CN103259346A - 一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，包含具有相同自谐振频率的发射装置和接收装置，发射装置的发射线圈所在区域上方设有电动玩具车轨道，电动玩具车底盘上安装接收装置和整流稳压模块，接收装置连接至整流稳压模块输入端，整流稳压模块输出端连接至电动玩具车上的电动马达。电源给发射装置供电，接收装置和发射装置工作在谐振频率下谐振耦合，接收装置接收能量后经过整流稳压模块变换成稳压直流电给电动马达，玩具车在轨道上运动起来，通过改变电源功率和频率可调节电动玩具车的速度。该系统使电动玩具车摆脱了电池的束缚，马达尺寸变小，车体重量减轻，电能转化效率高，减少蓄电池使用带来的环境污染，起到节能环保的良好效果。

Description

一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，特别是采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车。

背景技术

电动玩具车、四驱车是儿童喜爱的常见玩具之一，目前市场上出现的此类产品都是采用蓄电池供电方式，这种更换电池的方式具有以下缺点：一是频繁的更换电池，造成电池资源的浪费和环境的污染；二是由于电池本身的重量问题，使玩具车上的电机在设计时必须增大驱动功率，这就需要选用体积较大的电机，电机制造成本也相应上升，而车子本身的也速度将会受到一定限制。

随着无线电能传输技术的不断发展，其在产品应用方面上有了较多的突破，无线供电的手机、电脑，摆脱电线束缚的无尾电视，无线供电的小装饰灯等一系列无线供电产品相继问世。2007年麻省理工大学的物理学助理教授Marin Solijacic和他的研究团队公开做了一个演示，利用谐振耦合技术在2米处成功点亮了一盏60W的灯泡，从此谐振耦合无线电能传输技术逐渐成为研究的热点。磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射装置和接收装置必须具有相同的自谐振频率，发射电源发出相同频率的能量，通过磁耦合谐振将能量源源不断地从发射端传输到接收端。

发明内容

发明要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，解决现有玩具车需要频繁更换电池，造成电池资源浪费和环境污染，同时需要大功率电机克服电池自重驱动玩具车，造成电机制造成本上升和玩具车速受限的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，包括相适配的电动玩具车和轨道，还包括谐振耦合的能量发射装置和能量接收装置，所述的能量发射装置设置在轨道下方，所述的能量接收装置设置在电动玩具车的底盘上、为电动玩具车的电动马达供电。

进一步的，在本发明中，所述的能量发射装置包括相串联的能量发射线圈和发射端补偿电容，通过调节发射端补偿电容调节能量发射装置的谐振频率；所述能量接收装置包括相串联的能量接收线圈和接收端补偿电容，通过调节接收端补偿电容调节能量接收装置的谐振频率。调节发射装置和接收装置处于同一谐振频率，电能通过磁场耦合的方式进行能量传递。

进一步的，在本发明中，所述轨道设置在能量发射线圈的内部。将电动玩具车置于轨道上，可有效传输能量。

进一步的，在本发明中，在所述电动玩具车底盘上还设有整流稳压模块，所述整流稳压模块将能量接收装置接收的电能进行整流稳压，为所述电动马达提供稳定的直流电。

进一步的，在本发明中，还包括为能量发射装置供电的电源，所述电源为功率和频率可调式电源。调节电源工作频率与发射装置和接收装置的谐振频率相同，同时可通过调节电源的功率和频率改变小车的速度。

进一步的，在本发明中，所述发射装置的发射线圈采用矩形螺旋结构。

有益效果：本发明基于磁耦合共振技术，利用发射装置和接收装置工作在谐振频率时，电源通过发射线圈源源不断地将电能发出，接收装置通过与发射装置的耦合将电能接收并传送给整流稳压模块，整流稳压模块将电能变换成直流电输送给电动马达，这样电动玩具车便在轨道上面运动起来，实现了对电动玩具车的无线供电。该系统使电动玩具车摆脱了电池的束缚，马达尺寸变小，车体重量减轻，电能转化效率高，并且减少了蓄电池使用带来的环境污染，起到节能环保的良好效果。

