CN109878337B - 一种能量拾取装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种能量拾取装置及车辆，能量拾取装置包括感应拾取组件和外壳，感应拾取组件设置于外壳内，感应拾取组件包括利兹线圈和磁路层，磁路层包括在同一平面内相对设置的两个的磁路条，两个磁路条之间具有间隙，两个磁路条的一侧面均具有通槽，两个通槽形成与利兹线圈形状相配合的放置区，利兹线圈贴放于放置区内。本发明两条磁路条之间具有间隙，减小了磁路层体积，减轻磁路层的重量，降低功率损耗，同时可避免利兹线圈与磁路层产生击穿电压，减少安全隐患，提高装置的可靠性及接收功率，使磁场有效利用了磁路层，减少磁场泄露，扩展了应用领域。

Description

一种能量拾取装置及车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种能量拾取装置及车辆。

背景技术

目前磁感应式能量拾取装置在安装到高速运行的列车或汽车上时，从设计层面应考虑以下因素：

(1)存在高速异物撞击、振动等影响拾取装置可靠性和使用寿命的因素；

(2)所需拾取装置接收功率较大，需同时考虑防火、降低磁芯损耗；

(3)拾取装置减重设计，包括优化磁路设计减少铁氧体数量；

(4)高频磁场在铁氧体上产生过电压，容易造成击穿，产生安全隐患。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的能量拾取装置重量大，容易造成击穿，影响装置使用效果的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能量拾取装置，包括感应拾取组件和外壳，所述感应拾取组件设置于所述外壳内，所述感应拾取组件包括利兹线圈和磁路层，所述磁路层包括在同一平面内相对设置的两个的磁路条，两个所述磁路条之间具有间隙，两个所述磁路条的一侧面均具有通槽，两个所述通槽形成与所述利兹线圈形状相配合的放置区，所述利兹线圈贴放于所述放置区内。

其中，所述磁路条包括背板部及在所述背板部表面凸起设置的水平部，所述水平部包括相互平行的第一水平部与第二水平部，所述第一水平部位于所述利兹线圈的外侧，所述第二水平部位于所述利兹线圈的内侧。

其中，所述背板部由多个条状的铁氧体依次竖直拼组形成，且所述背板部的铁氧体之间具有空隙，所述水平部由多个条状的铁氧体依次水平拼组形成。

其中，所述间隙至少一端通过两个所述背板部的端部连接形成闭合。

其中，所述感应拾取组件还包括防过电压层，所述防过电压层设置于所述磁路条的另一面。

其中，所述感应拾取组件还包括固定层，所述磁路层安装于所述固定层上，所述防过电压层设置于所述磁路层和所述固定层之间。

其中，所述外壳包括由内向外依次设置的树脂层、防撞击层和胶衣层，所述感应拾取组件位于所述防撞击层的内侧，所述树脂层填充于所述感应拾取组件和所述防撞击层之间，所述胶衣层包裹于所述防撞击层的外表面。

其中，还包括电容元件，所述电容元件由多个电容串联或并联组成，所述利兹线圈具有接线端子，所述电容元件与所述接线端子连接。

其中，所述电容元件的补偿电容值C满足

其中f为工作频率，L为感应拾取组件的电感。

本发明还提供了一种车辆，包括如上所述的能量拾取装置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明能量拾取装置是一种通过磁场感应进行能量拾取的装置，感应拾取组件中磁路层的正面具有配合利兹线圈形状的放置区，用于贴放利兹线圈，磁路层由两条磁路条拼成，且每条磁路条上具有通槽，两条通槽组合形成放置区，在发射线圈形成的磁场中，感应拾取组件可在磁场中产生感应电压，从而进行能量拾取，两条磁路条之间具有间隙，减小了磁路层体积，减轻磁路层的重量，降低功率损耗，提高装置的可靠性及接收功率，使磁场有效利用了磁路层，减少磁场泄露，扩展了应用领域，感应拾取组件设置于外壳内，外壳对感应拾取组件起到保护作用。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例能量拾取装置的结构示意图；

