專利名稱:一種移動式無接觸不間斷供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種自動化輸送領(lǐng)域中的電力供應(yīng)裝置,特別涉及一種用于輸送設(shè)備 的無接觸不間斷供電方法及裝置。
背景技術(shù):
自動化輸送領(lǐng)域需要采用無接觸供電。所謂無接觸供電,是指輸電線路和負(fù)載方在沒有電氣連接和物理接觸,甚至兩者 之間還有相對運(yùn)動時(shí),實(shí)現(xiàn)電能傳輸。無接觸供電系統(tǒng)的理論依據(jù)是電磁感應(yīng)原理。新型 無接觸供電系統(tǒng)利用電磁感應(yīng)耦合技術(shù)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相結(jié)合,在電源和用電設(shè)備之 間不需要機(jī)械接觸來進(jìn)行電能傳輸。無接觸供電與傳統(tǒng)方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)①供電系統(tǒng) 和負(fù)載之間無任何接觸,無摩擦,易維護(hù);②不受負(fù)載運(yùn)動速度的限制;③無噪聲污染;④ 能在各種惡劣的條件下工作(如水下、冰雪天氣和地下等);⑤可采用高頻,使體積減小。圖1是既有的一種無接觸供電方式,其供電線路中的初級繞組(電纜或供電軌)11 放置在地面上,沿線路布置,為防止初級繞組自重引起的下垂,需每隔一定距離設(shè)置一個初 級繞組固定支架12來支撐。次級20放置在移動設(shè)備如車上,隨車運(yùn)行。次級20由鐵心和 繞組等構(gòu)成。初級繞組11無接觸地穿過次級鐵心22,使初級10與次級20形成電磁感應(yīng)耦 合結(jié)構(gòu)。通過電磁感應(yīng),次級繞組中將會產(chǎn)生感生電動勢,從而將初級電能無接觸地傳輸給 次級繞組,然后再通過次級變換電路,獲得不同電壓和頻率的電能,以滿足車上電機(jī)和其它 用電設(shè)備的需要。由于存在初級繞組固定支架12,為使次級20能夠無障礙地運(yùn)行,必須將次級鐵心 22設(shè)計(jì)成非閉合結(jié)構(gòu),導(dǎo)致次級鐵心22磁路斷開,磁路中包含了一個大氣隙。眾所周知,鐵 磁材料的導(dǎo)磁率是氣隙導(dǎo)磁率的幾千倍,換句話說氣隙導(dǎo)磁率遠(yuǎn)低于鐵磁材料,要產(chǎn)生同 樣的磁場,為克服氣隙磁阻所需的初級勵磁電流將會大大增加,初級電能供應(yīng)也需相應(yīng)增 大,從而使電能耦合轉(zhuǎn)換效率減小。該大氣隙的存在,還會使磁路漏磁場增大,并造成高頻 電磁輻射,很容易使系統(tǒng)的電磁兼容性能不合格,需要將次級放置在特殊的位置或采用磁 屏蔽,增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。既有的這種移動式無接觸供電裝置的初、次級電磁感應(yīng)示意圖如圖6所示,當(dāng)初 級繞組11中通有交流電流i時(shí),在此電流激勵下,次級鐵心22中產(chǎn)生交變磁通,這個交變 磁通同時(shí)交鏈初級繞組11與次級繞組21,根據(jù)電磁感應(yīng)定律,次級繞組21中發(fā)生電磁感 應(yīng),產(chǎn)生感生電動勢e,實(shí)現(xiàn)了能量傳遞。再通過次級變換電路,獲得不同電壓和頻率的電 能,為運(yùn)動設(shè)備提供電能。圖6表明,由于次級鐵心22為非閉合結(jié)構(gòu),磁路中包含了一個大氣隙,氣隙磁阻遠(yuǎn) 大于鐵心磁阻,次級鐵心22中的磁通密度B很小,而且開口處漏磁場很大。這樣不但使能 量傳遞效率很低,漏磁場產(chǎn)生的電磁泄漏也使系統(tǒng)電磁兼容性能很差。由上可知,非閉合次級鐵心22是造成無接觸供電系統(tǒng)性能差的關(guān)鍵因素。綜上所述,非閉合式次級鐵心中磁路氣隙的存在不但增加了初級電能輸入,使初、次級耦合效率降低,也存在電磁兼容性問題。
