CN108357373A - 感应式电源供应系统及其线圈模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线圈模块，用于一感应式电源供应系统，该线圈模块包含一金属架、一线圈、一电路板及一上盖。该线圈设置于该金属架的一第一面。该电路板设置于该金属架的一第二面，该电路板包含一控制电路，用来控制该线圈运作。该上盖用于遮蔽该线圈，该上盖由一非金属材质所构成且具有一圆弧形结构。

Description

感应式电源供应系统及其线圈模块
技术领域
本发明涉及一种感应式电源供应系统及其线圈模块，尤其涉及一种适用于自动搬运车的感应式电源供应系统及其线圈模块。
背景技术
近年来，工厂正逐渐朝向自动化及无人化的趋势，这样的自动化工厂需要大量搬运载具，即无人驾驶的自动搬运车。传统上，自动搬运车可在作业员上班时间运作，下班前作业员将自动搬运车连接至电源线及插座以进行充电，以供隔日运行所需的电力。在此情形下，自动搬运车的运作时间受限于上班时间，无法全天候二十四小时运作，且自动搬运车需搭载大容量电池以支持整个上班时间的运作。
为提升自动搬运车的效率，业界开始导入自动充电的方式。一般来说，自动搬运车的运行循环中可能停留在数个闲置点，闲置点设置有充电站，使得自动搬运车在运行过程中可随时补充电力，因而自动搬运车不需要太大的电池容量即可长时间运作。传统上，充电站可通过电刷对自动搬运车进行充电，然而，电刷充电时需接触自动搬运车上的金属接点，其损耗速度较快且容易产生粉尘和火花，无法使用于无尘室环境，当其使用于存在易燃气体或易燃物品的石化工厂时也容易发生危险。
因此，较理想的充电方式是采用电磁感应式无线充电，无线充电方式是由两个线圈进行电磁感应，其感应效率与线圈距离息息相关，距离愈近效率愈好，距离愈远则效率愈差。然而，现有自动搬运车多数为无轨道式，例如，一种无轨道式系统可在地面贴上有色胶带，自动搬运车即可沿着胶带移动。无轨道式系统不须布置轨道，其建置成本远低于轨道式系统，且灵活性较高，因而成为自动搬运车系统的趋势。然而，无轨道式自动搬运车仅能够大致沿着轨道运行而无法精准定位，难以有效控制自动搬运车移动至充电站上的定点。举例来说，自动搬运车运行的偏移误差大约为3公分，但3公分的距离足以大幅降低感应式电源供应器的充电效率。
在此情形下，充电站及自动搬运车的位置可设计为，当自动搬运车停在充电站时尽可能让两线圈靠近，以提高充电效率。然而，若自动搬运车偏移时，此设计方式容易造成自动搬运车撞击充电站上的充电装置。由于自动搬运车的用途为搬运大量材料或货物，其往往具备强大的载重能力且材质坚硬，因此，碰撞时极可能造成充电装置损毁。鉴于此，现有技术实有改进的必要。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种适用于自动搬运车的感应式电源供应系统及其线圈模块，以解决上述问题。
本发明公开了一种线圈模块，用于一感应式电源供应系统，该线圈模块包含一金属架、一线圈、一电路板及一上盖。该线圈设置于该金属架的一第一面。该电路板设置于该金属架的一第二面，该电路板包含一控制电路，用来控制该线圈运作。该上盖用于遮蔽该线圈，该上盖由一非金属材质所构成且具有一圆弧形结构。
本发明还公开了一种感应式电源供应系统，该感应式电源供应系统包含多个固定架及多个线圈模块。其中，每一线圈模块设置于该多个固定架当中的一者，每一线圈模块包含一金属架、一线圈、一电路板及一上盖。该线圈设置于该金属架的一第一面。该电路板设置于该金属架的一第二面，该电路板包含一控制电路，用来控制该线圈运作。该上盖用于遮蔽该线圈，该上盖由一非金属材质所构成且具有一圆弧形结构。
附图说明
图1A及图1B为本发明实施例一线圈模块的示意图。
图2为金属架的详细结构的示意图。
图3A～3C为完整的线圈模块的示意图。
图4为本发明实施例一感应式电源供应系统的示意图。
图5为本发明实施例一感应式电源供应系统的示意图。
图6为本发明实施例一感应式电源供应系统的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、10a、10b、10a1～10aN、 线圈模块
