CN108599401A - 一种轨道无线供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道无线供电装置，包括具有U型横截面的U型磁芯，设置在U型磁芯上的接收绕组线圈，穿过U型磁芯的U型凹槽的交流轨道线缆，以及补充磁芯板；其中，在U型磁芯可沿交流轨道线缆滑动的距离范围内，对应的交流轨道线缆的一侧均设有补充磁芯板，且补充磁芯板和U型磁芯的开口设于交流轨道线缆的同一侧。综上所述，本发明所提供的轨道无线供电的聚磁磁芯，能够在很大程度上降低轨道线缆的漏磁问题，保证了周围人或物的安全性，同时提高了无线供电的输出功率。

Description

一种轨道无线供电装置
技术领域
本发明涉及无线供电技术领域，特别是涉及一种轨道无线供电装置。
背景技术
无线供电，是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。实际上近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而目前远距离的无线供电技术也被广泛的应用。
无线供电技术最基本原理是基于电磁感应原理，由此要获得较大的输出电流，就必然需要产生强度较大的变化的磁场。而当磁场强度过大时，就会都周围的人或其他物体产生影响，甚至给周围人员的安全带来隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道无线供电装置，解决了轨道无线供电装置的漏磁问题，提高轨道无线供电装置的输出功率及效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道无线供电装置，包括：
具有U型横截面的U型磁芯，设置在U型磁芯上的接收绕组线圈，穿过U型磁芯的U型凹槽的交流轨道线缆，以及补充磁芯板；其中，在U型磁芯可沿交流轨道线缆滑动的距离范围内，对应的交流轨道线缆的一侧均设有所述补充磁芯板，且所述补充磁芯板和所述U型磁芯的开口设于所述交流轨道线缆的同一侧。
其中，所述补充磁芯板包括磁芯槽以及多个磁芯块，多个所述磁芯块封装于所述磁芯槽内部，以形成一体结构的磁芯板。
其中，所述补充磁芯板的宽度不小于所述U型磁芯开口的宽度。
其中，所述U型磁芯包括两个侧磁芯板以及两端分别两个所述侧磁芯板的连接磁芯板；所述U型磁芯的数量为两个，两个所述U型磁芯位于同一平面并排设置，且两个所述U型磁芯相邻一侧的所述侧磁芯板贴合连接；所述接收绕组线圈缠绕设置于两个贴合连接的所述侧磁芯板上；两个所述U型磁芯的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆的电流方向相反。
其中，两个所述U型磁芯贴合连接的两个所述侧磁芯板为一体结构的共用磁芯板。
其中，所述共用磁芯板沿所述交流轨道线缆方向的两端设置有附加磁块，所述附加磁块和所述共用磁芯板之间留有设置所述接收绕组线圈的间隙。
其中，所述共用磁芯板的长度小于两个所述U型磁芯未贴合连接的侧磁芯板的长度，所述附加磁块背离所述共用磁芯板的表面和所述侧磁芯板的端面平齐。
其中，所述U型磁芯包括两个侧磁芯板以及两端分别两个所述侧磁芯板的连接磁芯板；
所述U型磁芯的数量为大于两个，各个所述U型磁芯位于同一平面并排设置，且相邻两个所述U型磁芯之间相邻一侧的所述侧磁芯板贴合连接；所述接收绕组线圈缠绕设置于两个贴合连接的所述侧磁芯板上；相邻两个所述U型磁芯的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆的电流方向相反。
其中，相邻两个所述U型磁芯贴合连接的两个所述侧磁芯板为一体结构的共用磁芯板；
其中，所述共用磁芯板沿所述交流轨道线缆方向的两端设置有附加磁块，所述附加磁块和所述共用磁芯板之间留有设置所述接收绕组线圈的间隙。
本发明所提供的轨道无线供电的聚磁磁芯，将轨道线缆设置于U型磁芯的U型凹槽中，使得U型磁芯既可以最大程度上将轨道线缆产生的磁场线聚集到磁芯中，又能够保证U型磁芯可以相对于轨道线缆平行滑动。为了进一步地聚集轨道线缆的磁场线，还在容纳轨道线缆的U型磁芯的开口处设置至补充磁芯板，轨道线缆就处于补充磁芯板和U型磁芯共同形成的一个近似闭合的磁场线通道，那么轨道线缆所产生的磁场线绝大多数就聚集于该补充磁芯板和U型磁芯组合而成的磁芯结构中，既避免了磁场线的漏磁而对周边的人或物带来安全隐患的为题，又在一定程度上增加了通过磁芯结构的磁场线的数量，那么缠绕于U型磁芯的接收绕组线圈的磁通量也必然增大，也就进一步地提高了接收绕组线圈的输出功率。
