CN107123532B - 一种交流母线磁耦合取能装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流母线磁耦合取能装置及方法，包括设置于交流载流母排上部的一对导磁侧板、设置于导磁侧板之间且两端分别与对应导磁侧板内侧面固定连接的磁柱以及绕设于所述磁柱上的绕组。通过导磁侧板吸引交流母排电流产生的交流磁通，通过磁柱集中磁通，并通过绕组感应输出电压。本发明所提出一种交流母线磁耦合取能装置及方法，能直接从交流载流母排通过磁耦合获得电能的取能装置，只要将该装置放置在母排上方，就可以从交流载流母排上获取足够的电能为电子电路供电，使用简单便捷，体积小，免维护，取能效率高。

Description

一种交流母线磁耦合取能装置及方法

技术领域

本发明涉及一种交流母线磁耦合取能装置及方法。

背景技术

为了检测交流载流母排的电压、电流、温度等信息，并将这些信息通过无线方式发射出去，需要对检测和无线发射电子电路供电。因此需要一个体积小，免维护，安装便捷的装置可以直接从载流母排获得电能的取能装置。

为了从交流载流母排上获得电能给检测电子电路供电，现有方法采用电池供电、无线电能传输供电或穿心取能CT供电。但电池供电需要更换电池和维护；无线电能传输供电需要发射侧和接收侧的对应，安装复杂，而且难以适用复杂的电气接线环境；穿心取能CT需要将CT穿套在载流母线上，安装复杂，而且占用空间大，影响电压绝缘，难以适用结构紧凑的应用场合。

故现有的上述技术主要问题是体积大，安装不便或需要维护。如果减小体积，则取能功率太小，无法满足电子电路的电能需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流母线磁耦合取能装置及方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种交流母线磁耦合取能装置，包括设置于交流载流母排上部的一对导磁侧板、两端分别与对应导磁侧板固定连接的磁柱以及绕设于所述磁柱上的绕组。

在本发明一实施例中，所述导磁侧板上开设有线状缝隙，该线状缝隙的一端以所述磁柱的端部为中心，呈放射性分布，且放射性分布的方向与直流情况下导磁侧板中静磁场的磁力线方向大体一致。

在本发明一实施例中，所述磁柱包括单根条柱状芯柱或复数根端部呈圆形分布的条柱状芯柱，且磁柱的端部截面面积大于磁柱本体截面面积。

在本发明一实施例中，所述磁柱为包括单片片状芯柱或复数片相互堆叠且片间有电绝缘的片状芯柱。

在本发明一实施例中，所述导磁侧板的底端分别设置与之相连接的导磁底板。

在本发明一实施例中，所述导磁底板上开设有线状缝隙，该线状缝隙的走向与直流情况下底板中静磁场的磁力线方向大体一致。

在本发明一实施例中，所述导磁底板包括内侧底板与外侧底板；所述内侧底板的一端与对应导磁侧板内侧面固定连接；所述外底板的一端与对应导磁侧板外侧面固定连接。

在本发明一实施例中，设置于一侧的导磁侧板包括一内导磁侧板以及一外导磁侧板；所述内导磁侧板的外侧壁与所述外导磁侧板的内侧壁相接触，且所述内导磁侧板和外导磁侧板所开设的线状缝隙位置相互交错。

在本发明一实施例中，所述磁柱两端还分别设置有弯折接触部，通过弯折接触部与对应侧导磁侧板的内侧面或外侧面固定连接。

在本发明一实施例中，所述导磁侧板、所述磁柱以及所述底板为软磁铁磁材料。

进一步的，还提供一种交流母线磁耦合取能方法，通过所述导磁侧板吸引交流母排电流产生的交流磁通，通过所述磁柱集中磁通，并通过所述绕组感应输出电压，且通过所述线状缝隙降低交流磁场产生的涡流去磁和损耗效应。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、采用较高饱和磁密的软磁铁磁材料，由于饱和磁密高，可使得磁柱的面积尽量小。而如果采用铁氧体导磁材料，由于饱和磁密低，使得磁柱面积增大，导致绕组长度增大，绕组电阻增大。

2、磁柱采用圆柱形、方形或近似方形的矩形，使得磁柱的周长较短，绕组平均匝长最小，从而绕组电阻最小。

3、当导磁侧板和磁柱采用组合方式结合时，磁柱与导磁侧板接触部分的端部部分面积大于中间部分面积，有助于降低磁柱与导磁侧板结合处的磁阻，增大磁通量，而又能保证较小的中间部分面积，使得绕组长度较短。

