具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的制作方法

本发明涉及一种通过磁感应以非接触的方式向沿着供电轨道(track)移动的一个以上的移送车传送电力的无线电力传输装置，具体地，涉及一种具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置，其中，供电轨道包括由并联连接的m个供电线构成的第一供电部和由并联连接的n个供电线构成的第二供电部，当向各个供电部供应交流电源的独立的两个交流电源供应部中的一个因发生故障而无法运转时，剩余的一个交流电源供应部同时向两个供电部供应电力，从而可以继续向沿着供电线移动的一个以上的移送车供应电源，并且，设置在移送车的集电部中额外配置有能量存储装置，即使在为故障切换(fail-over)而更换接线的短暂的切换时间段供电部的电流被切断，也能够将能量存储装置中的能量供应至移送车，从而可以以无瞬间断电的方式持续向移送车供应电力。

背景技术：

以非接触的方式向沿着轨道移动的移送车传送电力的无线电力传输装置由于没有机械性接触，具有不会产生粉尘(particle)，且可以加快速度的优点，因此，在半导体、lcd生产线等洁净室环境中普遍使用。

无线电力传输装置包括：供电线；谐振电路，其用于使高频电流顺畅地流向供电线；交流电源供应部；其用于使高频电流流向供电线；集电线圈(收集(pickup)装置)，其从在供电线产生的高频磁场中获得感应电动势；整流器，其对集电线圈感应的电压进行整流；以及调节器(regulator)，其根据情况恒定地控制整流的dc电压。

在半导体、lcd生产线中，多种类型的移送车从无线电力传输装置接收电力进行运转，瞬间的电力中断，也会导致巨大的损失，因此，需要无线电力传输装置的无限可靠性。

当一个供电线上有多个移送车时，如果交流电源供应部发生故障，则该供电线上的所有移送车必然会停止，因此，可以将交流电源供应部视为在无线电力传输装置中最能影响可靠性的部分。

另一方面，本申请人为了解决这种问题，曾经申请了当设置有两个无线电力传输装置时，如果对各个供电线施加交流电源的独立的两个交流电源供应部中的一个交流电源供应部因发生故障而无法运转，则剩余的一个交流电源供应部可以同时驱动两个供电线的具有故障切换功能的无线电力传输装置，并且在韩国授权专利第1017407号(“具有故障切换功能的无线电力传输装置”，公告日2011.02.25.，以下现有技术1)获得了授权。

图7是现有的具有故障切换功能的无线电力传输装置的结构图。现有的具有故障切换功能的无线电力传输装置采用了基于串联谐振电路，并在故障切换时以串联的方式连接两个供电部并连接到一个交流电源供应部的方式。虽然有两个供电部时不会发生任何问题，但是供电部多于两个，则故障切换开关的结构将会非常复杂。并且，虽然用于故障切换的切换时间段较短，但是无法实现对供电线的电力供应，因此，存在对移送车的电力供应被中段的问题。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种如下的具有多重故障切换功能的无线电力传输装置：当分别与两个供电部(其分别驱动一个以上的供电线)连接的两个交流电源供应部中的一个交流电源供应部发生故障时，可以利用剩余的一个交流电源供应部同时向两个供电部(其分别具有一个以上的供电线)供应电力。现有的故障切换技术对两个供电线进行故障切换，而本发明的区别是对多个供电线进行故障切换。并且，本发明的目的在于提供一种如下的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置：安装在移送车的集电部中额外配置能量存储装置，使得在用于故障切换的切换时间段，也能够将能量存储装置的能量供应至移送车，从而能够以无瞬间断电的方式持续向移送车供应电力。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置中，通过磁感应以非接触的方式向沿着供电轨道移动的一个以上的移送车传送电力的无线电力传输装置，其特征在于，上述移送车分别包括通过磁感应来收集电力的集电部，上述供电轨道由独立的多个供电线构成，上述供电线分别包括与自身产生谐振的谐振电路，并且，包括：第一供电部，其由并联连接的m个供电线构成；第二供电部，其由并联连接的n个供电线构成；第一电流传感器，其对上述m个供电线中的一个以上的供电线进行电流感测；第二电流传感器，其对上述n个供电线中的一个以上的供电线进行电流感测；第一交流电源，其向上述第一供电部供应交流电源；第二交流电源，其向上述第二供电部供应交流电源；第一控制器，其控制第一交流电源使得上述第一供电部的各个供电线流动规定电流；第二控制器，其控制第二交流电源使得上述第二供电部的各个供电线流动规定电流；第一交流电源供应部，其包括上述第一交流电源和上述第一控制器；第二交流电源供应部，其包括上述第二交流电源和上述第二控制器；开关部，其将上述第一供电部和上述第二供电部分别连接到上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部，或者将上述第一供电部和上述第二供电部均连接到上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中的某一个；故障切换控制器，其实时监视上述第一交流电源供应部及上述第二交流电源供应部是否运转，当两个交流电源供应部中的某一个交流电源供应部发生故障时，控制开关部使得相应的供电部连接到未发生故障的交流电源供应部。

