БЕСКОНТАКТНОЕ ПИТАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
NON-CONTACT POWER SOURCE EQUIPMENT

Область техники
Настоящее изобретение относится к бесконтактному питающему оборудованию, в частности к устройству питания, которое подает переменный ток на индукционную линию или индукционную катушку.
Предшествующий уровень техники
В патентной литературе 1, патент Японии No 2667054 (Фиг. 6), раскрывается пример традиционного устройства питания, которое подает переменный ток на индукционную линию.
Устройство питания включает в себя: дроссель постоянного тока, питаемый постоянным током от положительного выходного контакта источника питания постоянного тока; высокочастотный трансформатор, включающий в себя первичную обмотку, имеющую вывод средней точки, питаемый постоянным током через дроссель постоянного тока, и вторичную обмотку, соединенную с индукционной линией; конденсатор, соединенный параллельно с обоими выводами первичной обмотки высокочастотного трансформатора; первый переключатель, включенный между одним выводом первичной обмотки высокочастотного трансформатора и отрицательным выходным контактом источника питания постоянного тока; и второй переключатель, включенный между другим выводом первичной обмотки высокочастотного трансформатора и отрицательным выходным контактом источника питания постоянного тока.
Первичная обмотка и вторичная обмотка высокочастотного трансформатора, индукционная линия и конденсатор выбраны таким образом, чтобы формировать резонансную схему, резонирующую на предварительно установленной частоте. Первый переключатель и второй переключатель попеременно переключаются контроллером переключателей каждые 180° таким образом, что ток проходит через вторичную обмотку с предварительно установленной частотой. Число витков на вторичной стороне высокочастотного трансформатора равно одному, чтобы увеличить ток, проходящий через индукционную линию и минимизировать влияние изменения нагрузки.
Таким образом, высокочастотный трансформатор обеспечивает изоляцию от источника питания постоянного тока и подает большой ток с синусоидальной формой волны с предварительно установленной частотой на индукционную линию.
Сущность изобретения
В традиционном бесконтактном питающем оборудовании первый переключатель и второй переключатель должны переключаться при сдвиге фаз точно в 180°. Тем не менее, если время переключений смещено таким образом, что оба переключателя включаются одновременно, конденсатор, соединенный последовательно с переключателями, формирует замкнутую цепь, которая отводит электричество, что приводит к избыточному потреблению энергии. Более того, шумовой ток, генерируемый переключателями, проходит через конденсатор и приводит к избыточному потреблению энергии. Кроме того, требуется контроллер переключения, чтобы переключать первый и второй переключатели.
Задачей настоящего изобретения является предоставление бесконтактного питающего оборудования, которое может предотвратить избыточное потребление энергии на переключение и исключить потребность в контроллере переключения.
Для решения задачи первым аспектом настоящего изобретения является бесконтактное питающее оборудование, включающее в себя индукционную линию, расположенную вдоль пути перемещения подвижного объекта и питаемую переменным током, или индукционную катушку, которая расположена в предварительно установленном месте для поддержания устройства и которая питается переменным током, причем подвижный объект включает в себя приемную катушку, на которой магнитным потоком, создаваемым на индукционной линии, наводится электродвижущая сила или устройство включает в себя приемную катушку, на которой магнитным потоком, создаваемым на индукционной катушке, наводится электродвижущая сила,
причем бесконтактное питающее оборудование включает в себя: устройство питания постоянного тока, которое подает постоянный ток; дроссель постоянного тока, который имеет один конец, соединенный с положительным выходным контактом устройства питания постоянного тока; изолирующий трансформатор, включающий в себя первичную обмотку с выводом средней точки, имеющей вывод средней точки, соединенный с другим концом дросселя постоянного тока, и вторичную обмотку, соединенную с одним из индукционной линии и индукционной катушки; резонансный конденсатор, который соединен параллельно со вторичной обмоткой и формирует резонансную схему с одним из индукционной линии и индукционной катушки при предварительно установленной частоте; первый диод, имеющий анод, соединенный с одним концом первичной обмотки с выводом средней точки; второй диод, имеющий анод, соединенный с другим концом первичной обмотки с выводом средней точки; первый переключающий элемент, включающий в себя транзистор, включенный между катодом первого диода и отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; второй переключающий элемент, включающий в себя транзистор, включенный между катодом второго диода и отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; первый стабилитрон, имеющий катод, соединенный с одним концом первичной обмотки с выводом средней точки и с базой транзистора, формирующего второй переключающий элемент, и анод, соединенный с отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; и второй стабилитрон, имеющий катод, соединенный с другим концом первичной обмотки с выводом средней точки и с базой транзистора, формирующего первый переключающий элемент, и анод, соединенный с отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока, причем ток, проходящий через первый стабилитрон от одного конца первичной обмотки с выводом средней точки, приводит в действие транзистор, формирующий второй переключающий элемент, ток, проходящий через второй стабилитрон от другого конца первичной обмотки с выводом от средней точки, приводит в действие транзистор, формирующий первый переключающий элемент, а транзистор, формирующий первый переключающий элемент, и транзистор, формирующий второй переключающий элемент, попеременно приводятся в действие таким образом, чтобы проводить переменный ток через вторичную обмотку с предварительно установленной частотой.
