CN102136765A - 一种多电压输出的拾电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种多电压输出的拾电器，包括n个结构相同的拾电电路，每个拾电电路都包括磁芯线圈、谐振补偿电路、整流桥和稳压电路，其中磁芯线圈连接谐振补偿电路的输入端，谐振补偿电路的输出端连接整流桥的输入端，整流桥的输出连接稳压电路的输入端，每个拾电电路独立输出电压对负载供电，其中n为大于1的自然数。本发明电路结构简化，体积降低，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及无接触供电设备的二次侧拾电电路。
背景技术
无接触供电技术抛开了传统的用电设备通过电缆等和电源直接接触的供电模式 ，它利用空气作为松耦合介质，通过高频辐射的方式向电气设备提供电能。它消除了传统供电方式的多点接触的不可靠性，解决了移动电气设备通过滑、滚动取电方式所带来的器件磨损、碳积以及电火花问题，为移动电气设备的安全、绿色供电提供了解决方案。
目前工矿企业的各类移动装吊设备以及矿车大都采用接触式供电装置，这种常规的供电方式不仅影响了设备的移动灵活性，其滑、滚动取电方式所造成的电火花形成了非常严重的安全隐患，甚至于造成生命财产的重大损失。非接触供电系统发明之后广泛应用于流水线生产系统，许多汽车流水线以及其他制造厂都安装了非接触电力供应系统，用于汽车部件的搬运处理系统或用于成套生产。非接触供电方式能适应恶劣的工作环境，完全消除了电火花的产生，具有较大的灵活性，符合安全生产的要求，在工矿企业有巨大的市场需求前景。
现有无接触供电拾电器虽然应用广泛，但是也存在以下可以改进的地方：（1）由于无接触供电为了提高效率，采用高频耦合，拾电器输出均为单一的经过整流的直流电，无法提供多个不同的电压。在实际应用场合，用电设备几乎均需多个电压，例如：电机变频器供电需要DC560V、PLC供电需要DC24V等，这就需要外接电压变换器，增加了成本。同时，普通的电压变换器不具有电气隔离功能，高压设备运行会给低压设备带来干扰，影响设备可靠运行。（2）拾电器为了维持输出电压的稳定，都具有稳压电路，传统稳压电路采用斩波原理，其结构复杂、效率低。
如申请号为[200680007910.6]所示的专利，虽然采用多个磁性线圈取代了斩波稳压电路，最终还是为了实现单一输出电压的稳压。如申请号[200410096738.9]的专利，将斩波稳压电路控制部分和整流部分融合，一定程度上降低了体积，但是还是需要晶体管控制电路。
发明内容
本发明正是为了优化背景技术中所述两个方面的不足而设计。通过设计LCL谐振稳压电路代替了传统的斩波稳压电路，取消了晶体管控制电路，大大简化了拾电器电路结构；并在此基础上进一步提出一种多电压输出拾电器，将传统拾电器性能拓展，全面满足实际应用需求。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明一种多电压输出拾电器，包括n个结构相同的拾电电路，每个拾电电路都包括磁芯线圈、谐振补偿电路、整流桥和稳压电路，其中磁芯线圈连接谐振补偿电路的输入端，谐振补偿电路的输出端连接整流桥的输入端，整流桥的输出连接稳压电路的输入端，每个拾电电路独立输出电压对负载供电，其中n为大于1的自然数。
优选地，每个磁芯线圈均缠绕在同一个磁芯上。
优选地，所述的谐振补偿电路由电容、电感和电容组成，其中电容的两端与磁芯线圈并联，电容的一端串接电感后接电容的一端，电容的另一端接电容的另一端，电容的两端作为谐振补偿电路的输出端接整流桥的输入端。
优选地，所述的稳压电路依次由电容、电阻和电容分别并联组成，电阻用于设备关闭后对电容进行放电。
优选地，所述谐振补偿电路为串联谐振电路或者并联谐振电路。
优选地，所述稳压电路为斩波升压电路或者斩波降压电路。
优选地，采用不同的谐振补偿电路和稳压电路，从而适应于不同的负载特性。
