一种基于谐振耦合的无刷旋转构件供电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线供电技术领域，具体是一种基于谐振耦合的无刷旋转构件供电装置，主要用于为旋转设备提供电能，如固定在电机转子上的用电设备。
【背景技术】
[0002]谐振耦合式无刷供电是一种以无线电能传输、现代电力电子变换技术、自动控制等理论为基础的新型电能传输模式，具体表现为可以实现供电线路和用电电气设备之间的不经物理连接而进行能量的传输。
[0003]有刷供电是一种采用电刷同滑环之间进行物理摩擦来实现电能传导的方式，其关键部件为电刷与滑环，通电质量与电刷与滑环连通程度有很大关系。
[0004]其缺点有如下几个方面:
转动有噪音，当旋转体转动时，电刷同滑环之间会产生机械摩擦产生噪音。
[0005]有机械磨损，有刷供电方案属于接触式供电方案，电刷同滑环间因机械摩擦会产生磨损。
[0006]有使用寿命限制，电刷输电方式会因电刷磨损而有一个转数上限，超过转数上限后电刷同电极会由于接触不良而产生电火花，从而加速电刷磨损与老化。
[0007]供电不稳定，有刷供电方式因电刷摩擦时的氧化以及温升会导致线路电阻增大，线路损耗增加，传输到副边的能量减小，随着电刷使用时间的延长供电会越来越不稳定。
[0008]适应性差，如果长时间在潮湿、高温、高压、腐蚀的环境下使用有刷供电方式，会大大缩短电刷使用寿命。
[0009]需定期维护，对于电刷供电方案来说，使用者要经常对电刷、电极进行维护清洁，以延长电刷的使用寿命。
[0010]拆装不便，电刷供电方式因电刷需要同电极紧密接触，拆装起来比较复杂。
[0011 ]有转速限制，电刷供电方式下，电刷的寿命跟电刷同电极的相对速度的平方成反比。随着转速的提高，电刷的使用寿命会大大减少。标准规定只有3500——4500小时，实际的寿命还远低于标准值。
【发明内容】
[0012]为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于谐振耦合的无刷旋转构件供电装置，成本低、无噪音、无机械磨损、无使用寿命限制。
[0013]本发明是以如下技术方案实现的:一种基于谐振耦合的无刷旋转构件供电装置，包括原边部分和副边部分;所述的原边部分包括高频逆变电路，高频逆变电路连接有原边控制电路和能量发射电路;所述的副边部分包括能量接收电路，与能量接收电路连接的整流滤波电路，与整流滤波电路连接的DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接的副边控制电路；所述的能量发射电路和能量接收电路构成能量耦合电路;所述的能量发射电路由高频谐振电容Cp和松耦合变压器原边T-1串联组成;所述的能量接收电路谐振电容Cs和松耦合变压器的副边T-2并联组成;松耦合变压器原边T-1和松耦合变压器的副边T-2均有一磁芯，磁芯的中心有一圆形磁柱，圆形磁柱的中心设有通孔;松耦合变压器原边T-1的圆形磁柱上安装有主线圈；松耦合变压器的副边T-2的圆形磁柱上安装有副线圈；两个磁芯之间的间隙为D，D<5mm，圆形磁柱的内壁厚度为d，磁芯的磁通量为r，0.5<r<d/D。
[0014]优选的，所述的高频逆变电路包括开关管Ql、Q2、电阻Rl、R2以及电容Cl、C2;电阻Rl的一端连接电容Cl的一端以及开关管Ql的漏极，电容Cl的另一端连接电容C2的一端，电阻Rl的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电容C2的另一端以及开关管Q2源极，开关管Ql源极连接开关管Q2漏极，开关管Ql和开关Q2的栅极连接原边控制电路。
[0015]优选的，所述的原边控制电路包括信号调理电路，与信号调理电路连接的追频电路，与追频电路连接的死区电路，与死区电路连接的驱动电路;所述的信号调理电路采用电压比较器芯片LM339;所述的追频电路采用CMOS锁相环集成电路⑶4046;所述的死区电路采用两片四与非门74HC00芯片;所述的驱动电路采用驱动芯IR2110，驱动芯IR2110的14脚连接开关管Ql的栅极，驱动芯IR2110的8脚连接开关管Q2的栅极;主线圈的一端连接电容Cl和电容C2的公共端，主线圈的另一端连接驱动芯IR2110的12脚。