В этой конфигурации постоянный ток подается от источника питания постоянного тока на первичную обмотку с выводом средней точки через дроссель постоянного тока. Когда ток проходит через первый стабилитрон от одного конца первичной обмотки с выводом средней точки, напряжение стабилитрона первого стабилитрона подается на базу второго транзистора, чтобы привести в действие второй транзистор, и ток проходит через второй диод, имеющий катод, соединенный со вторым транзистором, таким образом, что направление тока, протекающего в первичную обмотку, изменяется. Затем напряжение базы второго транзистора становится равным 0, напряжение стабилитрона второго стабилитрона подается на базу первого транзистора, чтобы привести в действие первый транзистор, и ток проходит через первый диод, имеющий катод, соединенный с первым транзистором, таким образом, что направление тока, протекающего в первичную обмотку, изменяется. Таким образом, первый транзистор и второй транзистор включаются попеременно. Направление тока, протекающего в первичную обмотку, изменяется каждый раз, когда транзисторы переключаются. Соответственно, ток, проходящий через вторичную обмотку, попеременно меняется. Ток максимален при предварительно установленной частоте, что позволяет схеме, включающей в себя резонансный конденсатор и одно из индукционной линии и индукционной катушки, формировать резонансную схему, таким образом, что первый транзистор и второй транзистор приводятся в действие с предварительно установленной частотой схемы. Другими словами, переменный ток подается в результате автоколебаний на одно из индукционной линии и индукционной катушки с предварительно установленной частотой схемы. Таким образом, контроллер переключения для приведения в действие транзисторов (переключающих элементов) не нужен.
Более того, даже если время переключений переключающих элементов смещено таким образом, что элементы одновременно включаются, замкнутая цепь, включающая в себя переключающие элементы, не питается циркулирующим током в результате срабатываний переключающих элементов, что уменьшает потери энергии. Это происходит, потому что конденсатор, соединенный с переключающими элементами, отсутствует, и предоставляются первый и второй диоды. Более того, ток восстановления диодов вызывает протекание мгновенного тока при приложении обратного напряжения. Так как соединена только первичная обмотка, можно предотвратить протекание циркулирующего тока через замкнутую цепь, тем самым уменьшая потери энергии.
Третьим аспектом данного изобретения является первый или второй аспекты данного изобретения, в которых переменный ток, проходящий через одно из индукционной линии и индукционной катушки, имеет частоту, которая становится меньше предварительно установленной частоты в присутствии чего-то одного из подвижного объекта или приемной катушки устройства.
В этой конфигурации резонансный конденсатор и одно из индукционной линии и индукционной катушки формируют резонансную схему с предварительно установленной частотой. Полное сопротивление схемы увеличивается в присутствии одного из подвижного объекта или приемной катушки устройства, таким образом, что резонансная частота уменьшается, и частота автоколебаний становится меньше предварительно установленной частоты соответственно.
Четвертый аспект данного изобретения представляет собой третий аспект данного изобретения, в котором нагрузка, соединенная с приемной катушкой, имеет значение, которое устанавливается на основании пониженной частоты.
В этой конфигурации нагрузка, питаемая от одного из подвижного объекта и приемной катушки устройства, имеет предварительно установленное значение, которое позволяет работать при пониженной частоте.
Пятый аспект данного изобретения представляет собой любой аспект данного изобретения из аспектов с первого по четвертый, в котором каждая из индукционной катушки и приемной катушки намотаны вокруг двух стержней сердечников, сформированных в форме канала при виде сбоку, и напряжение, наводимое на приемной катушке, ограничено предварительно установленным напряжением в связи с насыщением сердечников.
В этой конструкции напряжение приемной катушки не выше предварительно установленного напряжения в связи с насыщением сердечников. Таким образом, мощность, получаемая приемной катушкой, ограничена, что предотвращает перегрузку индукционной катушки.
Шестой аспект данного изобретения представляет собой пятый аспект данного изобретения, в котором сердечник приемной катушки меньше сердечника индукционной катушки.
В этой конфигурации сердечник приемной катушки меньше сердечника индукционной катушки. Таким образом, даже если положение удерживаемого сердечника приемной катушки смещено относительно положения сердечника индукционной катушки, напряжение, требуемое для приемной катушки, наводится.
Седьмым аспектом данного изобретения является бесконтактное питающее оборудование, включающее в себя индукционную линию, расположенную вдоль пути перемещения подвижного объекта и питаемую переменным током, или индукционную катушку, которая расположена в предварительно установленном положении для удержания устройства и которая питается переменным током, причем подвижный объект включает в себя приемную катушку, на которой магнитным потоком, создаваемым на индукционной линии, наводится электродвижущая сила, или устройство включает в себя приемную катушку, на которой магнитным потоком, создаваемым на индукционной линии, наводится электродвижущая сила,
причем бесконтактное питающее оборудование включает в себя: устройство питания постоянного тока, которое подает постоянный ток; дроссель постоянного тока, который имеет один конец, соединенный с положительным выходным контактом устройства питания постоянного тока; изолирующий трансформатор, включающий в себя первичную обмотку с выводом средней точки, имеющую вывод средней точки, соединенный с другим концом дросселя постоянного тока, и вторичную обмотку, соединенную с одним из индукционной линии и индукционной катушки; резонансный конденсатор, который соединен параллельно со вторичной обмоткой и формирует резонансную схему с одним из индукционной линии и индукционной катушки при предварительно установленной частоте; первый переключающий элемент, включающий в себя транзистор, включенный между одним концом первичной обмотки с выводом средней точки и отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; второй переключающий элемент, включающий в себя транзистор, включенный между другим концом первичной обмотки с выводом средней точки и отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; первый диод стабилизации тока, имеющий анод, соединенный с одним концом первичной обмотки с выводом средней точки; первый стабилитрон, имеющий катод, соединенный с катодом первого диода стабилизации тока и с базой транзистора, формирующего второй переключающий элемент, и анод, соединенный с отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока; второй диод стабилизации тока, имеющий анод, соединенный с другим концом первичной обмотки с выводом от средней точки; и второй стабилитрон, имеющий катод, соединенный с катодом второго диода стабилизации тока и с базой транзистора, формирующего первый переключающий элемент, и анод, соединенный с отрицательным выходным контактом устройства питания постоянного тока, причем ток, проходящий через первый диод стабилизации тока и первый стабилитрон от одного конца первичной обмотки с выводом от средней точки, приводит в действие транзистор, формирующий второй переключающий элемент, причем заряд базы второго транзистора на данном этапе разряжается на один конец первичной обмотки, второй транзистор полностью переводится в непроводящее состоянии, ток, проходящий через второй диод стабилизации тока и стабилитрон от другого конца первичной обмотки с выводом от средней точки, приводит в действие транзистор, формирующий первый переключающий элемент, причем заряд базы второго транзистора на данном этапе разряжается на другой конец первичной обмотки, и первый транзистор переводится в непроводящее состояние.
