БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
CONTACTLESS ELECTRIC POWER TRANSMISSION DEVICE

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.
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.
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.
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.
На чертеже представлена функциональная схема бесконтактного устройства передачи электрической энергии.
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.
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.
Бесконтактное устройство передачи электрической энергии работает следующим образом.
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.
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.
При расстыковке сердечника 1 и вставки 5 размыкаются контакты 12, 13, выход источника 4 отключается от обмотки 3 и передача энергии прекращается.
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.
К достоинствам предлагаемого устройства относятся также простота и универсальность его конструкции.