CN101404421A - 自行小车的无接触供电装置 - Google Patents
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Abstract
一种自行小车的无接触供电装置，属自行小车供电装置。本装置包括变电柜(1)、原边电缆(2)和拾电部件(3)。所述变电柜(1)包括整流模块(5)、滤波模块(6)、高频逆变模块(7)、选频模块(8)、谐振变换模块(9)、隔离模块(10)和补偿模块(11)；所述拾电部件(3)包括感应受电模块(12)、谐振电容组(13)、谐振补偿模块(14)、整流模块(15)、滤波模块(16)和限流保护模块(17)。本供电装置，运行安全可靠，稳定性高，成本低，适用于自动化领域中自行小车供电。
Description
技术领域
本发明是自行小车(EMS)的无接触供电装置。采用无接触供电技术给自行小车提供运行所需要的功率，自行小车和输入工频动力电无电气连接。本发明涉及自动化输送技术领域。
背景技术
自动化输送技术领域的自行小车(EMS)用来实现物料的自动输送。目前绝大部分EMS与工频动力电之间存在电气连接，通过各种接线装置如滑触线和电缆拖链将工频动力电输送到EMS。对于直线型的EMS系统，通常借助于履带将工频动力电输送至EMS。对于短距离的直线型EMS，这种方法尚可，但是一旦EMS运行的路径比较长，此种方式无疑会增加履带的长度，从而极大的提高了整个EMS系统的成本。且由于连接方式的限制，这种供电方式对于存在弯轨的EMS并不适用。由此可见，这种供电方式的EMS在整个系统的布局设计、模块化建设、安全性和设备维护等环节存在诸多问题。
为了解决自行小车的上述种种缺陷，本发明利用无接触供电技术给自行小车供电，自行小车和输入工频动力电无电气连接。本发明相较于现有的无接触供电方面的专利如专利号[200410096741.0]所公示的专利，变电柜中在逆变之后增加了对称的选频谐振模块，使得变电柜中的电流和电压能够更好的达到同相位；相较于[200410096738.9]所公示的专利，在拾电部件的电路上经过并联谐振输出的电压经过π型对称谐振模块，增加了电路质量，提高了传输效率。相比较于现有的这两个专利号为[200410096741.0]、[200410096738.9]的专利，本发明的变电柜电路和拾电部件的电路在设计上均为对称电路，有效的减小了工作中的不确定干扰。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术里所述的采用滑触式、电缆拖链和蓄电池供电所带来的自行小车运行可靠性和稳定性不高、布局设计不方便、维护成本高和存在安全隐患等诸多问题。本发明的自行小车没有采用传统的蓄电池、电缆拖链和滑触式供电，而是采用无接触供电技术给自行小车供电。本发明中的原边电缆相当于变压器的初级，拾电部件上的磁芯上绕的线圈相当于变压器的次级。加载有高频正弦交流电的原边电缆和拾电部件上的线圈发生电磁感应，在拾电部件的线圈上产生感应电动势，该感应电动势经过拾电部件内部的谐振补偿、整流滤波、限流保护后得到直流电给自行小车的电机部分供电。