В этой конфигурации постоянный ток, подаваемый на первичную обмотку с выводом средней точки от источника питания постоянного тока через дроссель постоянного тока, подается на первый стабилитрон через первый диод стабилизации тока или на второй стабилитрон через второй диод стабилизации тока, напряжение стабилитрона первого стабилитрона или второго стабилитрона подается на базу транзистора, формирующего первый переключающий элемент, или на базу транзистора, формирующего второй переключающий элемент, и один из первого переключающего элемента и второго переключающего элемента включается, когда напряжение стабилитрона достигает предварительно установленного напряжения базы, с небольшой временной задержкой, таким образом, что схема восстанавливается. Когда приводится в действие первый переключающий элемент, заряд базы второго переключающего элемента разряжается. Когда приводится в действие второй переключающий элемент, заряд базы первого переключающего элемента разряжается. Таким образом, может быть достигнута устойчивая работа при переключениях.
При этом, даже если время переключений переключающих элементов смещено таким образом, что элементы включаются одновременно, замкнутая цепь, включающая в себя переключающие элементы, не питается циркулирующим током в результате срабатываний переключающих элементов, что уменьшает потери энергии. Это происходит, потому что отсутствует конденсатор, соединенный с переключающими элементами.
Диод стабилизации тока используется для увеличения напряжения стабилитрона для обеспечения напряжения базы транзистора, формирующего переключающий элемент, таким образом, что напряжение стабилитрона устойчиво увеличивается, не приводя к временной задержке, и достигается более устойчивая работа при переключениях.
Восьмой аспект данного изобретения представляет собой седьмой аспект данного изобретения, в котором бесконтактное питающее оборудование также включает в себя: первый переключающий диод, имеющий анод, соединенный с катодом первого диода стабилизации тока, и катод, соединенный с одним концом первичной обмотки с выводом средней точки; и второй переключающий диод, имеющий анод, соединенный с катодом второго диода стабилизации тока, и катод, соединенный с другим концом первичной обмотки с выводом от средней точки.
В этой конфигурации постоянный ток, подаваемый от источника питания постоянного тока на первичную обмотку с выводом от средней точки через дроссель постоянного тока, подается на первый стабилитрон через первый диод стабилизации тока или на второй стабилитрон через второй диод стабилизации тока. Напряжение стабилитрона одного из первого стабилитрона и второго стабилитрона подается на базу транзистора, формирующего первый переключающий элемент, или на базу транзистора, формирующего второй переключающий элемент, и один из первого переключающего элемента и второго переключающего элемента включается, когда напряжение стабилитрона достигает предварительно установленного напряжения базы, с небольшой временной задержкой, таким образом, что схема восстанавливается. Когда приводится в действие первый переключающий элемент, заряд базы второго переключающего элемента разряжается через первый переключающий диод. Когда приводится в действие второй переключающий элемент, заряд базы первого переключающего элемента разряжается через второй переключающий диод. Таким образом, может быть достигнута устойчивая работа при переключениях.
В соответствии с бесконтактным питающим оборудованием по данному изобретению первый транзистор и второй транзистор включаются попеременно, и направление тока в первичной обмотке изменяется каждый раз, когда транзисторы переключаются. Соответственно, ток, проходящий через вторичную обмотку, попеременно меняет направление. Ток максимален при предварительно установленной частоте, которая позволяет схеме, включающей в себя резонансный конденсатор и одно из индукционной линии и индукционной обмотки, сформировать резонансную цепь, таким образом, что первый транзистор и второй транзистор приводятся в действие с предварительно установленной частотой схемы. Другими словами, переменный ток подается в результате автоколебаний на одно из индукционной линии и индукционной катушки с предварительно установленной частотой схемы. Таким образом, контроллер переключения для приведения в действие транзисторов (переключающих элементов) не нужен.
В соответствии с бесконтактным питающим оборудованием по данному изобретению, даже если время переключений переключающих элементов смещено таким образом, что элементы включаются одновременно, замкнутая цепь, включающая в себя переключающие элементы, не питается циркулирующим током в результате срабатываний переключающих элементов, что уменьшает потери энергии. Это происходит, потому что конденсатор, соединенный с переключающими элементами, отсутствует, и предоставляются первый и второй диоды. Более того, ток восстановления диодов вызывает протекание мгновенного тока при приложении обратного напряжения. Так как соединена только первичная обмотка, можно предотвратить протекание циркулирующего тока через замкнутую цепь, тем самым уменьшая потери энергии.
В соответствии с бесконтактным питающим оборудованием по данному изобретению диод стабилизации тока используется для увеличения напряжения стабилитрона для обеспечения напряжения базы транзистора, формирующего переключающий элемент, таким образом, что напряжение стабилитрона устойчиво увеличивается, не приводя к временной задержке, и достигается более устойчивая работа при переключениях.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретения поясняются описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 2 изображает вид в поперечном разрезе, индукционные катушки и приемные катушки бесконтактного питающего оборудования;
Фиг. 3 изображает общий вид индукционных катушек и приемных катушек бесконтактного питающего оборудования;
Фиг. 4 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 5 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 6 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 7 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Первый вариант осуществления
.
Фиг. 1 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Как изображено на Фиг. 1, первичная сторона (питающая сторона) включает в себя устройство 11 питания постоянного тока, питающее устройство 12 и блок 13 питания, а вторичная сторона (приемная сторона) включает в себя приемный блок 15. Блок 13 питания расположен в предварительно установленном положении, где удерживается подвижное устройство (не изображено), включающее в себя приемный блок 15. На Фиг. 1 штрихпунктирная линия указывает на путь 17 перемещения устройства.
