CN108749593B - 一种电动汽车无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车无线充电系统。本发明包括停车平台、定位平台和车载充电装置。停车平台及定位平台均设置在停车位上。车载充电装置包括线圈安装盘、车载超声波发射器、车载接收线圈和收放线机构。收放线机构包括收放线电机、悬线和绕线滚筒。停车平台包括停车板、横移组件、让位组件、第一超声波接收器、第二超声波接收器、第三超声波接收器、第四超声波接收器和充电线圈。定位平台包括第一凹槽板、第二凹槽板、第三超声波接收器、第四超声波接收器、充电线圈和定位驱动组件。本发明通过可水平滑动的停车板实现充电汽车上的车载接收线圈与充电线圈的横向对准。提高了线圈对位的精度。

Description

一种电动汽车无线充电系统

技术领域

本发明属于电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种电动汽车无线充电系统。

背景技术

电动汽车无线充电系统是用于为新型电动汽车进行充电服务的一种设备，其功能类似于加油站里面的加油机，相比于有线充电，无线充电占用更小的空间，体现更高的效率。为了尽量节省充电时间，无线充电线圈必须能够准确的对准，才可以使充电效率达到最大状态。因此，出于充电效率的考虑，电动汽车需要知道充电设备对接的状态，这一状态至少包括准备对接状态、正在对接状态以及对接成功状态。因此通常情况下，常采用传感器检测对接准备状态，利用传感器所判断的不同状态，从而告知车载客户端能否开始充电。通常情况下电动汽车充电线圈被埋在小区、停车场等场地，而对于对准问题，是进行无线充电电动汽车推广应用的关键因素之一。因此将电动汽车无线对准的方案进行设计是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车无线充电系统。

本发明包括停车平台、定位平台和车载充电装置。所述的停车平台及定位平台均设置在停车位上。所述的车载充电装置包括线圈安装盘、车载超声波发射器、车载接收线圈和收放线机构。所述的收放线机构包括收放线电机、悬线和绕线滚筒。所述的收放线电机固定在电动汽车的底盘上。电动汽车底盘底面的正中位置上开设有安装槽。收放线电机的输出轴与绕线滚筒固定。所述的悬线缠绕在绕线滚筒上，且一端与绕线滚筒固定，另一端穿过安装槽正中位置开设的穿线孔并与线圈安装盘的顶面正中位置固定。线圈安装盘呈圆盘形。车载接收线圈与线圈安装盘底面固定。车载接收线圈及车载超声波发射器均位于电动汽车垂直于自身宽度方向的对称面上。

所述的停车平台包括停车板、横移组件、让位组件、第一超声波接收器和第二超声波接收器。所述的横移组件包括第一滑轨、第一滑块和第一驱动件。所述的第一滑块与第一滑轨构成滑动副，并由第一驱动件驱动。横移组件共有m个，2≤m≤6。m个横移组件内的第一滑轨均与停车位的地面固定，且轴线方向均与停车板的宽度方向平行。m个横移组件内的第一滑块均与停车板的底面固定。

所述的第一超声波接收器、第二超声波接收器分别固定在停车板顶面两侧边缘的中部。第一超声波接收器与第二超声波接收器在停车板宽度方向上对中设置。停车板顶面的中部开设有让位槽。所述的让位组件包括挡板、第二滑轨、第二滑块和第二驱动件。所述的第二滑块与第二滑轨构成滑动副，并由第二驱动件驱动。第二滑块与挡板的底面固定。第二滑轨与停车板固定，且轴线方向与停车板的长度方向平行。

所述的定位平台包括第一凹槽板、第二凹槽板、第三超声波接收器、第四超声波接收器、充电线圈和定位驱动组件。第三超声波接收器、充电线圈、第四超声波接收器均固定在停车位的地面上，且沿停车板的宽度方向依次排列设置。第三超声波接收器、第四超声波接收器对中设置在充电线圈的两侧。第三超声波接收器、充电线圈及第四超声波接收器均位于让位槽在停车位地面上投影的范围内。

所述的定位驱动组件包括第三滑轨、第三滑块和第三驱动件。所述的第三滑块与第三滑轨构成滑动副，且由第三驱动件驱动。所述的定位驱动组件共有2n个，1≤n≤3。2n个定位驱动组件内的第三滑轨均与停车位的地面固定，且轴线方向互相平行。2n个定位驱动组件以n个为一组，分为第一凹槽板驱动组和第二凹槽板驱动组。第一凹槽板驱动组内n个定位驱动组件的滑块均与第一凹槽板的底面固定。第二凹槽板驱动组内n个定位驱动组件的滑块均与第二凹槽板的底面固定。第一凹槽板与第二凹槽板在竖直方向错开设置，且相对端均开设有V形定位槽。充电线圈位于第一凹槽板与第二凹槽板的V形定位槽之间。