10b1～10bN
100 金属架
102 线圈
104 磁导体
106 电路板
108 显示屏幕
110 固定件
112 隔板
H1～H4 锁孔
L1～L3 开孔
120 上盖
130 下盖
40、50、60 感应式电源供应系统
402 充电柱
404 自动搬运车
TX1、TX2、RX1、RX2 固定架
502 供电模块
504 受电模块
PTX 电源供应端
PRX 电源接收端
具体实施方式
请参考图1A及图1B，图1A及图1B为本发明实施例一线圈模块10的示意图。其中，图1A示出了线圈模块10的正面，图1B示出了线圈模块10的背面。如图1A所示，线圈模块10包含一金属架100、一线圈102及一磁导体104。金属架100作为线圈模块10的主要结构体，用来支撑线圈模块10中的线圈102和电路板等装置，其具有散热、防水等功能，同时金属架100应具有坚固且耐撞的材质，能够承受自动搬运车的撞击力量。在一实施例中，金属架100可以是由铝所制成的铝架，但不限于此。线圈102设置于金属架100的正面，用来进行电磁感应。当线圈模块10设置于充电站时，线圈102可作为供电线圈以发送电力；当线圈模块10设置于自动搬运车或其它可接收电力的受电装置时，线圈102可作为受电线圈以接收电力。磁导体104设置于线圈102及金属架100之间，用来隔绝线圈102的电磁能量，避免线圈102的能量传送至金属而发热。此外，磁导体104具备导热功能，可将电流通过线圈102时在线圈102上产生的热能传导到金属架100以进行散热。磁导体104可由具有高导磁率特性的磁性材料所构成，例如锰锌磁芯(Mn-Zn Core)、镍锌磁芯(Ni-Zn Core)、铁粉芯(Iron Powder Core)、铁镍钼磁芯(Molypermalloy Powder(MPP)Core)、铁硅铝磁芯(Sendust Core)、铁氧体磁芯(Ferrite Core)、高磁通磁芯(High Flux Core)或其它等效的磁性材料。线圈102及磁导体104可通过任何方式设置并固定于金属架100上，例如可将磁导体104通过粘胶贴合在金属架100上，再将线圈102通过粘胶贴合在磁导体104的另一面。在此例中，线圈102具有一条导线并以单层方式绕制，而磁导体104可根据线圈102及金属架100的形状来设计，其为近似于方形的一片状磁导体，然而，本发明的线圈102及磁导体104的实施方式不应以此为限，例如可采用多层线圈及多个磁导体叠合的方式来实现线圈模块。
如图1B所示，线圈模块10还包含一电路板106，设置于金属架100的背面。电路板106上包含控制电路，用来控制线圈102的运作。当线圈模块10设置于充电站时，电路板106上设置用于供电线圈的电路，如谐振电容、供电驱动单元、供电端处理器、调制数据接收模块等。当线圈模块10设置于自动搬运车或其它可接收电力的受电装置时，电路板106上设置用于受电线圈的电路，如整流器、稳压器、受电端处理器等。电路板106上还可包含一显示屏幕108，用来显示线圈模块10运作的状态，例如显示线圈模块10是否正在供应电力/接收电力，或显示任何异常信息。电路板106可通过任何方式设置并固定于金属架100上，例如可通过螺丝将电路板106锁在金属架100上。
请参考图2，图2为金属架100的详细结构的示意图。如图2所示，金属架100为一四方型金属架，其四个角落设置有锁孔H1～H4，线圈模块10还可包含一或多个固定件110，固定件110可装设于锁孔H1～H4上，以将金属架100连结并固定于一外部固定架。为避免自动搬运车与充电站上的线圈模块10相互碰撞造成损坏，固定件110可采用减震结构，当碰撞发生时可通过减震结构来调整位置以减缓外力。举例来说，固定件100可以是一弹簧螺丝，其可通过锁孔H1～H4锁在外部固定架上，弹簧螺丝上的弹簧具有弹性可吸收碰撞时产生的作用力。在另一实施例中，固定件100也可包含一气压减震装置或一液压减震装置，或其它具有弹性的结构，以实现减震效果。