4、为了减小母线电流产生的交流磁通在导磁侧板上感应的涡流产生的去磁效应和损耗效应，在导磁侧板上开有缝隙，且缝隙的走向为沿着直流情况下导磁侧板上静磁场的磁力线走向。由于缝隙的作用降低了交流磁通感应的涡流。而如果采用整块没有开缝隙的铁磁材料，交流磁通将在整片铁磁材料上产生较大的涡流，不仅引起涡流发热损耗，而且涡流的去磁效应将降低导磁侧板的导磁作用，从而降低通过磁柱的磁通。

5、如果导磁侧板采用铁氧体材料，虽然铁氧体的电导率很低，涡流效应大大降低，但铁氧体的饱和磁密小，导致体积增大。而本专利的磁耦合结构很好地既利用了铁磁材料高饱和磁密的优点，又克服了铁磁材料电导率大导致涡流损耗大和去磁效应大的缺点。

6、只要将该装置放置在母排上方，就可以从交流载流母排上获取足够的电能为电子电路供电，使用简单便捷，体积小，免维护，取能效率高。

附图说明

图1为本发明实施例1中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图2为本发明实施例2中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图3为本发明实施例3中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图4为本发明实施例4中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图5为本发明实施例5中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图6为本发明实施例6中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图7为本发明实施例7中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图8为本发明实施例8中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图9为本发明实施例9中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图10为本发明实施例10中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图11为本发明实施例11中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图12为本发明实施例12中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

图13为本发明实施例13中交流母线磁耦合取能装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种交流母线磁耦合取能装置，如图1所示，包括一对设置于交流载流母排外侧面的导磁侧板1、设置于导磁侧板之间且两端分别与对应导磁侧板内侧面固定连接的磁柱2以及绕设于磁柱上的绕组。导磁侧板用于吸引交流母排3电流产生的磁场，磁柱用于集中磁通，绕组用于感应输出电压。

进一步的，导磁侧板和磁柱均为软磁铁磁材料，包括电工硅钢片、铁、非晶、铁镍合金等，磁柱和导磁侧板为一体制成。

进一步的，导磁侧板上开设有线状缝隙4，该线状缝隙的一端以磁柱的端部为中心，呈放射性分布，且放射性分布的方向与直流情况下导磁侧板中静磁场的磁力线方向一致。通过在导磁侧板上沿磁力线走向开缝隙的措施，使得导磁侧板汇聚的磁通可以最短的路径向磁柱流通，并有效降低交流磁通在导磁侧板感应的涡流，可有效降低导磁侧板产生的涡流损耗以及去磁效应，增强感应取能效果。

进一步的，磁柱与导磁侧板可一体制成或固定连接组合而成，且磁柱的形状可为圆柱形、方形或近似方形的矩形。

进一步的，绕好绕组的线圈骨架可以先套在磁柱上，然后将磁柱穿过导磁侧板，再将磁柱弯折90°，使其能够与导磁侧板固定连接，这样不仅可以实现增强磁柱聚磁能力，还可以使得磁柱与线圈骨架组合的工艺更为简单。

实施例1

如图1所示，磁柱为圆柱，且纵向截面的半径由磁柱的中部至两侧均相等。

实施例2

如图2所示，磁柱为圆柱，纵向截面为圆形，且截面的半径是中间部分较小，两端较大。如与导磁侧板接触的两端部分21面积较大，中间部分面积较小。

实施例3

如图3所示，在实施例1的基础上，导磁侧板的底端设置与之相连接的两块底板5。导磁侧板增加一个底板部分，可以增强导磁侧板的聚磁能力，从而提高整个磁耦合结构的输出功率。底板上开设有线状缝隙6，该线状缝隙的开设走向与直流情况下底板中静磁场的磁力线方向一致。

实施例4

如图4所示，在实施例2的基础上，导磁侧板的底端设置与之相连接的两块底板。导磁侧板增加一个底板部分，可以增强导磁侧板的聚磁能力，从而提高整个磁耦合结构的输出功率。底板上开设有线状缝隙，该线状缝隙的开设方向与直流情况下底板中静磁场的磁力线方向一致。

实施例5

如图5所示，磁耦合结构的磁柱可采取正方形或接近正方形的矩形结构，同样可以有效减小绕组铜线所需的长度，以达到磁耦合结构输出功率的要求。在本实施例中，磁柱的两端对应设置于导磁侧板内侧顶部。

实施例6

如图6所示，为了增加导磁侧板的聚磁能力，以及磁柱的导磁能力，不仅可以在侧板底部增加一个底板，还可以通过增加多片芯柱，且片间有电绝缘，以此来增加磁柱的厚度，从而增强磁耦合结构的感应取能的能力，增强其输出功率。在本实施例中，磁柱的两端对应设置于导磁侧板内侧顶部。

