[发明专利]一种谐振频率自适应的非接触电能传输装置

说明书

本发明涉及一种短间隔距离下的非接触式电能传输装置。可实现静止体与旋转体之间的非接触式电能传送。本发明通过实时检测电流曲线的变化状态，实现谐振频率的自适应控制。与传统谐振式无线电能传输相比，能够在负载和环境分布参数发生变化的情况下，通过电流变化趋势自动快速调整谐振频率，从而保证无线电能传输的效率始终处于最佳状态。

技术领域

本发明属于工业自动控制领域，特别是涉及一种用于电机定转子之间实现电能非接触传输的装置，通过该装置可以非接触式的实现对旋转转子上的各类测量电路提供电能。

背景技术

发电厂大中型电机，尤其是辅助电机系统，由于启动频繁、谐波场复杂等原因引起导条温度升高，最终发生断条的故障较多。电动汽车在夏季高温工作环境中由于发热引起的故障也频繁发生。如果温度检测系统能够随时了解电机转子表面各点的温度，就可以有效地预防这类故障的发生。常规测量物体表面温度的方法，是在物体表面预埋温度传感器，将温度传感器测得的模拟值转换为温度的数字量实现温度测量。由于电机转子是高速旋转的，只能通过滑环等连接方式将外部电源输送到转子表面的温度传感器，并将温度测量值传送到电机外部。但是，电机工作在高速旋转的过程中，滑环内外环的接触部件会由于摩擦和振动产生火花，引起发热，同时电机本体振动等因素也会使数据信号发生抖动，降低了信号的电能传输的可靠性，需要频繁更换内外环滑动摩擦的易损件，提高了使用成本，最终影响电机的正常安全运行。

目前有通过松耦合变压器实现电能和数据的无线传输。松耦合变压器通过一次侧与二次侧的松耦合互感实现能量和数据的交互，由于松耦合变压器工作在大气隙状态下，其漏感占比非常高，导致工作效率较低。电能需求量较高的情况下，松耦合变压器自身的温升较高。而且松耦合变压器是由磁芯和线圈的缠绕而成的，导致体积较大，所以不适合对安装空间有限制的电机。

因此设计一种低成本非接触式电能传输装置、可以电机转子测温等电路提供电源，具有十分重要的应用价值。

发明内容

本发明提出了一种非接触式传输电能的方法。对于安装在电机旋转的转子或其他轴向旋转的物体上安装的电子元件，可以通过本装置以非接触式的方式从外部获得电能，从而为旋转设备的用电需求提供了切实可行的解决方案。

本发明技术方案：

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例提供的一种可用于发电机转子的非接触式电能传输装置的结构原理图。

如图2所示本非接触式电能传输装置包括两个电路板，一个电路板是磁谐振电能发送单元安装在相对于电源静止的物体上，例如电机的定子端盖等位置(本发明中称之为定子侧电路)，另一个电路板是磁谐振电能接收单元安装在旋转体上，例如电机的转子轴上或者转子轴的端面等位置(本发明中称为转子侧电路)，两套电路之间可以实现10mm的空间间隔。

图2中①为转子侧电路板；包括磁谐振电能接收电感线圈、整流电路、稳压电路；②为定子侧电路板，依次包含磁谐振电能发送电感线圈、谐振电容器、电流采样电阻、噪声滤波电路、电流采样信号放大电路、单片机AD转换及谐振频率自适应控制单元、IGBT驱动电路等。

如图3所示为磁谐振电能发送电路原理图，定子侧电路板上设有一个谐振电感 L1和谐振电容C1的并联谐振回路，其并联导纳的计算公式为公式(1)

当导纳的虚部为零时，电路表现为纯阻性。频率ω由公式(2)决定：