專利名稱：一種多電壓輸出的拾電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無接觸供電設(shè)備的二次側(cè)拾電電路。
背景技術(shù)：
無接觸供電技術(shù)拋開了傳統(tǒng)的用電設(shè)備通過電纜等和電源直接接觸的供電模式 ，它利用空氣作為松耦合介質(zhì)，通過高頻輻射的方式向電氣設(shè)備提供電能。它消除了傳統(tǒng)供 電方式的多點接觸的不可靠性，解決了移動電氣設(shè)備通過滑、滾動取電方式所帶來的器件 磨損、碳積以及電火花問題，為移動電氣設(shè)備的安全、綠色供電提供了解決方案。目前工礦企業(yè)的各類移動裝吊設(shè)備以及礦車大都采用接觸式供電裝置，這種常規(guī) 的供電方式不僅影響了設(shè)備的移動靈活性，其滑、滾動取電方式所造成的電火花形成了非 常嚴重的安全隱患，甚至于造成生命財產(chǎn)的重大損失。非接觸供電系統(tǒng)發(fā)明之后廣泛應(yīng)用 于流水線生產(chǎn)系統(tǒng)，許多汽車流水線以及其他制造廠都安裝了非接觸電力供應(yīng)系統(tǒng)，用于 汽車部件的搬運處理系統(tǒng)或用于成套生產(chǎn)。非接觸供電方式能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，完全 消除了電火花的產(chǎn)生，具有較大的靈活性，符合安全生產(chǎn)的要求，在工礦企業(yè)有巨大的市場 需求前景?，F(xiàn)有無接觸供電拾電器雖然應(yīng)用廣泛，但是也存在以下可以改進的地方(1)由 于無接觸供電為了提高效率，采用高頻耦合，拾電器輸出均為單一的經(jīng)過整流的直流電，無 法提供多個不同的電壓。在實際應(yīng)用場合，用電設(shè)備幾乎均需多個電壓，例如電機變頻器 供電需要DC560V、PLC供電需要DC24V等，這就需要外接電壓變換器，增加了成本。同時，普 通的電壓變換器不具有電氣隔離功能，高壓設(shè)備運行會給低壓設(shè)備帶來干擾，影響設(shè)備可 靠運行。(2 )拾電器為了維持輸出電壓的穩(wěn)定，都具有穩(wěn)壓電路，傳統(tǒng)穩(wěn)壓電路采用斬波原 理，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低。如申請?zhí)枮閇200680007910.6]所示的專利，雖然采用多個磁性線圈取代了斬波 穩(wěn)壓電路，最終還是為了實現(xiàn)單一輸出電壓的穩(wěn)壓。如申請?zhí)朳200410096738.9]的專利， 將斬波穩(wěn)壓電路控制部分和整流部分融合，一定程度上降低了體積，但是還是需要晶體管 控制電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了優(yōu)化背景技術(shù)中所述兩個方面的不足而設(shè)計。通過設(shè)計LCL諧振 穩(wěn)壓電路代替了傳統(tǒng)的斬波穩(wěn)壓電路，取消了晶體管控制電路，大大簡化了拾電器電路結(jié) 構(gòu)；并在此基礎(chǔ)上進一步提出一種多電壓輸出拾電器，將傳統(tǒng)拾電器性能拓展，全面滿足實 際應(yīng)用需求。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明一種多電壓輸出拾電器，包括η個結(jié)構(gòu)相同的拾電電路，每個拾電電路都包括 磁芯線圈、諧振補償電路、整流橋和穩(wěn)壓電路，其中磁芯線圈連接諧振補償電路的輸入端， 諧振補償電路的輸出端連接整流橋的輸入端，整流橋的輸出連接穩(wěn)壓電路的輸入端，每個拾電電路獨立輸出電壓對負載供電，其中η為大于1的自然數(shù)。優(yōu)選地，每個磁芯線圈均纏繞在同一個磁芯上。優(yōu)選地，所述的諧振補償電路由電容、電感和電容組成，其中電容的兩端與磁芯線 圈并聯(lián)，電容的一端串接電感后接電容的一端，電容的另一端接電容的另一端，電容的兩端 作為諧振補償電路的輸出端接整流橋的輸入端。優(yōu)選地，所述的穩(wěn)壓電路依次由電容、電阻和電容分別并聯(lián)組成，電阻用于設(shè)備關(guān) 閉后對電容進行放電。優(yōu)選地，所述諧振補償電路為串聯(lián)諧振電路或者并聯(lián)諧振電路。優(yōu)選地，所述穩(wěn)壓電路為斬波升壓電路或者斬波降壓電路。優(yōu)選地，采用不同的諧振補償電路和穩(wěn)壓電路，從而適應(yīng)于不同的負載特性。本發(fā)明通過改造拾電器諧振補償電路，穩(wěn)壓電路，實現(xiàn)無晶體管斬波和控制的自 適應(yīng)穩(wěn)壓電路，使得無接觸供電系統(tǒng)的拾電器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)大大簡化，降低體積，提高了可 靠性。并在此基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)了多電壓輸出的拾電器結(jié)構(gòu)。同時，為了適應(yīng)于不同的負 載需求，將現(xiàn)有拾電器電路融合到多電壓輸出拾電器中。


