RU2610145C2

RU2610145C2 - Contactless electric power transmission device

Info

Publication number: RU2610145C2
Application number: RU2015127159A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Олеговна Гринева; Александр Михайлович Китаев; Михаил Васильевич Тепляков; Маргарита Дамировна Хазиева
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-02-08
Also published as: RU2015127159A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, to devices for contactless transmission of energy in water between a carrier ship and a deep submergence vehicle. Device comprises arranged on a carrier ship: an AC voltage source and a rod core, in one of the rods of which there is a cutout, and on the opposite rod there is a winding connected with the AC voltage source. Device also includes an insert from the same ferromagnetic material as the core, onto which its own winding is wound connected to the load on the submersible vehicle. Cutout and the insert have a trapezoidal section. Insert is provided with thrusts. At the edges of the cutout there are limit switches, in-series connected contacts of which are connected to control inputs of the AC source.

EFFECT: technical result is improvement of efficiency of energy transfer due to increased accuracy and reliability of coupling the core and the insert.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам бесконтактной передачи электрической энергии на подводный объект от источника, находящегося на судне-носителе или другом подводном объекте.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for the contactless transmission of electrical energy to an underwater object from a source located on a carrier vessel or other underwater object.

Известно устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (патент RU 2502170, МПК H02J 3/18, 20.12.2013), состоящее из опускаемого под воду блока инвертора и размещенного на подводном объекте блока выпрямителя. Блок инвертора содержит первичную обмотку трансформатора повышенной частоты, а блок выпрямителя - вторичную обмотку этого трансформатора. При этом одни торцы обмоток трансформатора плотно прилегают к изоляционным стыковочным стенкам, а другие торцы снабжены магнитными экранами из непроводящего материала с высокой магнитной проницаемостью. Недостаток устройства заключается в отсутствии у трансформатора замкнутого магнитного сердечника, не обеспечивающего эффективной передачи энергии из одной обмотки трансформатора в другую. Кроме того, конструкция устройства не гарантирует надежного сочленения обеих половин трансформатора и не вырабатывает сигнал, подтверждающий успешное завершение этой операции.A device for contactless transmission of electricity to an underwater object (patent RU 2502170, IPC H02J 3/18, 12/20/2013), consisting of an inverter unit lowered under water and a rectifier unit located on an underwater object, is known. The inverter unit contains the primary winding of the high frequency transformer, and the rectifier unit contains the secondary winding of this transformer. At the same time, some ends of the transformer windings fit snugly against the insulating docking walls, while other ends are equipped with magnetic screens of non-conductive material with high magnetic permeability. The disadvantage of this device is that the transformer does not have a closed magnetic core that does not provide efficient energy transfer from one transformer winding to another. In addition, the design of the device does not guarantee reliable articulation of both halves of the transformer and does not generate a signal confirming the successful completion of this operation.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является бесконтактная система передачи электрической энергии (патент US 6963263, МПК H01F 17/06, 8.11.2005), содержащая стержневой сердечник из ферромагнитного материала, на одном из стержней которого намотана обмотка, подключенная к источнику питания, а в противоположном стержне сделан вырез под вставку из того же ферромагнитного материала. Размеры вставки соответствуют размерам выреза в сердечнике. Вокруг вставки намотана своя обмотка, подключенная к нагрузке. Недостатком устройства является возможность неполного или избыточного вхождения вставки в сердечник (иначе говоря, отсутствие надежной фиксации вставки в сердечнике), что приводит к снижению эффективности передачи энергии. Кроме того, в известном устройстве стыковка вставки с сердечником возможна при активированном (включенном) источнике питания, что может приводить к искрению между ними.Closest to the proposed device is a non-contact electrical energy transmission system (patent US 6963263, IPC H01F 17/06, 8/8/2005) containing a core made of ferromagnetic material, one of the rods of which is wound with a winding connected to a power source, and in the opposite the core is made a cutout for an insert of the same ferromagnetic material. The dimensions of the insert correspond to the size of the cutout in the core. Around the insert is wound its own winding connected to the load. The disadvantage of this device is the possibility of incomplete or excessive entry of the insert into the core (in other words, the lack of reliable fixation of the insert in the core), which reduces the efficiency of energy transfer. In addition, in the known device, the docking of the insert with the core is possible with the activated (switched on) power source, which can lead to sparking between them.

В рассматриваемом устройстве предлагается оптимизировать форму выреза и вставки для обеспечения надежной и точной фиксации их относительно друг друга, а также сформировать сигнал, подтверждающий успешное завершение этого процесса.In the device under consideration, it is proposed to optimize the shape of the cut-out and insert to ensure reliable and accurate fixation of them relative to each other, as well as generate a signal confirming the successful completion of this process.

На чертеже представлена функциональная схема бесконтактного устройства передачи электрической энергии.The drawing shows a functional diagram of a contactless device for transmitting electrical energy.