优选地，上述故障切换控制器分别连接在上述第一控制器和上述第二控制器并实时监视上述第一交流电源供应部和第二交流电源供应部的动作状态，当上述第一交流电源供应部和第二交流电源供应部中的一个发生故障时，以未发生故障的交流电源供应部分别向第一供电部和第二供电部供应电力的方式控制上述开关部，以执行故障切换功能。

优选地，上述集电部作为向移送装置供应电力的装置，包括集电线圈、谐振电路、整流器以及能量存储装置，其中，上述能量存储装置具有比在开关部进行动作的期间向负荷部供应的能量更大的能量存储容量，以便两个交流电源供应部中的一个交流电源供应部发生故障而进行故障切换时，在上述开关部进行动作的期间也能够继续向负荷部供应电力。

优选地，根据本发明一实施例，上述开关部包括：第一开关部311、312，其连接上述第一交流电源供应部和上述第一供电部的两个端子；第二开关部321、322，其连接上述第二交流电源供应部和上述第二供电部的两个端子；第三开关部331、332，其连接上述第一供电部和上述第二供电部的两个端子，当上述第一交流电源供应部和第二交流电源供应部都正常进行动作时，上述故障切换控制器打开(on)上述第一开关部和上述第二开关部，关闭(off)上述第三开关部，以上述第一交流电源供应部驱动上述第一供电部，上述第二交流电源供应部驱动上述第二供电部的方式进行控制，当上述第一交流电源供应部发生故障，第二交流电源供应部正常进行动作时，上述故障切换控制器打开上述第二开关部和上述第三开关部，关闭上述第一开关部，以上述第二交流电源供应部同时驱动上述第一供电部和上述第二供电部的方式对上述第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制，当上述第一交流电源供应部正常进行动作，第二交流电源供应部发生故障时，上述故障切换控制器打开上述第一开关部和上述第三开关部，关闭上述第二开关部，以上述第一交流电源供应部能够同时驱动上述第一供电部和上述第二供电部的方式对上述第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

优选地，根据本发明另一个实施例，上述开关部包括：第一开关部311、312，其连接上述第一交流电源供应部和上述第一供电部的两个端子；第二开关部321、322，其连接上述第二交流电源供应部和上述第二供电部的两个端子；第四开关部341、342，其连接上述第一交流电源供应部和上述第二供电部的两个端子；第五开关部351、352，其连接上述第二交流电源供应部和上述第一供电部的两个端子，当上述第一交流电源供应部和第二交流电源供应部都正常进行动作时，上述故障切换控制器打开上述第一开关部和上述第二开关部，关闭上述第四开关部和上述第五开关部，以上述第一交流电源供应部驱动上述第一供电部，上述第二交流电源供应部驱动上述第二供电部的方式进行控制，当上述第一交流电源供应部发生故障，第二交流电源供应部正常进行动作时，上述故障切换控制器打开上述第二开关部和上述第五开关部，关闭上述第一开关部和第四开关部，以上述第二交流电源供应部同时驱动上述第一供电部和上述第二供电部的方式对上述第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制，当上述第一交流电源供应部正常进行动作，第二交流电源供应部发生故障时，上述故障切换控制器打开上述第一开关部和上述第四开关部，关闭上述第二开关部和第五开关部，以上述第一交流电源供应部同时驱动上述第一供电部和上述第二供电部的方式对上述第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

优选地，包括热感应线，其与各个上述供电线相邻地设置，用于检测各个供电线的过热；过热检测装置，其附着到各个上述热感应线并检测过热，其中，各个上述过热检测装置的输出同时供应至第一控制器和第二控制器。

优选地，在各个上述供电线的输入端额外配置开关。

优选地，在各个上述供电线内的谐振电路后端的两端额外配置两个开关。

优选地，在各个上述供电线内的谐振电路后端的两端中的一端额外配置开关。

优选地，可以在各个上述供电线的输入端插入变压器。

优选地，上述能量存储装置为电解电容器。

优选地，上述能量存储装置为超级电容器。

优选地，在上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中的一个发生故障时，上述故障切换控制器的故障切换动作包括：1)将上述第一交流电源供应部和上述第一交流电源供应部的输出全部关闭的步骤；2)在上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中，将与发生故障的交流电源供应部连接的供电部从上述发生故障的交流电源供应部分离，并连接到未发生故障的交流电源供应部的开关操作步骤；3)以向上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中的未发生故障的交流电源供应部输出交流电源的方式对上述交流电源供应部的控制部进行控制的步骤。