优选的，所述的整流滤波电路采用二极管D2、D3、D4、D5以及电解电容C3，二极管D2、D4的正极对应连接二极管D3、D5的负极，二极管D2、D4的正极连接电解电容C3的正极，二极管D3、D5的负极连接电解电容C3的负极，二极管D2的正极连接副线圈的一端，二极管D4的正极连接副线圈的另一端；
优选的，所述的DC/DC变换电路采用BUCK降压电路，包括开关管Q3、二极管D6、滤波电感L、滤波电容C4以及电阻R3、R4;开关管Q3的漏极连接电解电容C3的正极，开关管Q3的源极连接滤波电感L的一端以及二极管D6的负极，滤波电感L的另一端连接滤波电容C4的正极以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端、波电容C4的负极以及二极管D6的正极连接电解电容C3的负极，开关管Q3的栅极连接副边控制电路。
[0016]优选的，所述的副边控制电路采用电源驱动芯片UC3842，电源驱动芯片UC3842的6脚连接开关管Q3的栅极。
[0017]优选的，所述的二极管02、03、04、05均采用肖特基二极管冊1?30100(:。
[0018]本发明的有益效果是:具有成本低、无噪音、无机械磨损、无使用寿命限制等优势；在小功率直流非接触供电领域完全可以取代传统电刷供电方案，能够应用于生产生活中需要短距离非接触供电场合，具有广阔的市场前景。
【附图说明】
[0019]图1是本发明原理框图；
图2是松耦合变压器结构示意图；
图3是原边部分电路原理图；
图4是副边部分电路原理图；
图5是原边控制电路原理图；
图6是电压电流谐振波形；
图7是信号调理电路原理图；
图8是信号调理电路输入与输出波形； 图9是追频电路原理图；
图10是死区电路原理图；
图11是插入死区效果图；
图12是驱动电路原理图；
图13是副边控制电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，一种基于谐振耦合的无刷旋转构件供电装置分为原边和副边两大部分。原边的作用是将输入的直流电逆变成高频交流电再通过发射电路发射出去；副边的作用是将接收到的电能经过整流及调理为负载供电。原边部分包括高频逆变电路，高频逆变电路连接有原边控制电路和能量发射电路;所述的副边部分包括能量接收电路，与能量接收电路连接的整流滤波电路，与整流滤波电路连接的DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接的副边控制电路;所述的能量发射电路和能量接收电路构成能量耦合电路。
[0021]如图2-4所示，能量发射电路由高频谐振电容Cp和松耦合变压器原边T-1串联组成;所述的能量接收电路谐振电容Cs和松耦合变压器的副边T-2并联组成;松耦合变压器原边T-1和松耦合变压器的副边T-2均有一磁芯I，磁芯的中心有一圆形磁柱1-1，圆形磁柱1-1的中心设有通孔1-2;松耦合变压器原边T-1的圆形磁柱1-1上安装有主线圈2;松耦合变压器的副边T-2的圆形磁柱1-1上安装有副线圈3 ；两个磁芯之间的间隙为D，D<5mm，圆形磁柱1-1的内壁厚度为d，磁芯的磁通量为r，0.5〈r〈d/D。此外，圆形磁柱1_1的中心也可设置非导磁材料。
[0022]原边部分电路原理图如图3所示，主要包括高频逆变电路以及能量发射电路。高频逆变电路作用是将输入的直流电压逆变成频率达几十上百的高频交流电，由于本装置传输功率较小，考虑到成本、可靠性以及效率电路采用半桥逆变电路，开关管采用MOSFET管IRF640;能量发射电路将高频逆变电路输出的高频电压转化为交变的磁场传输到副边部分，主要由高频谐振电容Cp和松耦合变压器原边T-1串联组成。装置组装时原边固定在电机的端盖上，副边固定在电机转轴上随电机旋转。
[0023]副边部分电路原理图如图4所示，主要包括能量接收电路、整流滤波电路和BUCK降压电路三部分。其中能量接收电路负责感应接收原边传送过来的电能，由谐振电容Cs和松耦合变压器的副边T-2并联而成;整流滤波电路采用4片肖特基二极管MBR30100C和电解电容构成，负责将接收到的交变电压整成直流电压;最后一级电路为BUCK降压电路，由开关管Q3、肖特基二极管D6、滤波电感L和滤波电容C4组成，负责将前