本发明通过改造拾电器谐振补偿电路，稳压电路，实现无晶体管斩波和控制的自适应稳压电路，使得无接触供电系统的拾电器内部电路结构大大简化，降低体积，提高了可靠性。并在此基础上，进一步实现了多电压输出的拾电器结构。同时，为了适应于不同的负载需求，将现有拾电器电路融合到多电压输出拾电器中。
附图说明
图1 拾电器结构原理图；
图2 自适应稳压拾电器电路原理图；
图3 基于斩波稳压的双电压输出拾电器；
图4 稳压电路图；
图5 基于自适应稳压的双电压输出拾电器；
图6 自适应稳压效果图。
图中标号：第一磁芯线圈（11）、第一谐振补偿电路（12）、第一整流桥（13）、第一稳压电路（14）、第二磁芯线圈（21）、第二谐振补偿电路（22）、第二整流桥（23）、第二稳压电路（24）、第n磁芯线圈（n1）、第n谐振补偿电路（n2）、第n整流桥（n3）、第n稳压电路（n4）。
磁芯线圈（31）、谐振补偿电路（32）、电容（32A）、电感（32B）、电容（32C）、整流桥（33）、稳压电路（34）、电解电容（34A）、电阻（34B）、电容（34C）。
初级电缆（0）、第一磁芯线圈（11）、第一谐振补偿电路（12）、第一整流桥（13）、第一稳压电路（14）、晶体管（14A）、电感（14B）、控制电路（14C）、二极管（14D）、电容（14E）、第二磁芯线圈（21）、第二谐振补偿电路（22）、第二整流桥（23）、第二稳压电路（24）、晶体管（24A）、电感（24B）、控制电路（24C）、二极管（24D）、电容（24E）。
晶体管（44A）、电感（44B）、控制电路（44C）、二极管（44D）、电容（44E）。
初级电缆（0）、第五磁芯线圈（51）、第五谐振补偿电路（52）、电容（52A）、电感（52B）、电容（52C）、第五整流桥（53）、第五稳压电路（54）、电容（54A）、电阻（54B）、电容（54C）、第六磁芯线圈（61）、第六谐振补偿电路（62）、电容（62A）、电感（62B）、电容（62C）、第六整流桥（63）、第六稳压电路（64）、电容（64A）、电阻（64B）、电容（64C）。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，一种多电压输出拾电器，包括n个结构相同的拾电电路，每个拾电电路都包括磁芯线圈、谐振补偿电路、整流桥和稳压电路，其中磁芯线圈连接谐振补偿电路的输入端，谐振补偿电路的输出端连接整流桥的输入端，整流桥的输出连接稳压电路的输入端，每个拾电电路独立输出电压对负载供电，其中n为大于1的自然数。每个磁芯线圈均缠绕在同一个磁芯上。每个拾电电路独立输出不同的电压对负载供电。
如图2所示，所述的谐振补偿电路由电容32A、电感32B和电容32C组成，其中电容32A的两端与磁芯线圈31并联，电容32A的一端串接电感32B后接电容32C的一端，电容32A的另一端接电容32C的另一端，电容32C的两端作为谐振补偿电路的输出端接整流桥的输入端。所述的稳压电路依次由电容34A、电阻34B和电容34C分别并联组成，电阻34B用于设备关闭后对电容进行放电。
在无接触供电的滑撬输送系统中，沿着滑撬行驶轨道设置非接触供电的初级电缆。电缆中通有高频大电流信号。安装在滑撬上的拾电器靠近初级电缆，拾电器的线圈可以感应电缆中的电流产生电压，供给滑撬上的控制和驱动系统使用。滑撬上自带升降机系统，通过PLC控制变频器实现升降机高度的自动控制。其中控制部分的PLC和中间继电器需要DC24V供电，升降机的电机通过变频器驱动，变频器需要DC560直流母线供电。
如图3所示为本发明的一个实施例，拾电器包含了两个拾电电路，其磁芯线圈均缠绕在同一个“E”形磁芯上。两个拾电电路均采用串联谐振和斩波稳压电路。磁芯线圈11和电容12串联构成串联谐振，经过整流桥13后输入到升压斩波电路14，升压斩波电路14由晶体管14A、电感14B、控制电路14C、二极管14D组成。另一套拾电电路结构与上述类似，磁芯线圈21和电容22串联构成串联谐振，经过整流桥23后输入到升压斩波电路24，升压斩波电路24由晶体管24A、电感24B、控制电路24C、二极管24D组成。为了实现不同的电压输出，两套电路的元件参数不同。