本发明是一种自行小车的无接触供电装置，包括变电柜、原边电缆、拾电部件，变电柜输出的交流电连接于原边电缆的两个短头构成回路，拾电部件置于原边电缆构成的回路中产生感应电动势，拾电部件固定在自行小车内给自行小车供电。所述变电柜(1)包括整流模块、滤波模块、高频逆变模块、选频模块、谐振变换模块、隔离模块、补偿模块。由变电柜的A、B、C端输入的三相工频动力交流电经整流模块和滤波模块后连接于高频逆变模块的输入，高频逆变模块的输出经选频模块连接于谐振变换模块的输入，谐振变换模块的输出经隔离模块隔离后输入补偿电路的输入，补偿电容的两个输出段连接于原边电缆的两个端头。所述拾电部件包括感应受电模块、谐振电容组、谐振补偿模块、整流模块、滤波模块、限流保护模块，其中感应受电模块的输出连接于谐振电容组的输入，谐振电容组的输出连接于谐振补偿模块的输入，谐振补偿模块的输出经整流模块和滤波模块输出至限流保护模块。所述感应受电模块包括磁芯和用于产生感应电动势的磁芯线圈，磁芯线圈绕制在磁芯上，当磁芯为一个磁芯窗口的U型磁芯，则U型磁芯的两边磁芯柱上均绕制有磁芯线圈，两个磁芯线圈串联，其中一个磁芯线圈置于原边电缆构成的回路中间；当磁芯为两个磁芯窗口的E型磁芯，则磁芯线圈绕制在中间磁芯柱上，原边电缆平行的穿过两个磁芯窗口，磁芯线圈置于原边电缆构成的回路中间。
变电柜：变电柜的功能是将输入的工频正弦交流电变换成高频正弦交流电。变电柜将输入的工频交流电经过整流滤波、高频逆变、选频、谐振、隔离保护和谐振补偿变换后输出高频正弦交流电。
原边电缆：原边电缆用来加载由变电柜输出的高频正弦交流电。加载有高频正弦交流电的原边电缆和拾电部件的磁芯的线圈发生松耦合电磁感应。
拾电部件：拾电部件的功能是和原边电缆发生松耦合电磁感应，在拾电部件磁芯上的线圈上产生感应电动势，并将该感应电动势经过拾电部件内的谐振补偿、整流滤波、限流保护后变换成直流电给后接的自行小车的电机部分供电。
自行小车：自行小车作为无接触供电装置的负载。从拾电部件输出的直流电给自行小车的电机部分直接供电。
本发明的工作过程如下：工频动力电经过无接触供电装置的变电柜变换成高频正弦交流电加载到无接触供电装置的原边电缆，加载有高频正弦交流电的原边电缆和拾电部件磁芯上的线圈发生松耦合电磁感应在拾电部件的线圈上产生感应电动势，该感应电动势再经过拾电部件内部的谐振补偿、整流滤波、限流保护后变换成直流电给后接的自行小车的电机部分供电。
有益效果：本发明采用无接触供电装置给自行小车供电，没有采用传统的滑触式、电缆拖链和蓄电池给自行小车供电。成功解决了背景技术中所述的自行小车运行可靠性和稳定性不高、布局设计不方便、维护成本高和存在安全隐患等诸多问题。相比较于传统的采用滑触式或电缆拖链供电的自行小车如EMS而言，采用无接触供电技术的自行小车在系统在布局上不受制于原接触式供电方式的现场繁乱的电缆线，降低了维护成本，减小了安全隐患，极大的提高了EMS的工作区域。相比较于采用蓄电池供电的自行小车如AGV而言，采用无接触供电技术的自行小车能够长时间工作，运行可靠，稳定性得到极大改善，同时由于无蓄电池从而减小了自行小车自身的重量，使得带负载能力增强，并且保护了工作环境，避免了蓄电池对人体的伤害。综合知，采用无接触供电技术的自行小车有如下优点：
1.降低自行小车的运行成本；
2.提高了自行小车的运行可靠性和稳定性；
3.提高了自行小车运行的安全性；
4.自行小车易于升级和模块化扩展。
附图说明
图1为自行小车的无接触供电装置系统结构图；
图2为变电柜结构图；
图3为拾电部件结构图；
图4为两窗口拾电部件与原边电缆位置图
图5为单窗口拾电部件与原边电缆位置图；
图6为原边电缆、拾电部件与自行小车工作位置图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如附图1所示，本发明包括以下几个主体部件：变电柜1、原边电缆2、拾电部件3、自行小车4。以下结合各附图分别介绍这几个模块。
变电柜1：参考附图2-变电柜结构图