以下，通过实施例更加详细地说明本发明，但是，这种实施例仅用于示出本发明的实施，而本发明并不限于这种实施例。

发明效果

根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置，当分别与两个供电部(其分别驱动一个以上的供电线)连接的两个交流电源供应部中的一个交流电源供应部发生故障时，利用剩余的一个交流电源供应部同时向两个供电部(其分别具有一个以上的供电线)供应电力，从而可以向更多的供电线稳定地供应电力，并且，安装在移送车的集电部中额外配置能量存储装置，使得在用于故障切换的切换时间段，也能将设置在集电部的能量存储装置的能量供应至移送车，从而可以实现对移送车的电力供应不中断的无断电故障切换，在半导体，lcd生产线等短暂地停止驱动也不被允许的环境中，可以完全防止由交流电源供应部故障而产生的损害。

附图说明

图1是一般的无线电力传输装置的概念图。

图2是图1的供电线和集电线圈的一实施例。

图3是图1的供电线和集电线圈的另一个实施例。

图4是图1的供电线和集电线圈的另一个实施例。

图5是无线电力传输装置的一般结构图。

图6是适用于无线电力传输装置的谐振电路的示例图。

图7是现有的具有故障切换功能的无线电力传输装置的结构图。

图8是根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的结构图。

图9是无线电力传输装置的集电部的一般结构图。

图10是表示故障切换时的供电轨道的电流和集电部的输出电压的波形图。

图11是根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置中的设置有能量存储装置的集电装置的结构图。

图12是表示根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置在故障切换时的供电线的电流、集电部的输出电压及能量存储装置的电压的波形图。

图13是根据本发明一实施例的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的开关部的示例图。

图14是根据本发明的另一个实施例的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的开关部的示例图。

图15是本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置中设置的热感应线及过热检测装置的结构图。

具体实施方式

以下，通过附图详细说明本发明的优选实施例。以下的详细说明只是示例性的，并且仅示出本发明的优选实施例。

图1是一般的无线电力传输装置的概念图，图2示出图1中的集电部和供电线的部分剖面图。无线电力传输装置的一般的结构包括：供电线11、21；逆变器v，其将高频电流传送到供电线；集电部，其由集电磁芯32和卷绕在集电磁芯的集电线圈31构成，并且固定在沿着供电线移动的移送车，并将通过磁感应感应到集电线圈的电力提供给移送车。

供电线和集电部的结构可以改变为多种形式，其中典型的形式有如下几种。如图2所示，集电线圈卷绕在e型(e-type)的集电磁芯32的中央臂部，供电线穿过集电磁芯32的中央臂部与两侧臂部之间，如图3所示，集电线圈卷绕在h型(h-type)的集电磁芯的中央，供电线穿过两侧集电磁芯的凹陷的槽，如图4所示，集电线圈卷绕在平面型(flat-type)的集电磁芯的一侧面，供电线穿过集电线圈卷绕的一侧。

图5是一般的无线电力传输装置的结构图。无线电力传输装置由沿着轨道设置的供电线、谐振电路、交流电源供应部及集电部构成。

图6示出图5中标示的谐振电路的结构例。图6的(a)示出串联谐振电路，图6的(b)示出并联谐振电路，图6的(c)示出串并联谐振电路。

图7是现有的具有故障切换功能的无线电力传输装置的结构图。现有的具有故障切换功能的无线电力传输装置采用的方式是基于串联谐振电路，在故障切换时以串联的方式连接两个供电部并连接到一个交流电源供应部。当供电部的数量为两个时不会产生任何问题，但是，供电部的数量大于两个时，故障切换开关的结构将会非常复杂。