图2是本发明实施例能量拾取装置的利兹线圈和磁路层的结构示意图；

图3是本发明实施例能量拾取装置的磁路层的结构示意图；

图4是本发明实施例能量拾取装置的利兹线圈截面图；

图5是本发明实施例能量拾取装置的利兹线圈和磁路层的工作原理图；

图6是本发明实施例能量拾取装置的利兹线圈的结构示意图。

图中：1：感应拾取组件；2：外壳；3：间隙；4：通槽；5：放置区；6：发射线圈；7：磁场；11：利兹线圈；12：磁路层；13：防过电压层；14：固定层；21：树脂层；22：防撞击层；23：胶衣层；111：接线端子；121：磁路条；1211：背板部；1212：第一水平部；1213：第二水平部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的能量拾取装置，包括感应拾取组件1和外壳2，感应拾取组件1设置于外壳2内，感应拾取组件1包括利兹线圈11和磁路层12，磁路层12包括在同一平面内相对设置的两个的磁路条121，两个磁路条121之间具有间隙3，两个磁路条121的一侧面均具有通槽4，两个通槽4形成与利兹线圈11形状相配合的放置区5，利兹线圈11贴放于放置区5内。

本发明能量拾取装置是一种通过磁场感应进行能量拾取的装置，感应拾取组件中磁路层的正面具有配合利兹线圈形状的放置区，用于贴放利兹线圈，磁路层由两条磁路条拼成，且每条磁路条上具有通槽，两条通槽组合形成放置区，在发射线圈形成的磁场中，感应拾取组件可在磁场中产生感应电压，从而进行能量拾取，两条磁路条之间具有间隙，减小了磁路层体积，减轻磁路层的重量，降低功率损耗，提高装置的可靠性及接收功率，使磁场有效利用了磁路层，减少磁场泄露，扩展了应用领域，感应拾取组件设置于外壳内，外壳对感应拾取组件起到保护作用。

其中，如图4和图5所示，磁路条121包括背板部1211及在背板部1211表面凸起设置的水平部，水平部包括相互平行的第一水平部1212与第二水平部1213，第一水平部位1212于利兹线圈11的外侧，第二水平部1213位于利兹线圈11的内侧。背板部与背板部正面凸起的水平部共同围出放置利兹线圈的通槽，第一水平部与第二水平部构成通槽的侧壁，利兹线圈置于通槽中，发射线圈6形成磁场7，感应拾取组件可在磁场中产生感应电路，从而进行能量拾取。本实施例中第二水平部的长度小于第一水平部的长度，磁路层上两个第二水平部位于两个第一水平部之间，且第二水平部之间是两个磁路条之间的间隙，提高了拾取装置的可靠性，降低了磁路层重量和磁路功率损耗，提高了拾取装置接收功率。

其中，背板部1211由多个条状的铁氧体依次竖直拼组形成，背板部1211的铁氧体之间具有空隙，水平部由多个条状的铁氧体依次水平拼组形成。由若干片铁氧体分别以水平和竖直方向布置形成磁路层，第一水平部和第二水平部由水平放置的铁氧体组成，背板部由竖直放置的铁氧体组成，水平铁氧体置于竖直铁氧体之上，本发明的磁路层结构减少了铁氧体使用数量。本实施例中的铁氧体采用锰锌功率铁氧体，工作频率范围至少覆盖10kHz～10MHz，磁导率2000～3000，单片铁氧体尺寸100×30×5mm，采用200片铁氧体组成磁路层；采用高磁导率、低损耗的功率铁氧体设计磁路，并且背板部的铁氧体之间留有空隙，减少了铁氧体使用数量，降低磁路功率损耗以及磁路重量，提高能量拾取装置接收功率，扩展应用领域。

其中，间隙3至少一端通过两个背板部1211的端部连接形成闭合。本实施例中两个背板部之间具有间隙，间隙一端敞开，另一端通过两个背板部的端部连接形成闭合。

其中，感应拾取组件1还包括防过电压层13，防过电压层13设置于磁路条121的另一侧面。防过电压层可避免利兹线圈与磁路层产生击穿电压，减少安全隐患，防过电压层由具有一定宽度的薄半导电聚酯带构成，能够降低高频磁场在铁氧体产生的电压梯度，具有防止铁氧体产生过电压的效果。本实施例中防过电压层采用厚度为0.2mm，宽度为2cm的半导电聚酯纤维带。

其中，感应拾取组件1还包括固定层14，磁路层12安装于固定层14上，防过电压层13设置于磁路层12和固定层14之间。采用固定层固定磁路层，固定层采用具有一定密度(100～150kg/m³)的泡沫，保证拉伸强度，具有抗振动特性；根据磁路层的铁氧体布置，在一整块泡沫板上放置磁路层的位置挖出安装槽，安装槽的尺寸应能保证磁路层始终保持布置状态，并且无自由移动，用于固定磁路和抗振动。