Устройство 11 питания постоянного тока получает энергию от сетевого источника питания переменного тока, преобразует переменный ток в постоянный ток и подает постоянный ток при номинальном напряжении постоянного тока на питающее устройство 12.
Питающее устройство 12 включает в себя:
дроссель 21 постоянного тока, который имеет один конец, соединенный с положительным выходным контактом устройства 11 питания постоянного тока и питается постоянным током;
изолирующий трансформатор 24, включающий в себя первичную обмотку 22 с выводом средней точки, имеющую вывод 22а средней точки, соединенный с другим концом дросселя 21 постоянного тока, и вторичную обмотку 23, противоположную первичной обмотке 22 и соединенную с индукционной катушкой 42 (как будет описано позже) блока 13 питания;
резонансный конденсатор 25, который соединен параллельно со вторичной обмоткой 23 изолирующего трансформатора 24 и формирует резонансную схему с индукционной катушкой 42 блока 13 питания при предварительно установленной частоте;
первый диод 26, имеющий анод, соединенный с одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки;
второй диод 27, имеющий анод, соединенный с другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки;
первый резистор 28 и первый стабилитрон 29, которые соединены последовательно между одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки и отрицательным выходным контактом устройства 11 питания постоянного тока;
первый резистор 30 затвора, имеющий один конец, соединенный с местом соединения первого резистора 28 и первого стабилитрона 29;
второй резистор 31 и второй стабилитрон 32, которые соединены последовательно между другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки и отрицательным выходным контактом устройства 11 питания постоянного тока;
второй резистор 33 затвора, имеющий один конец, соединенный с местом соединения второго резистора 31 и второго стабилитрона 32;
первый (NPN) транзистор (пример первого переключающего элемента) 35, имеющий ограничитель бросков тока (диод), причем первый транзистор имеет коллектор, соединенный с катодом первого диода 26, эмиттер, соединенный с отрицательным выходным контактом источника 11 питания постоянного тока, и базу, соединенную с другим концом второго резистора 33 затвора;
второй (NPN) транзистор (пример второго переключающего элемента) 36, имеющий ограничитель бросков тока (диод), причем первый транзистор имеет коллектор, соединенный с катодом второго диода 27, эмиттер, соединенный с отрицательным выходным контактом источника 11 питания постоянного тока, и базу, соединенную с другим концом первого резистора 30 затвора; и
пластина воздушного охлаждения (не изображено), на которой эти элементы расположены.
Катод первого стабилитрона 29 соединен с одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки через первый резистор 28. Анод первого стабилитрона 29 соединен с отрицательным выходным контактом источника 11 питания постоянного тока. Катод второго стабилитрона 32 соединен с другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки через второй резистор 31. Анод второго стабилитрона 32 соединен с отрицательным выходным контактом источника 11 питания постоянного тока.
В конфигурации питающего 12 устройства, ток, проходящий через первый стабилитрон 29 от одного конца 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки, приводит в действие второй транзистор 36, а ток, проходящий через второй стабилитрон 32 от другого конца 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки, приводит в действие первый транзистор 35.
Как изображено на Фиг. 2 и 3, питающий блок 13 имеет плоские элементы 41 ферритового сердечника, соединенные в форме канала при виде сбоку. Элементы 41 ферритового сердечника горизонтально соединены с концами стержней 13А. На каждый из стержней 13А в форме канала наматывается индукционная катушка 42 для формирования питающего элемента 43. Два питающих элемента 43 расположены на алюминиевом напольном элементе 44 таким образом, что промежутки в форме канала располагаются последовательно в направлении перемещения Х приемного блока 15.
Как изображено на Фиг. 1, приемный блок 15 включает в себя приемный элемент 52 (Фиг. 2), на который намотаны приемные катушки 51, резонансный конденсатор 53, который формирует резонансную схему при резонансной частоте, что будет описано позже, с приемными катушками 51 и выпрямитель 54, который соединен параллельно с резонансным конденсатором 53.
Как изображено на Фиг. 2 и 3, приемный элемент 52 имеет плоские элементы 56 ферритового сердечника, соединенные в форме канала на виде сбоку. Элементы 56 ферритового сердечника горизонтально соединены с концами стержней 52А. На каждый из стержней в форме канала 52А наматывается приемная катушка 51, и они закреплены на алюминиевом напольном элементе 57. Напряжение, генерируемое на приемном элементе 52 ограничено предварительно установленным значением напряжения, или более низким значением из-за напряжений насыщения элементов 56 ферритового сердечника. Как изображено на Фиг. 2 и 3, элементы 56 ферритового сердечника приемного элемента 52 (приемных катушек 51) меньше размером по сравнению с элементами 41 ферритового сердечника блока 13 питания (индукционных катушек 42), и форма (размеры) приемного элемента 52 меньше по сравнению с формой (размерами) питающего элемента 43.
Как изображено на Фиг. 2, приемный элемент 52 (приемные катушки 51) перемещается таким образом, что элементы ферритового сердечника 56, расположенные на концах стержней 52А приемного элемента 52, расположены напротив элементов 41 ферритового сердечника, расположенных на концах четырех стержней 13А блока 13 питания.
Работа данной конфигурации будет описана ниже.
1. Когда устройство 11 питания постоянного тока соединено с сетевым источником питания, постоянный ток подается на дроссель 21 постоянного тока питающего устройства 12. В этом состоянии первый транзистор 35 и второй транзистор 36 оба выключены.
2. Постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, изменяется, в зависимости от, например, прямых напряжений диодов 26 и 27, изменений характеристик транзисторов 35 и 36, и погрешностей сопротивления резисторов 28, 30, 31 и 33, даже если значения компонентов одинаковые. В этом случае предполагается, что ток проходит через второй стабилитрон 32 от другого конца 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки, первый транзистор 35 имеет напряжение базы, равное 0,7 В, и затем первый транзистор 35 первым включается (становится проводящим).
