本發(fā)明涉及一種多通道非接觸無(wú)線供電裝置，適用于對(duì)旋轉(zhuǎn)部件、機(jī)器關(guān)節(jié)、速度轉(zhuǎn)臺(tái)等旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合的非接觸電能傳輸，屬于變壓器或電能變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的機(jī)械滑環(huán)被廣泛應(yīng)用于一些需要向旋轉(zhuǎn)體供電的特殊場(chǎng)合，比如風(fēng)力發(fā)電變漿距系統(tǒng)、機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、礦井油田探測(cè)系統(tǒng)、CT醫(yī)療系統(tǒng)等場(chǎng)合。但是由于機(jī)械滑環(huán)固有的機(jī)械摩損，需要定期維護(hù)或者更換電刷套件，增加了運(yùn)行成本。而在航空航天等特殊領(lǐng)域，頻繁的維護(hù)與更換是不現(xiàn)實(shí)的。同時(shí)，傳統(tǒng)的接觸式供電系統(tǒng)由于摩擦和裸露導(dǎo)體，容易產(chǎn)生接觸火花，在礦井油田等易燃易爆場(chǎng)合存在很大的安全隱患。早在19世紀(jì)70年代，E.E.Landsman,“RotaryTransformerDesign”Proc.PowerConditioning,pp.139-152,1970提出一種基于電磁感應(yīng)技術(shù)的非接觸滑環(huán)，應(yīng)用于太陽(yáng)能陣列驅(qū)動(dòng)裝置（SADA），使能量通過(guò)無(wú)線的方式從旋轉(zhuǎn)的太陽(yáng)能電池板傳遞給衛(wèi)星。由于非接觸供電系統(tǒng)的供電側(cè)和受電側(cè)沒(méi)有物理連接，克服了傳統(tǒng)的接觸式供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)而得到廣泛研究和應(yīng)用。自此，非接觸滑環(huán)的研究與開(kāi)發(fā)得以重視，新的非接觸滑環(huán)結(jié)構(gòu)不斷被提出。非接觸滑環(huán)本質(zhì)上就是一種特殊的變壓器，區(qū)別于傳統(tǒng)變壓器的是其原邊與副邊之間有一定的氣隙，原邊與副邊之間可以相對(duì)自由運(yùn)動(dòng)。但是，原邊磁芯與副邊磁芯之間的氣隙使得變壓器主磁路的磁阻增加，原邊與副邊之間的互感減小，漏感增加，原邊的能量不能很好的傳遞到副邊。相對(duì)傳統(tǒng)的變壓器，單個(gè)的非接觸滑環(huán)傳遞的能量有限，不能滿足一些需要傳遞大功率能量的場(chǎng)合需要。因此，多通道的非接觸供電系統(tǒng)得以提出。另外，在航空航天等特殊領(lǐng)域，多通道的非接觸供電系統(tǒng)有助于提高系統(tǒng)的冗余度。多通道非接觸滑環(huán)主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是軸向排列多通道結(jié)構(gòu)，一種是徑向排列多通道結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)的繞組都采用集中繞制方式。軸向排列多通道結(jié)構(gòu)是將多個(gè)單通道非接觸滑環(huán)沿著軸向排列，各單通道滑環(huán)結(jié)構(gòu)完全相同。整個(gè)滑環(huán)的直徑與單通道滑環(huán)相等，但是其軸向長(zhǎng)度隨著通道數(shù)的增加而變大。徑向排列多通道結(jié)構(gòu)是指將多個(gè)單通道非接觸滑環(huán)沿著徑向排列（內(nèi)、外環(huán)設(shè)置），各單通道滑環(huán)結(jié)構(gòu)相似，原、副邊對(duì)應(yīng)位置的磁芯的軸向及徑向長(zhǎng)度相等，但外環(huán)單通道半徑大，內(nèi)環(huán)單通道半徑小，整個(gè)滑環(huán)的軸向長(zhǎng)度與單通道滑環(huán)相等，而半徑隨著通道數(shù)的增加而變大。因此，軸向排列多通道結(jié)構(gòu)適用于軸向空間較大而徑向空間受限的場(chǎng)合；徑向排列多通道結(jié)構(gòu)適用于軸向空間受限而徑向空間較大的場(chǎng)合。軸向排列多通道結(jié)構(gòu)的各單通道滑環(huán)結(jié)構(gòu)完全相同，電感、耦合系數(shù)等特性基本沒(méi)有差異；對(duì)于徑向排列多通道結(jié)構(gòu)，相對(duì)內(nèi)環(huán)單通道滑環(huán)而言，外環(huán)單通道滑環(huán)的半徑較大，在磁芯的軸向及徑向長(zhǎng)度相等的情況下，外環(huán)的主磁路截面積遠(yuǎn)大于內(nèi)環(huán)，導(dǎo)致外環(huán)的主磁路的磁阻小于內(nèi)環(huán)，從而使得外環(huán)的電感、耦合系數(shù)等參數(shù)大于內(nèi)環(huán)。