进一步地，所述的第一凹槽板、第二凹槽板对中设置在充电线圈的两侧。初始状态下，挡板完全覆盖停车板上让位槽的底部。充电状态下，挡板与停车板上的让位槽完全分离。

进一步地，本发明一种电动汽车无线充电系统还包括摄像头。所述的摄像头固定在停车位的内端，且朝向停车位的外端设置。

进一步地，所述挡板的顶面与停车板的底面接触。所述线圈安装盘的顶面固定有电磁铁。线圈安装盘的底面上固定有保护环。保护环环住车载接收线圈。

进一步地，所述的第一驱动件包括第一齿条、第一齿轮和横移电机。所述的第一齿条与第一滑块固定。所述的横移电机固定在第一滑轨上。横移电机的输出轴与第一齿轮固定。第一齿轮与第一齿条啮合。

进一步地，所述的第二驱动件包括第二齿条、第二齿轮和让位电机。所述的第二齿条与第二滑块固定。所述的让位电机与第二滑轨固定。让位电机的输出轴与第二齿轮固定。第二齿轮与第二齿条啮合。

进一步地，所述的第三驱动件包括第三齿条、第三齿轮和定位电机。所述的第三齿条与第三滑块固定。所述的定位电机与第三滑轨固定。定位电机的输出轴与第三齿轮固定。第三齿轮与第三齿条啮合。

进一步地，所述V形定位槽开口处宽度的二分之一大于车载接收线圈、车载超声波发射器的间距与线圈安装盘直径之和。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过可水平滑动的停车板实现充电汽车上的车载接收线圈与充电线圈的横向对准。提高了线圈对位的精度。

2、本发明通过两个超声波接收器可以准确判断车辆的纵向位置，尽量实现电动汽车的纵向定位。

3、本发明通过横向和纵向对准系统，结合现有的自动泊车系统，使车主无需进行操作便可实现车载接收线圈和充电线圈的对准。

4、本发明通过V形定位的方式对线圈进行精定位，进一步提高了定位精度，增大了充电效率。

5、本发明通过摄像头自动读取并判断驶入汽车的特征信息，判断是否能够充电，并确认底盘高度。进而根据不同车型上超声波发射器的位置进行精确定位。

6、本发明将车载超声波发射器及车载接收线圈均设置在充电汽车底盘的正中位置，使车辆不管是正车入库还是倒车入库均能够进行充电。

附图说明

图1为本发明的工作示意图；

图2为本发明中横移组件的示意图；

图3为本发明中定位平台的结构示意图。

具体实施方案

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电动汽车无线充电系统，包括停车平台、定位平台、车载充电装置和摄像头。停车平台及定位平台均设置在停车位上。摄像头固定在停车位的内端，且朝向停车位的外端设置。

车载充电装置包括线圈安装盘、车载超声波发射器109、车载接收线圈110和收放线机构。车载超声波发射器109固定在电动汽车111底盘上。车载超声波发射器109的安装高度(电动汽车静止着地时车载超声波发射器109与地面的距离)为d，不同车型汽车上车载超声波发射器109的高度可能不同，通过获取汽车牌照号进而得到车型信息，能够确定不同车型d的值。

收放线机构包括收放线电机、悬线和绕线滚筒。收放线电机固定在电动汽车111的底盘上。电动汽车111底盘底面的正中位置上开设有安装槽。收放线电机的输出轴与绕线滚筒固定。悬线缠绕在绕线滚筒上，且一端与绕线滚筒固定，另一端穿过安装槽正中位置开设的穿线孔并与线圈安装盘的顶面正中位置固定。线圈安装盘的顶面固定有电磁铁。通过收放线电机的转动，能够使得车载接收线圈110在经过电动汽车底盘正中位置的竖直方向上进行升降运动。当线圈安装盘位于上极点且电磁铁通电的状态下，线圈安装盘将被吸附在电动汽车111底盘的安装槽内。线圈安装盘吸附在安装槽内的状态下，车载接收线圈110的底面与电动汽车底盘的底面平齐。线圈安装盘呈圆盘形。车载接收线圈110与线圈安装盘底面的正中位置固定。线圈安装盘的底面上还固定有保护环。保护环环住车载接收线圈，进而保护车载充电线圈，避免车载充电线圈在移动中发生损坏。车载接收线圈110及车载超声波发射器109均位于电动汽车111垂直于自身宽度方向的对称面上，且互相靠近设置。

