一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电能传输领域，特别是采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车。
【背景技术】
[0002]拼装轨道交通电动玩具火车有助于儿童锻炼动手动脑能力，深受儿童喜爱，目前市场上的此类产品都是采用更换电池的方式，这种方式存在以下明显缺点:
[0003]—是频繁的更换电池，将会造成环境污染和资源浪费；二是由于自身需要携带笨重的电池，能量白白浪费在运载电池上，电动玩具火车的速度也会受到影响。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对上述现有技术，提出一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，解决现有玩具车需要频繁更换电池的问题。
[0005]技术方案:一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，包括高频电源、分段分布式发射装置、轨道、能量接收装置、整流稳压单元、电动玩具火车位置检测单元、控制器单元、线圈切换单元；
[0006]所述分段分布式发射装置包括沿轨道依次设置的若干组能量发射线圈，所述能量接收装置包括分别在电动玩具火车首尾各设置的一组能量接收线圈，所述能量接收线圈能够与能量发射线圈之间能够进行无线能量传输，所述两组能量接收线圈的输出端并联后经整流稳压单元连接电动玩具火车的电动马达；所述电动玩具火车位置检测单元用于将电动玩具火车的实时位置信息发送至控制器单元，所述控制器单元用于根据所述电动玩具火车的实时位置信息发送控制信号至线圈切换单元，所述线圈切换单元用于根据接收的所述控制信号将电动玩具火车所在位置的能量发射线圈接入高频电源。
[0007]作为本发明的优选方案，所述电动玩具火车位置检测单元包括若干组反射式光电开关，每组反射式光电开关对应布置在一组所述能量发射线圈所在轨道的外侧。
[0008]作为本发明的优选方案，所述每组反射式光电开关位于能量发射线圈的前端外侧或尾部外侧。
[0009]作为本发明的优选方案，所述高频电源为频率和功率均可调的电源。
[0010]作为本发明的优选方案，所述能量发射线圈和能量接收线圈均为矩形螺旋线圈，能量发射线圈在轨道转弯处采用与轨道相同弧度的近似矩形螺旋线圈。
[0011]有益效果:本发明基于磁耦合共振技术，利用分段分布式发射装置和能量接收装置工作在谐振频率时，通过能量发射线圈源源不断地将电能发出，由电动玩具火车位置检测单元检测火车实时位置，进而控制相应的能量发射线圈接入电路，控制作为能量传输通道的磁场跟随列车位置变化而实时变化，本发明只需要电动玩具火车所在位置的能量发射线圈通电，显著降低了全线通电来带的能量浪费。电动玩具火车上的能量接收线圈通过与能量发射线圈的耦合将电能接收并传送给整流稳压单元，通过合理放置位置检测单元，首尾放置的能量接收装置可以保证电动玩具小火车运行过程中始终至少存在一个接收线圈完全处于有效能量接收区域内，从而能够有效保证在切换过程中能量不间断，将经过处理得到的直流电输送给电动马达，实现了对电动玩具火车的分段切换式无线供电。该系统使电动玩具火车摆脱了电池的束缚，车体重量减轻，电能转化效率高，减少了蓄电池使用带来的环境污染，起到节能环保的良好效果。并且采用分段切换和特殊结构的能量接收装置有助于进一步提升能量利用效率以及保证了电能的不间断供应。
【附图说明】
[0012]图1为本发明分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车原理示意图；
[0013]图2为本发明具体实施的能量发射端的结构示意图；
[0014]图3为本发明电动玩具火车接收端电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0016]如图1所示，一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，包括高频电源1、分段分布式发射装置2、轨道3、能量接收装置4、整流稳压单元5、电动马达6、电动玩具火车位置检测单元7、控制器单元8、线圈切换单元9。高频电源1、分段分布式发射装置
2、轨道3、电动玩具火车位置检测单元7、控制器单元8、线圈切换单元9构成能量发射端，能量接收装置4、整流稳压单元5、电动马达6构成能量接收端。
[0017]如图2所示，分段分布式发射装置2包括沿轨道3依次设置的若干组能量发射线圈，每组能量发射线圈串联有补偿电容，分段分布式发射装置2将整个轨道分成若干无线能量传输部分。能量接收装置4包括分别在电动玩具火车12首尾各设置的一组能量接收线圈，每组能量接收线圈也串联有补偿电容；能量发射线圈和能量接收线圈均为矩形螺旋线圈，在轨道转弯处采用与轨道相同弧度的近似矩形螺旋线圈。高频电源I为频率和功率均可调的电源，通过调整能量发射线圈和能量接收线圈上补偿电容的大小，使能能量发射线圈、能量接收线圈以谐振频率与高频电源的频率相同；由高频电源I给分段分布式发射装置2供电，通过能量发射线圈和能量接收线圈的谐振耦合，将能量无线传递到电动玩具火车12上，再经过整流稳压单元5将接收到的交流电转换成所需的直流电供电动玩具火车12使用。