综上所述，本发明所提供的轨道无线供电的聚磁磁芯，能够在很大程度上降低轨道线缆的漏磁问题，保证了周围人或物的安全性，同时提高了无线供电的输出功率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的轨道无线供电装置的局部结构示意图；
图2为现有技术中未设置补充磁芯板的磁场线分布示意图；
图3为本发明中设置补充磁芯板的磁场线分布示意图；
图4为本发明实施例提供的补充磁芯板的结构示意图；
图5为本发明另一实施例所提供的U型磁芯的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例所提供的轨道无线供电装置的局部结构示意图，该轨道无线供电装置可以包括：
具有U型横截面的U型磁芯1，设置在U型磁芯1上的接收绕组线圈2；穿过U型磁芯1的U型凹槽的交流轨道线缆3，以及补充磁芯板4。
需要说明的是，本发明中所提供的轨道供电装置主要应用于类似于电车等类似的移动设备的供电，而接收绕组的输出端即是连接需要供电的移动设备，对应的，U型磁芯1也要随之移动。因此，通常轨道线缆是和移动设备的移动轨道平行设置，而U型磁芯1相对于轨道线缆滑动。
进一步地，在U型磁芯1可沿交流轨道线缆3滑动的距离范围内，该距离范围内的交流轨道线缆3的一侧均设置有补充磁芯板4，且该补充磁芯板4和U型磁芯1的开口设置于交流轨道线缆3的同一侧。
因为U型磁芯1的开口和补充磁芯板4位于交流轨道线缆3的同一侧，那么交流轨道线缆3就位于U型磁芯1和补充磁芯板4之间，而交流轨道线缆3所产生的环绕交流轨道线缆3的磁场也能够最大程度上聚集于U型磁芯1和补充磁芯板4内，而接收绕组线圈2设置在U型磁芯1上，聚集穿过U型磁芯1的磁场线越多，接收绕组线圈2的输出功率就越大。与此同时，还能够在一定程度上解决交流轨道线缆3漏磁对周围设备或人产生辐射伤害的问题。
需要说明的是，对于现有技术中的轨道无线供电装置中，由于交流轨道线缆自身具有一定的质量，为了保证交流轨道线缆大致处于同一水平面内，每间隔一段距离就需要设置一个支撑交流轨道线缆的支撑架。那么对应地，设置在交流轨道线缆周围设置的聚磁磁芯要能够保持相对于交流轨道线缆滑动，就需要绕开支撑架，为此，常规地聚磁磁芯都设置有一个开口，例如，U型磁芯，而并非横截面为闭合环形的磁芯，这就导致交流轨道线缆的磁场在缺口处存在一定的漏磁现象，而将聚磁磁芯不设置缺口，又无法相对交流轨道线缆滑动。
为此，本发明中提供了一种在整个交流轨道线缆3的一侧均设置补充磁芯板4，该补充磁芯板4的长度可以近似的和交流轨道线缆3的长度相等。那么，在U型磁芯1沿着交流轨道线缆3滑动的范围内，各个部分的补充磁芯板4均可以依次和U型磁芯1构成一个近似闭合的聚磁磁芯。如图2和图3所示，图2为现有技术中未设置补充磁芯板的磁场线分布示意图。图3为本发明中设置补充磁芯板的磁场线分布示意图。图2和图3中虚线即是表示磁场线，需要说明的是，图2和图3中仅仅将U型磁性开口部位的磁场线表示出来，并以此对比出设置补充磁芯板和不设置补充磁芯板，磁场线的变化和区别。由图2和图3可知，本发明中的聚磁结构相对于现有技术而言具有更好的聚磁效果，使得环绕交流轨道线缆3的磁场线尽可能汇聚穿过U型磁芯1内，降低了供电装置的漏磁问题，提高了供电装置的输出效率。
基于上述实施例，在本发明的另一具体实施例中，如图4所示，可以包括：
补充磁芯板4包括磁芯槽41以及磁芯块42，磁芯块42封装于磁芯槽41内部，以形成一体结构的磁芯板。
需要说明的是，目前对于面积较大的磁芯块42在实际生产中成本过高，而对于远距离输出供电的轨道无线供电装置而言，要在整个无线轨道线缆一侧均平行设置补充磁芯板4，必然需要面积较大的补充磁芯板4。如果采用多个小块的磁芯块42逐个拼接安装，安装过程必然繁琐费时，且需要耗费大量的人力成本，同样会导致整个装置的使用成本高。为此，在本实施例中采用磁芯槽41，并将多个小块的磁芯块42封装于磁芯槽41内，再将磁芯槽41固定于交流轨道线缆3的一侧。补充磁芯板4的长度，可以根据设定的磁芯块42数量的不同作相应地设置。