如图1和2所示，停车平台包括停车板101、横移组件102、让位组件108、第一超声波接收器103、第二超声波接收器104、第三超声波接收器105、第四超声波接收器106和充电线圈107。

横移组件包括第一滑轨201、第一滑块202、第一齿条203、第一齿轮204和横移电机205。两个第一滑块202均与第一滑轨201构成滑动副。第一齿条203的两端与两个第一滑块202分别固定。横移电机205固定在第一滑轨201上。横移电机205的输出轴与第一齿轮204固定。第一齿轮204与第一齿条203啮合。横移组件102共有四个。四个横移组件102内的第一滑轨201均与停车位的地面固定，且轴线方向均与停车板101的宽度方向平行。四个横移组件102内的第一滑块202与停车板101底面的四个角部分别固定。四个角上均设动力源的方式使得停车板能够被稳定支撑和驱动。

第一超声波接收器103、第二超声波接收器104分别固定在停车板101顶面两侧边缘的中部。第一超声波接收器103与第二超声波接收器104在停车板101宽度方向上对中设置(即关于停车板的垂直于自身宽度方向的对称面相互对称)。停车板101顶面的中部开设有让位槽。

让位组件108包括挡板、第二滑轨、第二滑块、第二齿条、第二齿轮和让位电机。第二滑块与第二滑轨构成滑动副。第二齿条与第二滑块固定。让位电机与第二滑轨固定。让位电机的输出轴与第二齿轮固定。第二齿轮与第二齿条啮合。让位组件108内的第二滑块与挡板底面固定。让位组件108内的第二滑轨与停车板101固定，且轴线方向与停车板101的长度方向平行。挡板的底面与停车板101的底面接触。

如图1和3所示，位于停车位地面中部、停车板下方的定位平台包括第一凹槽板401、第二凹槽板402、第三超声波接收器105、第四超声波接收器106、充电线圈107、定位驱动组件403、第一压力传感器404、第二压力传感器405、第三压力传感器406、第四压力传感器407、第五压力传感器410、第六压力传感器411、第七压力传感器408和第八压力传感器409。第三超声波接收器105、充电线圈107、第四超声波接收器106均固定在停车位的地面上，且沿停车板101的宽度方向依次排列设置。第三超声波接收器105、第四超声波接收器106对中设置在充电线圈107的两侧。第三超声波接收器105、充电线圈107及第四超声波接收器106均位于让位槽108在停车位地面上投影的范围内。第一压力传感器404、第二压力传感器405、第三压力传感器406、第四压力传感器407均固定在在停车位的地面上，且沿充电线圈107的周向均布。第一压力传感器404、第二压力传感器405、第三压力传感器406及第四压力传感器407的顶面与充电线圈107的顶面平齐设置。

定位驱动组件403包括第三滑轨、第三滑块、第三齿条、第三齿轮和定位电机。两个第三滑块均与第三滑轨构成滑动副。第三齿条的两端与两个第三滑块分别固定。定位电机与第三滑轨固定。定位电机的输出轴与第三齿轮固定。第三齿轮与第三齿条啮合。定位驱动组件403共有四个。四个定位驱动组件403内的第三滑轨均与停车位的地面固定，且轴线方向互相平行。四个定位驱动组件403两两一组，分为第一凹槽板驱动组和第二凹槽板驱动组。第一凹槽板驱动组内两个定位驱动组件403的滑块均与第一凹槽板401的底面固定。第二凹槽板驱动组内两个定位驱动组件403的滑块均与第二凹槽板402的底面固定。第一凹槽板401与第二凹槽板402在竖直方向错开设置，且相对端均开设有V形定位槽。充电线圈107位于第一凹槽板401与第二凹槽板402的V形定位槽之间。第一凹槽板401、第二凹槽板402的V形定位槽槽底及充电线圈107中心位置在同一个竖直平面内。V形定位槽开口处宽度的二分之一大于车载接收线圈110、车载超声波发射器109的间距与线圈安装盘直径之和。

