CN102075017A - 一种移动式无接触不间断供电装置 - Google Patents

Abstract

一种移动式无接触不间断供电装置，其初级绕组(11)沿线路铺设，并间隔一定距离安装有初级绕组固定支架(12)。所述的供电装置还设置了接近位置传感器和离开位置传感器，给次级开关发出合闸或分闸信号。接近位置传感器由接近信号发生器(131)和接近信号接收器(281)构成；离开位置传感器由离开信号发生器(132)和离开信号接收器(282)构成。接近信号发生器(131)和离开信号发生器(132)安装在初级绕组固定支架(12)的两端；接近信号接收器(281)和离开信号接收器(282)设置在次级(20)的两端。电磁铁吸合装置(200)位于次级铁心(22)的两个极板上。初级绕组(11)无接触地穿过次级绕组(21)及铁心(22)，形成电磁耦合结构；在初级绕组(11)中通有交流电流。

Description

一种移动式无接触不间断供电装置

技术领域

本发明涉及一种自动化输送领域中的电力供应装置，特别涉及一种用于输送设备的无接触不间断供电方法及装置。

背景技术

自动化输送领域需要采用无接触供电。

所谓无接触供电，是指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接触，甚至两者之间还有相对运动时，实现电能传输。无接触供电系统的理论依据是电磁感应原理。新型无接触供电系统利用电磁感应耦合技术与现代电力电子技术相结合，在电源和用电设备之间不需要机械接触来进行电能传输。无接触供电与传统方式相比有以下优点：①供电系统和负载之间无任何接触，无摩擦，易维护；②不受负载运动速度的限制；③无噪声污染；④能在各种恶劣的条件下工作(如水下、冰雪天气和地下等)；⑤可采用高频，使体积减小。

图1是既有的一种无接触供电方式，其供电线路中的初级绕组(电缆或供电轨)11放置在地面上，沿线路布置，为防止初级绕组自重引起的下垂，需每隔一定距离设置一个初级绕组固定支架12来支撑。次级20放置在移动设备如车上，随车运行。次级20由铁心和绕组等构成。初级绕组11无接触地穿过次级铁心22，使初级10与次级20形成电磁感应耦合结构。通过电磁感应，次级绕组中将会产生感生电动势，从而将初级电能无接触地传输给次级绕组，然后再通过次级变换电路，获得不同电压和频率的电能，以满足车上电机和其它用电设备的需要。

由于存在初级绕组固定支架12，为使次级20能够无障碍地运行，必须将次级铁心22设计成非闭合结构，导致次级铁心22磁路断开，磁路中包含了一个大气隙。众所周知，铁磁材料的导磁率是气隙导磁率的几千倍，换句话说气隙导磁率远低于铁磁材料，要产生同样的磁场，为克服气隙磁阻所需的初级励磁电流将会大大增加，初级电能供应也需相应增大，从而使电能耦合转换效率减小。该大气隙的存在，还会使磁路漏磁场增大，并造成高频电磁辐射，很容易使系统的电磁兼容性能不合格，需要将次级放置在特殊的位置或采用磁屏蔽，增加了系统设计难度。

既有的这种移动式无接触供电装置的初、次级电磁感应示意图如图6所示，当初级绕组11中通有交流电流i时，在此电流激励下，次级铁心22中产生交变磁通，这个交变磁通同时交链初级绕组11与次级绕组21，根据电磁感应定律，次级绕组21中发生电磁感应，产生感生电动势e，实现了能量传递。再通过次级变换电路，获得不同电压和频率的电能，为运动设备提供电能。

图6表明，由于次级铁心22为非闭合结构，磁路中包含了一个大气隙，气隙磁阻远大于铁心磁阻，次级铁心22中的磁通密度B很小，而且开口处漏磁场很大。这样不但使能量传递效率很低，漏磁场产生的电磁泄漏也使系统电磁兼容性能很差。

由上可知，非闭合次级铁心22是造成无接触供电系统性能差的关键因素。

综上所述，非闭合式次级铁心中磁路气隙的存在不但增加了初级电能输入，使初、次级耦合效率降低，也存在电磁兼容性问题。

发明内容

为解决背景技术中所述的带有初级绕组固定支架的移动式无接触供电系统中，非闭合次级铁心磁路存在大气隙所导致的初级电能增加、初级和次级耦合效率降低及电磁兼容性能不达标等问题，本发明提出了一种移动式无接触不间断供电装置，为输送设备无接触供电提供一种节能、高效、可靠运行的解决方案。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明所提出的用于输送设备的移动式无接触不间断供电装置由初级及次级构成，初级和次级之间无物理接触及电气连接。

