关键字 |
| 雷竞技网页版非接触式电磁系统,一个IPT(归纳权力交接),磁屏蔽,旋转的应用 |
介绍 |
| 归纳权力交接(IPT)技术提供了一个很好的解决方案的转移powerto电气loadswith相对运动的固定电源[1,2]。这项新技术已被应用在不同的应用程序;每个人都有特定的规范和限制。等一系列的应用在电动汽车(EV)[3],[4]生物医学植入体,给出机器人[5]等,根据个人需求提出了几种方法。除了线性运动,一个特定的场景是把权力移交给旋转负荷。目前这是achievedusing机械装配一个利用导电碳刷在导电环旋转滑动。使用传统的一个组件基于直接机械接触通常是不可取的。雷竞技网页版由于其固有的高摩擦特征之间的接触画笔和移动导体通常导致高磨损,所以经常需要维护甚至全部更换,可以显著增加运营成本雷竞技网页版的应用,如风力涡轮机应用[6、7]。消除直接的机械接触,acontactless与同轴磁耦合图1所示的一个雷竞技网页版开发了PowerByProxi安装有限公司,目前作为一个风力涡轮机音高控制试验(8、9)。然而,在这个设计的主要环绕二次侧完全,导致系统固定的气隙和不对称的主要和次要。 In such a design, in addition to individual design procedures for each side, any changes in the air gap require a complete system redesign, which can be time consuming and costly. Moreover, if there is a barrier wall along the system shaft, the coaxial structure would not work. |
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| 提出了一种新的金属化孔类型非接触式电磁与一个相同的主要和次要磁结构。雷竞技网页版面对面的配置提出系统允许灵活的气隙,甚至可以当一个障碍墙位于中小学国。 |
提出了系统 |
| 图2显示了该面对面接触一个系统。雷竞技网页版它由两个相同的固定和可旋转部分由气隙和磁耦合的电隔离。因此,二级可以活动(线性或/和旋转)提供灵活性,机动性和安全性提供的负载。这是该系统的优势之一,包含线性和旋转运动的可能性中等比现有的同轴非接触式一个。雷竞技网页版此外,它的特性提供了面对面的可能性使用这样的设计和主以外,第二个障碍墙的另一边。然而,这是有可能的,如果围墙是由非磁性导电材料。 |
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| 主变换器用于初级侧产生高频交流电流过外部线圈(主要),产生一个交变电磁场。事实上,高频电源转换器提高功率传输特性的快速变化的磁场。提出系统,currentfed推挽式变换器零电压Zwitching (ZVS)操作是用来驱动初级线圈主要以恒定电流。时变场的存在在次级线圈产生电流,可以转化为力量和提供给负载。由于相互之间的磁耦合的初级和次级线圈,二次线圈的感应电动势是诱导形成二次电源的电压源。自两个线圈之间的磁耦合低而紧密耦合变压器,二次线圈的感应电压通常是不恰当的是美联储直接连接负载。然后二次转换器实现整流和功率转换根据负载要求。 |
等效电路和功率传输能力分析 |
| 在本节中电子模型,提出了一种非接触式一个提供一种改进的磁结构性能的分析,模拟,推导雷竞技网页版的数学方程将图磁组件的每个方面。IPT的系统即使权力交接出现在类似的方式与传统的变压器,有各种各样的原因,很难使用传统的等效电路模型系统[10]。而不是初级和次级线圈之间的交互使用互感模型描述,如图3所示。因为它可以看到一个次级线圈的电感L2相互耦合主要通过互感线圈载流I1 M [11]。注意,蜿蜒的损失提出了模型中不考虑。此外,气隙磁通的路径导致低通量密度会使磁心损耗非常小,所以核心组件损失也可能被忽视的准确性没有重大损失。 |
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| 非接触式一个系统的两个基本参数作为IPT系统开路电压Voc(获得当RL 雷竞技网页版=∞)和短路电流Isc(获得当RL = 0)给出, |
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| 互感M是磁结构的几何形状的函数,它可以被模拟,发现测量或建模的物理结构[12]。在图3的模型,反射电压Vr代表的总效应第二主面和由次级线圈内的电流和互感米的, |
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| 为了达到这个要求,次要的影响可以用等效阻抗反映后, |
