[实用新型]电容耦合型非接触式电能传输装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种电容耦合型非接触式电能传输装置。

技术背景

在船舶产品型式检验中，会涉及到冲水、淋水、水压等试验项目，因此，试验环境经常处于潮湿多水状态，在这种环境下工作的机电设备的输电接口必须进行严密的防水密封才能使用，否则会发生漏电、短路等现象，引起设备损坏甚至伤及操作人员。采用非接触式电能传输方法，可以避免输电接口电路与潮湿环境直接接触，提高设备的安全性、可靠性。但是，目前通常采用的电磁感应式非接触式电能传输方法是采用将电能转换为磁场能进行传输。这种方法需要绕制耦合线圈，线圈在高频交流电情况下产生的交流电阻远远大于直流电阻，因此线圈发热严重，限制了其载流能力，且损失严重。另一方面，交变磁场会对外界环境产生严重的电磁干扰。因此，选择合适的方法，改善非接触式电能传输装置的传输性能是促进其发展的重要课题。

发明内容

   针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的提出一种适用于潮湿及水下环境应用的电容耦合型非接触式电能传输装置，为船舶产品检测试验中机电设备提供供电接口，使设备不仅能够适应潮湿的环境，还能够自由旋转，以适应设备工作过程中运动的需要，并避免对外界环境的电磁干扰，降低自身能量消耗。

为达到上述发明目的，本实用新型提出的电容耦合型非接触式电能传输装置采用金属极板耦合的方式，本装置包括同轴安装的电能发射组件和电能拾取组件两部分。

电能发射组件包括：底座转盘1、底座端盖2、电源转换电路板3、输入控制电路板4、第一发射电容极板5、第二发射电容极板6、第一发射电容极板涂层7、第二发射电容极板涂层8，发射电容极板涂层采用锆钛酸铅材料；底座转盘1与底座端盖2形成发射电路腔，电源转换电路板3与输入控制电路板4置于发射电路腔内，并将接收的外部输入电压转换为高频电压；第一发射电容极板5和第二发射电容极板6分别贴于底座转盘1的侧面与端面；第一发射电容极板涂层7和第二发射电容极板涂层8分别覆盖于两发射电容极板表面；电源转换电路板3的输出端与第一发射电容极板5、第二发射电容极板6连接形成连通电路，将转换的高频电压输送至两发射电容极板上。

电能拾取组件包括：端罩转盘9、端罩端盖10、整流电路板11、第一拾取电容极板12、第二拾取电容极板13、第一拾取电容极板涂层14、第二拾取电容极板涂层15，拾取电容极板涂层也采用锆钛酸铅材料；端罩转盘9与端罩端盖10形成拾取电路腔，整流电路板11置于拾取电路腔内，并与外部负载连接，输出稳定电压；第一拾取电容极板12与第二拾取电容极板13分别贴于端罩转盘9前端空腔内侧表面与底面，第一拾取电容极板涂层14和第二拾取电容极板涂层15分别覆盖于两发射电容极板表面；整流电路板11输入端与第一拾取电容极板12、第二拾取电容极板13连接形成连通电路，将耦合获得高频电压转换为稳定直流电压。

工作原理：电能发射组件中的第一发射电容极板5、第二发射电容极板6与相应的拾取组件的第一、第二电容拾取极板12、13形成两个耦合电容，且二者表面积相等，电容的两侧分别连接于电能发射组件与电能拾取组件的电路板上，形成交流传输通路；外部电源将电压输入至电能发射装置中的电源转换电路板3，并通过输入控制电路板4输出的控制信号，将输入电压转换为高频交变电压，连接于第一发射电容极板5、和第二发射电容极板6上，使两电极板上携带正负相反的电荷，同时通过电容耦合在拾取电容极板12和拾取电容极板13上也携带等量的相反性质电荷，电容极板之间的锆钛酸铅材料涂层具有很高的介电常数，可以增加电场强度，提高电能传输的能力。第一拾取电极板12和第二拾取电极板13通过耦合电场将电流输送至整流电路板11，将交流电通过整流滤波转换为稳定的直流电输送给外部负载。

电能发射组件中底座转盘1与电能拾取组件中端罩转盘9横截面为圆形，两侧可以绕同轴转动，以提高输电过程中运动能力；为了保证传输的稳定性，使装置侧面和端面形成的两个耦合电容大小相等，二个发射电容极板与二个拾取电容极板的表面积相等。

本实用新型的效果在于：

1、采用电容耦合方式实现非接触式电能传输，避免了电磁感应传输方式带来的线圈发热、电磁干扰等问题，且采用简单的连接结构，减小磨损，提高使用寿命，且使接口便于维修。

2、电能发射组件与拾取组件采用圆柱形结构，使用电设备在工作过程中可以自由旋转，而不会产生绕线。

3、采用锆钛酸铅材料做电容极板涂层，增强电场强度，提高极板之间的耦合程度以及系统的传输能力。

附图说明