3. Таким образом, постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, проходит через один конец 22b, первый диод 26 и первый транзистор 35 от вывода 22а средней точки первичной обмотки 22 и затем течет в первый стабилитрон 29 от одного конца 22b через первый резистор 28.
Заряд затвора первого транзистора 35 переходит на другой конец 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки через второй резистор 33 затвора и второй резистор 31, первый транзистор 35 имеет напряжение затвора, равное 0 В, и первый транзистор 35 выключается (становится непроводящим). В то же время второй транзистор 36, имеющий напряжение базы, равное 0,7 В, включается (становится проводящим).
4. Постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, проходит через другой конец 22с, второй диод 27 и второй транзистор 36 от вывода 22а средней точки первичной обмотки 22 и затем течет во второй стабилитрон 32 от другого конца 22с через второй резистор 31.
На этом этапе заряд затвора второго транзистора 36 переходит на один конец 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки через первый резистор 30 затвора и первый резистор 28, второй транзистор 36 имеет напряжение затвора, равное 0 В, и второй транзистор 36 выключается (становится непроводящим). В то же время первый транзистор 35, имеющий напряжение базы, равное 0,7 В, включается (становится проводящим).
Эти процессы повторяются для совершения колебаний.
Таким образом, первый транзистор 35 и второй транзистор 36 попеременно включаются. Направление тока в первичной обмотке 22 изменяется каждый раз, когда транзисторы переключаются.
5. Соответственно, ток, проходящий через вторичную обмотку 23, попеременно меняет направление. Ток максимален при резонансной частоте (например, 15 кГц) схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индукционные катушки 42 блока 13 питания, таким образом, что первый транзистор 35 и второй транзистор 36 попеременно переключаются при резонансной частоте каждые 180°. Другими словами, получаются автоколебания при резонансной частоте схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индуктивные катушки 42 блока 13 питания, и переменный ток с резонансной частотой подается на индукционные катушки 42. Таким образом, схема управления для приведения в действие первого транзистора 35 и второго транзистора 36 не нужна.
6. Когда приемный блок 15, расположенный напротив питающего блока 13, перемещается, магнитные потоки, создаваемые на индукционных катушках 42, наводят большую электродвижущую силу на приемных катушках 51, которые резонируют с частотой индукционной катушки 42. Переменный ток, создаваемый электродвижущей силой, подается на выпрямитель 54, и затем постоянный ток, выпрямленный выпрямителем 54, подается на нагрузку устройства. На этом этапе приемные катушки 51 устройства приводят к увеличению полного сопротивления цепи, соединенной с резонансным конденсатором 25 блока 12 питания. Таким образом, частота переменного тока, проходящего через индукционные катушки 42, падает ниже (например, до 14 кГц) предварительно установленного значения частоты (резонансной частоты схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индукционные катушки 42), и частота автоколебаний уменьшается соответственно. Приемные катушки 51 и резонансный конденсатор 53 приемного блока 15 выбираются таким образом, чтобы уменьшенная частота (например, 14 кГц) выступала в роли резонансной частоты. Более того, напряжение, генерируемое на приемном элементе 52 (приемных катушках 51), ограничено предварительно установленным значением напряжения в связи с напряжениями насыщения элементов 56 ферритного сердечника, тем самым ограничивая энергию, получаемую приемным блоком 15.
Как уже обсуждалось, в соответствии с первым вариантом осуществления, даже если время переключений транзисторов 35 и 36 смещено таким образом, что элементы одновременно включаются, замкнутая цепь, включающая в себя транзисторы 35 и 36, не питается циркулирующим током в результате срабатываний транзисторов 35 и 36, или не питается шумовым током, создаваемым при переключении транзисторов 35 и 36, что уменьшает потери энергии. Это происходит, потому что конденсатор, соединенный с транзисторами 35 и 36, отсутствует и предусмотрены первый и второй диоды 26 и 27. Более того, ток восстановления диодов 26 и 27 приводит к прохождению тока при приложении обратного напряжения. Так как соединена только первичная обмотка 22, можно предотвратить протекание циркулирующего тока через замкнутую цепь, тем самым уменьшая потери энергии и увеличивая кпд.
В соответствии с первым вариантом осуществления автоколебание транзисторов 35 и 36 может исключить потребность в схеме управления для приведения в действие транзисторов 35 и 36.
В соответствии с первым вариантом осуществления, в случае когда приемный элемент 15 отсутствует, ток проходит через индукционные катушки 42 с большей частотой, чем в присутствии приемного блока 15. Таким образом, требуется лишь небольшой ток, что уменьшает потери энергии в отсутствие приемного элемента 15.
В соответствии с первым вариантом осуществления элемент 56 ферритового сердечника приемной катушки 51 меньше размером по сравнению с элементом 41 ферритового сердечника индукционной катушки 42. Таким образом, даже если положение элемента 56 ферритового сердечника приемной катушки 51 смещено относительно положения элемента 41 ферритового сердечника индукционной катушки 42, необходимое напряжение может быть наведено на приемной катушке 51.
В соответствии с первым вариантом осуществления напряжение, создаваемое на приемном элементе 52, ограничено предварительно установленным значением напряжения или более малым значением в связи с напряжениями намагничивания элементов 56 ферритового сердечника. Таким образом, энергия, получаемая приемным блоком 15, ограничена, что предотвращает перегрузку индукционной катушки 42 (первичной стороны).
Второй вариант осуществления
Фиг. 4 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения. Те же конфигурации схемы, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же ссылочными номерами, и их пояснение опущено.
В первом варианте осуществления блок 13 питания соединен с резонансным конденсатором 25, в то время как во втором варианте осуществления, как изображено на Фиг. 4, индукционная линия 62, формирующая резонансную схему с резонансным конденсатором 25 при предварительно установленной частоте, подсоединена вместо блока 13 питания. Индукционная линия 62 проложена вдоль пути перемещения 61 подвижных объектов. Приемные блоки 15 установлены на подвижных объектах и получают энергию из индукционной линии 62.