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| 短路电流的另一方面,由输入阻抗被定义的开路电压Voc Z2, |
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| 结合(4)和(5),二次回的等效反射阻抗主要表示为, |
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| Z2的二次阻抗, |
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| 自从二次功率取决于所选择的传感器电路补偿拓扑中,反射的电阻和电抗的共振频率在主面是不同的系列和parallel-tuned次级线圈作为给定的表我[13]。从表可以看出我的反映阻抗series-tuned次级线圈是纯电阻,而parallel-tuned次级线圈也反映出电容组件。这是一个主要的串联和并联补偿二次线圈之间的区别。反射阻抗可以比较和结合初级线圈的阻抗。权力转移从主要到次要只是反映电阻(反映阻抗的实部)乘以平方初级电流由, |
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| 注意,权力转移到二次侧也可以计算的基础上,获得un-compensated权力(作为一个产品的挥发性有机化合物和Isc)[3]后, |
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| 在Qs二级功率传感器电路质量因素和不同取决于给定的二次优化拓扑, |
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| 尽管Qs越高,权力交接就越高;然而由于某种原因最大实际可行的Qs大约10 [14]。 |
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三维有限元模拟和分析 |
| 3 d有限元模式开发研究的磁行为提出一个系统使用JMAG包如图2 b所示。表2显示分配的仿真数据。通常在非接触式铝罩是用来雷竞技网页版保护一个系统杂散磁通线的轴。的杂散磁通线穿过轴产生涡流,因此产生热量的轴[15 - 17]。铝盾然而产生功率损耗,通常一个平衡设计。因此良好的功率损耗之间的妥协和轴保护在考虑设计。本文提出了一种磁屏蔽的方法使用一个软FFSX灵活的铁氧体材料。注意,灵活的铁氧体材料提出了屏蔽可在市场,几乎用于实验,提出了在第五部分[15]。因此,调查现有的磁屏蔽的影响方法和该方法,仿真研究是进行不同条件如表3所示。 |
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| 首先系统模拟没有任何轴以及磁屏蔽。un-compensated权力作为一个产品的挥发性有机化合物和Isc达到约93.36 VA。当一个钢轴被添加到系统,功率下降到78.8。这是因为约18.47%权力失去了在轴由于感生涡流。图4显示了模拟电流密度在轴由于感生涡流。最大电流密度达到2.4 x106内轴相比这是一个相当大的价值系统的最大电流密度约3.141 x106轴和最有可能产生大量热量。接下来,一个铝套管钢轴添加到系统。从图5 a的电流密度感应涡流的轴x104大大降低到6.5。然而的最大电流密度模拟系统是1.12 x107and铝罩内(见图5 b)。功率下降更约9.21%(27.68 - 18.47)通过添加铝盾牌。 |
| 铁氧体材料用于磁屏蔽时,功率从78.8增加了约3.11倍(轴)245.4 VA。使用铁氧体实际上提供了一个较低的磁路不愿为空气的磁通线,几乎做空一个双方之间的差距。这将提高磁耦合结构和结果增加互感,因此更大的转移阻抗(见Eqn.6)。系统具有高转移阻抗能够更多的权力转移到二次侧所(8),从图6可以看出,使用铁氧体盾完全覆盖边缘磁场的轴由于气隙轴附近。然而有一些与1.5 x106电流密度感应涡流的两端轴可以减轻通过扩展铁氧体盾牌。为了估算轴的功率损耗在这种情况下,删除轴和重复模拟只有铁氧体盾牌。能力达到约248 VA (33.76 V * 7.35)这意味着只有1.06%权力失去了在轴与铁氧体屏蔽。这力量是可以忽略的,不太可能对系统造成损害。最大通量密度模拟铁氧体屏蔽约0.1 t的情况仍远低于饱和限制使用铁氧体的0.5 t。这表明系统仍然可以驱动高功率不饱和的问题。 |
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| 图5模拟轴由一个铝时电流密度 |