如图4所示为本发明的另一个实施例中的斩波升压电路，包括：电感44B、二极管44D、晶体管44A、控制电路44C、电容44E。电感44B一端作为输入连接整流桥的正极输出，另一端连接二极管44D的阳极，同时连接到晶体管44A的源级，晶体管44A的漏极连接到整流桥的负极输出，控制电路44C连接二极管44D的负极和整流桥的负极以及晶体管44A的栅极。
如图5所示为本发明的另一个实施例，磁芯线圈51和磁芯线圈61均缠绕在“E”形磁芯的中间位置，两个拾电电路均采用本发明权利要求3所述的自适应稳压拾电器结构。初级电缆0中通过20KHz的高频交流电流120A，从而在磁芯线圈51和磁芯线圈61中感应出电流。磁芯线圈51连接谐振补偿电路52，谐振补偿电路52由电容52A、电感52B、电容52C串联组成，电容52A两端作为输入，电容52C两端作为输出。谐振补偿电路52接入连接整流桥53，输出再连接稳压电路54，由于前端的谐振补偿电路采用自适应稳压方式，所以这里只需要连接几个电容做滤波即可以。由于采用自适应稳压方式，优化了传统的斩波稳压电路和晶体管控制电路，大大降低了元件的数量。磁芯线圈61同样接入另一套自适应稳压的拾电器电路。本实施例子，采用DC24V供电给滑撬线的PLC控制系统，采用DC560V供电给变频器驱动电机。变频器采用的是Lenze的直流母线供电变频器。
如图6所示，是本发明实施例在不同负载下，采用自适应稳压电路的稳压性能测试。对于DC560V的直流供电输出，当负载电阻大于500欧姆，自适应稳压效果非常好；当负载电阻小于500欧姆后，由于输出功率大于了拾电器的设计功率，所以电压有明显的下降。
本发明通过改造拾电器拾电电路结构，设计了LCL自适应稳压电路，取代了现有拾电器的斩波稳压方式，使得无接触供电系统的拾电器元件数量大大降低，可靠性提高；同时，设计采用多个拾电电路共用一个磁芯，实现多电压输出的非接触供电拾电器系统，一次满足实际系统的多电压需求，无需扩展电压变换模块。并且该多电压电气完全隔离，即不共地，效率高，成本低。
Claims (7)
1.一种多电压输出的拾电器，其特征在于包括n个结构相同的拾电电路，每个拾电电路都包括磁芯线圈、谐振补偿电路、整流桥和稳压电路，其中磁芯线圈连接谐振补偿电路的输入端，谐振补偿电路的输出端连接整流桥的输入端，整流桥的输出连接稳压电路的输入端，每个拾电电路独立输出电压对负载供电，其中n为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于每个磁芯线圈均缠绕在同一个磁芯上。
3.根据权利要求1所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于所述的谐振补偿电路由电容（32A）、电感（32B）和电容（32C）组成，其中电容（32A）的两端与磁芯线圈（31）并联，电容（32A）的一端串接电感（32B）后接电容（32C）的一端，电容（32A）的另一端接电容（32C）的另一端，电容（32C）的两端作为谐振补偿电路的输出端接整流桥的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于所述的稳压电路依次由电容（34A）、电阻（34B）和电容（34C）分别并联组成，电阻（34B）用于设备关闭后对电容进行放电。
5.根据权利要求1或3所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于所述谐振补偿电路为串联谐振电路或者并联谐振电路。
6.根据权利要求1或4所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于所述稳压电路为斩波升压电路或者斩波降压电路。
7.根据权利要求1所述的一种多电压输出的拾电器，其特征在于采用不同的谐振补偿电路和稳压电路，从而适应于不同的负载特性。
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