3.按照權(quán)利要求1所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述原邊磁芯(6)軸向兩端設(shè)置有第一緩沖墊(10)和第二緩沖墊(18)，副邊磁芯(12)軸向兩端設(shè)置有第三緩沖墊(16)和第四緩存墊(19)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述原邊鋼殼(5)外緣采用外壁一端設(shè)有周向凸緣軸向截面為軸對稱的|_，，形結(jié)構(gòu)，所述副邊鋼殼(11)采用內(nèi)壁一端設(shè)有周向凸緣軸向截面為軸對稱的“「H ”形結(jié)構(gòu)；所述嵌入原邊鋼殼(5)內(nèi)的原邊磁芯(6)軸向一端通過所述第二緩沖墊(18)與原邊鋼殼(5)連接，該原邊磁芯(6)軸向另一端通過所述第一緩沖墊(10)連接有套裝固定在原邊鋼殼(5)上的第一擋板(9);所述嵌入副邊鋼殼(11)內(nèi)的副邊磁芯(12)軸向一端通過所述第四緩沖墊(19)與副邊鋼殼(11)連接，該副邊磁芯(12)軸向另一端通過第三緩沖墊(16)連接有固定在副邊鋼殼(11)上的筒狀第二擋板(15)。
5.按照權(quán)利要求1所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述原邊磁芯(6)外壁設(shè)有環(huán)狀凹槽，軸向截面沿軸向呈“工”字豎向一半形和副邊磁芯(12)內(nèi)壁設(shè)有環(huán)狀凹槽，軸向截面沿軸向呈“工”字豎向一半形。
6.按照權(quán)利要求1所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述間隙為1.5 4mm。
7.按照權(quán)利要求5所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述間隙為2mm。
8.按照權(quán)利要求1所述的適用于高溫高壓環(huán)境的無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于:所述原邊繞組(7)的導(dǎo)線穿過原邊磁芯(6)和原邊鋼殼(5)與固定在內(nèi)管上的原邊高壓插針(I) 一端連接，該原邊高壓插針(I)另一端連接與發(fā)電機及電源變換電路連接，所述副邊繞組(13)的導(dǎo)線穿過副邊磁芯(12)與固定在與副邊鋼殼(11)上的副邊高壓插針一端(2)連接，該副邊高壓插針(2)的另一端與電子變換電路及負載連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)變壓器，具體涉及一種適用于高溫、高壓環(huán)境的以無線電能傳輸?shù)男D(zhuǎn)變壓器。包括固定在內(nèi)管外壁上的原邊鋼殼，套在內(nèi)管外副邊鋼殼，原邊鋼殼外緣和副邊鋼殼內(nèi)緣分別嵌入固定有原邊磁芯和副邊磁芯，原邊磁芯和副邊磁芯內(nèi)部分別嵌入固定有原邊繞組和副邊繞組；原邊鋼殼和副邊鋼殼的軸向位置彼此對應(yīng)，原邊磁芯和副邊磁芯軸向位置彼此對應(yīng)，原邊繞組和副邊繞組軸向位置彼此對應(yīng)；包括分別對原邊繞組和副邊繞組進行環(huán)氧樹脂灌封處理形成的兩個氧樹脂灌封層；兩個氧樹脂灌封層軸向位置彼此對應(yīng)；原邊鋼殼、原邊磁芯、第一環(huán)氧樹脂灌封層與副邊鋼殼、副邊磁芯、第二環(huán)氧樹脂灌封層分別對應(yīng)的位置處留有一定間隙。本發(fā)明更為可靠、耐用。
文檔編號H01F38/18GK103093948SQ20111033264
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者蘇靜靜, 王毅, 劉會祥, 韓志富, 袁克敵, 羅翔 申請人:北京精密機電控制設(shè)備研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院