CN108678064B - 法拉电容器驱动的挖掘机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，属于地下矿山开采技术领域，其中，电容器装置通过直流开关电源变换器给控制装置供电，电容器装置通过开关电路与开关磁阻电机调速系统相连，开关磁阻电机调速系统与工作机构相连；所述控制装置分别控制开关电路和开关磁阻电机调速系统；所述法拉电容管理电路接收法拉电容组的数据，控制装置读取法拉电容管理电路所接收的法拉电容组数据并在显示屏显示，控制装置控制法拉电容充电机构动作。本发明具有结构简单，稳定性高，不受距离限制，不会对环境造成污染特点，此种挖掘机系统可减少液压损失、减少机械磨损、延长液压油更换周期，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，属于地下矿山开采技术领域。
背景技术
电动挖掘机、柴油挖掘机被广泛的应用于地下的矿山开采，电动挖掘机具有结构简洁，操作简单、工作效率高、维修简单、没有空气污染的特点，然而受电缆的限制工作半径一般不超过90米，电缆损坏率高造成开采成本上升，且电缆箱不仅限制了视野，还会造成重心过高，减小了整机的稳定性。柴油挖掘机具有工作距离不受限制，工作效率高的特点，然而柴油机维护保养繁琐，结构复杂，尾气排放造成二次污染。同时传统的挖掘机一般由溢流阀控制油泵压力，此种方式会造成液压损失、加大机械磨损、造成液压油更换周期频繁，增大了生产成本。而法拉电容电池又叫黄金电容、超级电容电池，它通过极化电解质来储能，属于双电层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此法拉电容器可以反复充放电数十万次。法拉电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。
发明内容
本发明目的在于提供一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，具有结构简单，稳定性高，不受距离限制，不会对环境造成污染，视野开阔的特点，同时此种挖掘机系统可减少液压损失、减少机械磨损、延长液压油更换周期，降低生产成本。
为解决上述问题，本发明提供一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其中，电容器装置通过直流开关电源变换器给控制装置供电，电容器装置通过开关电路与开关磁阻电机调速系统相连，开关磁阻电机调速系统与工作机构相连；所述控制装置分别控制开关电路和开关磁阻电机调速系统；所述电容器装置包括法拉电容组、法拉电容管理电路、法拉电容充电机构、电容容置箱，法拉电容组安装在电容容置箱内，电容容置箱设置在车后架上，法拉电容充电机构与法拉电容组相连，所述法拉电容管理电路接收法拉电容组的数据，所述数据包括法拉电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制装置读取法拉电容管理电路所接收的法拉电容组数据并在显示屏显示，控制装置控制法拉电容充电机构动作。
法拉电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双电层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此法拉电容器可以反复充放电数十万次。法拉电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点。
优选的，开关磁阻电机调速系统包括直流开关磁阻电机和调速电路，所述控制装置通过控制调速电路控制直流开关磁阻电机的转速。此电机具有:电机结构简单、坚固、维护方便甚至免维护，启动及低速时转矩大、启动电流小;高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率，控制技术成熟，频率设定简单，容易和液压设备配套。由于具有以上优点，很适合负荷波动频繁的挖掘机提供动力。通过调速电路将恒速的电动机变为变速可调，不仅节约能源还延长法拉电容使用时间。
开关磁阻电机调速系统是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它兼具直流、交流两类调速系统的优点。英、美等经济发达国家对开关磁阻电机调速系统的研究起步较早，并已取得显著效果，产品功率等级从数w直到数百kw，广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。
优选的，开关磁阻电机调速系统通过花键与油泵连接，油泵给工作机构提供液压动力；所述油泵出口设有压力变送器，压力变送器将油泵出口压力反馈到控制装置，控制装置控制开关磁阻电机调速系统调整转速。直流开关磁阻电机转速快油泵输出的压力就大，反之亦然，通过调节开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机转速调节油泵输出压力，能够减少液压损失、减少机械磨损、降低液压油温度、延长液压油更换周期，降低生产成本。