發(fā)明內(nèi)容
為解決背景技術(shù)中所述的帶有初級繞組固定支架的移動式無接觸供電系統(tǒng)中,非 閉合次級鐵心磁路存在大氣隙所導(dǎo)致的初級電能增加、初級和次級耦合效率降低及電磁兼 容性能不達(dá)標(biāo)等問題,本發(fā)明提出了一種移動式無接觸不間斷供電裝置,為輸送設(shè)備無接 觸供電提供一種節(jié)能、高效、可靠運(yùn)行的解決方案。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明所提出的用于輸送設(shè)備的移動式無接觸不間斷供電裝置由初級及次級構(gòu) 成,初級和次級之間無物理接觸及電氣連接。本發(fā)明的特征在于無接觸供電的初級由初級繞組、初級繞組固定支架等構(gòu)成。次 級由次級鐵心、繞組、電磁鐵吸合裝置等構(gòu)成。初級固定在地面上,沿線路鋪設(shè),次級放置在 運(yùn)動設(shè)備如車上,隨之運(yùn)行。初級繞組無接觸地穿過次級繞組及次級鐵心,使初、次級形成電磁耦合結(jié)構(gòu)。初級 繞組中通有交流電流,在此電流激勵下,次級繞組中發(fā)生電磁感應(yīng),產(chǎn)生感生電動勢,再通 過次級變換電路,獲得不同電壓和頻率的電能,為運(yùn)動設(shè)備提供電能。本發(fā)明所述的初級繞組為電纜或供電軌,沿線路鋪設(shè),并間隔一定距離安裝有初 級繞組固定支架,以減少初級繞組的下垂量。本發(fā)明的所述的次級鐵心為非閉合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的次級非閉合結(jié)構(gòu)鐵心中內(nèi)置一個電磁鐵吸合裝置,由第一動鐵心、 第二動鐵心、分間線圈、彈簧、鐵軛等部分組成。第一動鐵心、第二動鐵心、分間線圈及彈簧 都設(shè)置在鐵軛內(nèi)部,第一動鐵心與第二動鐵心相對放置,兩組分間線圈分別環(huán)繞在第一動 鐵心和第二動鐵心上,兩個彈簧一端固定在鐵軛上,另一端分別固定在第一、第二動鐵心 上。電磁鐵吸合裝置的第一動鐵心與第二動鐵心通常為閉合狀態(tài),與非閉合形狀的次級鐵 心一起構(gòu)成閉合鐵心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的非閉合結(jié)構(gòu)次級鐵心、電磁鐵吸合裝置的第一動鐵心、第二動鐵心 及鐵軛,都由導(dǎo)磁材料構(gòu)成,如硅鋼片、純鐵或其它導(dǎo)磁材料,或幾種導(dǎo)磁材料組合構(gòu)成。本發(fā)明還設(shè)置有兩個位置傳感器接近位置傳感器和離開位置傳感器。接近位置 傳感器由接近信號發(fā)生器和接近信號接收器構(gòu)成;離開位置傳感器由離開信號發(fā)生器和離 開信號接收器構(gòu)成。接近信號發(fā)生器和離開信號發(fā)生器安裝在所述的初級繞組固定支架的 兩端;接近信號接收器和離開信號接收器安裝在次級的兩端。接近位置傳感器用于感知次級是否接近初級固定支架;離開位置傳感器用于感知 次級是否離開初級固定支架。當(dāng)接近位置傳感器感知到次級運(yùn)行至接近初級繞組固定支架時(shí),接近信號發(fā)生器 將會發(fā)射合閘信號,位于次級的接近信號接收器接到合閘信號后,給分閘線圈通電,以產(chǎn)生 電磁力,使電磁鐵的第一、第二動鐵心分離,以使次級無障礙地通過初級繞組固定支架。當(dāng) 離開位置傳感器感知到次級已離開初級繞組固定支架時(shí),離開信號發(fā)生器發(fā)射分閘信號, 離開信號接收器接收到分閘信號后,給分閘線圈斷電,在彈簧彈力作用下,第一動鐵心與第 二動鐵心閉合,再次構(gòu)成閉合鐵心結(jié)構(gòu)。電磁鐵吸合裝置由車載電池組或車上電源供電。