如何減小副邊單元各路輸出之間的特性差異，盡量使得電感、耦合系數(shù)等相等，成為徑向排列多通道結(jié)構(gòu)得以廣泛推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)上述徑向排列多通道非接觸滑環(huán)繞組的繞制方法，設(shè)計(jì)一種副邊繞組分布式繞制的徑向多通道非接觸滑環(huán)，以改善各單通道滑環(huán)輸出之間存在的特性差異；同時(shí)，輸出路數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行靈活調(diào)整；而傳統(tǒng)的多通道滑環(huán)，輸出路數(shù)只能等于通道數(shù)。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：一種副邊繞組分布式繞制的徑向多通道非接觸滑環(huán)，主要包括中軸、屏蔽層和多通道滑環(huán)，多通道滑環(huán)包括原邊單元和副邊單元，原邊單元與副邊單元之間留有氣隙，副邊單元的每個(gè)通道的磁芯窗口中放置N匝繞組，N取≥2的整數(shù)，副邊繞組繞制時(shí)，分別從每個(gè)通道中選擇M匝繞組，M取1≤M<N范圍內(nèi)整數(shù)，副邊繞組繞制時(shí)，分別從每個(gè)通道中選擇M匝繞組，1≤M<N，按內(nèi)外順序依次串聯(lián)形成一路輸出，如此形成分布式繞制的多路輸出，當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，M取1；當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，M可取N的約數(shù)。如此形成N/M路輸出，輸出路數(shù)可通過(guò)M進(jìn)行靈活調(diào)整。（N,M可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇）本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：采用三通道滑環(huán)，副邊單元每個(gè)通道的磁芯窗口中各設(shè)有六匝繞組，繞制時(shí)三個(gè)通道中各選二匝繞組相串聯(lián)，組合形成一路輸出，如此形成三路輸出。采用三通道滑環(huán)，副邊單元每個(gè)通道的磁芯窗口中各設(shè)有六匝繞組，繞制時(shí)三個(gè)通道中各選三匝繞組相串聯(lián)，組合形成一路輸出，如此形成二路輸出。采用雙通道滑環(huán)，副邊單元兩個(gè)通道的磁芯窗口中各設(shè)有兩匝繞組，繞制進(jìn)內(nèi)環(huán)通道的一匝繞組與外環(huán)通道的一匝繞組相串聯(lián)，組合形成一路輸出，內(nèi)環(huán)通道的另一匝繞組與外環(huán)通道的另一匝繞組相串聯(lián)，組合形成另一路輸出。原邊單元作為非接觸滑環(huán)的供電側(cè)，副邊單元作為非接觸滑環(huán)的受電側(cè)；其中供電側(cè)旋轉(zhuǎn)，或受電側(cè)旋轉(zhuǎn)。原邊磁芯和/或副邊磁芯采用完整磁芯結(jié)構(gòu)或分立磁芯拼裝式結(jié)構(gòu)。原、副邊磁芯選用硅鋼片、鐵氧體、微晶、超微晶或坡莫合金材料；原、副邊繞組的導(dǎo)線選用實(shí)心導(dǎo)線、Litz線、銅箔或者PCB繞組。本發(fā)明與現(xiàn)有的徑向多通道滑環(huán)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)：1、本發(fā)明通過(guò)改變非接觸滑環(huán)副邊的多匝繞組的繞制方式，即變集中繞制為分布式繞制，使得副邊單元各路輸出之間的電感、耦合系數(shù)基本相等，輸出特性一致。2、本發(fā)明以徑向排列兩通道非接觸滑環(huán)為例，其副邊繞組采用分布式繞制方式，使得兩路輸出的電感、耦合系數(shù)基本相等。3、本發(fā)明通過(guò)采用副邊繞組分布式繞制方式，使得副邊形成N/M（N為每個(gè)通道內(nèi)繞組匝數(shù)，M為從每個(gè)通道取出的匝數(shù)）路輸出，N確定的情況下，輸出路數(shù)可通過(guò)M進(jìn)行靈活調(diào)整；而傳統(tǒng)的非接觸多通道滑環(huán)，輸出路數(shù)只能等于通道數(shù)。附圖說(shuō)明附圖1是本發(fā)明徑向兩通道非接觸滑環(huán)三維立體截面圖。