能量采集装置、能量耦合单元及能量采集方法与流程

本公开涉及一种能量采集装置、能量耦合单元及能量采集方法，且特别涉及一种对机台的电力线进行能量采集的能量采集装置、能量耦合单元及能量采集方法。
背景技术：
：在某些情况下，可能需要额外对机台设备安装感应器、监控器等额外装置。然而，这些额外装置需要有电力的供应才能运行。在厂房中，必须由拥有电工执照人员，进行独立电力线规画与布置，其作业时间长且成本相当的高。或者，亦可针对电气室增设配电盘，但配线时需断开上游盘体，而会造成机台设备必需停机，限制了生产线的作业时间。或者，亦可通过高电压线进行配线，但操作安全性不高，且须采用符合绝缘等级的高压转低压变压器，其成本相当的高。因此，为了在符合低成本、高安全性的要求下安装上述额外装置，需要研发出一种适合的能量采集装置。研发人员正致力于此方面的研究。技术实现要素：本公开涉及一种能量采集装置、能量耦合单元及能量采集方法，其利用适当的电路设计，而能够在符合低成本、高安全性的要求下，直接对机台采集出能量，以安装上述额外装置。根据本公开的第一方面，提出一种能量采集装置。能量采集装置包括一能量耦合单元、一整流单元、一能量暂存单元、一控制单元及一电池。能量耦合单元用以耦接于一机台的一电力线，以耦合出一电流源。整流单元耦接于能量耦合单元，以将电流源由一交流状态转为一直流状态。能量暂存单元耦接于整流单元，以将电流源转换为一电压源。控制单元耦接于能量暂存单元，以获得一驱动电压。电池耦接于能量暂存单元，以通过电压源对电池进行充电。控制单元依据电池的一检测电压，控制能量暂存单元与电池之间的一充电路径。根据本公开的第二方面，提出一种能量耦合单元。能量耦合单元用以耦接于一机台的一电力线，以耦合出一电流源。能量耦合单元为一电流互感器(currenttransformer)。能量耦合单元包括一第一铁芯、一线圈及一第二铁芯。线圈缠绕于第一铁芯。第一铁芯与第二铁芯组合成一环状结构。第一铁芯及第二铁芯于800a/m的最小磁通密度为1.88t以上。根据本公开的第二方面，提出一种能量采集方法。能量采集方法包括以下步骤。在维持机台持续运行的状态下，以一能量耦合单元耦接于机台的一电力线，以耦合出一电流源。将电流源由一交流状态转为一直流状态。将电流源转换为一电压源。通过电压源对一电池进行充电。为了对本公开的上述及其他方面有优选的了解，下文特举实施例，并配合说明书附图详细说明如下：附图说明图1示出根据一实施例的机台与能量采集装置的示意图。图2示出根据一实施例的能量采集装置的示意图。图3示出根据一实施例的能量采集方法的流程图。图4示出根据一实施例的能量耦合单元的立体示意图。图5示出图4的能量耦合单元的俯视图。图6示出图4的能量耦合单元的侧视图。图7示出图4的线圈的电路图。图8示出本公开的能量耦合单元与传统的能量耦合单元的效能比较图。附图标记说明：100：能量采集装置110：能量耦合单元111：第一铁芯112：第二铁芯113：线圈120：整流单元130：能量暂存单元140：控制单元150：电池160：稳压单元170：电池开关180：能量采集开关300：额外装置800：交流电源900：机台910：电源管理装置920：电力线c1、c2：控制信号cv1、cv2：曲线ht：厚度id：内径ms1：测量电压ms2：检测电压od：外径s1：电流源s110、s120、s130、s140：步骤s2：电压源s3：驱动电压ph1：能量采集路径ph2：充电路径具体实施方式请参照图1，其示出根据一实施例的机台900与能量采集装置100的示意图。机台900的电源管理装置910接收交流电源800，以驱动机台900的运行。本实施例的能量采集装置100设置于电源管理装置910的电力线920上，以采集出能量，并供给至额外装置300，以进行监控、感测等动作。请参照图2，其示出根据一实施例的能量采集装置100的示意图。能量采集装置100包括一能量耦合单元110、一整流单元120、一能量暂存单元130、一控制单元140、一电池150、一稳压单元160、一电池开关170及一能量采集开关180。能量耦合单元110、整流单元120、能量暂存单元130、控制单元140、稳压单元160、电池开关170及能量采集开关180例如是一电子元件、一芯片、一固件、一电路、或一电路板。电池150例如是一镍镉电池、一镍氢电池、一锂离子电池、一锂聚合物电池、或一铅酸电池。本实施例对上述各项元件采用适当的电路设计，而能够在符合低成本、高安全性的要求下，直接对机台采集出能量，以安装额外装置。以下更搭配一流程图详细说明上述各项元件的运行。请同时参照图2及图3，图3示出根据一实施例的能量采集方法的流程图。在步骤s110中，在维持机台900持续运行的状态下，以能量耦合单元110耦接于机台900的电力线920，以耦合出电流源s1。请参照图4～图7，图4示出根据一实施例的能量耦合单元110的立体示意图，图5示出图4的能量耦合单元110的俯视图，图6示出图4的能量耦合单元110的侧视图，图7示出图4的线圈113的电路图。在一实施例中，能量耦合单元110为一电流互感器(currenttransformer)。