CN112265890B - 无线取电式电梯供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线能量传输技术领域，具体公开了一种无线取电式电梯供电系统，包括布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端；发射端包括发射导轨，该发射导轨中的至少一段能量传输段沿电梯轿厢的运动方向布置；拾取端包括取电器，取电器包括与发射导轨磁场分布相适应的接收线圈；在电梯轿厢的往返运动过程中，取电器沿发射导轨的能量传输段运动接收线圈与发射导轨始终保持无线磁耦合。本发明在电梯井中布置发射导轨，并在电梯轿厢上布置与之对应的取电器，而发射导轨根据电梯轿厢的工作路径设置，从而在电梯轿厢的工作过程中，取电器与发射导轨始终保持无线磁耦合，获取能量为电梯轿厢不间断持续供电。

Description

无线取电式电梯供电系统
技术领域
本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种无线取电式电梯供电系统。
背景技术
电梯作为一种垂直移动升降的机电设备，目前都是采用拖动随行电缆方式给电梯轿厢供电，随行电缆随着电梯轿厢上下升降，存在着效率低、维护成本高等缺点。特别是在超高层建筑和高速电梯中，电梯运行速度过大或自由悬挂长度过长会增大随行电缆的承载负荷，存在诸如磨损、加速老化、不安全裸露等安全风险，大大降低电梯的可靠性和运行效率。
发明内容
本发明提供一种无线取电式电梯供电系统，解决的技术问题在于：如何对电梯轿厢进行无线持续供能。
为解决以上技术问题，本发明提供一种无线取电式电梯供电系统，包括布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端；所述发射端包括发射导轨，该发射导轨中的至少一段能量传输段沿电梯轿厢的运动方向布置；所述拾取端包括取电器，所述取电器包括与所述发射导轨磁场分布相适应的接收线圈；在电梯轿厢的往返运动过程中，所述取电器沿所述发射导轨的能量传输段运动，所述接收线圈与所述发射导轨始终保持无线磁耦合。
优选的，所述发射导轨由单根励磁线绕制成U型，左右两侧的平行段作为所述能量传输段；所述接收线圈至少包括对应于所述左右两侧的平行段的第一接收线圈和第二接收线圈，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈绕向相反。
优选的，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均包括1个以上单线圈。
优选的，所述取电器还包括与所述第一接收线圈及所述第二接收线圈进行谐振匹配的谐振电容；所述谐振电容包括1个以上电容矩阵，与所述第一接收线圈及所述第二接收线圈组成包括但不限于串联谐振的谐振拓扑。
优选的，所述取电器还包括线圈安装腔和电路板安装腔，所述线圈安装腔的腔壳为导磁材料且底部设置有至少两段外凸腔室，相邻两段外凸腔室之间形成有与无线能量传输系统的发射导轨相适应的凹槽，所述电路板安装腔安装在所述线圈安装腔的顶部，且在所述电路板安装腔和所述线圈安装腔之间设置有磁屏蔽材料。
优选的，所述线圈安装腔为“E”型腔体，在所述“E”型腔体中设置有“E”型磁芯，所述第一接收线圈的两个单线圈分别绕制在所述“E”型磁芯上端的横向磁体和竖向磁体上，所述第二接收线圈的两个单线圈分别绕制在所述“E”型磁芯下端的横向磁体和竖向磁体上。
优选的，所述电路板安装腔由铝合金材质制成，该电路板安装腔的底板作为所述电路板安装腔和所述线圈安装腔之间设置的磁屏蔽材料。
优选的，所述发射导轨为沿电梯轿厢的运动方向布置的单根励磁线。
优选的，所述发射端还包括连接所述发射导轨的原边控制器，用于对输入的第一电源进行变换，向所述发射导轨输出功率在0～200kW内的第二电源。
优选的，所述接收端还包括连接所述取电器的副边变换器，用于将所述取电器输出的高频电流调整为稳定的第三电源为电梯轿厢供电。
本发明提供的无线取电式电梯供电系统，其有益效果在于：
(1)设置布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端，发射端包括电流方向相反的发射导轨，该发射导轨中的至少一段能量传输段沿电梯轿厢的运动方向布置，也即是发射导轨根据电梯轿厢的工作路径设置，从而在电梯轿厢的工作过程中，取电器与发射导轨始终保持无线磁耦合，获取能量为电梯轿厢不间断持续供电，实现电能从固定设备(发射导轨)到电梯轿厢的非接触式传输，满足不同场景下对电梯轿厢的持续稳定供电需求，是传统随行电缆的优质升级替代方案；
(2)根据电梯轿厢对电能的要求，可调整发射导轨的功率或者是增删发射导轨，若增删了发射导轨，相应地增删与之匹配的接收线圈，以保证无线电能传输质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的无线取电式电梯供电系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的将发射导轨和取电器安装在电梯上的示意图；