圖1拾電器結(jié)構(gòu)原理圖2自適應(yīng)穩(wěn)壓拾電器電路原理圖； 圖3基于斬波穩(wěn)壓的雙電壓輸出拾電器； 圖4穩(wěn)壓電路圖5基于自適應(yīng)穩(wěn)壓的雙電壓輸出拾電器； 圖6自適應(yīng)穩(wěn)壓效果圖。圖中標號第一磁芯線圈(11)、第一諧振補償電路(12)、第一整流橋(13)、第一穩(wěn) 壓電路(14)、第二磁芯線圈(21)、第二諧振補償電路(22)、第二整流橋(23)、第二穩(wěn)壓電路 (24)、第η磁芯線圈(nl)、第η諧振補償電路(π2)、第η整流橋(π3)、第η穩(wěn)壓電路(η4)。磁芯線圈(31)、諧振補償電路(32)、電容(32Α)、電感(32Β)、電容(32C)、整流橋 (33)、穩(wěn)壓電路(34)、電解電容(34Α)、電阻(34Β)、電容(34C)。初級電纜(0)、第一磁芯線圈(11)、第一諧振補償電路(12)、第一整流橋(13)、第 一穩(wěn)壓電路(14)、晶體管(14Α)、電感(14Β)、控制電路(14C)、二極管(14D)、電容(14Ε)、第 二磁芯線圈(21)、第二諧振補償電路(22)、第二整流橋(23)、第二穩(wěn)壓電路(24)、晶體管 (24Α)、電感(24Β)、控制電路(24C)、二極管(24D)、電容(24Ε)。晶體管(44Α)、電感(44Β )、控制電路(44C)、二極管(44D )、電容(44Ε )。初級電纜(0)、第五磁芯線圈(51)、第五諧振補償電路(52)、電容(52Α)、電感 (52Β)、電容(52C)、第五整流橋(53)、第五穩(wěn)壓電路(54)、電容(54Α)、電阻(54Β)、電容 (54C)、第六磁芯線圈(61)、第六諧振補償電路(62)、電容(62Α)、電感(62Β)、電容(62C)、第 六整流橋(63)、第六穩(wěn)壓電路(64)、電容(64Α)、電阻(64Β)、電容(64C)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明如圖1所示，一種多電壓輸出拾電器，包括η個結(jié)構(gòu)相同的拾電電路，每個拾電電路都 包括磁芯線圈、諧振補償電路、整流橋和穩(wěn)壓電路，其中磁芯線圈連接諧振補償電路的輸入 端，諧振補償電路的輸出端連接整流橋的輸入端，整流橋的輸出連接穩(wěn)壓電路的輸入端，每 個拾電電路獨立輸出電壓對負載供電，其中η為大于1的自然數(shù)。每個磁芯線圈均纏繞在 同一個磁芯上。每個拾電電路獨立輸出不同的電壓對負載供電。如圖2所示，所述的諧振補償電路由電容32Α、電感32Β和電容32C組成，其中電容 32Α的兩端與磁芯線圈31并聯(lián)，電容32Α的一端串接電感32Β后接電容32C的一端，電容 32Α的另一端接電容32C的另一端，電容32C的兩端作為諧振補償電路的輸出端接整流橋的 輸入端。所述的穩(wěn)壓電路依次由電容34Α、電阻34Β和電容34C分別并聯(lián)組成，電阻34Β用 于設(shè)備關(guān)閉后對電容進行放電。在無接觸供電的滑撬輸送系統(tǒng)中，沿著滑撬行駛軌道設(shè)置非接觸供電的初級電 纜。電纜中通有高頻大電流信號。安裝在滑撬上的拾電器靠近初級電纜，拾電器的線圈可 以感應(yīng)電纜中的電流產(chǎn)生電壓，供給滑撬上的控制和驅(qū)動系統(tǒng)使用?；松献詭禉C系 統(tǒng)，通過PLC控制變頻器實現(xiàn)升降機高度的自動控制。其中控制部分的PLC和中間繼電器 需要DC24V供電，升降機的電機通過變頻器驅(qū)動，變頻器需要DC560直流母線供電。如圖3所示為本發(fā)明的一個實施例，拾電器包含了兩個拾電電路，其磁芯線圈均 纏繞在同一個“E”形磁芯上。兩個拾電電路均采用串聯(lián)諧振和斬波穩(wěn)壓電路。磁芯線圈11 和電容12串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)諧振，經(jīng)過整流橋13后輸入到升壓斬波電路14，升壓斬波電路14 由晶體管14A、電感14B、控制電路14C、二極管14D組成。另一套拾電電路結(jié)構(gòu)與上述類似， 磁芯線圈21和電容22串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)諧振，經(jīng)過整流橋23后輸入到升壓斬波電路對，升壓 斬波電路M由晶體管MA、電感24B、控制電路MC、二極管24D組成。為了實現(xiàn)不同的電壓 輸出，兩套電路的元件參數(shù)不同。如圖4所示為本發(fā)明的另一個實施例中的斬波升壓電路，包括電感44B、二極管 44D、晶體管44A、控制電路44C、電容44E。電感44B —端作為輸入連接整流橋的正極輸出， 另一端連接二極管44D的陽極，同時連接到晶體管44A的源級，晶體管44A的漏極連接到整 流橋的負極輸出，控制電路44C連接二極管44D的負極和整流橋的負極以及晶體管44A的 柵極。如圖5所示為本發(fā)明的另一個實施例，磁芯線圈51和磁芯線圈61均纏繞在‘ ”形 磁芯的中間位置，兩個拾電電路均采用本發(fā)明權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)穩(wěn)壓拾電器結(jié)構(gòu)。 