專利名稱：一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸能量傳輸裝置，尤其是一種飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)中的非
接觸能量傳輸裝置。
背景技術(shù)：
飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)是一種對輪胎內(nèi)部的氣壓進(jìn)行監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)總線和顯示
器向機組人員或維護人員提供輪胎的實際壓力，可對輪胎的壓力異常進(jìn)行告警，并可根據(jù)
駕駛員指令對飛機輪胎壓力進(jìn)行調(diào)控的裝置，它是保證飛機安全的一項新技術(shù)。在日常維
護中，該系統(tǒng)也可免去對輪胎壓力進(jìn)行地面人工測量，減輕對輪胎的維護工作量。 飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)中機輪內(nèi)監(jiān)測模塊位于機輪上隨機輪一起高速旋轉(zhuǎn)，工作
環(huán)境惡劣，需要承受高低溫、水氣腐蝕、鹽霧腐蝕、沙塵、強振動、大離心力等苛刻條件，因此
其供電是一個技術(shù)難題。 目前旋轉(zhuǎn)部件供電主要有以下幾種方法1)采用滑環(huán)供電；2)采用電池供電；3) 非接觸能量傳輸供電。 滑環(huán)屬于滑動電接觸范疇，是實現(xiàn)兩個相對轉(zhuǎn)動部件電能傳輸?shù)木苎b置，但在
飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)中，摩擦、震動、接觸火花和積碳等因素限制了其應(yīng)用。 另一種方法是通過電池供電，發(fā)表于《計算機測量與控制》的文章《飛機輪胎壓力
監(jiān)控系統(tǒng)研究》便采用的這種供電方式，目前迅速發(fā)展的汽車輪胎壓力監(jiān)測技術(shù)也是采用
的這種供電方式。但電池容量有限，需要定期更換，并且體積大，安裝不便，難以在飛機上
惡劣的高低溫工作環(huán)境下應(yīng)用，否則電池會發(fā)生電量損失、腐蝕破壞，甚至有爆炸起火的危險。 還有一種方法是非接觸能量傳輸供電，如發(fā)表于《計算機測量與控制》的文章《胎 壓檢測系統(tǒng)中的非接觸電能傳輸技術(shù)》和公開號為CN 101026033A的專利《無接觸電力傳 輸系統(tǒng)》，這種技術(shù)采用旋轉(zhuǎn)變壓器電磁耦合實現(xiàn)，初級變換和次級變換均采用諧振技術(shù)。 但由于諧振的電感和電容參數(shù)易受溫度的影響，在飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)中，環(huán)境溫度大 幅度變化導(dǎo)致非接觸能量傳輸并不一定工作于諧振狀態(tài)下。并且，出于不能對飛機胎壓實 時監(jiān)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器耦合通信產(chǎn)生干擾的目的，P麗波頻率較低(2kHz)，而電感數(shù)值 由旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)決定，使得能夠使該裝置諧振的電容體積和容值很大，因而諧振難以實 現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)在飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)中不能可靠供電的不足，本發(fā)明提供 一種非接觸能量傳輸裝置，初級變換和次級變換無需采用諧振技術(shù)，能夠在飛機上惡劣的 環(huán)境下工作。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括初級直流電源、初級變換器、旋 轉(zhuǎn)變壓器、次級變換器和次級直流電源，所述的初級變換器包括P麗控制器和逆變網(wǎng)絡(luò)，次級變換器包括整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路。初級直流電源直接輸入初級變換器中的逆變 網(wǎng)絡(luò)，通過P麗控制器控制的逆變網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)逆變，將直流電源逆變?yōu)镻麗波，施加到旋轉(zhuǎn)變 壓器的初級繞組兩端，由于感應(yīng)耦合作用，會使旋轉(zhuǎn)變壓器次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng) 電壓依次經(jīng)過次級變換器的整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路，輸出至次級直流電源，便實現(xiàn) 了非接觸能量傳輸。 上述的逆變網(wǎng)絡(luò)為H橋結(jié)構(gòu)，H橋橋路開關(guān)的開通與關(guān)斷由P麗控制器控制。P麗 控制器由P麗專用控制芯片SG3525實現(xiàn)。P麗開關(guān)頻率出于不能對飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng) 中的旋轉(zhuǎn)變壓器耦合通信產(chǎn)生干擾的目的，選用較低的頻率2kHz。