优选的，电容容置箱放置在挖掘机车后架的直流开关磁阻电机两侧底部，所述电容容置箱为长方体形状，电容容置箱设有若干腔室，每个腔室顶部设有顶盖，顶盖底部设有风扇，腔室底部设有若干通孔，腔室底部设有弹簧，腔室两侧壁上设有挡板，所述挡板和腔室侧壁之间设有转轴，挡板可沿转轴向下旋转，挡板与腔室侧壁形成的最大角度为90度；所述每个腔室至少可以放下一块法拉电容，所述电容容置箱内法拉电容形成法拉电容组。腔室状的电容容置箱可以增强箱体的的机械强度，减少法拉电容间影响，利于散热，挡板用于固定法拉电容，同时腔室底部的弹簧有利于铲运车在工作工程中对法拉电容进行减震。
优选的，所述法拉电容充电机构包括充电盒、驱动电机、齿轮、挡块、压力传感器、圆管、齿条、充电插头；所述驱动电机、齿轮、圆管、设置在充电盒内，圆管前端穿过充电盒与充电插头相连，圆管后端一侧设有齿条，齿条与充电插头之间设有挡块，挡块上设有压力传感器；所述齿条和挡块均位于充电盒内部，所述驱动电机通过齿轮与齿条啮合传动，所述充电插头通过圆管内的导线与法拉电容组相连，控制装置控制驱动电机旋转。当需要充电时，驾驶员操控挖掘机到达指定位置，控制驱动电机运动，将充电插头伸出，当挡块上的压力传感器触碰到充电盒壁时，表示充电插头到达指定位置，压力传感器反馈信号给控制装置，控制装置控制驱动电机停止工作，进行充电即可。
优选的，所述开关电路包括电源接触器、保护电路,保护电路的作用是保护电机不受过流过压损害。
优选的，所述法拉电容为非对称大动力法拉电容器。它具有能量密度大，不产生一次和二次环境污染，放电电流大，充电速度快，循环寿命长的特点，因此，法拉电容不用进行更换式充电，可以即充即走，方便省时，且安全可靠。
工作原理：本发明运行时首先启动直流开关电源变换器产生直流24伏的操作电源为控制装置供电，控制装置启动开关电路为直流开关磁阻电机4系统接通电源，同时控制装置给定开关磁阻电机调速系统一个转速值，使开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机4在给定转速下运行。法拉电容采用容量为300v、200A.电容式法拉电容，一次充满电后可使挖掘机连续工作4小时左右，挖掘机工作时法拉电容管理系统始终检测法拉电容的工作状况，当电量降到规定之后，控制装置发出报警提醒司机将挖掘机开到充电站进行充电，充电完毕后法拉电容管理模块送出信号给控制装置，控制装置控制显示屏显示法拉电容电量，同时控制法拉电容充电机构停止充电。法拉电容需要充电时，控制装置控制驱动电机旋转，驱动电机带动齿轮旋转，与齿轮啮合的齿条随之运动，使齿条做直线运动，将圆管向外推动，当圆管上的压力传感器触碰到充电盒的内壁时，即充电插头到达预定位置，驱动电机停止运动，进行充电。停止充电时，电机反转即可。
本发明有益效果：
本发明采用法拉电容器，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，省去了电缆箱的结构，使挖掘机重心降低，开阔视野，同时具有结构简单，不受距离限制，不会对环境造成污染的特点，腔室状的电容容置箱可以增强箱体的机械强度，减少法拉电容间影响，利于散热，挡板用于固定法拉电容，同时腔室底部的弹簧有利于铲运车在工作过程中对法拉电容进行减震，充电机构的设计方便充电，通过调节开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机转速调节油泵输出压力，能够减少液压损失、减少机械磨损、降低液压油温度、延长液压油更换周期，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明腔室结构示意图；
图3为本发明工作流程图；
其中：1、车后架；2、电容容置箱；3、腔室；31、转轴；32、弹簧；33、通孔；34、挡板；35、风扇；36、顶盖；4、直流开关磁阻电机；5、充电盒；51、驱动电机；52、挡块；53、圆管；54、充电插头。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。
实施例1：
参照说明书附图3，一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其中,电容器装置通过直流开关电源变换器给控制装置供电，电容器装置通过开关电路与开关磁阻电机调速系统相连，开关磁阻电机调速系统与工作机构相连；所述控制装置分别控制开关电路和开关磁阻电机调速系统；如图1所示，所述电容器装置包括法拉电容组、法拉电容管理电路、法拉电容充电机构、电容容置箱2，法拉电容组安装在电容容置箱2内，电容容置箱2设置在车后架1上，法拉电容充电机构与法拉电容组相连，所述法拉电容管理电路接收法拉电容组的数据，所述数据包括法拉电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制装置读取法拉电容管理电路所接收的法拉电容组数据并在显示屏显示，控制装置控制法拉电容充电机构动作。