初級電纜0中通過20KHz的高頻交流電流120A，從而在磁芯線圈51和磁芯線圈61中感應(yīng) 出電流。磁芯線圈51連接諧振補償電路52，諧振補償電路52由電容52A、電感52B、電容 52C串聯(lián)組成，電容52A兩端作為輸入，電容52C兩端作為輸出。諧振補償電路52接入連接 整流橋53，輸出再連接穩(wěn)壓電路54，由于前端的諧振補償電路采用自適應(yīng)穩(wěn)壓方式，所以 這里只需要連接幾個電容做濾波即可以。由于采用自適應(yīng)穩(wěn)壓方式，優(yōu)化了傳統(tǒng)的斬波穩(wěn) 壓電路和晶體管控制電路，大大降低了元件的數(shù)量。磁芯線圈61同樣接入另一套自適應(yīng)穩(wěn) 壓的拾電器電路。本實施例子，采用DC24V供電給滑撬線的PLC控制系統(tǒng)，采用DC560V供 電給變頻器驅(qū)動電機。變頻器采用的是Lenze的直流母線供電變頻器。如圖6所示，是本發(fā)明實施例在不同負載下，采用自適應(yīng)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能測 試。對于DC560V的直流供電輸出，當(dāng)負載電阻大于500歐姆，自適應(yīng)穩(wěn)壓效果非常好；當(dāng)負載電阻小于500歐姆后，由于輸出功率大于了拾電器的設(shè)計功率，所以電壓有明顯的下降。
本發(fā)明通過改造拾電器拾電電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計了 LCL自適應(yīng)穩(wěn)壓電路，取代了現(xiàn)有 拾電器的斬波穩(wěn)壓方式，使得無接觸供電系統(tǒng)的拾電器元件數(shù)量大大降低，可靠性提高；同 時，設(shè)計采用多個拾電電路共用一個磁芯，實現(xiàn)多電壓輸出的非接觸供電拾電器系統(tǒng)，一次 滿足實際系統(tǒng)的多電壓需求，無需擴展電壓變換模塊。并且該多電壓電氣完全隔離，即不共 地，效率高，成本低。
權(quán)利要求
1.一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于包括η個結(jié)構(gòu)相同的拾電電路，每個拾電電 路都包括磁芯線圈、諧振補償電路、整流橋和穩(wěn)壓電路，其中磁芯線圈連接諧振補償電路的 輸入端，諧振補償電路的輸出端連接整流橋的輸入端，整流橋的輸出連接穩(wěn)壓電路的輸入 端，每個拾電電路獨立輸出電壓對負載供電，其中η為大于1的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于每個磁芯線圈均纏繞 在同一個磁芯上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于所述的諧振補償電路 由電容(32Α)、電感(32Β)和電容(32C)組成，其中電容(32Α)的兩端與磁芯線圈(31)并聯(lián)， 電容(32Α)的一端串接電感(32Β)后接電容(32C)的一端，電容(32Α)的另一端接電容(32C) 的另一端，電容(32C)的兩端作為諧振補償電路的輸出端接整流橋的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于所述的穩(wěn)壓電路依次 由電容(34Α)、電阻(34Β)和電容(34C)分別并聯(lián)組成，電阻(34Β)用于設(shè)備關(guān)閉后對電容進 行放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于所述諧振補償電 路為串聯(lián)諧振電路或者并聯(lián)諧振電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于所述穩(wěn)壓電路為 斬波升壓電路或者斬波降壓電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電壓輸出的拾電器，其特征在于采用不同的諧振補償 電路和穩(wěn)壓電路，從而適應(yīng)于不同的負載特性。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種多電壓輸出的拾電器，包括n個結(jié)構(gòu)相同的拾電電路，每個拾電電路都包括磁芯線圈、諧振補償電路、整流橋和穩(wěn)壓電路，其中磁芯線圈連接諧振補償電路的輸入端，諧振補償電路的輸出端連接整流橋的輸入端，整流橋的輸出連接穩(wěn)壓電路的輸入端，每個拾電電路獨立輸出電壓對負載供電，其中n為大于1的自然數(shù)。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡化，體積降低，可靠性高。
文檔編號H02M1/12GK102136765SQ20111004600
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者吳亮, 張炯, 樓佩煌, 武星 申請人:南京航空航天大學(xué)