变电柜1主要用来实现输入工频动力电到输出高频正弦交流电的变换。它主要包括整流模块5、滤波模块6、高频逆变模块7、选频模块8、谐振变换模块9、隔离模块10、补偿模块11。
1.整流模块5：由4个整流二极管构成的整流模块5的功能是对输入工频动力电整流；
2.滤波模块6：由两个电容组18，19构成的滤波模块6的功能是对整流模块5整流后的电流进行滤波以达到给高频逆变模块7提供平滑的直流电的目的；
3.高频逆变模块7：由4个MOSFET管构成的高频逆变模块7的功能是将滤波模块6输出的平滑直流电进行逆变，实现20KHz的方波的输出；
4.选频模块8：由两个电容组20，21和两个电感22，23构成的选频模块8的功能是对高频逆变模块7输出的20KHz的方波进行LC选频，将基频20KHz的倍频滤去，实现20KHz的正弦交流电的输出；
5.谐振变换模块9：由两个电容组24，25和两个电感26，27构成的谐振变换模块9的功能是对选频模块8输出的20KHz正弦交流电进行谐振变换，从而使得后续电路中的电流和电压同相；
6.隔离模块10：由隔离变压器构成的隔离模块10的功能是对变电柜1的电路进行隔离保护；
7.补偿模块11：由两个电容组28，29构成的补偿电容组的功能是用来对电路进行谐振补偿，以提高整个系统的功率。
原边电缆2：
原边电缆2即是无接触供电技术中的可分离变压器的初级，原边电缆2中通有由变电柜1输出的20KHz高频交流正弦电，此高频正弦交流电和拾电部件3发生电磁感应。
拾电部件3：参考附图3-拾电部件结构图
拾电部件3功能是用来和无接触供电技术的初级也即原边电缆2发生电磁感应以获得感应电动势，并将该感应电动势进行处理后给后接负载供电。由感应受电模块12、谐振电容组13、谐振补偿模块14、整流模块15、滤波模块16、限流保护模块17这6个模块组成。
感应受电模块12：由磁芯32和绕在磁芯32上的两个线圈30，31构成的感应受电模块12的功能是和原边电缆2发生电磁感应获得感应电动势；
谐振电容组13：由两个电容组33、34构成的谐振电容组13的功能是和感应受电模块12的两个线圈30、31的电感发生谐振，提高感应受电电路的质量；
谐振补偿模块14：由两个补偿电容组35、38和两个电感36、37构成的谐振补偿模块14发生谐振以提高整个电路的质量；
整流模块15：由四个快恢复肖特基整流二极管构成的整流模块15的功能是将由谐振补偿模块14输出的20KHz的正弦交流电整流成直流电；
滤波模块16：滤波模块16的功能是将整流模块15整流后的直流电进行滤波，给后接负载提供稳定平滑的直流电；
限流保护模块17：限流保护模块17用来对拾电部件3的电路的电流加以限制保护，以防止电路出现过流。
当拾电部件3的感应受电模块12的磁芯的形状不一样的时候，原边电缆2和拾电部件3的位置并不完全相同。有两种情况：
1.感应受电模块12的磁芯有一个窗口如磁芯32时，原边电缆2穿过磁芯32的方式如附图5-两窗口拾电部件与原边电缆位置图所示；
2.感应受电模块12的磁芯有一个窗口如磁芯42时，原边电缆2穿过磁芯42的方式如附图4-单窗口拾电部件与原边电缆位置图所示；
自行小车4：参考附图6-原边电缆、拾电部件与自行小车工作位置图
自行小车4是负载，由拾电部件输出的直流电给自行小车的4的直流电机提供工作需要的功率。拾电部件3固定在自行小车4内，两者之间无任何相对运动。其连接图如附图6所示。其工作过程描述如下：
拾电部件3固定在自行小车4的底部，原边电缆2穿过拾电部件3的感应受电模块12的磁芯32窗口，原边电缆2和拾电部件3发生的电磁感应产生的感应电动势经过拾电部件3的谐振电容组13、谐振补偿模块14、整流模块15、滤波模块16、限流保护模块17处理后给自行小车4供电。从而就实现了自行小车4和工频动力电之间不存在电气上的连接。