工作时法拉电容通过电容的通放电为系统供电，驱动开关磁阻电机调速系统工作，进而带动工作机构运动。
实施例2：
参照说明书附图3，本发明提供一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其中，法拉电容为非对称大动力法拉电容器，电容器装置通过直流开关电源变换器给控制装置供电，电容器装置通过开关电路与开关磁阻电机调速系统相连，开关磁阻电机调速系统包括直流开关磁阻电机4和调速电路，所述控制装置通过控制调速电路控制直流开关磁阻电机4的转速；所述开关电路包括电源接触器、保护电路。开关磁阻电机调速系统通过花键与油泵连接，油泵给工作机构提供液压动力；所述油泵出口设有压力变送器，压力变送器将油泵出口压力反馈到控制装置，控制装置控制开关磁阻电机调速系统调整转速改变油泵输出压力。
所述控制装置分别控制开关电路和开关磁阻电机调速系统；所述电容器装置包括法拉电容组、法拉电容管理电路、法拉电容充电机构、电容容置箱2，法拉电容组安装在电容容置箱2内，电容容置箱2设置在车后架1上，法拉电容充电机构与法拉电容组相连，所述法拉电容管理电路接收法拉电容组的数据，所述数据包括法拉电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制装置读取法拉电容管理电路所接收的法拉电容组数据并在显示屏显示，控制装置控制法拉电容充电机构动作。
电容容置箱2放置在挖掘机车后架1的直流开关磁阻电机4两侧底部，所述电容容置箱2为长方体形状，电容容置箱2设有若干腔室3，每个腔室3顶部设有顶盖36，顶盖36底部设有风扇35，腔室3底部设有若干通孔33，腔室3底部设有弹簧32，腔室3两侧壁上设有挡板34，所述挡板34和腔室3侧壁之间设有转轴31，挡板34可沿转轴31向下旋转，挡板34与腔室3侧壁形成的最大角度为90度；所述每个腔室3至少可以放下一块法拉电容，所述电容容置箱内法拉电容形成法拉电容组。
所述法拉电容充电机构包括充电盒5、驱动电机51、齿轮、挡块52、压力传感器、圆管53、齿条、充电插头54；所述驱动电机51、齿轮、圆管53设置在充电盒5内，圆管53前端穿过充电盒5与充电插头54相连，圆管53后端一侧设有齿条，齿条与充电插头54之间设有挡块52，挡块朝向充电插头的一侧设有压力传感器；所述齿条和挡块52均位于充电盒5内部，所述驱动电机51通过齿轮与齿条啮合传动，所述充电插头54通过圆管53内的导线与法拉电容组相连，控制装置控制驱动电机51旋转。
工作原理：本发明运行时首先启动直流开关电源变换器产生直流24伏的操作电源为控制装置供电，控制装置启动开关电路为直流开关磁阻电机4系统接通电源，同时控制装置给定开关磁阻电机调速系统一个转速值，使开关磁阻电机调速系统的直流开关磁阻电机4在给定转速下运行。法拉电容采用容量为300v、200A.电容式法拉电容，一次充满电后可使挖掘机连续工作4小时左右，挖掘机工作时法拉电容管理系统始终检测法拉电容的工作状况，当电量降到规定之后，控制装置发出报警提醒司机将挖掘机开到充电站进行充电，充电完毕后法拉电容管理模块送出信号给控制装置，控制装置控制显示屏显示法拉电容电量，同时控制法拉电容充电机构停止充电。
法拉电容需要充电时，控制装置控制驱动电机51旋转，驱动电机51带动齿轮旋转，与齿轮啮合的齿条随之运动，使齿条做直线运动，将圆管53向外推动，当圆管53上的压力传感器触碰到充电盒5的内壁时，即充电插头54到达预定位置，驱动电机51停止运动，进行充电。停止充电时，电机反转即可。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，电容器装置通过直流开关电源变换器给控制装置供电，电容器装置通过开关电路与开关磁阻电机调速系统相连，开关磁阻电机调速系统与工作机构相连；所述控制装置分别控制开关电路和开关磁阻电机调速系统；所述电容器装置包括法拉电容组、法拉电容管理电路、法拉电容充电机构、电容容置箱（2），法拉电容组安装在电容容置箱（2）内，电容容置箱（2）设置在车后架（1）上，法拉电容充电机构与法拉电容组相连，所述法拉电容管理电路接收法拉电容组的数据，所述数据包括法拉电容组的充电状态、电压、电流、温度；控制装置读取法拉电容管理电路所接收的法拉电容组数据并在显示屏显示，控制装置控制法拉电容充电机构动作; 所述法拉电容充电机构包括充电盒（5）、驱动电机（51）、齿轮、挡块（52）、压力传感器、圆管（53）、齿条、充电插头（54）；所述驱动电机（51）、齿轮、圆管（53）设置在充电盒（5）内，圆管（53）前端穿过充电盒（5）与充电插头（54）相连，圆管（53）后端一侧设有齿条，齿条与充电插头（54）之间设有挡块（52），挡块朝向充电插头的一侧设有压力传感器；所述齿条和挡块（52）均位于充电盒（5）内部，所述驱动电机（51）通过齿轮与齿条啮合传动，所述充电插头（54）通过圆管（53）内的导线与法拉电容组相连，控制装置控制驱动电机（51）旋转。