能量耦合单元110包括一第一铁芯111、一线圈113及一第二铁芯112。线圈113缠绕于第一铁芯111。如图5所示，第一铁芯111与第二铁芯112组合成一环状结构。第一铁芯111及第二铁芯112的材质是由23zh90方向性电磁钢片所组成，23zh90方向性电磁钢片于800a/m的最小磁通密度为1.88t以上(例如是1.92t)。23zh90方向性电磁钢片于2,500a/m的最小磁通密度为1.96。23zh90方向性电磁钢片的电阻率为50欧姆*米。如图6所示，能量耦合单元110的环状结构的一外径od为40～60毫米(例如是50毫米)、能量耦合单元110的环状结构的一内径id为15～35毫米(例如是25毫米)，能量耦合单元110的环状结构的一厚度ht为10～30毫米(例如是20毫米)。线圈113则为一awg26线材。然后，在步骤s120中，整流单元120将电流源s1由一交流状态转为一直流状态。接着，在步骤s130中，能量暂存单元130将电流源s1转换为一电压源s2。电压源s2同时可输入稳压单元160，经过降压后，提供适当的驱动电压s3至控制单元140，以驱动控制单元140。也就是说，本公开的控制单元140的电力来源是来自于能量暂存单元130，在电池150尚未被存储任何电力前，即可被驱动。在一实施例中，稳压单元160可以省略，而直接以电压源s2驱动控制单元140。能量采集开关180设置于整流单元120与能量暂存单元130之间的一能量采集路径ph1。控制单元140可依据能量暂存单元130的一测量电压ms1，控制能量采集开关180导通或关闭。能量采集开关180在初始时是维持在导通状态。当测量电压ms1符合一储能标准时(例如是不高于4.7v时)，控制单元140不输出控制信号c1至能量采集开关180，使能量采集开关180位于导通状态，让电流源s1可以通过而输入至能量暂存单元130。当测量电压ms1不符合储能标准时(例如是高于4.7v时)，控制单元140输出控制信号c1至能量采集开关180，使能量采集开关180位于关闭状态，而让电流源s1不输入至能量暂存单元130，以避免超过能量暂存单元130的电压负荷上限。在一实施例中，能量采集开关180可以省略，而直接让电流源s1输入至能量暂存单元130。然后，在步骤s140中，通过电压源s2对电池150进行充电。电池开关170设置于能量暂存单元130与电池150之间的一充电路径ph2，控制单元140可依据电池150的检测电压ms2，控制电池开关170导通或关闭。电池开关170在初始时是维持在关闭状态。当检测电压ms2符合一充电标准时(例如是不高于4.17v时)，控制单元140输出控制信号c2至电池开关170，使电池开关170位于导通状态，让电压源s2可以通过而输入至电池150。当检测电压ms2不符合充电标准时(例如是高于4.7v时)，控制单元140输出控制信号c2至电池开关170，使电池开关170位于关闭状态，而让电压源s2不输入至电池150，以避免超过电池150的电压负荷上限。在一实施例中，电池开关170可以省略，而直接让电压源s2输入至电池150。由于本公开的控制单元140并不需要由电池150提供电力，故控制单元140通过对电池开关170的控制，能够对电池150进行主动控制。因此，能量采集装置100不需要在能量暂存单元130与电池150之间设置一直流对直流转换器。此外，本公开通过能量耦合单元110的材质选择与结构设计，使得能量采集效率能够提高。请参照图8，其示出本公开的能量耦合单元110与传统的能量耦合单元的效能比较图。在图8中，曲线cv1为本公开的能量耦合单元110的采集效率曲线，曲线cv2为传统的能量耦合单元的采集效率曲线。很明显的，曲线cv1相对于曲线cv2的采集效率高出51.53％。再者，请参照表一，其表示机台900的电力线920通过本公开的能量采集装置100采集能量的前后的比较数据。表一的电力线920是以60a为例。从表一可以看出，能量采集装置100采集能量的前后来看，电力线920的电压变化范围、电流、电压谐波、电流谐波与功率因素均没有明显改变。因此，能量采集装置100直接对机台900采集能量并不会对机台900造成不良影响。电性测量能量采集前能量采集前电压变化范围(v)46.578～46.359846.578～46.3598电流(a)60.160.1电压谐波(％)1.781.78电流谐波(％)1.811.81功率因素11表一根据上述实施例，能量采集装置100利用适当的电路设计，而能够在符合低成本、高安全性的要求下，直接对机台900采集出能量，以安装上述额外装置。综上所述，虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。本公开所属
技术领域：
中技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰。因此，本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。当前第1页1 2 3