圖中：101-（外環(huán)通道）原邊磁芯；102-（內(nèi)環(huán)通道）原邊磁芯；103-（外環(huán)通道）副邊磁芯；104-（內(nèi)環(huán)通道）副邊磁芯；105-（外環(huán)通道）原邊繞組；106-（內(nèi)環(huán)通道）原邊繞組；107-（外環(huán)通道半徑較大）副邊繞組；108-（外環(huán)通道半徑較?。└边吚@組；109-（內(nèi)環(huán)通道半徑較大）副邊繞組；110-（內(nèi)環(huán)通道半徑較?。└边吚@組；111-中軸；112-鋁屏蔽層；113-（原邊單元與副邊單元之間）氣隙。其中，101與103構(gòu)成的外環(huán)通道的主磁路截面積較大，磁阻較??；102與104構(gòu)成的內(nèi)環(huán)通道的主磁路截面積較小，磁阻較大。附圖2是原、副邊磁芯和繞組的組裝示意圖。附圖3是本發(fā)明繞組分布式繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的軸向截面尺寸圖。具體實(shí)施方式附圖非限制性公開(kāi)了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施實(shí)例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述如下。實(shí)施例一：功能MT4。本發(fā)明副邊繞組分布式繞制的徑向三通道非接觸滑環(huán)，主要包括中軸、屏蔽層和三通道滑環(huán)，三通道滑環(huán)分別包括原邊單元和副邊單元。副邊單元中，每個(gè)通道的磁芯窗口中放置6匝繞組，從每個(gè)通道的磁芯窗口內(nèi)選擇2匝（或3匝）繞組依次串聯(lián)形成一路輸出，如此形成3路輸出（或2路輸出）。實(shí)施例二：功能MT4。本發(fā)明副邊繞組分布式繞制的徑向三通道非接觸滑環(huán)，主要包括中軸、屏蔽層和三通道滑環(huán)，三通道滑環(huán)分別包括原邊單元和副邊單元。副邊單元中，每個(gè)通道的磁芯窗口中放置5匝繞組，從每個(gè)通道的磁芯窗口內(nèi)選擇1匝繞組依次串聯(lián)形成一路輸出，如此形成5路輸出。實(shí)施例三：如圖1所示，本發(fā)明徑向兩通道非接觸滑環(huán)其原副邊磁芯分別由分立的磁芯拼裝而成，其內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道的軸向截面完全一致。附圖1中，本發(fā)明徑向兩通道非接觸滑環(huán)包括內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道，內(nèi)外兩個(gè)通道同軸環(huán)繞中軸111及鋁屏蔽層112。徑向兩通道非接觸滑環(huán)包括原邊單元和副邊單元，原邊單元和副邊單元之間留有氣隙113。外環(huán)通道（也稱第一通道）的原邊單元包括原邊磁芯101和繞制在原邊磁芯上的原邊繞組105；外環(huán)通道的副邊單元包括副邊磁芯103和繞制在副邊磁芯上的副邊繞組107和108。內(nèi)環(huán)通道（也稱第二通道）的原邊單元包括原邊磁芯102和繞制在原邊磁芯上的原邊繞組106，內(nèi)環(huán)通道的副邊單元包括副邊磁芯104和繞制在副邊磁芯上的副邊繞組109和110。原邊繞組105和106采用集中繞制方式，副邊繞組107，108，109和110采用分布繞制方式。副邊繞組采用分布繞制方式，即副邊繞組107和110串聯(lián)組成第一路輸出，副邊繞組108和109串聯(lián)組成第二路輸出，附圖1所示的結(jié)構(gòu)就是本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)。本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的組裝示意圖如圖2所示。實(shí)施例四：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)：原副邊磁芯和繞組可參考附圖1，原邊繞組105和106采用集中繞制方式，副邊繞組107，108，109和110采用集中繞制方式，外環(huán)為稱第一通道，內(nèi)環(huán)稱第二通道。副邊繞組采用集中繞制方式時(shí)，副邊繞組107和108串聯(lián)組成第一路輸出，副邊繞組109和110串聯(lián)組成第二路輸出時(shí)，可得到傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)。測(cè)試實(shí)例：威者丈整磁芯結(jié)構(gòu)或分立磁芯拼裝式結(jié)構(gòu)參見(jiàn)附圖3，是本發(fā)明的實(shí)施例三的繞組分布式繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的軸向截面尺寸圖。