具体地，可参考图4，图4为本发明实施例提供的补充磁芯板的结构示意图。
可以在交流轨道线缆3的支撑架31之间均设置补充磁芯板4，而磁芯槽41的两端可以直接固定于该支撑架31上，也可以另外设置支架和该支撑架31相邻设置，以固定该磁芯槽41。当然本发明中也并不排除将交流轨道线缆3多个相邻支撑架31之间共同设置一个补充磁芯板4，可以在磁芯槽41上设置支撑架31的对应位置上预留通孔等等方式安装。
总而言之，磁芯槽41的具体固定方式并不影响本发明的改进点，重要的是通过磁芯槽41将多块面积相对较小的磁芯块42组成一个一体结构，能够一次安装，而无需依次拼接安装，降低装置的安装难度和使用成本。
可选地，补充磁芯板4的宽度不小于U型磁芯1开口的宽度，以免出现过多的漏磁。
但是如果补充磁芯板4的宽度过大也必然会造成材料的浪费，增加装置成本，所以比较优选的是，补充磁芯板4的宽度和U型磁芯1开口的宽度相等。
基于上述任意实施例，对于轨道无线供电装置而言，既可以是只有一条交流轨道线缆3也可以是两条交流轨道线缆3，还可以是多条交流轨道线缆3。下面就对各种不同数量的交流轨道线缆3的无线供电装置分别进行说明。
对于只有一条交流轨道线缆3的情况而言，只要设置一个U型磁芯1结构即可。将U型磁芯1视为位于两个的侧磁芯板11和连接两个的磁芯板的连接磁芯板，那么接收绕组线圈2可以设置在侧磁芯板11上也可以设置在连接磁芯板上，均不影响其电流的输出。
一般而言，轨道无线供电装置中最为常用的是采用两条交流轨道缆线。在本发明的另一具体实施例中，包括：
U型磁芯1的数量为两个，两个U型磁芯1位于同一平面并排设置，且两个U型磁芯1相邻一侧的侧磁芯板11贴合连接；接收绕组线圈2缠绕设置于两个贴合连接的侧磁芯板11上；两个U型磁芯1的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆3的电流方向相反。
可选地，两个U型磁芯1贴合连接的两个侧磁芯板11为一体结构的共用磁芯板。
具体地，可参考图1，图1中的聚磁磁芯为具有E型横截面的E型磁芯，可以视为两个U型磁芯1贴合设置而成。且接收绕组线圈2设置在位于中间位置的共用磁芯板12上，因为两条交流轨道线缆3的电流方向相反，产生的磁场穿过共用磁芯板12上接收绕组线圈2的方向相同，相对于只有一条交流轨道线缆3的无线供电装置而言，接收绕组线圈2中的磁通量增加了一倍，相应地，输出功率也会增大。
可选地，如图5所示，在本发明的另一具体实施例中，可以包括：
共用磁芯板12沿交流轨道线缆3方向的两端设置有附加磁块5，且附加磁块5和共用磁芯板12之间留有设置接收绕组线圈2的间隙。
需要说明的是，E型磁芯是需要相对于交流轨道线缆3滑动的，而穿过E型磁芯的磁场线也是由E型磁芯所滑动到的位置处的交流轨道线缆3产生的，也即是说，随着E型磁芯的滑动，对应位置的磁场线分布是会产生相应的变化的。而磁场的变化是属于一种电磁波变化，相对于E型磁芯的滑动而言是存在一定的滞后性的。
而E型磁芯两端是处于一个聚磁磁芯断裂的位置，此处的磁场线往往呈现一种疏散的状态。因接收绕组线圈2跟随E型磁芯滑动，当接收绕组运动至前一时刻E型磁芯所处的位置时，磁场的变化存在一定的滞后性，此时如果穿过接收绕组线圈2是一种疏散的状态，磁场线的密度必然减小，对应地，接收绕组线圈2的输出电流也就减少。
因此，本实施例中在共用磁芯板12的两端设置附加磁块5，那么当E型磁芯滑动时，磁场线就能够线聚集到附加磁块5上，在下一时刻接收绕组线圈2滑动至附加磁块5所在位置时，磁场线得以提前聚合，也就提高了接收绕组线圈2的磁通量，进而提高输出功率。
进一步地，共用磁芯板12的长度小于两个U型磁芯1未贴合连接的侧磁芯板11的长度，附加磁块5背离共用磁芯板12的表面和侧磁芯板11的端面平齐。
需要说明的是，附加磁块5也可以突出设置在E型磁芯两端，但是考虑到E型磁芯两侧的侧磁芯板11对磁场线也具有一定的聚合作用，为了进一步增强附加磁块5的聚磁能力，更优选地方式是将附加磁块5设置于两个侧磁芯板11之间，使附加磁块5和侧磁芯板11配合作用聚集磁场线。