本發(fā)明的特征還在于次級多于1個,次級之間的間距按以下原則設(shè)定當(dāng)一個次 級通過初級支架時(shí),其它次級中至少有一個不通過初級支架,其動鐵心為閉合狀態(tài)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)所述系統(tǒng)的非接觸供電基本結(jié)構(gòu)及方式保持不變,仍然采 用初級沿線鋪設(shè)并帶有固定支架、次級放置在車上的結(jié)構(gòu),系統(tǒng)設(shè)計(jì)改變不大;次級鐵心 仍然為非閉合結(jié)構(gòu),使其可以無障礙地通過初級支架,但在次級非閉合鐵心中附設(shè)了一個 電磁鐵吸合裝置,其第一、第二動鐵心由鐵磁材料構(gòu)成,與次級非閉合鐵心組合構(gòu)成了閉合 鐵心結(jié)構(gòu),使原來的非閉合鐵心磁路得以閉合,所需勵磁電流就與閉合型鐵心磁路相同,遠(yuǎn) 低于帶大氣隙的非閉合鐵心,所需輸入的初級電流會相應(yīng)減小,從而降低了能耗,實(shí)現(xiàn)了節(jié) 能。次級鐵心閉合帶來的另一個優(yōu)點(diǎn)是減小了次級漏磁場,提高了初、次級耦合效率。次 級漏磁場減小,也消除了由此產(chǎn)生的電磁泄漏,解決了電磁兼容性問題。初級繞組固定支 架及次級兩端均安裝有感知次級接近或離開的位置傳感裝置,給次級開關(guān)發(fā)出合閘或分閘 信號,使次級運(yùn)行至初級支架時(shí)才使電磁鐵第一、第二動鐵心分離,通過初級繞組固定支架 后,立即使第一、第二動鐵心閉合,如此,次級鐵心大部分運(yùn)行時(shí)間都處于閉合狀態(tài),將鐵心 開斷造成的影響降到了最小。電磁鐵吸合裝置的分閘線圈只有在需要打開第一、第二動鐵 心時(shí)才會通電,通電時(shí)間短,線圈耗能少,線圈不會發(fā)熱。次級個數(shù)及間距經(jīng)過合理設(shè)計(jì),當(dāng) 一個次級通過初級繞組固定支架時(shí),其它次級不會通過所述的初級繞組固定支架,從而保 證了系統(tǒng)具有較高的總耦合效率。
圖1既有的一種移動式無接觸供電系統(tǒng)三維示意圖;圖加本發(fā)明無接觸供電裝置的三維示意圖;圖沘為圖加的A向視圖;圖3及圖4是本發(fā)明供電裝置的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖;圖5為本發(fā)明供電裝置的多個次級之間的間距設(shè)定原則示意圖;圖6為既有的一種移動式無接觸供電裝置的初、次級電磁感應(yīng)示意圖;圖7為本發(fā)明所述的移動式無接觸不間斷供電裝置的初、次級電磁感應(yīng)示意圖;圖8為本發(fā)明所述的電磁鐵吸合裝置中的分閘線圈原理電路示意圖。圖中10初級、20次級、11初級繞組、12初級繞組固定支架、131接近信號發(fā)生器、132離 開信號發(fā)生器、21次級繞組、22非閉合式次級鐵心、200電磁鐵吸合裝置、23電磁鐵鐵軛、24 彈簧、25分閘線圈、沈第一動鐵心、27第二動鐵心、281接近信號接收器、282離開信號接收
ο
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明為一種移動式無接觸供電裝置,由初級10、次級20構(gòu)成。初級10固定在地 面上,沿線路鋪設(shè);次級20放置在運(yùn)動設(shè)備如車上,隨之運(yùn)行。初級10由初級繞組11、初級繞組固定支架12等構(gòu)成。次級20由非閉合式的次級鐵心22、次級繞組21、電磁鐵吸合裝置200等構(gòu)成。
初級繞組固定支架12支撐著初級繞組11,以減少其自重引起的下垂。初級繞組 11無接觸地穿過次級繞組21及非閉合式次級鐵心22,使初、次級形成電磁耦合結(jié)構(gòu)。為了解決非閉合式的次級鐵心22造成無接觸供電系統(tǒng)性能差的問題,本發(fā)明在 次級鐵心22中設(shè)置了 一套電磁鐵吸合裝置200,電磁鐵吸合裝置200位于次級鐵心22的兩 個極板上,如圖2a、b及圖3所示。電磁鐵吸合裝置200由第一動鐵心沈、第二動鐵心27、 分閘線圈25、彈簧24、電磁鐵鐵軛23等組成。第一動鐵心沈、第二動鐵心27、分閘線圈25 及彈簧M都設(shè)置在電磁鐵的鐵軛23內(nèi)部,第一動鐵心沈與第二動鐵心27相對放置,兩組 分閘線圈25分別環(huán)繞在第一動鐵心沈和第二動鐵心27上,兩個彈簧M的一端固定在鐵 軛23上,兩個彈簧M的另一端分別固定在第一動鐵心沈和第二動鐵心27上。