[發明專利]一種并聯諧振串聯補償的移動小車的非接觸供電系統

有效

• 申請號: 201310187371.0
• 申請日: 2013-05-18
• 公開（公告）號: CN103259345A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 楊振強;喬維寶;鄒積巖;王茉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種采用串并聯諧振方法構成的非接觸供電系統，屬于非接觸供電領域的移動小車供電、充電裝置。

背景技術

為了使移動小車能使用在各種惡劣環境和特殊環境，擺脫使用充電器充電，更換電池以及移動設備拖帶電源線等麻煩，非接觸供電技術（CPS）的需求越來越多。目前，非接觸供電裝置已經逐步實用化并逐漸走進我們的日常生活。實現非接觸電能傳輸技術主要包括三種形式：1、感應耦合型；2、無線電接受型；3、共振型。

移動小車供電電動小車系統（EMS，Electrified?Monorail?System）也被稱為電動單軌輸送系統，是具有輸送、搬運貨物的自動化系統，與機械、電氣、信息等技術相結合，被廣泛應用于汽車、冶金、電子產品等大批量、多品種的流水生產線上，另外在大規模倉儲過程中也發揮著重要作用。

移動小車目前有三種供電方式，滑動接觸方式、電纜拖鏈方式、電池充電。這些方式具有的缺點是，需要維護，運行成本比較高，在清潔度高和易燃易爆環境下的可靠性、安全性不足。采用非接觸供電方式可以效克服了上述三種供電方式的缺點。非接觸供電的優點是：1）高移動性、靈活性，對電動小車的速度和運行距離無限制，同時適用于布局較復雜的電路。2）運行成本低，成本一次投入，可達到幾乎免維護。3）安全性高：沒有電接觸及裸露導線，避免電火花和觸電等安全隱患，可用于各種惡劣環境和特殊環境。4）環境友好：無噪聲和粉塵釋放，排除了電池相關環境污染，綠色安全。5）可靠性高：系統無物理摩擦，免除了物理損耗和化學腐蝕，可靠運行有保證。

本發明的非接觸供電屬于感應耦合型，其原理主要是一次側線圈和二次側線圈相鄰一定距離，在一次側線圈中加高頻交流大電流，以電磁場為媒介在二次側線圈感應出電動勢，經過整流、濾波、穩壓，為移動終端供電或充電，從而實現電能傳輸。一次側線圈可沿著移動小車的運行軌道鋪設，或者鋪設在移動小車的固定充電位置，二次線圈繞在一個E型或者U型等形狀的鐵氧體磁芯上，安裝在移動小車上。為了降低成本和提高效率，本發明采用了并聯諧振串聯補償的方法構成非接觸供電系統。

發明內容

為了發揮非接觸供電的優越特性，擴展其使用范圍，本發明要解決的問題是降低非接觸供電系統的成本，提高其電能傳輸效率。本發明的技術方案如下：

一種電動移動小車的非接觸供電系統，由軟開關電源(包括可選的高頻隔離變壓器、非接觸供電原邊電路(由原邊補償電路和沿移動小車運行軌道或充電位置敷設的原邊電路的電纜組成)、非接觸供電副邊電路組成。

本發明的軟開關電源主要由整流橋、濾波電路、EMI電路、逆變橋、開關電源串聯諧振電感、開關電源串聯諧振電容和高頻隔離變壓器等組成，其作用是產生非接觸供電原邊電路所需的高頻電源并起隔離作用。采用軟開關電源，不僅提高了開關電源的效率，也使高頻變壓器的輸入和輸出電壓接近正弦波，簡化了非接觸供電原邊電路所需的濾波器的結構，降低了系統成本，提高了系統的效率。

高頻隔離變壓器的磁芯可考慮選用超微晶材料和鐵氧體，線圈采用漆包絞合線(Litz-wire)，以克服集膚效應，減少損耗。

本系統的非接觸供電原邊電路，原邊電路的電纜是原邊電路的負載，沿著移動小車的運行軌道敷設，或者敷設在移動小車的固定充電位置。并聯諧振電容、限流小電感與附加電感/補償電容和原邊電路的電纜的串聯構成并聯諧振電路。其中附加電感/補償電容為可選器件。當原邊電路的電纜比較短時，其電感較小，則需要串聯附加電感，使其與原邊電纜串聯的感抗與并聯諧振電容16的容抗相等，滿足并聯諧振條件；當原邊電路的電纜比較長時，其電感較大，則需要串聯補償電容，抵消一部分原邊電纜的感抗，來滿足并聯諧振條件。當原邊電路的電纜長度很長時，限于補償電容的耐壓和成本，可以采用串聯多個補償電容的方式，達到諧振條件。限流小電感是阻止高次諧波電流注入并聯諧振電容，以保護并聯諧振電容不過流。濾波電感的作用是濾除開關電源的諧波，減少加在并聯諧振電容、限流小電感支路上的電壓諧波。由負載帶來的原邊電路的電纜參數的變化，以及溫度造成的并聯諧振電容、補償電容的電容量的變化等，使電路脫離諧振點，靠自動調節開關電源的頻率解決。