本发明的特征在于：无接触供电的初级由初级绕组、初级绕组固定支架等构成。次级由次级铁心、绕组、电磁铁吸合装置等构成。初级固定在地面上，沿线路铺设，次级放置在运动设备如车上，随之运行。

初级绕组无接触地穿过次级绕组及次级铁心，使初、次级形成电磁耦合结构。初级绕组中通有交流电流，在此电流激励下，次级绕组中发生电磁感应，产生感生电动势，再通过次级变换电路，获得不同电压和频率的电能，为运动设备提供电能。

本发明所述的初级绕组为电缆或供电轨，沿线路铺设，并间隔一定距离安装有初级绕组固定支架，以减少初级绕组的下垂量。

本发明的所述的次级铁心为非闭合结构。

本发明所述的次级非闭合结构铁心中内置一个电磁铁吸合装置，由第一动铁心、第二动铁心、分闸线圈、弹簧、铁轭等部分组成。第一动铁心、第二动铁心、分闸线圈及弹簧都设置在铁轭内部，第一动铁心与第二动铁心相对放置，两组分闸线圈分别环绕在第一动铁心和第二动铁心上，两个弹簧一端固定在铁轭上，另一端分别固定在第一、第二动铁心上。电磁铁吸合装置的第一动铁心与第二动铁心通常为闭合状态，与非闭合形状的次级铁心一起构成闭合铁心结构。

本发明所述的非闭合结构次级铁心、电磁铁吸合装置的第一动铁心、第二动铁心及铁轭，都由导磁材料构成，如：硅钢片、纯铁或其它导磁材料，或几种导磁材料组合构成。

本发明还设置有两个位置传感器：接近位置传感器和离开位置传感器。接近位置传感器由接近信号发生器和接近信号接收器构成；离开位置传感器由离开信号发生器和离开信号接收器构成。接近信号发生器和离开信号发生器安装在所述的初级绕组固定支架的两端；接近信号接收器和离开信号接收器安装在次级的两端。

接近位置传感器用于感知次级是否接近初级固定支架；离开位置传感器用于感知次级是否离开初级固定支架。

当接近位置传感器感知到次级运行至接近初级绕组固定支架时，接近信号发生器将会发射合闸信号，位于次级的接近信号接收器接到合闸信号后，给分闸线圈通电，以产生电磁力，使电磁铁的第一、第二动铁心分离，以使次级无障碍地通过初级绕组固定支架。当离开位置传感器感知到次级已离开初级绕组固定支架时，离开信号发生器发射分闸信号，离开信号接收器接收到分闸信号后，给分闸线圈断电，在弹簧弹力作用下，第一动铁心与第二动铁心闭合，再次构成闭合铁心结构。电磁铁吸合装置由车载电池组或车上电源供电。

本发明的特征还在于：次级多于1个，次级之间的间距按以下原则设定：当一个次级通过初级支架时，其它次级中至少有一个不通过初级支架，其动铁心为闭合状态。

本发明具有如下优点：所述系统的非接触供电基本结构及方式保持不变，仍然采用初级沿线铺设并带有固定支架、次级放置在车上的结构，系统设计改变不大；次级铁心仍然为非闭合结构，使其可以无障碍地通过初级支架，但在次级非闭合铁心中附设了一个电磁铁吸合装置，其第一、第二动铁心由铁磁材料构成，与次级非闭合铁心组合构成了闭合铁心结构，使原来的非闭合铁心磁路得以闭合，所需励磁电流就与闭合型铁心磁路相同，远低于带大气隙的非闭合铁心，所需输入的初级电流会相应减小，从而降低了能耗，实现了节能。次级铁心闭合带来的另一个优点是减小了次级漏磁场，提高了初、次级耦合效率。次级漏磁场减小，也消除了由此产生的电磁泄漏，解决了电磁兼容性问题。初级绕组固定支架及次级两端均安装有感知次级接近或离开的位置传感装置，给次级开关发出合闸或分闸信号，使次级运行至初级支架时才使电磁铁第一、第二动铁心分离，通过初级绕组固定支架后，立即使第一、第二动铁心闭合，如此，次级铁心大部分运行时间都处于闭合状态，将铁心开断造成的影响降到了最小。电磁铁吸合装置的分闸线圈只有在需要打开第一、第二动铁心时才会通电，通电时间短，线圈耗能少，线圈不会发热。次级个数及间距经过合理设计，当一个次级通过初级绕组固定支架时，其它次级不会通过所述的初级绕组固定支架，从而保证了系统具有较高的总耦合效率。