附图说明

图1为本发明电动玩具车的轨道式无线供电系统原理示意图；

图2为本发明具体实施例的能量发射部分和演示示意图；

图3为本发明电动玩具车底盘结构和能量接收部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，本发明设计了一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，包括电源1、能量发射装置2、轨道3、能量接收装置4、整流稳压模块5和电动玩具车6。电源1与能量发射装置2连接构成能量发射部分，能量接收装置4、整流稳压模块5和电动玩具车6构成能量接收部分。无线电能传输模型采用串串补偿模式，所述能量发射装置2由能量发射线圈7和发射端补偿电容8串联构成，通过调节发射端补偿电容8调节能量发射装置2的谐振频率，所述能量接收装置4由能量接收线圈10和接收端补偿电容11串联构成，通过调节接收端补偿电容11调节能量接收装置4的谐振频率，使能量发射装置2和能量接收装置4处于相同自谐振频率。电源1给能量发射装置2供电，所述能量发射线圈7所在区域上方设有电动玩具车6的轨道3，能量接收装置4和能量发射装置2谐振耦合，通过工作在谐振频率下，能量接收装置4接收能量后经过整流稳压模块5变换成稳定的直流电给电动马达12，电动玩具车6在轨道3上运动起来，通过改变电源1的功率和频率可以调节电动玩具车6的速度。

如图2所示，电源1、能量发射线圈7和发射端补偿电容8串联连接构成能量发射部分，整个能量发射线圈7采用矩形螺旋结构，铺设在地面9上面，轨道3水平位置位于能量发射线圈7矩形区域的内部，综合考虑电源功率大小、自谐振频率和电动玩具车的要求，轨道3和发射线圈7之间在高度上允许有一定的高度差，电动玩具车6放置在轨道3上。轨道3采用非金属非导磁材料制作，防止吸收发射装置发出的能量，其在能量发射线圈7的矩形区域及一定高度范围内的形状和尺寸可以根据不同需求进行个性化设计。

如图3所示，能量接收装置4、整流稳压模块5构成能量接收部分，能量接收部分根据电动玩具车6的底盘13的尺寸限制进行设计并安装在底盘13上。能量接收装置4由接收线圈10和接收端补偿电容11组成，能量接收装置4与整流稳压模块5的输入端连接，整流稳压模块5的输出端和电动马达12连接，为电动马达12供电，驱动电动玩具车6在轨道3上运动起来。

系统基于磁耦合共振技术，当能量发射装置2和能量接收装置4工作在谐振频率时，电源1通过能量发射线圈7源源不断地将电能发出，能量接收装置4通过与能量发射装置2的耦合将电能接收并传送给整流稳压模块5，整流稳压模块5将交流电变为稳压直流电输送给电动马达12，这样电动玩具车6便在轨道3上面运动起来。通过调节电源1的输出频率和输出功率便能控制电动玩具车6的行驶速度。在电源最大输出功率范围内可同时给多个玩具车供电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，包括相适配的电动玩具车（6）和轨道（3），其特征在于：还包括谐振耦合的能量发射装置（2）和能量接收装置（4），所述的能量发射装置（2）设置在轨道（3）下方，所述的能量接收装置（4）设置在电动玩具车（6）的底盘上、为电动玩具车（6）的电动马达供电。

2.根据权利要求1所述的一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，其特征在于：所述的能量发射装置（2）包括相串联的能量发射线圈（7）和发射端补偿电容（8），通过调节发射端补偿电容（8）调节能量发射装置（2）的谐振频率；所述能量接收装置（4）包括相串联的能量接收线圈（10）和接收端补偿电容（11），通过调节接收端补偿电容（11）调节能量接收装置（4）的谐振频率。

3.根据权利要求2所述的一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，其特征在于：所述轨道（3）设置在能量发射线圈（7）的内部。

4.根据权利要求1所述的一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，其特征在于：在所述电动玩具车（6）底盘上还设有整流稳压模块（5），所述整流稳压模块（5）将能量接收装置（4）接收的电能进行整流稳压，为所述电动马达提供稳定的直流电。

5.根据权利要求1所述的一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，其特征在于：还包括为能量发射装置（2）供电的电源（1），所述电源（1）为功率和频率可调式电源。

6.根据权利要求1所述的一种采用轨道式无线供电系统供电的电动玩具车，其特征在于：所述发射装置（4）的发射线圈（7）采用矩形螺旋结构。

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