此外，金属架100内部的隔板112用来设置线圈102及电路板106，其中，线圈102设置于隔板112正面而电路板106设置于隔板112背面。隔板112上包含一开孔L1，连接线圈102的导线可通过开孔L1到达电路板106，并通过例如焊接的方式与电路板106相连。另外，金属架100侧边也包含一开孔L3，电路板106可通过穿过开孔L3的连结装置与外部相连，进而连接至电源供应端或电源接收端，视线圈模块10用于提供电力或接收电力而定。需注意的是，金属架100的四周可设计多个凹槽，此设计方式使得金属架100与外界空气接触的面积提升，有助于金属架100的散热。
进一步地，线圈模块10还可包含一上盖及一下盖，用来遮蔽金属架100上的组件并提供防水用途。请参考图3A～3C，图3A～3C为完整的线圈模块10的示意图，其包含上盖120及下盖130。其中，图3A示出了线圈模块10的正面，图3B示出了线圈模块10的背面，图3C示出了线圈模块10的侧面。
如图3A所示，当上盖120装设于金属架100上时，可完全覆盖在线圈102上并遮蔽线圈102，以防止线圈102进水。由于上盖120设置于线圈102的感应面，因此线圈102的能量需穿过上盖120，在此情形下，上盖120需采用不会阻挡电磁能量的非金属材质。此外，为了承受自动搬运车的撞击，上盖120的侧边设计为圆弧形结构。当撞击发生时，圆弧形结构能够减缓碰撞的冲击力，且固定件110上的减震结构使得线圈模块10在碰撞发生时向后缩，以避免线圈模块10因碰撞而损毁。图3C为线圈模块10的侧视图，可明显看出上盖120的圆弧形结构。
如图3B所示，当下盖130装设于金属架100上时，可完全覆盖在电路板106上并遮盖电路板106，以防止电路板106进水。由于电路板106上需显示线圈模块10的运作信息(如通过显示屏幕108)，因此，下盖130较佳地可采用透明材质制作，使得用户可轻易地查看电路板106上显示的信息，以在发生问题时实时进行故障排除。在一实施例中，下盖130可以是一透明的压克力板，但不应以此为限。
值得注意的是，本发明的线圈模块10可使用于充电站或受电装置(如自动搬运车)，以对受电装置进行充电。换句话说，相同的线圈模块10结构可用于供电端也可用于受电端，只需要替换对应的电路板即可，在此情形下，可节省感应式电源供应系统的建置成本。举例来说，相同的金属架100可用于供电模块也可用于受电模块，因而只需要开模一次，可节省开模成本。
请参考图4，图4为本发明实施例一感应式电源供应系统40的示意图。如图4所示，感应式电源供应系统40包含一充电柱402及一自动搬运车404。充电柱402可设置于一充电站，作为供电装置，其包含固定架TX1及TX2，其中，2个线圈模块10a分别装设于固定架TX1及TX2上，其用途为供电线圈，用来供应电力。自动搬运车404作为受电装置，用来接收电力以进行运作，其包含固定架RX1及RX2，其中，2个线圈模块10b分别装设于固定架RX1及RX2上，其用途为受电线圈，用来接收电力。线圈模块10a与10b的结构如同前述图1A～3C所示的线圈模块10，在此不赘述。需注意的是，线圈模块10a与10b可分别通过具有减震结构的一或多个固定件110装设于固定架上，固定件110的减震结构可吸收撞击的作用力。此外，感应式电源供应系统40中的充电柱402及自动搬运车404仅为本发明众多实施例当中的一种，本领域技术人员应了解，供电端可以是任何的供电装置，例如平放在桌面上的无线充电器；而受电端可以是任何通过电力运作的装置，例如手机、计算机、电动车等。
在此例中，自动搬运车404可在预设的路径上移动，并从充电柱402的侧边进入充电站。自动搬运车404可在充电柱402设置有线圈模块10的一侧停止，使得设置于自动搬运车404上的线圈模块10b与设置于充电柱402上的线圈模块10a对齐，此时线圈模块10b即可开始从线圈模块10a接收无线电力。此外，当自动搬运车404离开充电站之后，充电运作可自动停止。