图3是本发明实施例提供的取电器的立体图；
图4是本发明实施例提供的取电器的爆炸图；
图5本发明实施例提供的无线取电式电梯供电系统的电路图；
图6本发明实施例提供的电容矩阵和接收线圈的连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本实施例提供一种无线取电式电梯供电系统，如图1所示，布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端，其中发射端包括电性连接的原边控制器100、发射导轨200，拾取端包括电性连接的取电器300和副边变换器400。其中原边控制器100用于对输入的第一电源(比如380V AC或750V DC)进行变换，输出功率覆盖0～200kW的第二电源；发射导轨200用于实现将电能激发成高频电磁场，可根据电梯轿厢的运动轨迹自由布置；取电器300用于感应发射导轨200产生的高频电磁场并转化为高频电流；副边变换器400用于将取电器300的高频电流调整为稳定的第三电源给电梯轿厢供电，支持单独输出或多套并联输出。
本实施例发射导轨200由单根励磁线绕制成U型，左右两侧的平行段(第一发射导轨201和第二发射导轨202)作为所述能量传输段分别对应取电器300的第一接收线圈和第二接收线圈。本实施例发射导轨200则如图2所示。在图5中，第一发射导轨201和第二发射导轨202被表示为第一发射线圈LP1和第二发射线圈LP2。
当通电时，第一发射导轨201和第二发射导轨202周围产生磁场，若将第一发射导轨201和第二发射导轨202等效为两根平行导线分析，则对于两根通电电流大小相等、方向相反的平行导线，在连接导线中心的连线上，磁场强度呈“凹”型分布，在过中点、垂直于连线的平面上，两根导线电流产生的磁场强度大小相等、方向相同，为每根导线电流产生磁场的2倍。
在本实施例中，如图3、4所示，取电器300包括线圈安装腔1和电路板安装腔2，线圈安装腔1的腔壳为导磁材料且底部设置有至少两段外凸腔室3，相邻两段外凸腔室3之间形成有与无线能量传输系统的发射导轨相适应的凹槽4，电路板安装腔2安装在线圈安装腔1的顶部，且在电路板安装腔2和线圈安装腔1之间设置有磁屏蔽材料。在电梯轿厢往返运动过程中，取电器300沿发射导轨的能量传输段运动，且发射导轨的能量传输段非接触式嵌设在取电器300的凹槽4中。
具体地，为了较大程度地拾取电能，取电器300包括串联的第一接收线圈、第二接收线圈，分别对应第一发射导轨201和第二发射导轨202，第一接收线圈的两个单线圈分别绕制在“E”型磁芯上端5的横向磁体和竖向磁体上，第二接收线圈的两个单线圈分别绕制在“E”型磁芯下端的横向磁体和竖向磁体上。第一接收线圈和第二接收线圈表示为接收线圈6。
具体地，电路板安装腔2安装有(带谐振电容的)电路板7，在电路板7与电路板安装腔2的顶盖板8之间还嵌设有一层绝缘板9。
具体地，电路板安装腔2由铝合金材质制成，该电路板安装腔2的底板作为电路板安装腔2和线圈安装腔1之间设置的磁屏蔽材料。
具体地，电路板7上还引出有外部连接线，外部连接线穿过顶盖板8上的穿线孔并向外延伸。
具体地，顶盖板8通过锁紧螺钉固定在电路板安装腔2的顶部。
具体地，线圈安装腔1和电路板安装腔2通过锁紧螺钉可拆卸式连接。
在实际使用时，由于取电器输出导线节点直接焊接在电路板7上，如果拖拽取电器输出导线则很可能导致节点脱落，因此，线圈安装腔1内还设置有绕线桩10，在节点焊接后，通过绕线桩10缠绕部分导线，在拖拽导线时，绕线桩10可抵消大部分作用力，从而避免了取电器输出导线与电路板7的连接节点断开。
本实施例第一发射线圈的两个单线圈在图5中分别被表示为LS1和LS2。第二发射线圈的两个单线圈在图5中分别被表示为LS3和LS4。并且，LS1和LS2绕向相同，LS3和LS4绕向相同，但LS1/LS2和LS3/LS4绕向相反，LS1和LS2拾取到的电流与LS3和LS4拾取到的电能叠加后输出。
在本实施例中，取电器300还包括与第一接收线圈及第二接收线圈进行谐振匹配的谐振电容CS；谐振电容CS包括1个以上电容矩阵，与第一接收线圈及第二接收线圈组成包括但不限于串联谐振的谐振拓扑。如图6所示，电容矩阵设有4个，分别被表示为C1、C2、C3、C4，而每个电容矩阵(C1、C2、C3、C4)均由多个贴片电容串并联而成，本实施例则采用3*7的阵列方式，每3个贴片电容相互串联成为一列，最后并联7列。采用电容矩阵的方式，不仅可达到较大的容量，还能节省空间，便于压缩空间。
在本实施例中，原边控制器100主要包括顺序连接的高频逆变电路、原边谐振电路，原边谐振电路连接串联的第一发射导轨201和第二发射导轨202。高频逆变电路采用多个IGBT开关组成的逆变桥，原边谐振电路采用经典的LCC型谐振网络。