Подробное описание работы аналогично описанию для первого варианта осуществления и, таким образом, его пояснение будет опущено.
Когда энергия подается на приемные блоки 15 из индукционной линии 62, полное сопротивление цепи, соединенной с резонансным конденсатором 25 питающего устройства 12 меняется с изменением мощности нагрузки, соединенной с приемным блоком 15, изменяя резонансную частоту. Таким образом, изменяется электродвижущая сила, которая наводится на приемном блоке 15. Подвижные объекты должны быть спроектированы таким образом, чтобы подавать энергию на нагрузку, даже при изменении электродвижущей силы в зависимости от изменения частоты.
Третий вариант осуществления
Фиг. 5 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с третьим вариантом осуществления данного изобретения. Те же конфигурации схемы, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же ссылочными номерами, и их пояснение опущено.
В первом варианте осуществления, когда транзисторы 35 и 36 переключаются, заряды затворов транзисторов 35 и 36, переведенных в непроводящее состояние, снимаются через резисторы 31, 33, 28 и 30, чтобы уменьшить напряжения затворов. В случае когда нагрузка увеличивается, и в первичной обмотке 22 с выводом средней точки нужен большой первичный ток, напряжения затворов могут медленно снижаться, и, таким образом, транзисторы 35 и 36 могут медленно переключаться, заранее предотвращая получение вторичного тока при желаемой высокой частоте (например, 15 кГц).
В третьем варианте осуществления, как изображено на Фиг. 5, бесконтактное питающее оборудование также включает в себя: разрядную обходную схему, которая быстро снижает заряды затворов транзисторов 35 и 36, чтобы быстро уменьшить напряжение затвора до 0 В (разрядка); и схему быстрой зарядки затворов, которая быстро заряжает затворы транзисторов 35 и 36, чтобы быстро увеличить напряжения затворов, таким образом, чтобы транзисторы 35 и 36 могли быстро переключаться и вторичный ток получался при желаемой высокой частоте, даже в случае приложения большого тока.
В частности, разрядная обходная схема включает в себя:
диод 67, имеющий анод, соединенный с местом соединения первого резистора 28 и первого стабилитрона 29;
резистор 68, имеющий один вывод, соединенный с катодом диода 67, и другой вывод, соединенный с катодом диода 26;
диод 69, имеющий анод, соединенный с местом соединения второго резистора 31 и второго стабилитрона 32;
резистор 70, имеющий один вывод, соединенный с катодом диода 69, и другой вывод, соединенный с катодом диода 27.
Схема быстрой зарядки затворов включает в себя:
конденсатор 72, имеющий один вывод, соединенный с местом соединения первого резистора 28 и первого стабилитрона 29;
резистор 73, имеющий один вывод, соединенный с другим выводом конденсатора 72, и другой вывод, соединенный с одним выводом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки;
конденсатор 74, имеющий один вывод, соединенный с местом соединения второго резистора 31 и второго стабилитрона 32; и
резистор 75, имеющий один вывод, соединенный с другим выводом конденсатора 74, и другой вывод, соединенный с другим выводом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки.
Добавление разрядной обходной схемы дает возможность быстро разряжать напряжения затворов транзисторов 35 и 36, которые нужно перевести в непроводящее состояние. Добавление схемы быстрой зарядки затворов делает возможным быстро увеличивать напряжения затворов транзисторов 35 и 36, которые нужно перевести в проводящее состояние. Таким образом, даже в случае когда первичной обмотке с выводом 22 средней точки нужно питание большим первичным током, транзисторы 35 и 36 могут быстро переключаться, чтобы получить вторичный ток с желаемой высокой частотой.
В третьем варианте осуществления элемент питания 13 соединен с блоком 12 питания. Индукционная линия 62 может быть подключена вместо него.
Четвертый вариант осуществления
Фиг. 6 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с четвертым вариантом осуществления данного изобретения. Те же конфигурации схемы, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же ссылочными номерами, и их пояснение опущено.
Бесконтактное питающее оборудование четвертого варианта осуществления отличается от бесконтактного питающего оборудования первого варианта осуществления следующим.
Первый диод 26 удален, и коллектор первого (NPN) транзистора (примера первого переключающего элемента) 35 соединен с одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки.
Второй диод 27 удален, и коллектор второго (NPN) транзистора (примера второго переключающего элемента) 36 соединен с другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки.
Первый диод 39 стабилизации тока и первый переключающий диод 37 предоставлены вместо первого резистора 28. Первый диод 39 стабилизации тока имеет анод, соединенный с одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки, и катод, соединенный с катодом первого стабилитрона 29. Первый переключающий диод 37 имеет анод, соединенный с катодом первого 39 диода стабилизации тока, и катод, соединенный с одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки.
Второй диод 40 стабилизации тока и второй переключающий диод 38 предоставлены вместо второго резистора 31. Второй диод 40 стабилизации тока имеет анод, соединенный с другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки, и катод, соединенный с катодом второго стабилитрона 32. Второй переключающий диод 38 имеет анод, соединенный с катодом второго диода 40 стабилизации тока, и катод, соединенный с другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки.
Резонансный конденсатор 25 предоставлен вне блока 12 питания и соединен параллельно с блоком 12 питания.
Вместо блока 13 питания подключена индукционная линия 62, которая формирует резонансную схему с резонансным конденсатором 25 с предварительно установленной частотой.
Работа этой конфигурации будет описана ниже.
1. Когда устройство 11 питания постоянного тока соединено с сетевым источником питания, постоянный ток подается на дроссель 21 постоянного тока блока 12 питания. В этом состоянии первый транзистор 35 и второй транзистор 36 оба выключены.
2. Постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, изменяется, причем его способность меняться зависит от, например, прямых напряжений диодов 39 и 40 стабилизации тока и изменений характеристик транзисторов 35 и 36, даже если значения компонентов одинаковые. В этом случае предполагается, что ток проходит через второй стабилитрон 32 от другого конца 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки через второй диод 40 стабилизации тока, первый транзистор 35 имеет напряжение базы, равное, по меньшей мере, пороговому напряжению, и затем первый транзистор 35 включается первым (становится проводящим).
3. Когда первый транзистор 35 включается первым (становится проводящим), постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, проходит через один конец 22b и первый транзистор 35 от вывода 22а средней точки первичной обмотки 22. На этом этапе напряжение одного конца 22b первичной обмотки 22 равно практически 0 В, и, таким образом, заряд базы второго транзистора 36 разряжается на один конец 22b первичной обмотки 22 через первый переключающий диод 37, таким образом, что второй транзистор 36 полностью выключается (становится непроводящим).
4. Затем ток, проходящий через первый транзистор 35 от первичной обмотки 22, подается на резонансный конденсатор 25 и индукционную линию 62, формирующую резонансную схему с резонансным конденсатором 25, через вторичную обмотку 23. Таким образом, индукционная линия 62 и резонансный конденсатор 25 начинают резонировать с предварительно установленной частотой, и напряжение на вторичной обмотке 23 изменяется через определенный период времени. Соответственно, напряжение на другом конце 22с первичной обмотки 22 снижается до значения, меньшего значения напряжения на одном конце 22b.
5. Затем заряд базы первого транзистора 35 разряжается на другой конец 22с первичной обмотки 22 через второй переключающий диод 38. Таким образом, когда напряжение базы первого транзистора 35 опускается ниже порогового напряжения, первый транзистор 35 выключается (становится непроводящим).
6. Когда первый транзистор 35 выключается (становится непроводящим), напряжение одного конца 22b первичной обмотки 22 быстро возрастает от практически 0 В до положительного потенциала. Затем ток подается на первый стабилитрон 29 от одного конца 22b первичной обмотки 22 через первый диод 39 стабилизации тока, и ток быстро проходит через базу второго транзистора 36, таким образом, что напряжение базы второго транзистора 36 достигает значения, равного или большего порогового значения, и второй транзистор 36 включается (становится проводящим).
7. Когда второй транзистор 36 включается (становится проводящим), постоянный ток, подаваемый на дроссель 21 постоянного тока, проходит через другой конец 22с и второй транзистор 36 от вывода 22а средней точки первичной обмотки 22. Затем напряжение другого конца 22с первичной обмотки 22 становится практически равным 0 В, и, таким образом, заряд базы первого транзистора 35 разряжается на один конец 22b первичной обмотки 22 через второй переключающий диод 38, таким образом, что первый транзистор 35 полностью выключается (становится непроводящим).
Эти процессы повторяются для совершения колебаний.
Таким образом, первый транзистор 35 и второй транзистор 36 попеременно включаются. Направление тока в первичной обмотке 22 изменяется каждый раз, когда транзисторы переключаются.
8. Соответственно, ток, проходящий через вторичную обмотку 23, попеременно изменяет направление. Ток максимален при резонансной частоте (например, 15 кГц) схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индукционную линию 62, таким образом, что первый транзистор 35 и второй транзистор 36 попеременно переключаются при резонансной частоте каждые 180°. Другими словами, получаются автоколебания при резонансной частоте схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индукционную линию 62, и переменный ток с резонансной частотой подается на индукционную линию 62. Таким образом, схема управления для приведения в действие первого транзистора 35 и второго транзистора 36 не нужна.
9. Магнитные потоки, создаваемые на индукционной линии 62, наводят большую электродвижущую силу на приемном блоке 15, установленном на подвижном объекте. Переменный ток, создаваемый электродвижущей силой, подается на выпрямитель 54, и затем постоянный ток, выпрямленный выпрямителем 54, подается на нагрузку подвижного объекта. На этом этапе приемные катушки 51 подвижного объекта приводят к увеличению полного сопротивления схемы, соединенной с резонансным конденсатором 25 питающего устройства 12. Таким образом, частота переменного тока, проходящего через индукционную линию 62, падает ниже (например, до 14 кГц) предварительно установленного значения частоты (резонансной частоты схемы, включающей в себя резонансный конденсатор 25 и индукционную линию 62), и частота автоколебаний уменьшается, соответственно. Приемные катушки 51 и резонансный конденсатор 53 приемного элемента 15 выбираются таким образом, чтобы уменьшенная частота (например, 14 кГц) выступала в роли резонансной частоты. Более того, напряжение, генерируемое на приемном элементе 52 (приемных катушках 51) ограничено предварительно установленным значением напряжения в связи с напряжениями насыщения элементов 56 ферритного сердечника, тем самым ограничивая энергию, получаемую приемным блоком 15.
Как уже обсуждалось, в соответствии с четвертым вариантом осуществления, даже если время переключений транзисторов 35 и 36 смещено таким образом, что элементы одновременно включаются, замкнутая цепь, включающая в себя транзисторы 35 и 36, не питается циркулирующим током в результате срабатываний транзисторов 35 и 36, и замкнутая цепь не питается шумовым током, создаваемым при переключении транзисторов 35 и 36. Это происходит, потому что не предусмотрен конденсатор, соединенный с транзисторами 35 и 36. Таким образом, можно уменьшить потери энергии и увеличить кпд.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления первый диод 39 стабилизации тока предоставляется вместо первого резистора 28 и второй диод 40 стабилизации тока предоставляется вместо второго резистора 31. Таким образом, напряжение стабилитрона может устойчиво увеличиваться, не вызывая временной задержки, что позволяет добиться более устойчивой работы.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления индукционная линия 62 соединена с питающим устройством 12. Вместо нее может быть подключен блок 13 питания.