如上所述，当自动搬运车404的行进路线出现偏差而向充电柱402靠近时，线圈模块10a与线圈模块10b之间可能发生碰撞。此时，线圈模块10a及10b的上盖120会互相接触，由于固定件110上的减震结构，当碰撞发生时，线圈模块10a及10b可分别向后缩，同时，自动搬运车404的行进路线也可通过圆弧形上盖120的弧线，往远离充电柱402的方向略为偏移，以减缓或消除碰撞的冲击力。如此一来，即使因路线偏移而造成碰撞，自动搬运车404最终仍将停在适合的充电位置，且上盖120的圆弧形结构及固定件110的减震结构能够减缓或消除碰撞的冲击力。
值得注意的是，感应式电源供应器的不同应用往往需要不同输出功率，在此情形下，可在供电端及受电端设置任意数量的线圈模块10，以实现不同的功率输出。以图4的感应式电源供应系统40为例，充电站包含2个线圈模块10a，自动搬运车404也包含2个线圈模块10b，设置于自动搬运车404的线圈模块10的后端电路可采用并联或串联的方式连接至电源接收端，以实现加倍的功率输出。在其它实施例中，供电端也可包含3个以上的线圈模块10a，而受电端可对应设置相同数量的线圈模块10b，关于线圈模块的数量及布置方式都不限于此。相较之下，现有技术往往针对不同的功率输出采用不同尺寸的线圈，当单一线圈用于大功率输出时，需要较高的制作成本及维护成本。在此情形下，通过结合多个线圈来提高输出功率的方式具有降低成本的功效。
请参考图5，图5为本发明实施例一感应式电源供应系统50的示意图。如图5所示，感应式电源供应系统50包含一供电模块502及一受电模块504。供电模块502可设置于充电站或其它供电端装置，其包含N个线圈模块10a1～10aN，受电模块504可设置于自动搬运车或其它受电端装置，其对应包含N个线圈模块10b1～10bN。供电模块502中的线圈模块10a1～10aN从一电源供应端PTX接收电力，通过电磁感应将电力传送至受电模块504中的线圈模块10b1～10bN。线圈模块10b1～10bN的后端电路则采用并联的方式连接至一电源接收端PRX(如电池)。在此情形下，多个线圈模块的组合可提高输出功率。举例来说，若每一线圈模块10b1～10bN可输出10V电压及10A电流，当5个线圈模块的后端电路并联时，整体可输出10V电压及50A电流，可实现高电流的应用。
请参考图6，图6为本发明实施例一感应式电源供应系统60的示意图。感应式电源供应系统60与感应式电源供应系统50具有相似的结构，故功能相同的组件都以相同符号表示。感应式电源供应系统60与感应式电源供应系统50的差异在于，在感应式电源供应系统60中，线圈模块10b1～10bN的后端电路采用串联的方式连接至电源接收端PRX。举例来说，若每一线圈模块10b1～10bN可输出10V电压及10A电流，当5个线圈模块的后端电路串联时，整体可输出50V电压及10A电流，可实现高电压的应用。此外，也可在感应式电源供应系统的后端电路结合串联及并联的电路设计，依电路需求进行搭配以同时实现高电压及高电流的应用。
值得注意的是，本发明的线圈模块结构可实现自动搬运车的无线充电。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，线圈模块10的金属架100为四方形结构，可采用4个固定件110分别设置于金属架100四个角落的锁孔H1～H4，以将线圈模块10装设于固定架上。在其它实施例中，线圈模块10可包含任意数量的固定件110，视金属架100的形状而定，例如，六边形的金属架可采用3或6个固定件来装设。此外，线圈模块10的主体由上而下是由上盖120、线圈102、磁导体104、金属架100、电路板106及下盖130结合而成，上述组件之间可通过适合的方式连结并固定，举例来说，线圈102、磁导体104及金属架100之间可用粘贴方式固定，上盖120、电路板106及下盖130可分别使用螺丝锁在金属架100上，或者，也可用卡榫将上盖120固定于金属架100上。本领域技术人员可选择适合的方式结合上述组件，其结合方式不应为本发明的限制。
