[发明专利]一种并联谐振串联补偿的移动小车的非接触供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用串并联谐振方法构成的非接触供电系统，属于非接触供电领域的移动小车供电、充电装置。

背景技术

为了使移动小车能使用在各种恶劣环境和特殊环境，摆脱使用充电器充电，更换电池以及移动设备拖带电源线等麻烦，非接触供电技术（CPS）的需求越来越多。目前，非接触供电装置已经逐步实用化并逐渐走进我们的日常生活。实现非接触电能传输技术主要包括三种形式：1、感应耦合型；2、无线电接受型；3、共振型。

移动小车供电电动小车系统（EMS，Electrified Monorail System）也被称为电动单轨输送系统，是具有输送、搬运货物的自动化系统，与机械、电气、信息等技术相结合，被广泛应用于汽车、冶金、电子产品等大批量、多品种的流水生产线上，另外在大规模仓储过程中也发挥着重要作用。

移动小车目前有三种供电方式，滑动接触方式、电缆拖链方式、电池充电。这些方式具有的缺点是，需要维护，运行成本比较高，在清洁度高和易燃易爆环境下的可靠性、安全性不足。采用非接触供电方式可以效克服了上述三种供电方式的缺点。非接触供电的优点是：1）高移动性、灵活性，对电动小车的速度和运行距离无限制，同时适用于布局较复杂的电路。2）运行成本低，成本一次投入，可达到几乎免维护。3）安全性高：没有电接触及裸露导线，避免电火花和触电等安全隐患，可用于各种恶劣环境和特殊环境。4）环境友好：无噪声和粉尘释放，排除了电池相关环境污染，绿色安全。5）可靠性高：系统无物理摩擦，免除了物理损耗和化学腐蚀，可靠运行有保证。

本发明的非接触供电属于感应耦合型，其原理主要是一次侧线圈和二次侧线圈相邻一定距离，在一次侧线圈中加高频交流大电流，以电磁场为媒介在二次侧线圈感应出电动势，经过整流、滤波、稳压，为移动终端供电或充电，从而实现电能传输。一次侧线圈可沿着移动小车的运行轨道铺设，或者铺设在移动小车的固定充电位置，二次线圈绕在一个E型或者U型等形状的铁氧体磁芯上，安装在移动小车上。为了降低成本和提高效率，本发明采用了并联谐振串联补偿的方法构成非接触供电系统。

发明内容

为了发挥非接触供电的优越特性，扩展其使用范围，本发明要解决的问题是降低非接触供电系统的成本，提高其电能传输效率。本发明的技术方案如下：

一种电动移动小车的非接触供电系统，由软开关电源(包括可选的高频隔离变压器、非接触供电原边电路(由原边补偿电路和沿移动小车运行轨道或充电位置敷设的原边电路的电缆组成)、非接触供电副边电路组成。

本发明的软开关电源主要由整流桥、滤波电路、EMI电路、逆变桥、开关电源串联谐振电感、开关电源串联谐振电容和高频隔离变压器等组成，其作用是产生非接触供电原边电路所需的高频电源并起隔离作用。采用软开关电源，不仅提高了开关电源的效率，也使高频变压器的输入和输出电压接近正弦波，简化了非接触供电原边电路所需的滤波器的结构，降低了系统成本，提高了系统的效率。

高频隔离变压器的磁芯可考虑选用超微晶材料和铁氧体，线圈采用漆包绞合线(Litz-wire)，以克服集肤效应，减少损耗。

本系统的非接触供电原边电路，原边电路的电缆是原边电路的负载，沿着移动小车的运行轨道敷设，或者敷设在移动小车的固定充电位置。并联谐振电容、限流小电感与附加电感/补偿电容和原边电路的电缆的串联构成并联谐振电路。其中附加电感/补偿电容为可选器件。当原边电路的电缆比较短时，其电感较小，则需要串联附加电感，使其与原边电缆串联的感抗与并联谐振电容16的容抗相等，满足并联谐振条件；当原边电路的电缆比较长时，其电感较大，则需要串联补偿电容，抵消一部分原边电缆的感抗，来满足并联谐振条件。当原边电路的电缆长度很长时，限于补偿电容的耐压和成本，可以采用串联多个补偿电容的方式，达到谐振条件。限流小电感是阻止高次谐波电流注入并联谐振电容，以保护并联谐振电容不过流。滤波电感的作用是滤除开关电源的谐波，减少加在并联谐振电容、限流小电感支路上的电压谐波。由负载带来的原边电路的电缆参数的变化，以及温度造成的并联谐振电容、补偿电容的电容量的变化等，使电路脱离谐振点，靠自动调节开关电源的频率解决。