实施例7

如图7所示，为了在实施例6所提出的磁耦合结构的基础上进一步增强聚磁能力，可以用两个图6所示的磁耦合结构进行组合来实现。其中一个磁耦合结构的导磁侧板和磁柱的高度均较高，且所增加的底板方向与另外一个的相反，即一个磁耦合结构的底板方向朝外，另一个磁耦合结构的底板的方向朝里，两个磁耦合结构所开设线状缝隙的位置是交错的，该方法将会很大程度上增强整个系统的感应取能能力。在本实施例中，磁柱的两端对应设置于导磁侧板内侧顶部。

实施例8

如图8所示，磁柱的位置选择可以根据用户的判断来进行决定，在实施例3的基础上，磁柱的两端对应设置于导磁侧板内侧上部。

实施例9

如图9所示，磁柱的位置可以根据实际的结构布局需求决定，在实施例4的基础上，磁柱的两端对应设置于导磁侧板内侧上部。

实施例10

如图10所示，在实施例9的基础上，其底板方向为向内的方向，这样总体上可以减小磁耦合结构的体积，同时相比于没有底板的结构，又可增强其感应取能的能力。

实施例11

如图11所示，磁柱采用片状芯柱，且设置于两导磁侧板顶部。磁柱的两端分别设置有弯折接触部，弯折接触部的弯折角度为90°，且该接触部与片状芯柱下端面夹角为90°。在制作时，可将片状芯柱的两端按长度方向延伸，并按角度沿导磁侧板下方弯折90°。将弯折接触部固定在导磁侧板上，且经弯折接触部的内侧壁与导磁侧板的外侧壁固定连接。在将磁柱两端沿导磁侧板外侧面下方弯折90°之前，通过将磁柱穿过绕好绕组的骨架，可以简化线圈骨架和磁柱组合的制作工艺，同时也可实现增强磁柱聚磁的能力。

实施例12

如图12所示，在实施例11的基础上，增加一个没有横跨导磁侧板的磁柱，且两端均设置有弯折接触部，以此增强磁耦合取能装置的感应取能能力。该增加的磁柱两端沿导磁侧板内侧面弯折90°。将弯折接触部固定在导磁侧板上，且经弯折接触部的外侧壁与导磁侧板的内侧壁固定连接。

实施例13

如图13所示，在实施例12的基础上，为增强磁耦合结构的聚磁能力，通过将两个与实施例12相似的结构进行组合，该新结构的四个导磁侧板通过具有弯折部分的磁柱进行连接，且上方的两个导磁侧板没有底板，而下方的导磁侧板具备底板。也即将一个采用实施例12中的装置去掉底板后，反转，并将该装置反转前设置于导磁侧板顶部的磁柱的上端面，与另一个设置于采用实施例12中的装置导磁侧板顶部的磁柱的上端面固定连接。

进一步的，以上13种实施的案例是根据本发明所提出磁耦合结构进行改造设计的，在具体实施设计的过程中，并不局限与上述13种具体实施例，可以是它们之间的组合，或是变形改造，均可以实现在较小体积的要求下，达到所需功率输出的效果。如一种简单磁耦合结构的底板的方向可以是朝里和朝外双向的，即具备与图7所示磁耦合结构底板的方向。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种交流母线磁耦合取能装置，其特征在于，包括设置于交流载流母排上部的一对导磁侧板、两端分别与对应导磁侧板固定连接的磁柱以及绕设于所述磁柱上的绕组；

所述导磁侧板上开设有线状缝隙，该线状缝隙的一端以所述磁柱的端部为中心，呈放射性分布，且放射性分布的方向与直流情况下导磁侧板中静磁场的磁力线方向一致；

所述磁柱包括单根条柱状芯柱或复数根条柱状芯柱或单片片状芯柱或复数片相互堆叠且片间有电绝缘的片状芯柱；

所述磁柱的端部截面积大于磁柱本体截面积；

所述导磁侧板的底端分别设置有与导磁侧板相连接的导磁底板；

所述导磁底板上开设有线状缝隙，该线状缝隙的走向与直流情况下底板中静磁场的磁力线方向一致；

所述导磁底板包括内侧底板与外侧底板；所述内侧底板的一端与对应导磁侧板内侧面固定连接；所述外侧底板的一端与对应导磁侧板外侧面固定连接；

设置于一侧的导磁侧板包括一内导磁侧板以及一外导磁侧板；所述内导磁侧板的外侧壁与所述外导磁侧板的内侧壁相接触，且所述内导磁侧板和外导磁侧板所开设的线状缝隙位置相互交错。

2.一种基于权利要求1所述的一种交流母线磁耦合取能装置的取能方法，其特征在于，通过所述导磁侧板和底板吸引交流母排电流产生的交流磁通，通过所述磁柱集中磁通，并通过所述绕组感应输出电压，且通过所述线状缝隙降低交流磁场产生的涡流去磁和损耗效应。

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