当适用并联谐振电路(图6的(b))或者串并联谐振电路(图6的(c))时，能够以并联的方式同时驱动多个供电线，并且可以对多个供电部进行故障切换。

图8是根据本发明的具有多重故障切换功能的无线电力传输装置的结构图。图8中示出的谐振电路可以由图6的(b)的并联谐振电路或者图6的(c)的串并联谐振电路构成。

参照图8，本发明的具有多重故障切换功能的无线电力传输装置包括：通过磁感应来给沿着供电轨道移动的一个以上的移送车收集电力的集电部，其中，供电轨道由独立的多个供电线构成，各个供电线包括与自身产生谐振的谐振电路，并且包括：第一供电部，其由并联连接的m个供电线构成；第二供电部，其由并联连接的n个供电线构成；第一电流传感器，其对m个供电线中的一个以上的电流进行感测；第二电流传感器，其对n个供电线中的一个以上的电流进行感测；第一交流电源，其向第一供电部供应交流电源；第二交流电源，其向第二供电部供应交流电源；第一控制器，其控制第一交流电源使得第一供电部的各个供电线流动规定电流；第二控制器，其控制第二交流电源使得第二供电部的各个供电线流动规定电流；第一交流电源供应部，其包括第一交流电源和上述第一控制器；第二交流电源供应部，其包括第二交流电源和上述第二控制器；开关部，其将第一供电部和第二供电部选择性地连接于第一交流电源供应部和第二交流电源供应部之间；故障切换控制器，其实时监视第一交流电源供应部及第二交流电源供应部是否运转，当两个交流电源供应部中的某一个发生故障时，控制开关部使得相应的供电部连接到未发生故障的交流电源供应部。

图8中，构成与供电线的电感连接的谐振电路，以便具有与施加在供电部的交流电源的动作频率相同的规定的谐振频率。

图9是安装在移送车的集电部的一般结构图。

参照图9，集电部包括：集电线圈，其安装在移送车，向移送车供应通过磁感应来感应的电力；谐振电路，其连接在集电线圈；整流器，其对集电线圈的输出进行整流和平滑化。

虽然在图9中未图示，但是还可以在整流器的后方额外配置用于恒定地控制输出电压的调节器。

图10是表示故障切换时的供电线的电流和图9的示例中一般的集电部的输出电压的波形图。

参照图10，当两个交流电源供应部中的一个发生故障并开始进行故障切换动作时，如图10所示，在进行开关动作之前，将供电线电流控制为‘零’，以便开关部安全地动作，此后，在图10中示出的故障切换区间使开关部进行动作，使得一个交流电源供应部与两个供电部并联连接。然后，同时对与未发生故障的交流电源供应部并联连接的两个供电部增加电流使其达到正常状态，则完成故障切换动作。

直到完成故障切换为止，需要一定的时间，半导体开关大约需要数微秒(usec)，机械开关大约需要0.01-1秒(sec)。如果包括减少和增加供电部的电流的过度状态的时间，则供电部的电流切断状态至少持续0.1-2sec。此时，假如集电部中没有容量充足的能量存储装置，如图9所示，集电部的输出电压会急剧下降，下降到低于最小电压(vmin)时，移送车必然会停止。也就是说，虽然故障切换功能的存在可以使两个交流电源供应部中的一个发生故障时利用剩余的一个交流电源供应部来同时驱动两个供电部，但还是无法避免瞬间断电。

图11是根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的集电部的结构图，该集电部构成为在如图9中所示的一般的集电部中包括能量存储装置。

虽然在图11中未图示，但是还可以在整流器的后方额外配置用于恒定地控制输出电压的调节器。

并且，图12是表示根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置在故障切换时的供电线的电流、集电部的输出电压及能量存储部的电压的波形图。

参照图12，在两个交流电源供应部中的一个发生故障的情况下，进行故障切换时，在两个供电部中流动的电流下降至‘零’后重新恢复正常需要一定的时间。如果在此期间，利用存储在能量存储装置的能量作为负荷部所需能量的补充，则能够以无瞬间断电的方式继续供应电力。

上述能量存储装置的容量大于故障切换时所需的负荷部能量。当故障切换完全结束时，可以对集电部的能量存储装置再次进行充电。

根据本发明一实施例的能量存储装置可以是电解电容器或者超级电容器。

图13是图8的本发明一实施例的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的开关部的示意图。

参照图13，根据本发明一实施例，开关部包括：第一开关部311、312，其连接第一交流电源供应部和第一供电部的两个端子；第二开关部321、322，其连接第二交流电源供应部和第二供电部的两个端子；第三开关部331、332，其连接第一供电部和第二供电部的两个端子。

其中，当第一交流电源供应部和第二交流电源供应部都正常进行动作时，本发明的故障切换控制器打开第一开关部和上述第二开关部，关闭第三开关部，以第一交流电源供应部驱动第一供电部，第二交流电源供应部驱动第二供电部的方式进行控制。

并且，当第一交流电源供应部发生故障，第二交流电源供应部正常进行动作时，本发明的故障切换控制器打开第二开关部和第三开关部，关闭第一开关部，以第二交流电源供应部同时驱动第一供电部和第二供电部的方式对第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