上述的H橋橋路開關(guān)為全控型器件，可為M0SFET或IGBT。 本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行能量傳輸，將傳統(tǒng)變壓器的
感應(yīng)耦合磁路分開，初、次級繞組分別繞制于可相互旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變壓器定子磁芯和轉(zhuǎn)子鐵
芯上，實現(xiàn)電源和負(fù)載間的非接觸能量耦合，可以保證初級和次級之間電氣絕緣，沒有裸露
導(dǎo)體存在，不存在機械摩擦和磨損，不會產(chǎn)生電火花，能量傳輸不受塵土、污物、水等環(huán)境因
素的影響，可在飛機上惡劣的環(huán)境下應(yīng)用。2)本發(fā)明裝置將傳統(tǒng)非接觸能量傳輸裝置的初
級補償網(wǎng)絡(luò)和次級補償網(wǎng)絡(luò)去掉，不采用諧振控制技術(shù)，逆變網(wǎng)絡(luò)輸出直接連接到旋轉(zhuǎn)變
壓器初級繞組，施加到初級繞組上的實際上是P麗波(方波)，而非采用諧振控制技術(shù)的正
弦波。旋轉(zhuǎn)變壓器次級繞組耦合的P麗波直接送入整流濾波電路，這樣做的缺點是損失了
部分效率，但好處是避免了加入體積很大、容量很大的電容作為補償網(wǎng)絡(luò)，而由于環(huán)境溫度
的影響，補償網(wǎng)絡(luò)并不一定總是起到補償作用。 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1為傳統(tǒng)非接觸能量傳輸系統(tǒng)框圖。 圖中，1-初級直流電源，2-初級變換器，3-初級補償網(wǎng)絡(luò)，4-旋轉(zhuǎn)變壓器，5-次級 補償網(wǎng)絡(luò)，6-次級變換器，7-次級直流電源，8-P麗控制器，9-逆變網(wǎng)絡(luò)，10-整流濾波電路， 11-穩(wěn)壓變換電路。 圖2為飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)非接觸能量傳輸裝置框圖。 圖3為初、次級變換器原理圖。 圖4為初級變換器P麗控制器原理圖。 圖中，12-SG3525A， 13-定時電阻RT， 14-定時電容CT， 15-放電電阻RD。
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明包括初級直流電源1、初級變換器2、旋轉(zhuǎn)變壓器4、次級變換 器6和次級直流電源7，初級變換器1還包括P麗控制器8和逆變網(wǎng)絡(luò)9，次級變換器6還 包括整流濾波電路10和穩(wěn)壓變換電路11。初級直流電源1為+28V機上低壓直流電源，直 接輸入初級變換器2中的逆變網(wǎng)絡(luò)9，通過逆變網(wǎng)絡(luò)9實現(xiàn)逆變，將直流初級直流電源1逆 變?yōu)镻麗波，直接施加到旋轉(zhuǎn)變壓器4的初級繞組兩端，由于感應(yīng)耦合作用，會使旋轉(zhuǎn)變壓 器4次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓經(jīng)整流濾波電路10和穩(wěn)壓變換電路11得到+12V 輸出的次級直流電源7，便實現(xiàn)了非接觸能量傳輸。
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參照圖3，逆變網(wǎng)絡(luò)9由開關(guān)管Sl、 S4和S2、 S3組成H橋結(jié)構(gòu)，其開通與關(guān)斷由 P麗控制器8控制，將直流初級直流電源1逆變?yōu)镻麗波的原理如下橋臂上的Sl和S4，S2 和S3交替導(dǎo)通，在變換過程的第一個半周內(nèi)，Sl和S4同時導(dǎo)通，S2和S3截止，然后在第二 個半周內(nèi)，S2和S3同時導(dǎo)通，Sl和S4截止。這樣，直流初級直流電源1被變換為P麗波。 P麗波直接施加到旋轉(zhuǎn)變壓器4的初級繞組上，經(jīng)耦合，可將初級直流電源1能量傳遞到旋 轉(zhuǎn)變壓器4次級繞組上，次級變換器經(jīng)過整流濾波電路10和穩(wěn)壓變換電路ll，便可得到符 合要求的穩(wěn)定直流次級直流電源7。整流濾波電路10由二極管Dl， D2， D3和D4組成橋式 不可控整流拓?fù)?，電容C用于濾波。 上述的H橋橋路開關(guān)管Sl、 S4和S2、 S3為M0SFET，型號為IRF640 ;整流濾波電路 10中的二極管D1，D2，D3和D4為硅整流二極管，型號為1N4007，電容C為耐壓35V，容量為 100 ii F的鉭電容；穩(wěn)壓變換電路11為線性三端穩(wěn)壓器LM7812。 參照圖4， P麗控制器8采用開環(huán)控制，主要通過產(chǎn)生恒頻、定占空比的P麗脈沖信 號來控制開關(guān)管Sl、 S4和S2、 S3的通斷，達(dá)到能量傳遞的目的。本發(fā)明采用P麗集成芯片 SG3525A 12產(chǎn)生P麗信號，具有線路簡單，易于控制，無需編程等優(yōu)點。該控制芯片是公知 的成熟的P麗控制芯片，其工作原理不再贅述，詳情請參閱ON Semiconductor公司的數(shù)據(jù) 手冊"Pulse Width Modulator Control Circuit"。本發(fā)明中有兩個問題需要注意