本发明中还可以设置多条轨道线缆，那么对应地，U型磁芯1的数量可以为多个，各个U型磁芯1位于同一平面并排设置，且相邻两个U型磁芯1之间相邻一侧的侧磁芯板11贴合连接；接收绕组线圈2缠绕设置于两个贴合连接的侧磁芯板11上；相邻两个U型磁芯1的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆3的电流方向相反。
具体地，可以参照E型磁芯的结构。且对应地，相邻两个U型磁芯1贴合连接的两个侧磁芯板11也可以为一体结构的共用磁芯板12；
进一步地，共用磁芯板12沿交流轨道线缆3方向的两端也可以设置有附加磁块5，且附加磁块5和共用磁芯板12之间留有设置接收绕组线圈2的间隙。
对于多条交流轨道线缆3对应的聚磁磁芯结构可以参照E型磁芯，其作用方式以及工作原理也近似，在此不做过多赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的轨道无线供电装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轨道无线供电装置，其特征在于，包括具有U型横截面的U型磁芯，设置在所述U型磁芯上的接收绕组线圈，穿过所述U型磁芯的U型凹槽的交流轨道线缆，以及补充磁芯板；
其中，在所述U型磁芯可沿所述交流轨道线缆滑动的距离范围内，对应的交流轨道线缆的一侧均设有所述补充磁芯板，且所述补充磁芯板和所述U型磁芯的开口设于所述交流轨道线缆的同一侧。
2.根据权利要求1所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述补充磁芯板包括磁芯槽以及多个磁芯块，多个所述磁芯块封装于所述磁芯槽内部，以形成一体结构的磁芯板。
3.根据权利要求2所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述补充磁芯板的宽度不小于所述U型磁芯开口的宽度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述U型磁芯包括两个侧磁芯板以及两端分别两个所述侧磁芯板的连接磁芯板；
所述U型磁芯的数量为两个，两个所述U型磁芯位于同一平面并排设置，且两个所述U型磁芯相邻一侧的所述侧磁芯板贴合连接；所述接收绕组线圈缠绕设置于两个贴合连接的所述侧磁芯板上；两个所述U型磁芯的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆的电流方向相反。
5.根据权利要求4所述的轨道无线供电装置，其特征在于，两个所述U型磁芯贴合连接的两个所述侧磁芯板为一体结构的共用磁芯板。
6.根据权利要求5所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述共用磁芯板沿所述交流轨道线缆方向的两端设置有附加磁块，所述附加磁块和所述共用磁芯板之间留有设置所述接收绕组线圈的间隙。
7.根据权利要求5所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述共用磁芯板的长度小于两个所述U型磁芯未贴合连接的侧磁芯板的长度，所述附加磁块背离所述共用磁芯板的表面和所述侧磁芯板的端面平齐。
8.根据权利要求1至3任一项所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述U型磁芯包括两个侧磁芯板以及两端分别两个所述侧磁芯板的连接磁芯板；
所述U型磁芯的数量为大于两个，各个所述U型磁芯位于同一平面并排设置，且相邻两个所述U型磁芯之间相邻一侧的所述侧磁芯板贴合连接；所述接收绕组线圈缠绕设置于两个贴合连接的所述侧磁芯板上；相邻两个所述U型磁芯的U型凹槽中穿过的交流轨道线缆的电流方向相反。
9.根据权利要求8所述的轨道无线供电装置，其特征在于，相邻两个所述U型磁芯贴合连接的两个所述侧磁芯板为一体结构的共用磁芯板。
10.根据权利要求9所述的轨道无线供电装置，其特征在于，所述共用磁芯板沿所述交流轨道线缆方向的两端设置有附加磁块，所述附加磁块和所述共用磁芯板之间留有设置所述接收绕组线圈的间隙。
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