此实施实例的工作过程描述如下：
三相工频动力电从变电柜1的A、B、C输入端输入，经过变电柜1的整流模块5和滤波模块6整流滤波后得到平滑的直流电，变电柜1的高频逆变模块7对此直流电进行逆变，输出20KHz的方波。为了在原边电缆2上得到正弦交流电，变电柜1的选频模块8对输入的20KHz方波进行选频，滤去基频20KHz的倍频，输出20KHz的交流正弦电，该正弦交流电经过谐振变换模块9谐振后使得变电柜电路中的电流和电压同相，提高了变电柜1电路的质量。经过隔离模块10对变电柜1进行隔离，再经过谐振补偿模块11谐振补偿后在L1和L2端输出电压和电流同相的交流电。L1和L2输出连接原边电缆2，最终在原边电缆2上得到高质量的20KHz交流正弦电。通有20KHz正弦交流电的原边电缆2穿过拾电部件3的磁芯窗口，原边电缆2与拾电部件3的感应受电模块12(见附图3)发生电磁感应，在拾电部件3的感应受电模块12的两个线圈30、31上产生感应电动势，该感应电动势经过与两个线圈30、31并联的谐振电容组13并联谐振并经过谐振补偿模块14后，输出高质量的20KHz的交流正弦电。该20KHz的正弦交流电经过拾电部件3的整流模块15、滤波模块16和限流保护模块17整流滤波并限流后给自行小车供电。
Claims (4)
1一种自行小车的无接触供电装置，其特征在于：包括变电柜(1)、原边电缆(2)、拾电部件(3)，变电柜(1)输出的交流电连接于原边电缆(2)的两个端头构成回路，拾电部件(3)置于原边电缆(2)构成的回路中产生感应电动势，拾电部件(3)固定在自行小车(4)内给自行小车供电。
2根据权利要求1所述的自行小车的无接触供电装置，其特征在于：所述变电柜(1)包括整流模块(5)、滤波模块(6)、高频逆变模块(7)、选频模块(8)、谐振变换模块(9)、隔离模块(10)、补偿模块(11)，由变电柜(1)的A、B、C端输入的三相工频动力交流电经整流模块(5)和滤波模块(6)后连接于高频逆变模块(7)的输入，高频逆变模块(7)的输出经选频模块(8)连接于谐振变换模块(9)的输入，谐振变换模块(9)的输出经隔离模块(10)隔离后输入补偿模块(11)的输入，补偿模块(11)的两个输出段连接于原边电缆(2)的两个端头。
3根据权利要求1或2所述的自行小车的无接触供电装置，其特征在于：所述拾电部件(3)，包括感应受电模块(12)、谐振电容组(13)、谐振补偿模块(14)、整流模块(15)、滤波模块(16)、限流保护模块(17)，其中感应受电模块(12)的输出连接于谐振电容组(13)的输入，谐振电容组(13)的输出连接于谐振补偿模块(14)的输入，谐振补偿模块(14)的输出经整流模块(15)和滤波模块(16)输出至限流保护模块(17)。
4根据权利要求3所述的自行小车的无接触供电装置，其特征在于：，所述感应受电模块(12)包括磁芯和用于产生感应电动势的磁芯线圈，磁芯线圈绕制在磁芯上，当磁芯为一个磁芯窗口的U型磁芯，则U型磁芯的两边磁芯柱上均绕制有磁芯线圈，两个磁芯线圈串联，其中一个磁芯线圈置于原边电缆(2)构成的回路中间；当磁芯为两个磁芯窗口的E型磁芯，则磁芯线圈绕制在中间磁芯柱上，原边电缆(2)平行的穿过两个磁芯窗口，磁芯线圈置于原边电缆(2)构成的回路中间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100616 Termination date: 20211114 |