[0018]电动玩具火车位置检测单元7包括若干组反射式光电开关，每组反射式光电开关对应布置在一组能量发射线圈所在轨道3的外侧。当每个能量发射线圈的长度大于整列电动玩具火车的长度时，将每组反射式光电开关设置在能量发射线圈的前端外侧或尾部外侦U。当电动玩具火车经过某一组反射式光电开关时，发射出的红外线因阻挡被反射回来，可以判断电动玩具火车的头部已到达该位置，将该实时位置信息传递给控制器单元8，控制器单元8用于根据电动玩具火车6的位置信息发送控制信号至线圈切换单元9。若电动玩具火车绕如图2所示轨道顺时针运行，以与玩具火车运行方向一致的一端为发射线圈的前端，当每组反射式光电开关设置在能量发射线圈的前端外侧时，当电动玩具火车6的车头到达某组反射式光电开关时，控制器单元8根据从该组反射式光电开关接收到的信号来控制该组反射式光电开关所在发射线圈以及该发射线圈顺时针方向的前一线圈接入高频电源I，断开该组反射式光电开关所在发射线圈顺时针方向的后一线圈，这一过程实现位置检测与线圈切换。当每组反射式光电开关设置在能量发射线圈的尾部外侧时，当电动玩具火车6的车头到达某组反射式光电开关时，控制器单元8根据从该组反射式光电开关接收到的信号来控制该组反射式光电开关所在发射线圈以及该发射线圈顺时针方向的后一线圈接入高频电源1，当电动玩具火车6的车头到达下一组反射式光电开关时，控制器单元8控制该组反射式光电开关顺时针方向后第二组线圈与高频电源I断开。当每个发射线圈所占轨道的长度小于火车长度时，保证在线圈切换前后至少有一个接收线圈处于有效能量传送区域内。
[0019]如图3所示，能量接收装置4、整流稳压单元5以及电动马达构成能量接收端。电动玩具火车6的两组能量接收线圈分别安置在电动玩具火车的首尾两节车厢底部，分别经整流电路后，并联到电动马达上。采用此方案的好处是可以保证在发射线圈切换过程中，能量不间断的传输。
[0020]本发明的采用分段切换式无线供电轨道交通电动玩具火车，无线供电解决了现有玩具车需要频繁更换电池、浪费资源、环境污染等技术问题，并且采用分段切换的技术，将能量无线传输过程中的损耗显著降低，进一步节省能源。该方案还可以在功率允许的情况下实现多辆电动玩具火车的在线动态供电。此外还可以通过调整电源的功率来调整电动玩具火车的运行速度。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，其特征在于:包括高频电源(I)、分段分布式发射装置(2)、轨道(3)、能量接收装置(4)、整流稳压单元(5)、电动马达(6)，电动玩具火车位置检测单元(7)、控制器单元(8)、线圈切换单元(9); 所述分段分布式发射装置(2)包括沿轨道(3)依次设置的若干组能量发射线圈，所述能量接收装置(4)包括分别在电动玩具火车首尾各设置的一组能量接收线圈，所述能量接收线圈能够与能量发射线圈之间能够进行无线能量传输，所述两组能量接收线圈的输出端并联后经整流稳压单元(5)连接电动玩具火车的电动马达￠);所述电动玩具火车位置检测单元(7)用于将电动玩具火车的实时位置信息发送至控制器单元(8)，所述控制器单元(8)用于根据所述电动玩具火车的实时位置信息发送控制信号至线圈切换单元(9)，所述线圈切换单元(9)用于根据接收的所述控制信号将电动玩具火车所在位置的能量发射线圈接入高频电源(I)。2.根据权利要求1所述的一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，其特征在于:所述电动玩具火车位置检测单元(7)包括若干组反射式光电开关，每组反射式光电开关对应布置在一组所述能量发射线圈所在轨道(3)的外侧。3.根据权利要求2所述的一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，其特征在于:所述每组反射式光电开关位于能量发射线圈的前端外侧或尾部外侧。4.根据权利要求3所述的一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，其特征在于:所述高频电源(I)为频率和功率均可调的电源。5.根据权利要求3所述的一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，其特征在于:所述能量发射线圈和能量接收线圈均为矩形螺旋线圈，能量发射线圈在轨道转弯处采用与轨道相同弧度的近似矩形螺旋线圈。
【专利摘要】本发明公开了一种采用分段切换式无线供电的轨道交通电动玩具火车，位置检测单元检测到电动玩具火车的位置后，由控制器单元经线圈切换单元控制分布式发射线圈接入电源，电源给对应的发射装置供电，接收装置与发射装置工作在相同的谐振频率下谐振耦合，由两组能量拾取装置得到的能量经整流稳压模块给电动马达供电，前后两组能量拾取装置保证电动玩具火车不间断供电，稳定运行。该系统不仅使电动玩具火车摆脱了电池的束缚，减轻了车体的重量，提高了电能转化效率，而且减少了蓄电池使用带来的污染，具有节能环保的效果。更重要的是，采用本发明所述分段分布式可切换发射线圈以及两组能量接收线圈，可有效降低能量传输损耗，提高电能利用率。
【IPC分类】A63H19/10, H02J17/00
【公开号】CN104998420
【申请号】CN201510448008
【发明人】谭林林, 刘瀚, 黄学良, 王维
【申请人】东南大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月27日