如圖3及圖7所示,若次級不需通過初級繞組固定支架12時(shí),電磁鐵200的第一 動鐵心沈、第二動鐵心27處于閉合狀態(tài),這樣就與次級鐵心22 —起構(gòu)成了閉合次級鐵心, 磁通在非閉合次級鐵心22及第一動鐵心沈、第二動鐵心27中流通。由于磁路中無氣隙,次 級鐵心22中的磁通密度將大大提高,在次級繞組21中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也相應(yīng)增加,能量傳 遞效率大大提高,并相應(yīng)極大地消除了鐵心開口處的泄漏電磁場。若次級需要通過初級繞組固定支架12時(shí),電磁鐵200的第一動鐵心沈、第二動鐵 心27將分離,使次級20無障礙地通過初級繞組固定支架12。為了使整個無接觸供電系統(tǒng)的能量傳遞效率達(dá)到最大,本發(fā)明采用兩個位置傳感 器來控制動鐵心沈與27的閉合與分離。每個位置傳感器都含有信號發(fā)生器與信號接收器 兩部分。信號發(fā)生器用于發(fā)射信號,信號接收器接收信號發(fā)生器發(fā)射的信號,并轉(zhuǎn)換成電信 號,即合閘或分閘指令,以控制分閘線圈的開關(guān)的閉合與斷開,使分閘線圈通電或斷電,分 閘線圈的原理電路如圖8所示。本發(fā)明設(shè)置的兩個位置傳感器,其中一個用于感知次級是否接近初級固定支架, 稱為接近位置傳感器;另一個用于感知次級是否離開初級固定支架,稱為離開位置傳感器。 需要說明的是,這里所謂的接近和離開與次級運(yùn)動方向有關(guān)。如圖加所示,當(dāng)次級向左運(yùn) 行時(shí),接近位置傳感器由接近信號發(fā)生器131和接近信號接收器組成;而離開信號發(fā)生 器132和離開信號接收器282組成了離開位置傳感器。如果次級運(yùn)行方向與上述相反,則 上述的接近位置傳感器和離開位置傳感器也相應(yīng)互換。位置傳感器有多種成熟產(chǎn)品可供選用,如可選擇光電式、電磁式、磁敏式或其它形 式。以選擇光電式位置傳感器為例,當(dāng)次級20向左運(yùn)行至接近初級繞組固定支架12 時(shí),其接近信號發(fā)生器131將會發(fā)射光信號,次級20上的接近信號接收器281接收此光信 號,并轉(zhuǎn)換成電信號使分閘線圈的開關(guān)閉合,給分閘線圈25通電,動鐵心沈與27受到電磁 力作用,將會分離,如圖4所示,使次級20可以無障礙地通過初級繞組固定支架12。當(dāng)離開位置傳感器感知到次級20已離開初級繞組固定支架12時(shí),其離開信號發(fā) 生器132發(fā)射光信號,次級20上的離開信號接收器282接到光信號并轉(zhuǎn)換成電信號后,使 閉合的開關(guān)打開,給分閘線圈25斷電,在彈簧M的彈力作用下,第一動鐵心沈與第二動鐵 心27再次閉合,重新構(gòu)成閉合鐵心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明設(shè)置的次級多于1個,并且次級之間的間距按以下原則設(shè)定當(dāng)其中的一 個次級通過初級支架時(shí),其它次級中至少有一個不應(yīng)通過初級支架,其動鐵心為閉合狀態(tài)。如圖5所示,當(dāng)2#次級通過初級固定支架時(shí),1#次級處于兩個初級固定支架之間。這樣當(dāng) 2#次級電磁鐵吸合裝置中的上、下動鐵心分離時(shí),1#次級電磁鐵吸合裝置中的上、下動鐵 心一定為閉合狀態(tài),這樣雖然線路中有些次級(如姊)由于鐵心磁路開斷導(dǎo)致耦合系數(shù)很 低,但總會有其它次級(如W鐵心磁路為閉合,處于高耦合系數(shù)狀態(tài),使次級鐵心磁路開 斷對供電的影響降到最低,保證了無接觸供電系統(tǒng)不會間斷,使系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換總效率達(dá)到 最尚。