附图说明

图1既有的一种移动式无接触供电系统三维示意图；

图2a本发明无接触供电装置的三维示意图；

图2b为图2a的A向视图；

图3及图4是本发明供电装置的横截面结构示意图；

图5为本发明供电装置的多个次级之间的间距设定原则示意图；

图6为既有的一种移动式无接触供电装置的初、次级电磁感应示意图；

图7为本发明所述的移动式无接触不间断供电装置的初、次级电磁感应示意图；

图8为本发明所述的电磁铁吸合装置中的分闸线圈原理电路示意图。

图中：

10初级、20次级、11初级绕组、12初级绕组固定支架、131接近信号发生器、132离开信号发生器、21次级绕组、22非闭合式次级铁心、200电磁铁吸合装置、23电磁铁铁轭、24弹簧、25分闸线圈、26第一动铁心、27第二动铁心、281接近信号接收器、282离开信号接收器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明为一种移动式无接触供电装置，由初级10、次级20构成。初级10固定在地面上，沿线路铺设；次级20放置在运动设备如车上，随之运行。

初级10由初级绕组11、初级绕组固定支架12等构成。

次级20由非闭合式的次级铁心22、次级绕组21、电磁铁吸合装置200等构成。

初级绕组固定支架12支撑着初级绕组11，以减少其自重引起的下垂。初级绕组11无接触地穿过次级绕组21及非闭合式次级铁心22，使初、次级形成电磁耦合结构。

为了解决非闭合式的次级铁心22造成无接触供电系统性能差的问题，本发明在次级铁心22中设置了一套电磁铁吸合装置200，电磁铁吸合装置200位于次级铁心22的两个极板上，如图2a、b及图3所示。电磁铁吸合装置200由第一动铁心26、第二动铁心27、分闸线圈25、弹簧24、电磁铁铁轭23等组成。第一动铁心26、第二动铁心27、分闸线圈25及弹簧24都设置在电磁铁的铁轭23内部，第一动铁心26与第二动铁心27相对放置，两组分闸线圈25分别环绕在第一动铁心26和第二动铁心27上，两个弹簧24的一端固定在铁轭23上，两个弹簧24的另一端分别固定在第一动铁心26和第二动铁心27上。

如图3及图7所示，若次级不需通过初级绕组固定支架12时，电磁铁200的第一动铁心26、第二动铁心27处于闭合状态，这样就与次级铁心22一起构成了闭合次级铁心，磁通在非闭合次级铁心22及第一动铁心26、第二动铁心27中流通。由于磁路中无气隙，次级铁心22中的磁通密度将大大提高，在次级绕组21中产生的感应电势也相应增加，能量传递效率大大提高，并相应极大地消除了铁心开口处的泄漏电磁场。

若次级需要通过初级绕组固定支架12时，电磁铁200的第一动铁心26、第二动铁心27将分离，使次级20无障碍地通过初级绕组固定支架12。

为了使整个无接触供电系统的能量传递效率达到最大，本发明采用两个位置传感器来控制动铁心26与27的闭合与分离。每个位置传感器都含有信号发生器与信号接收器两部分。信号发生器用于发射信号，信号接收器接收信号发生器发射的信号，并转换成电信号，即合闸或分闸指令，以控制分闸线圈的开关的闭合与断开，使分闸线圈通电或断电，分闸线圈的原理电路如图8所示。

本发明设置的两个位置传感器，其中一个用于感知次级是否接近初级固定支架，称为接近位置传感器；另一个用于感知次级是否离开初级固定支架，称为离开位置传感器。需要说明的是，这里所谓的接近和离开与次级运动方向有关。如图2a所示，当次级向左运行时，接近位置传感器由接近信号发生器131和接近信号接收器281组成；而离开信号发生器132和离开信号接收器282组成了离开位置传感器。如果次级运行方向与上述相反，则上述的接近位置传感器和离开位置传感器也相应互换。