第一，死區(qū)時間設(shè)置問題。在初級變換器2的P麗控制器8中，如果SG3525A
12輸出的P麗信號存在導(dǎo)通時的重合，則會導(dǎo)致上下開關(guān)管的直接導(dǎo)通，而這是 不允許的。因此，需要設(shè)置死區(qū)時間來防止這一情況的發(fā)生。SG3525A 12死區(qū)時間的設(shè)置 是通過延遲設(shè)定引腳(DISCHARGED腳)的放電電阻R。 15來實現(xiàn)的，本發(fā)明中，RD = 10 Q ， 設(shè)定死區(qū)時間為8iis。 第二，P麗頻率設(shè)置問題。為了減小電感、電容等器件的體積，使電路小型化，減小 失真并保持高的變換效率，P麗頻率應(yīng)該選的高一些。但在本發(fā)明中，出于不會對飛機胎壓 實時監(jiān)控系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)變壓器耦合通信產(chǎn)生干擾的目的，選用較低的P麗頻率2kHz。在初 級變換器2中，SG3525A 12的P麗頻率由下式?jīng)Q定
<formula>formula see original document page 5</formula> 其中f為P麗頻率，本發(fā)明中各參數(shù)取值分別為RT = 3. 3kQ，CT = 0. liiF，R。= 10 Q 。
權(quán)利要求
一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，包括初級直流電源、初級變換器、旋轉(zhuǎn)變壓器、次級變換器和次級直流電源，其特征在于所述的初級變換器包括PWM控制器和逆變網(wǎng)絡(luò)，次級變換器包括整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路；初級直流電源直接輸入初級變換器中的逆變網(wǎng)絡(luò)，通過PWM控制器控制逆變網(wǎng)絡(luò)將直流電源逆變?yōu)镻WM波，施加到旋轉(zhuǎn)變壓器的初級繞組兩端，在旋轉(zhuǎn)變壓器次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓依次經(jīng)過次級變換器的整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路，輸出至次級直流電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，其 特征在于所述的逆變網(wǎng)絡(luò)為H橋結(jié)構(gòu)，H橋橋路開關(guān)的開通與關(guān)斷由P麗控制器控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，其 特征在于所述的P麗控制器采用P麗專用控制芯片SG3525。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，其 特征在于所述的P麗波的開關(guān)頻率為2kHz。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，其 特征在于所述的H橋橋路開關(guān)為全控型器件，采用M0SFET或IGBT。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于飛機胎壓實時監(jiān)控系統(tǒng)的非接觸能量傳輸裝置，包括初級直流電源、初級變換器、旋轉(zhuǎn)變壓器、次級變換器和次級直流電源，其特征在于所述的初級變換器包括PWM控制器和逆變網(wǎng)絡(luò)，次級變換器包括整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路；初級直流電源直接輸入初級變換器中的逆變網(wǎng)絡(luò)，通過PWM控制器控制的逆變網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)逆變，將直流電源逆變?yōu)镻WM波，施加到旋轉(zhuǎn)變壓器的初級繞組兩端，在旋轉(zhuǎn)變壓器次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓依次經(jīng)過次級變換器的整流濾波電路和穩(wěn)壓變換電路，輸出至次級直流電源。本發(fā)明可在飛機上惡劣的環(huán)境下應(yīng)用，避免了加入體積很大、容量很大的電容。
文檔編號H02J17/00GK101764436SQ20101001356
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者張謙, 李兵強, 林輝, 齊蓉 申請人:西北工業(yè)大學(xué);西安航空制動科技有限公司