2.根据权利要求1所述的一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，开关磁阻电机调速系统包括直流开关磁阻电机（4）和调速电路，所述控制装置通过控制调速电路控制直流开关磁阻电机（4）的转速。
3.根据权利要求1或2所述的一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，开关磁阻电机调速系统通过花键与油泵连接，油泵给工作机构提供液压动力；所述油泵出口设有压力变送器，压力变送器将油泵出口压力反馈到控制装置，控制装置控制开关磁阻电机调速系统调整转速。
4.根据权利要求1所述的一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，电容容置箱（2）放置在挖掘机车后架（1）的直流开关磁阻电机（4）两侧底部，所述电容容置箱（2）为长方体形状，电容容置箱（2）设有若干腔室（3），每个腔室（3）顶部设有顶盖（36），顶盖（36）底部设有风扇（35），腔室（3）底部设有若干通孔（33），腔室（3）底部设有弹簧（32），腔室（3）两侧壁上设有挡板（34），所述挡板（34）和腔室（3）侧壁之间设有转轴（31），挡板（34）可沿转轴（31）向下旋转，挡板（34）与腔室（3）侧壁形成的最大角度为90度；所述每个腔室（3）至少可以放下一块法拉电容，所述电容容置箱内法拉电容形成法拉电容组。
5.根据权利要求1所述的一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，所述开关电路包括电源接触器、保护电路。
6.根据权利要求1所述的一种法拉电容器驱动的挖掘机系统，其特征在于，所述法拉电容为非对称大动力法拉电容器。
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Address after: 213003 No. 18 Xinya Road, Wujin High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: National innovation energy automobile intelligent energy equipment innovation center (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: 213003 No. 18 Xinya Road, Wujin High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: National Innovative Energy Automotive Energy and Information Innovation Center (Jiangsu) Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 213003 No. 18 Xinya Road, Wujin High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Guochuang mobile energy innovation center (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: 213003 No. 18 Xinya Road, Wujin High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: National innovation energy automobile intelligent energy equipment innovation center (Jiangsu) Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20231214 Address after: 213000 No.39 longhui Road, Wujin national high tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Wanbang Digital Energy Co.,Ltd. Patentee after: Guochuang mobile energy innovation center (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: 213003 No. 18 Xinya Road, Wujin High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Guochuang mobile energy innovation center (Jiangsu) Co.,Ltd. |
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