第一凹槽板401的V形定位槽的两条边缘上分别固定有第五压力传感器410、第六压力传感器411。以同时与第一凹槽板401上V形定位槽的两条边缘相切，且直径等于线圈安装盘盘径的圆柱为第一特征圆柱。第一特征圆柱的侧面经过第五压力传感器410及第六压力传感器411。第二凹槽板402的V形定位槽的两条边缘上分别固定有第七压力传感器408、第八压力传感器409。以同时与第二凹槽板402上V形定位槽的两条边缘相切，且直径等于线圈安装盘盘径的圆柱为第二特征圆柱。第二特征圆柱的侧面经过第七压力传感器408及第八压力传感器409。

第一压力传感器404、第二压力传感器405、第三压力传感器406及第四压力传感器407用于检测是否有物体落到第一凹槽板401与第二凹槽板402之间。通过第一凹槽板401与第二凹槽板402的相向运动，能够将落到第一凹槽板401与第二凹槽板402之间的车载接收线圈110精确定位至充电线圈107的正上方。

初始状态下，第一凹槽板401、第二凹槽板402对中设置在充电线圈107的两侧，挡板完全覆盖停车板101上让位槽108的底部。使得挡板能够支撑进入让位槽108内的车轮。

充电状态下，挡板与停车板101上的让位槽完全分离，使得充电线圈107与车载接收线圈110能够直接无间隔对接。

本发明的工作原理如下：

步骤一、电动汽车111行驶到靠近无线充电停车板101的位置，车主按下充电按钮，车辆进入自动行驶，开始自动泊车，电动汽车111驶上停车板。

步骤二、电动汽车纵向对准。

1、摄像头拍摄电动汽车拍照，获得车牌号，进而确认该车辆的特征信息。特征信息包括车型、车载超声波发射器109的高度d(即电动汽车底盘高度)和是否配有车载充电装置。

2、第一超声波接收器103、第二超声波接收器104及车载超声波发射器109启动。第一超声波接收器103及第二超声波接收器104实时检测自身与车载超声波发射器109的间距，进而获得第一超声波接收器103、车载超声波发射器109的间距a及第二超声波接收器104、车载超声波发射器109的间距b(a与b的数值随着电动汽车111与停车板101的相对运动实时变化)。根据海伦公式计算以第一超声波接收器103、第二超声波接收器104及车载超声波发射器108为顶点的特征三角形的面积S。

其中，c为第一超声波接收器103与第二超声波接收器104的间距。

由于车载超声波发射器108与第一超声波接收器103及第二超声波接收器104不在同一水平面上，故特征三角形为一个倾斜的三角形。

3、计算特征三角形经过车载超声波发射器109的特征高h(即车载超声波发射器109到第一超声波接收器103、第二超声波接收器104所连成直线的距离)。

4、利用勾股定理，计算特征高在水平面上的投影A(即车载超声波发射器109到第一超声波接收器103、第二超声波接收器104所连成直线的水平距离)。

若A＝0，即车载超声波发射器109、第一超声波接收器103、第二超声波接收器104连成一条直线，车载接收线圈与充电线圈沿停车板长度方向位置对应(车载超声波发射器与车载接收线圈距离较小，在粗定位时可以忽略)，直接进入步骤三。

若A>0，即车载超声波发射器109、第一超声波接收器103、第二超声波接收器104未连成一条直线，则电动汽车向停车位的内端行驶。如果A减小，则电动汽车继续向停车位的内端行驶，直至A＝0。如果A增大，则电动汽车开始向停车位的外端行驶，直至A＝0。

步骤三、电动汽车横向对准。

1、让位电机正转，挡板滑动至与停车板101完全分离的状态。使得第三超声波接收器105和第四超声波接收器106能够接收到来自第一超声波发送装置109发生的信号。

2、第三超声波接收器105、第四超声波接收器106及车载超声波发射器109启动。第三超声波接收器105及第四超声波接收器106实时检测自身与车载超声波发射器109的间距，进而获得第三超声波接收器105、车载超声波发射器109的间距x及第四超声波接收器106、车载超声波发射器109的间距为y(x与y的数值随着停车板101与停车位地面的相对运动实时变化)。