Устройство содержит стержневой сердечник 1 из ферромагнитного материала, в одном из стержней которого сделан вырез 2, а вокруг другого - намотана обмотка 3, подключенная к источнику 4 переменного тока. Устройство включает в себя также вставку 5 из того же ферромагнитного материала, что и сердечник 1. Размеры вставки 5 соответствуют вырезу 2 в сердечнике 1. Вокруг вставки намотана своя обмотка 6, подключенная к нагрузке 7. Края выреза 2 в сердечнике 1 опрессованы насадками 8 из изоляционного материала с низким коэффициентом трения (например, фторопласта). Сердечник 1 с источником 4 являются принадлежностью судна-носителя, а вставка 5 и нагрузка 7 - подводного аппарата.The device contains a core core 1 of ferromagnetic material, in one of the rods of which a cutout 2 is made, and around the other a winding 3 is wound, connected to an AC source 4. The device also includes an insert 5 of the same ferromagnetic material as the core 1. The dimensions of the insert 5 correspond to a cutout 2 in the core 1. Around the insert is wound its own winding 6 connected to the load 7. The edges of the cutout 2 in the core 1 are pressed with nozzles 8 of insulating material with a low coefficient of friction (for example, fluoroplastic). The core 1 with source 4 is the accessory of the carrier vessel, and insert 5 and load 7 are the underwater vehicle.

Устройство отличается тем, что вырез и вставка имеют трапецевидное сечение, обеспечивающее надежное сочленение сердечника 1 и вставки 5. Кроме того, на основании вставки 5 расположены упоры 9, а на внешних краях выреза 2 установлены соответствующие им концевые выключатели 10, 11. Последовательно (по схеме логической операции «И») соединенные контакты 12, 13 выключателей 10, 11 подключены к управляющим входам источника 4.The device is characterized in that the cut-out and the insert have a trapezoidal cross-section, which provides reliable articulation of the core 1 and the insert 5. In addition, stops 9 are located on the base of the insert 5, and limit switches 10, 11 are installed on the outer edges of the cut-out 2. the logical operation circuit "AND") connected contacts 12, 13 of the switches 10, 11 are connected to the control inputs of the source 4.

Бесконтактное устройство передачи электрической энергии работает следующим образом.Contactless device for transmitting electrical energy works as follows.

При отстоящих друг от друга сердечнике 1 и вставке 5 магнитная связь между обмотками 3 и 6 отсутствует, контакты 12, 13 выключателей 10, 11 разомкнуты и источник 4 отключен от обмотки 3. В этом случае передачи электрической энергии от источника 4 к нагрузке 7 не происходит.When the core 1 and insert 5 are spaced apart, there is no magnetic coupling between windings 3 and 6, contacts 12, 13 of switches 10, 11 are open and source 4 is disconnected from winding 3. In this case, there is no transmission of electric energy from source 4 to load 7 .

При полном вводе вставки 5 в вырез 2 сердечника 1 практически полностью восстанавливается магнитная цепь трансформатора, образованная сердечником 1 и вставкой 5. Одновременно с этим упоры 9 вставки 5 воздействуют на выключатели 10, 11, которые замыкают свои контакты 12, 13, подключенные к управляющим входам источника 4 переменного тока. Контакты 12, 13 могут, например, замыкать цепь питания контактора, содержащегося в источнике 4, через замкнувшиеся силовые контакты которого выход источника 4 подключается к обмотке 3. В результате по окончании процесса стыковки вставки 5 и сердечника 1 обеспечивается эффективная передача энергии от источника 4 к нагрузке 7.When insert 5 is completely inserted into the cut-out 2 of core 1, the magnetic circuit of the transformer formed by core 1 and insert 5 is almost completely restored. At the same time, the stops 9 of insert 5 act on the switches 10, 11, which close their contacts 12, 13 connected to the control inputs 4 AC source. The contacts 12, 13 can, for example, close the power circuit of the contactor contained in the source 4, through the closed power contacts of which the output of the source 4 is connected to the winding 3. As a result, at the end of the joining process, the inserts 5 and core 1 provide efficient energy transfer from the source 4 to load 7.

При расстыковке сердечника 1 и вставки 5 размыкаются контакты 12, 13, выход источника 4 отключается от обмотки 3 и передача энергии прекращается.When the core 1 and insert 5 are undocked, the contacts 12, 13 open, the output of the source 4 is disconnected from the winding 3 and the energy transfer stops.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает надежную стыковку (без смещений и перекосов) двух разъемных частей трансформатора, передающего энергию. С одной стороны, за счет трапециевидной формы выреза и вставки предотвращается слишком глубокий ввод вставки в вырез, а с другой, за счет упоров и концевых выключателей передача энергии становится невозможной при недостаточно полном вводе вставки в вырез. Кроме того, содержащиеся в устройстве концевые выключатели подключают источник питания к обмотке трансформатора только после успешного завершения стыковки. Это снижает вероятность образования искры при проведении стыковки.Thus, the proposed device provides a reliable connection (without displacements and distortions) of two detachable parts of the transformer that transfers energy. On the one hand, due to the trapezoidal shape of the cut-out and insert, the insert is inserted too deep into the cutout, and on the other hand, due to stops and limit switches, energy transfer becomes impossible if the insert is not fully inserted into the cut-out. In addition, the limit switches contained in the device connect the power source to the transformer winding only after the successful completion of the connection. This reduces the likelihood of sparks during docking.

К достоинствам предлагаемого устройства относятся также простота и универсальность его конструкции.The advantages of the proposed device also include the simplicity and versatility of its design.

Claims

A non-contact electric energy transmission device containing a core core made of ferromagnetic material, a cutout is made in one of the rods, and a winding connected to an AC voltage source and an insert of the same ferromagnetic material are wound around the opposite rod, corresponding in size to the cutout in the core and around which has its own winding connected to a load, characterized in that the cutout and insert have a trapezoidal cross section, stops are located on the base of the insert, and Limit switches corresponding to them are installed at the outer edges of the cutout, the contacts of which are connected in series to the control inputs of the AC voltage source.