并且，当第一交流电源供应部正常进行动作，第二交流电源供应部发生故障时，本发明的故障切换控制器打开第一开关部和第三开关部，关闭第二开关部，以第一交流电源供应部同时驱动第一供电部和第二供电部的方式对第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

图14是图8的本发明另一个实施例的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置的开关部的示例图。

参照图14，根据本发明另一个实施例，开关部包括：第一开关部311、312，其连接第一交流电源供应部和第一供电部的两个端子；第二开关部321、322，其连接第二交流电源供应部和第二供电部的两个端子；第四开关部341、342，其连接第一交流电源供应部和第二供电部的两个端子；第五开关部351、352，其连接第二交流电源供应部和第一供电部的两个端子。

其中，当第一交流电源供应部和第二交流电源供应部都正常进行动作时，本发明的故障切换控制器打开第一开关部和第二开关部，关闭第四开关部和第五开关部，以第一交流电源供应部驱动第一供电部，第二交流电源供应部驱动第二供电部的方式进行控制。

并且，当第一交流电源供应部发生故障，第二交流电源供应部正常进行动作时，本发明的故障切换控制器打开第二开关部和第五开关部，关闭第一开关部和第四开关部，以交流电源供应部同时驱动第一供电部和第二供电部的方式对第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

并且，当第一交流电源供应部正常进行动作，第二交流电源供应部发生故障时，本发明的故障切换控制器打开第一开关部和第四开关部，关闭第二开关部和第五开关部，以第一交流电源供应部同时驱动第一供电部和第二供电部的方式对第一供电部和第二供电部的并联连接进行控制。

根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置可以在各个供电线的输入端额外配置开关。

根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置可以在各个供电线内的谐振电路后端的两端额外配置两个开关。

根据本发明的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置可以在各个供电线内的谐振电路后端的两端中的一端额外配置开关。

根据本发明的具有无断电的故障切换功能的无线电力传输装置可以在各个供电线的输入端分别包括绝缘变压器。

图15是本发明的具有无断电的故障切换功能的无线电力传输装置中设置的热感应线及检测装置的结构图。

参照图15，根据本发明一实施例的具有无断电多重故障切换功能的无线电力传输装置包括：热感应线，其与各个供电线相邻地设置，用于检测各个供电线的过热；过热检测装置，其附着到各个热感应线并检测过热。

本发明的各个过热检测装置的输出可以同时供应至第一控制器和第二控制器。

本发明的过热检测装置将检测到与供电线连接的热感应线的断线或者短路的过热检测信号同时供应至第一控制器和第二控制器，第一控制器及第二控制器分别确认连接在各自的供电部的热感应线的短路，则通过中断交流电源的供应来切断施加在供电线的交流电源，从而可以防止因供电线过热而发生火灾。

在根据本发明一实施例的具有无断电的故障切换功能的无线电力传输装置中，当第一交流电源供应部或上述第二交流电源供应部中的一个发生故障时，故障切换控制器的故障切换动作可以包括：1)将上述第一交流电源供应部和上述第一交流电源供应部的输出全部关闭的步骤；2)在上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中，将与发生故障的交流电源供应部连接的供电部从上述发生故障的交流电源供应部分离，并连接到未发生故障的交流电源供应部的开关操作步骤；3)对上述第一交流电源供应部和上述第二交流电源供应部中的未发生故障的交流电源供应部的控制部进行控制的步骤。

如上所述，本说明书和附图中公开了本发明的实施例，虽然使用特定术语，但是这些术语仅仅为了便于说明本发明的技术内容且有助于理解本发明而使用，并不限制本发明的范围。本领域技术人员应该理解的是，除了文中公开的实施例之外，还可以适用基于本发明的技术思想的其他变形例。

附图标记说明：

11、11-1～11-m、21、21-1、21-n：供电线

19、19-1～19-m、29、29-1～29-m：谐振电路

30：移送车接触部31：集电线圈

32：集电磁芯33：集电谐振电路

34：整流器35：负荷

36：能量存储装置600：集电部

41：第一电流传感器42：第二电流传感器

100：第一交流电源200：第二交流电源

190：第一供电部290：第二供电部

300：开关部

311、312：第一开关321、322：第二开关

331、332：第三开关341、342：第四开关

351、352：第五开关

500：故障切换控制器

510：第一控制器520：第二控制器

t1、t2：热感应线检测装置

t1～tm、t1～tn：热感应线信号

s1～sm、s1～sn：热感应线

v：逆变器

11a：供电线电感。