位置传感器有多种成熟产品可供选用，如可选择光电式、电磁式、磁敏式或其它形式。

以选择光电式位置传感器为例，当次级20向左运行至接近初级绕组固定支架12时，其接近信号发生器131将会发射光信号，次级20上的接近信号接收器281接收此光信号，并转换成电信号使分闸线圈的开关闭合，给分闸线圈25通电，动铁心26与27受到电磁力作用，将会分离，如图4所示，使次级20可以无障碍地通过初级绕组固定支架12。

当离开位置传感器感知到次级20已离开初级绕组固定支架12时，其离开信号发生器132发射光信号，次级20上的离开信号接收器282接到光信号并转换成电信号后，使闭合的开关打开，给分闸线圈25断电，在弹簧24的弹力作用下，第一动铁心26与第二动铁心27再次闭合，重新构成闭合铁心结构。

本发明设置的次级多于1个，并且次级之间的间距按以下原则设定：当其中的一个次级通过初级支架时，其它次级中至少有一个不应通过初级支架，其动铁心为闭合状态。如图5所示，当2#次级通过初级固定支架时，1#次级处于两个初级固定支架之间。这样当2#次级电磁铁吸合装置中的上、下动铁心分离时，1#次级电磁铁吸合装置中的上、下动铁心一定为闭合状态，这样虽然线路中有些次级(如2#)由于铁心磁路开断导致耦合系数很低，但总会有其它次级(如1#)铁心磁路为闭合，处于高耦合系数状态，使次级铁心磁路开断对供电的影响降到最低，保证了无接触供电系统不会间断，使系统电能转换总效率达到最高。

Claims (4)

1.一种移动式无接触不间断供电装置，其特征在于：所述的供电装置包括无接触供电的初级(10)及次级(20)；初级(10)由初级绕组(11)、初级绕组固定支架(12)构成；次级(20)由次级绕组(21)、次级铁心(22)、电磁铁吸合装置(200)构成；所述的初级绕组(11)为电缆或供电轨，沿线路铺设，并间隔一定距离安装有初级绕组固定支架(12)；所述的次级铁心(22)为非闭合结构；所述的次级铁心(22)中内置有电磁铁吸合装置(200)，电磁铁吸合装置(200)位于次级铁心(22)的两个极板上。初级绕组(11)无接触地穿过次级绕组(21)及次级铁心(22)，形成电磁耦合结构；在初级绕组(11)中通有交流电流；所述的供电装置还设置有两个位置传感器——接近位置传感器和离开位置传感器；接近位置传感器由接近信号发生器(131)和接近信号接收器(281)构成；离开位置传感器由离开信号发生器(132)和离开信号接收器(282)构成；所述的接近信号发生器(131)和离开信号发生器(132)安装在所述的初级绕组固定支架(12)的两端；接近信号接收器(281)和离开信号接收器(282)安装在次级(20)的两端。

2.根据权利要求1所述的移动式无接触不间断供电装置，其特征在于：所述的电磁铁吸合装置(200)由铁轭(23)、弹簧(24)、分闸线圈(25)、第一动铁心(26)、第二动铁心(27)组成；第一动铁心(26)、第二动铁心(27)、分闸线圈(25)及弹簧(24)均设置在铁轭(23)内部；第一动铁心(26)与第二动铁心(27)相对放置，两组分闸线圈(25)分别环绕在第一动铁心(26)和第二动铁心(27)上，两个弹簧(24)的一端固定在铁轭(23)上，两个弹簧(24)的另一端分别固定在第一动铁心(26)和第二动铁心(27)上。

3.根据权利要求1或2所述的移动式无接触不间断供电装置，其特征在于：所述的次级铁心(22)、第一动铁心(26)、第二动铁心(27)及电磁铁铁轭(23)均由导磁材料构成。

4.根据权利要求1所述的移动式无接触不间断供电装置，其特征在于：所述的次级(20)多于1个；次级(20)之间的间距按以下原则设定：当一个次级(20)通过初级绕组固定支架(12)时，其它次级(20)中至少有一个不通过初级支架(20)，第一动铁心(26)及第二动铁心(27)为闭合状态。

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