综上所述，本发明提供了一种可用于自动搬运车的感应式电源供应系统及其线圈模块，线圈模块可由上盖、线圈、磁导体、金属架、电路板及下盖等组件所构成。由于自动搬运车移动时可能发生偏移，造成自动搬运车与充电柱上的线圈模块发生碰撞。因此，本发明的线圈模块可通过减震结构来减缓或消除碰撞的冲击力，且上盖侧边可设计为圆弧形结构以减缓碰撞的冲击力，同时上盖可采用非金属材质以通过线圈的能量。磁导体设置于线圈与金属架之间，可用来避免线圈能量传送至金属而发热。电路板可搭载控制电路以控制线圈运作，针对供电线圈及受电线圈可采用不同控制电路来实现。下盖可由透明材质所构成，使得用户可轻易地查看电路板上显示的信息，以在发生问题时实时进行故障排除。此外，多个线圈模块可通过串联或并联的方式连结电源接收端，以实现大功率输出(如高电压及/或高电流)的应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种线圈模块，用于一感应式电源供应系统，该线圈模块包含：
一金属架；
一线圈，设置于该金属架的一第一面；
一电路板，设置于该金属架的一第二面，该电路板包含一控制电路，用来控制该线圈运作；以及
一上盖，用于遮蔽该线圈，该上盖由一非金属材质所构成且具有一圆弧形结构。
2.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，还包含：
一下盖，用于遮蔽该电路板，该下盖由一透明材质所构成。
3.如权利要求2所述的线圈模块，其特征在于，当该下盖装设于该金属架上时，该下盖完全覆盖在该电路板上。
4.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，当该上盖装设于该金属架上时，该上盖完全覆盖在该线圈上。
5.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，还包含：
一磁导体，设置于该线圈及该金属架之间，用来隔绝该线圈的电磁能量。
6.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，该金属架由铝所制成。
7.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，还包含：
至少一固定件，用来将该金属架固定于一外部固定架；
其中，每一固定件都具有一减震结构。
8.如权利要求7所述的线圈模块，其特征在于，该固定件包含一弹簧螺丝、一气压减震装置或一液压减震装置。
9.如权利要求1所述的线圈模块，其特征在于，该金属架包含一开孔，且连接于该线圈的一导线通过该开孔到达该电路板。
10.一种感应式电源供应系统，包含：
多个固定架；以及
多个线圈模块，其中每一线圈模块设置于该多个固定架当中的一者，每一线圈模块包含：
一金属架；
一线圈，设置于该金属架的一第一面；
一电路板，设置于该金属架的一第二面，该电路板包含一控制电路，用来控制该线圈运作；以及
一上盖，用于遮蔽该线圈，该上盖由一非金属材质所构成且具有一圆弧形结构。
11.如权利要求10所述的感应式电源供应系统，其特征在于，当该多个固定架中的一第一固定架设置于一充电站时，设置于该第一固定架的一第一线圈模块作为一供电线圈，用来供应电力；当该多个固定架中的一第二固定架设置于一受电装置时，设置于该第二固定架的一第二线圈模块作为一受电线圈，用来接收电力。
12.如权利要求11所述的感应式电源供应系统，其特征在于，该受电装置移动至该充电站中一充电柱的一侧，使得设置于该受电装置的该第二线圈模块与设置于该充电柱的该第一线圈模块对齐，进而使该第二线圈模块从该第一线圈模块接收电力。
13.如权利要求10所述的感应式电源供应系统，其特征在于，该多个线圈模块的一后端电路采用并联方式连接至一电源接收端。
14.如权利要求10所述的感应式电源供应系统，其特征在于，该多个线圈模块的一后端电路采用串联方式连接至一电源接收端。
15.如权利要求10所述的感应式电源供应系统，其特征在于，该多个线圈模块中每一线圈模块通过至少一固定件设置于相对应的该固定架上。
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