權(quán)利要求
1.一種移動式無接觸不間斷供電裝置,其特征在于所述的供電裝置包括無接觸供電 的初級(10)及次級00);初級(10)由初級繞組(11)、初級繞組固定支架(1 構(gòu)成;次級 (20)由次級繞組(21)、次級鐵心(22)、電磁鐵吸合裝置(200)構(gòu)成;所述的初級繞組(11) 為電纜或供電軌,沿線路鋪設(shè),并間隔一定距離安裝有初級繞組固定支架(12);所述的次 級鐵心02)為非閉合結(jié)構(gòu);所述的次級鐵心02)中內(nèi)置有電磁鐵吸合裝置000),電磁鐵 吸合裝置(200)位于次級鐵心0 的兩個極板上。初級繞組(11)無接觸地穿過次級繞 組及次級鐵心(22),形成電磁耦合結(jié)構(gòu);在初級繞組(11)中通有交流電流;所述的供 電裝置還設(shè)置有兩個位置傳感器——接近位置傳感器和離開位置傳感器;接近位置傳感器 由接近信號發(fā)生器(131)和接近信號接收器081)構(gòu)成;離開位置傳感器由離開信號發(fā)生 器(132)和離開信號接收器(觀2)構(gòu)成;所述的接近信號發(fā)生器(131)和離開信號發(fā)生器 (132)安裝在所述的初級繞組固定支架(12)的兩端;接近信號接收器(觀1)和離開信號接 收器( 安裝在次級OO)的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動式無接觸不間斷供電裝置,其特征在于所述的電磁鐵 吸合裝置(200)由鐵軛(23)、彈簧(24)、分閘線圈(25)、第一動鐵心(26)、第二動鐵心(27) 組成;第一動鐵心( )、第二動鐵心(27)、分閘線圈0 及彈簧04)均設(shè)置在鐵軛03) 內(nèi)部;第一動鐵心06)與第二動鐵心(XT)相對放置,兩組分閘線圈0 分別環(huán)繞在第一 動鐵心06)和第二動鐵心(XT)上,兩個彈簧04)的一端固定在鐵軛上,兩個彈簧 (24)的另一端分別固定在第一動鐵心06)和第二動鐵心(XT)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的移動式無接觸不間斷供電裝置,其特征在于所述的次 級鐵心(22)、第一動鐵心( )、第二動鐵心(XT)及電磁鐵鐵軛均由導(dǎo)磁材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動式無接觸不間斷供電裝置,其特征在于所述的次級 (20)多于1個;次級OO)之間的間距按以下原則設(shè)定當(dāng)一個次級OO)通過初級繞組固 定支架(1 時(shí),其它次級OO)中至少有一個不通過初級支架(20),第一動鐵心06)及第 二動鐵心07)為閉合狀態(tài)。
全文摘要
一種移動式無接觸不間斷供電裝置,其初級繞組(11)沿線路鋪設(shè),并間隔一定距離安裝有初級繞組固定支架(12)。所述的供電裝置還設(shè)置了接近位置傳感器和離開位置傳感器,給次級開關(guān)發(fā)出合閘或分閘信號。接近位置傳感器由接近信號發(fā)生器(131)和接近信號接收器(281)構(gòu)成;離開位置傳感器由離開信號發(fā)生器(132)和離開信號接收器(282)構(gòu)成。接近信號發(fā)生器(131)和離開信號發(fā)生器(132)安裝在初級繞組固定支架(12)的兩端;接近信號接收器(281)和離開信號接收器(282)設(shè)置在次級(20)的兩端。電磁鐵吸合裝置(200)位于次級鐵心(22)的兩個極板上。初級繞組(11)無接觸地穿過次級繞組(21)及鐵心(22),形成電磁耦合結(jié)構(gòu);在初級繞組(11)中通有交流電流。
文檔編號H02J17/00GK102075017SQ20111004088
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者劉育紅, 史黎明, 張瑞華, 李耀華, 杜玉梅, 金能強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院電工研究所