副边变换器400包括整流滤波调压电路，主要采用二极管、电容、DCDC模块等组成，输出稳定的第三电源为电梯轿厢供电。
本发明实施例提供的无线取电式电梯供电系统：
(1)设置布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端，发射端包括电流方向相反的发射导轨200，该发射导轨200中的至少一段能量传输段沿电梯轿厢的运动方向布置，也即是而发射导轨200根据电梯轿厢的工作路径设置，从而在电梯轿厢的工作过程中，取电器300与发射导轨200始终保持无线磁耦合，获取能量为电梯轿厢不间断持续供电，实现电能从固定设备(发射导轨)到电梯轿厢的非接触式传输，满足不同场景下对电梯轿厢的持续稳定供电需求，是传统随行电缆的优质升级替代方案；
(2)设置取电器300包括串联的第一接收线圈、第二接收线圈，对应于发射导轨200，第一接收线圈和第二接收线圈绕向相反，以将获取的电能叠加输出，提高传输效率；
(3)根据电梯轿厢对电能的要求，可调整发射导轨200的功率或者是增删发射导轨200，若增删了发射导轨200，相应地增删与之匹配的接收线圈，以控制电梯轿厢(取电器300安装在电梯轿厢上)的重量，同时保证无线电能传输质量。
还需说明的是，根据具体的需求，在其他实施例中：
1)发射导轨200可设置为如本实施例所述的多组，接收线圈6也对应设置多组；
2)发射导轨可以是单根励磁线单向延伸而成，第一接收线圈和第二接收线圈对应于同一发射导轨，则绕向相同，而取电器300的结构也作对应调整；
3)取电器300可沿导轨方向设置多个，均安装在电梯轿厢上，也可以将多个取电器300集成为一个装置；
4)在“E”型腔体的上、下端横、竖向磁体上，可设置多个单线圈相串联，并非只能设置一个单线圈；
5)对于电容矩阵，可设置为其他阵列方式，比如4*6、2*8等，其内部电容可根据实际需要进行任意组合的串联、并联或串并联；
6)原边控制器100可采用其他能够实现同等功能的电路结构；
7)副边变换器400可采用其他能够实现同等功能的电路结构；
8)应用于物流分拣、智能仓储、无尘车间、流水产线、AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引车)等其他行业。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.无线取电式电梯供电系统，其特征在于，包括布置在电梯井中的发射端以及布置在电梯轿厢上的拾取端；所述发射端包括发射导轨，该发射导轨中的至少一段能量传输段沿电梯轿厢的运动方向布置；所述拾取端包括取电器，所述取电器包括与所述发射导轨磁场分布相适应的接收线圈；在电梯轿厢的往返运动过程中，所述取电器沿所述发射导轨的能量传输段运动，所述接收线圈与所述发射导轨始终保持无线磁耦合；
所述发射导轨由单根励磁线绕制成U型，左右两侧的平行段作为所述能量传输段；所述接收线圈至少包括对应于所述左右两侧的平行段的第一接收线圈和第二接收线圈，所述第一接收线圈和所述第二接收线圈绕向相反；所述第一接收线圈和所述第二接收线圈均包括两个单线圈；
所述取电器还包括线圈安装腔和电路板安装腔，所述线圈安装腔的腔壳为导磁材料且底部设置有至少两段外凸腔室，相邻两段外凸腔室之间形成有与无线能量传输系统的发射导轨相适应的凹槽，所述电路板安装腔安装在所述线圈安装腔的顶部，且在所述电路板安装腔和所述线圈安装腔之间设置有磁屏蔽材料；
所述线圈安装腔为“E”型腔体，在所述“E”型腔体中设置有“E”型磁芯，所述第一接收线圈的两个单线圈分别绕制在所述“E”型磁芯上端的横向磁体和竖向磁体上，所述第二接收线圈的两个单线圈分别绕制在所述“E”型磁芯下端的横向磁体和竖向磁体上；
所述取电器还包括与所述第一接收线圈及所述第二接收线圈进行谐振匹配的谐振电容；所述谐振电容包括1个以上电容矩阵，与所述第一接收线圈及所述第二接收线圈组成包括但不限于串联谐振的谐振拓扑；
电路板安装腔安装有带谐振电容的电路板，在电路板与电路板安装腔的顶盖板之间还嵌设有一层绝缘板；
所述电路板安装腔由铝合金材质制成，该电路板安装腔的底板作为所述电路板安装腔和所述线圈安装腔之间设置的磁屏蔽材料。
2.如权利要求1所述的无线取电式电梯供电系统，其特征在于：所述发射导轨为沿电梯轿厢的运动方向布置的单根励磁线。
3.如权利要求1或2所述的无线取电式电梯供电系统，其特征在于：所述发射端还包括连接所述发射导轨的原边控制器，用于对输入的第一电源进行变换，向所述发射导轨输出功率在0～200kW内的第二电源。
4.如权利要求3所述的无线取电式电梯供电系统，其特征在于：包括接收端，所述接收端包括连接所述取电器的副边变换器，用于将所述取电器输出的高频电流调整为稳定的第三电源为电梯轿厢供电。
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