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实际的结果 |
| 除了理论和有限元分析,提出系统的实际模型构建进行进一步的系统评估,如图7所示。实际尺寸和操作条件类似于发达有限元模型有一个合理的比较结果。可以看到,一组u型铁氧体磁芯的用于创建一个完整的铁氧体环轴。主要和次要是相同的,它们是throughhole类型,他们可以设计任何轴的直径。首先,系统测试轴静止时,然后是轴电力负荷一起安装在它是由一个电机速度高达1400 rpm为了研究旋转系统的性能的影响。这是观察到一次侧的系统参数保持不变,即旋转不影响系统的性能。这也是在电感测量验证。发现双方之间的互感系数是常数无论定位和二次侧的旋转。 |
| 表4显示了开路电压和短路电流的实际结果为各种情况下类似于模拟。开路电压和短路电流波形铁氧体屏蔽来自实验的情况是好的正弦如图8所示为115千赫。与铁氧体屏蔽的开路电压测量约36.85 V和6.48短路电流。这些值给约(36.85 * 6.48 = 236.83)弗吉尼亚州un-compensated权力。[14]所示,最大功率,可以转移到负载大约一半的un-compensated权力(≈0.5苏)。如果所需的功率大于这个值,那就有必要调整次级电感。在提出系统的实际模型,使用的利兹线(AWG12)可以处理最大电流约10.8 @40AC;因此,对于一个完全series-tuning情况下,系统的短路电流可以从6.48增加到10 Qs (≈1.55)。自次级电感(Lp = Ls = 4.5μH)和系统的频率已知参数,然后品质因数是由所连接的负载(10)。因此,约2.01Ω电阻负载连接到series-tuned二次侧。 According to (9), about (1.55*236.83 = 367 Watts) output power is measured at the load side. |
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| 指表3和表4;可以看出,有一个很好的协议之间的气隙的有限元方法和实验结果(= 5毫米)。这意味着该系统的准确性和可行性。这样一个系统的功率密度与图2 b中提到的尺寸相当优越在实践中,它可以用于重要力量在下一节详细的应用程序。 |
合适的应用 |
| 答:风力发电机控制系统 |
| 提出系统的一个重要应用是在风力涡轮机控制应用程序。这个控制系统是安装在涡轮的转动轴,用于控制桨叶角根据风的速度。风力发电机控制系统图9所示。一般来说,权力转移到这个系统通过传统的一个系统。正如前面所讨论的,运营成本会非常高,以防需要清洁或更换刷。因此,用一个非接触式的方法取代传统的一个系统为风力涡轮机应用程序会非常有利的。雷竞技网页版 |
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| b .发电励磁系统 |
| 一个IPT-basedc雷竞技网页版ontactless一个可以用于其他应用程序,如同步机励磁系统移交权力的转子绕组(参见图10)。使用这样的一个系统对励磁系统有很大的优势与目前使用的解决方案。首先,它消除了brush-system的直接接触和频繁的维护。雷竞技网页版另一方面,它能够将力量转移到静止轴与更快的响应比较rotating-diodes系统[9]。 |
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| c .机器人联合应用 |
| 传输功率在机器人关节的机械汽车报警器和灵活的电缆是不可取的。雷竞技网页版非接触式slipringsoffer很好的解决eliminatedirect机械接触或电缆扭曲达到360度自由旋转(18、19)。提出系统特别适合机器人关节固定墙沿轴的机械支持/障碍。 |
| d雷达的应用 |
| 拟议的非接触式的另一个重要的应用系统是一个从静态帧传输电力的机载雷达的框架。雷竞技网页版通常和其他呈现应用程序一样,权力转移是通过使用一个组件(20、21)。如果这可以使用非接触式无线来实现一个系统,它会有很大的好处,消除了静止和旋转部件之间的雷竞技网页版物理接触,减少维护。 |
结论 |
| 面对面本文提出了一种新的非接触式设计一个无线电力传输系统在旋转的应用。雷竞技网页版它已经表明,相比现有的同轴非接触式一个,面对面的类型更简单应对气隙变化。雷竞技网页版此外,它可能与障碍之间的墙的情况下使用固定和旋转。一个实际的系统构建和测试了一系列用品质因数调整功率传感器(QS) 1.55和输出功率367瓦的来验证该方法。人们已经发现,使用灵活的铁氧体材料屏蔽除了保护轴从杂散磁场系统的功率传输能力增加到3倍。 |
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