其中，外壳2包括由内向外依次设置的树脂层21、防撞击层22和胶衣层23，感应拾取组件1位于防撞击层22的内侧，树脂层21填充于感应拾取组件1和防撞击层22之间，胶衣层23包裹于防撞击层22的外表面。树脂层填充于防撞击层与感应拾取组件之间，采用酚醛树脂浇注形成，具有防火阻燃、低密度重量轻优点，树脂层也可由环氧树脂加氢氧化铝粉末混合后的树脂浇注，同时添加氢氧化铝，实现阻燃效果，但是重量增大；防撞击层由芳纶纤维交织而成，使得能量拾取装置具有抗高速异物撞击性能。从而通过外壳保证能量拾取装置的可靠性和使用寿命。

其中，如图6所示，本发明能量拾取组件还包括电容元件，电容元件由多个电容串联或并联组成，利兹线圈11具有接线端子111，电容元件与接线端子111连接。其中，电容元件的补偿电容值C满足

其中f为工作频率，L为感应拾取组件1的电感。本实施例的利兹线圈是通过一根多股利兹线绕制成N匝线圈，并且经过退火，形成圆角矩形结构的利兹线圈，为了防止电化学腐蚀效应，接线端子使用黄铜镀锡端子；一般情况下，磁场频率为20kHz，选用单股利兹线直径不超过0.1mm，单股利兹线包括1000～2000股利兹线绞合而成。接线端子连接补偿电容元件，补偿电容元件辅助感应拾取组件工作。

本发明实施例还提供了一种车辆，包括如上述实施例中的能量拾取装置。上述实施例中的能量拾取装置可安装在轨道车辆或汽车上。

综上所述，本发明能量拾取装置是一种通过磁场感应进行能量拾取的装置，感应拾取组件中磁路层的正面具有配合利兹线圈形状的放置区，用于贴放利兹线圈，磁路层由两条磁路条拼成，且每条磁路条上具有通槽，两条通槽组合形成放置区，在发射线圈形成的磁场中，感应拾取组件可在磁场中产生感应电压，从而进行能量拾取，两条磁路条之间和背板部铁氧体之间具有间隙，减小了磁路层体积，减轻磁路层的重量，降低功率损耗，同时防过电压层可避免利兹线圈与磁路层产生击穿电压，减少安全隐患，提高装置的可靠性及接收功率，使磁场有效利用了磁路层，减少磁场泄露，扩展了应用领域，感应拾取组件设置于外壳内，外壳对感应拾取组件起到保护作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种能量拾取装置，其特征在于：包括感应拾取组件和外壳，所述感应拾取组件设置于所述外壳内，所述感应拾取组件包括利兹线圈和磁路层，所述磁路层包括在同一平面内相对设置的两个磁路条，两个所述磁路条之间具有间隙，两个所述磁路条的一侧面均具有通槽，两个所述通槽形成与所述利兹线圈形状相配合的放置区，所述利兹线圈贴放于所述放置区内；

所述感应拾取组件还包括防过电压层，所述防过电压层设置于所述磁路条的另一侧面；所述防过电压层采用半导电聚酯纤维带；

所述感应拾取组件还包括固定层，所述磁路层安装于所述固定层上，所述防过电压层设置于所述磁路层和所述固定层之间；所述固定层采用泡沫；

所述外壳包括由内向外依次设置的树脂层、防撞击层和胶衣层，所述感应拾取组件位于所述防撞击层的内侧，所述树脂层填充于所述感应拾取组件和所述防撞击层之间，所述胶衣层包裹于所述防撞击层的外表面；所述树脂层采用酚醛树脂浇注形成，或所述树脂层由环氧树脂加氢氧化铝粉末混合后的树脂浇注形成；所述防撞击层由芳纶纤维交织而成。

2.根据权利要求1所述的能量拾取装置，其特征在于：所述磁路条包括背板部及在所述背板部表面凸起设置的水平部，所述水平部包括相互平行的第一水平部与第二水平部，所述第一水平部位于所述利兹线圈的外侧，所述第二水平部位于所述利兹线圈的内侧。

3.根据权利要求2所述的能量拾取装置，其特征在于：所述背板部由多个条状的铁氧体依次竖直拼组形成，且所述背板部的铁氧体之间具有空隙，所述水平部由多个条状的铁氧体依次水平拼组形成。

4.根据权利要求2所述的能量拾取装置，其特征在于：所述间隙至少一端通过两个所述背板部的端部连接形成闭合。

5.根据权利要求1所述的能量拾取装置，其特征在于：还包括电容元件，所述电容元件由多个电容串联或并联组成，所述利兹线圈具有接线端子，所述电容元件与所述接线端子连接。

6.根据权利要求5所述的能量拾取装置，其特征在于：所述电容元件的补偿电容值C满足

其中f为工作频率，L为感应拾取组件的电感。

7.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的能量拾取装置。

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