Пятый вариант осуществления
Фиг. 7 изображает схему бесконтактного питающего оборудования в соответствии с пятым вариантом осуществления данного изобретения. Те же конфигурации схемы, что и в четвертом варианте осуществления, обозначены теми же ссылочными номерами, и их пояснение опущено.
В пятом варианте осуществления питающие устройства 12 из четвертого варианта осуществления соединены с индукционными линиями 62.
Для того чтобы избежать проблемы, которая заключается в том, что устойчивая подача энергии не может быть осуществлена от приемных катушек 51, когда подвижные объекты (приемные блоки 15) сосредоточены в предварительно установленном месте, множество конденсаторов 72 соединяются параллельно с предварительно установленными интервалами между парой индукционных линий 62. Концы соседних конденсаторов 72 соединены друг с другом через провод с нулевым сопротивлением 73. Начальный конец сконфигурированной индукционной линии 71, таким образом, соединен с питающим устройством 12 (одним питающим устройством 12) из четвертого варианта осуществления, а контактный конец индукционной линии 71 соединен с питающим устройством 12 (другим питающим устройством 12) из четвертого варианта осуществления.
В этой конфигурации два питающих устройства 12 подают наведенный ток на индукционные линии 62. На этом этапе два питающих устройства 12 совершают автоколебания с частотой и фазой одного и того же наводимого тока, таким образом, что питающие устройства 12 могут подавать наведенные токи синхронизировано друг с другом, не компенсируя наводимые токи, тем самым по сути в два раза увеличивая мощность источника питания по всей схеме. Таким образом, даже если число подвижных объектов (приемных блоков 15), получающих питание от индукционных линий 62, возрастет, энергия может передаваться с достаточной стабильностью.
В случае когда устройство 75 накопления (например, батарея или двухслойный электролитический конденсатор) включено между положительным выходным контактом и отрицательным выходным контактом устройства 11 питания постоянного тока, как изображено с помощью мнимой линии (штриховой линии с двойными штрихами) на Фиг. 7, устройство 75 накопления может заряжаться наведенным током, подаваемым на вторичную обмотку 23 изолирующего трансформатора 24, соединенного с индукционными линиями 62. В частности, устройство 75 накопления заряжается путем формирования замкнутой цепи, в которой ток, проходящий через вторичную обмотку 23, заставляет ток проходить в первичную обмотку 22 с выводом средней точки, причем ток на этом этапе проходит через дроссель 21 постоянного тока, устройство 75 накопления и диод, параллельный второму транзистору 36, а ток с противоположной фазой проходит через дроссель 21 постоянного тока, устройство 75 накопления и диод, параллельный первому транзистору 35. В питающем устройстве 12 из четвертого варианта осуществления диоды 26 и 27 не предусмотрены между одним концом 22b первичной обмотки 22 с выводом средней точки и коллектором первого транзистора 35 и между другим концом 22с первичной обмотки 22 с выводом средней точки и коллектором второго транзистора 36 в отличие от питающего устройства 12 из первого варианта осуществления, так что формируется замкнутая цепь.
Таким образом, в случае когда питающее устройство постоянного тока 11 не соединено с одним из питающих устройств 12 до функционирования перемещающихся объектов (когда питание перемещающихся объектов не требуется) устройство 75 накопления может быть заранее заряжено от другого питающего устройства 12, соединенного с питающим источником 11 постоянного тока. Когда перемещающиеся объекты начинают работать, ток может подаваться на индукционные линии 62 двумя питающими устройствами 12. Питающие устройства 11 постоянного тока соединены с соответствующими питающими устройствами 12, таким образом, что даже в случае возникновения неисправности на одном из питающих устройств 11 постоянного тока, разрядка устройства 75 накопления делает возможным устойчивое снабжение током индукционных линий 62.
Как уже обсуждалось, в соответствии с пятым вариантом осуществления, даже в случае когда большое количество питающих устройств 12 из четвертого варианта осуществления соединено с индукционными линиями 62, питающие устройства 12 синхронизированы круг с другом по одной частоте и фазе в цепи без компенсации создаваемых наведенных токов. Таким образом, путем простого соединения двух питающих устройств 12 с парой индукционных линий 62 мощность источников питания во всей схеме может быть практически удвоена без применения каких-либо дополнительных мер. Более того, существует возможность легко реагировать на увеличение числа приемных блоков 15 (подвижных объектов), питаемых индукционными линиями 62, благодаря чему достигается стабильное питание энергией.
Если питающее устройство 12 включает в себя устройство накопления 75 в пятом варианте осуществления изобретения, другие операции могут быть осуществлены, и энергия может устойчиво подаваться на индукционные линии 62.
В соответствии с пятым вариантом осуществления одно из питающих устройств 12 соединено с начальным концом индукционной линии 71, а другое питающее устройство 12 соединено с контактным концом индукционной линии 71. Точка включения другого питающего устройства 12 не ограничивается контактным концом индукционной линии 71, и, таким образом, очевидно, что другое питающее устройство 12 может быть соединено с какой-то промежуточной точкой индукционной линии 71. Таким образом, точка включения питающего устройства 12 определяется более гибко, то есть гибкость в выборе положения питающего источника 12 увеличивается, таким образом, что оборудование может иметь большую гибкость.
В соответствии с пятым вариантом осуществления два питающих устройства 12 соединены с индукционными линиями 62. Число питающих устройств 12 не ограничено двумя, и, таким образом, большее количество питающих устройств 12 может быть подключено. Чем больше число питающих устройств 12, подключенных к индукционным линиям 62, тем больше мощность питания всей сети, что может являться реакцией на увеличение числа подвижных объектов на индукционных линиях 62.
В соответствии с пятым вариантом осуществления транзисторы 35 и 36 используются в качестве переключающих элементов. Простые переключатели могут быть использованы вместо них. В таком случае необходим контроллер переключателей для попеременного переключения первого переключающего элемента и второго переключающего элемента, таким образом, чтобы переменный ток проходил через вторичную обмотку 23 с предварительно определенной частотой.