具體設(shè)計(jì)尺寸為：滑環(huán)外徑為190mm，高26mm，原邊單元與副邊單元的氣隙間距為10mm，中軸直徑為62mm，鋁屏蔽層外徑為78mm，厚度為5mm，磁芯厚度為5mm。單個(gè)通道的原邊繞組匝數(shù)設(shè)為1匝，單個(gè)通道的副邊繞組匝數(shù)設(shè)為2匝。仿真環(huán)境為：靜磁場(chǎng)仿真，磁芯材料為鐵氧體，原邊繞組的勵(lì)磁電流為10A，頻率為60kHz，副邊繞組開(kāi)路。同樣，實(shí)施例四的傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)也采用上述尺寸設(shè)計(jì)，作為對(duì)比。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：參見(jiàn)表1，2，3，4，是傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)與本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)Ansoft3D仿真得到的電感參數(shù)及耦合系數(shù)，電感的單位為μH。其中，表1是傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的互感和自感，表2是傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的耦合系數(shù)，表3是本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的互感和自感，表4是本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的耦合系數(shù)。表1：傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的互感和自感互感/自感原邊105,106第一通道107,108第二通道109,110原邊105,1061.22370.801720.3832第一通道107,1080.801724.4646-1.3508第二通道109,1100.3832-1.35083.1489表2：傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的耦合系數(shù)耦合系數(shù)原邊105,106第一通道107,108第二通道109,110原邊105,10610.3430.19521第一通道107,1080.3431-0.36239第二通道109,1100.19521-0.362391表3：本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的互感和自感互感/自感原邊105,106第一通道107,110第二通道108,109原邊105,1061.22370.6040.58092第一通道107,1100.6041.35991.1206第二通道108,1090.580921.12061.295表4：本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的耦合系數(shù)耦合系數(shù)原邊105,106第一通道107,108第二通道109,110原邊105,10610.468220.46148第一通道107,1080.4682210.8441第二通道109,1100.461480.84411由表1，2可見(jiàn)，傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的副邊第一路和第二路的自感分別為4.4646μH和3.1489μH，原邊與第一路和第二路的互感分別為0.80172μH和0.3832μH，耦合系數(shù)分別為0.343和0.19521。即，兩路輸出的自感、與原邊的互感和耦合系數(shù)不均衡，數(shù)值差異較大。由表3，4可見(jiàn)，本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的副邊第一路和第二路的自感分別為1.3599μH和1.295μH，原邊與第一路的和第二路的互感分別為0.604μH和0.58092μH，耦合系數(shù)分別為0.46822和0.46148。即，兩路輸出的自感、與原邊的互感和耦合系數(shù)均衡，數(shù)值基本相等。綜合以上對(duì)比分析可見(jiàn)，相比于傳統(tǒng)的徑向兩通道非接觸滑環(huán)，本發(fā)明的繞組分布繞制的徑向兩通道非接觸滑環(huán)的兩路輸出的電感、耦合系數(shù)基本相等，輸出特性一致。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的權(quán)利要求之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3