若x＞y，则横移电机205正转，停车板水平滑动，使得车载超声波发射器109向靠近第三超声波接收器105的一侧滑动，直至x＝y。

若x＜y，则横移电机205反转，停车板水平滑动，使得车载超声波发射器109向靠近第四超声波接收器106的一侧滑动，直至x＝y。

若x＝y，直接进入步骤四。

步骤四、进行线圈对准。

1、电磁铁断电，收放线电机正转，直至电机将线放完，车载接收线圈下降至第一凹槽板401与第二凹槽板402之间。

2、第一压力传感器404、第二压力传感器405、第三压力传感器406或第四压力传感器407检测到压力后，所有定位电机均转动，使得第一凹槽板401与第二凹槽板402相向同步滑动。直至第五压力传感器410、第六压力传感器411、第七压力传感器408及第八压力传感器409均检测到压力。此时，第一凹槽板401及第二凹槽板402的V形定位槽均与线圈安装盘接触。车载接收线圈到达充电线圈404的正上方，且与充电线圈404接触。

步骤五、车载语音系统提示车主车辆已到达停车位置，缴费后电动汽车开始充电。汽车充电完成后，所有定位电机均转动，使得第一凹槽板401及第二凹槽板402复位，收放线电机反转，使得车载接收线圈上升。线圈安装盘与电动汽车接触后，电磁铁通电，线圈安装盘被吸附在电动汽车底盘上。充电结束。

Claims (7)

1.一种电动汽车无线充电系统，包括停车平台、定位平台和车载充电装置；其特征在于：所述的停车平台及定位平台均设置在停车位上；所述的车载充电装置包括线圈安装盘、车载超声波发射器、车载接收线圈和收放线机构；所述的收放线机构包括收放线电机、悬线和绕线滚筒；所述的收放线电机固定在电动汽车的底盘上；电动汽车底盘底面的正中位置上开设有安装槽；收放线电机的输出轴与绕线滚筒固定；所述的悬线缠绕在绕线滚筒上，且一端与绕线滚筒固定，另一端穿过安装槽正中位置开设的穿线孔并与线圈安装盘的顶面正中位置固定；线圈安装盘呈圆盘形；车载接收线圈与线圈安装盘的底面固定；车载接收线圈及车载超声波发射器均位于电动汽车垂直于自身宽度方向的对称面上；

所述的停车平台包括停车板、横移组件、让位组件、第一超声波接收器和第二超声波接收器；所述的横移组件包括第一滑轨、第一滑块和第一驱动件；所述的第一滑块与第一滑轨构成滑动副，并由第一驱动件驱动；横移组件共有m个，2≤m≤6；m个横移组件内的第一滑轨均与停车位的地面固定，且轴线方向均与停车板的宽度方向平行；m个横移组件内的第一滑块均与停车板的底面固定；

所述的第一超声波接收器、第二超声波接收器分别固定在停车板顶面两侧边缘的中部；第一超声波接收器与第二超声波接收器在停车板宽度方向上对中设置；停车板顶面的中部开设有让位槽；所述的让位组件包括挡板、第二滑轨、第二滑块和第二驱动件；所述的第二滑块与第二滑轨构成滑动副，并由第二驱动件驱动；第二滑块与挡板的底面固定；第二滑轨与停车板固定，且轴线方向与停车板的长度方向平行；

所述的定位平台位于停车位地面中部、停车板下方，其包括第一凹槽板、第二凹槽板、第三超声波接收器、第四超声波接收器、充电线圈和定位驱动组件；第三超声波接收器、充电线圈、第四超声波接收器均固定在停车位的地面上，且沿停车板的宽度方向依次排列设置；第三超声波接收器、第四超声波接收器对中设置在充电线圈的两侧；第三超声波接收器、充电线圈及第四超声波接收器均位于让位槽在停车位地面上投影的范围内；

所述的定位驱动组件包括第三滑轨、第三滑块和第三驱动件；所述的第三滑块与第三滑轨构成滑动副，且由第三驱动件驱动；所述的定位驱动组件共有2n个，1≤n≤3；2n个定位驱动组件内的第三滑轨均与停车位的地面固定，且轴线方向互相平行；2n个定位驱动组件以n个为一组，分为第一凹槽板驱动组和第二凹槽板驱动组；第一凹槽板驱动组内n个定位驱动组件的滑块均与第一凹槽板的底面固定；第二凹槽板驱动组内n个定位驱动组件的滑块均与第二凹槽板的底面固定；第一凹槽板与第二凹槽板在竖直方向错开设置，且相对端均开设有V形定位槽；充电线圈位于第一凹槽板与第二凹槽板的V形定位槽之间；

所述的第一凹槽板、第二凹槽板对中设置在充电线圈的两侧；初始状态下，挡板完全覆盖停车板上让位槽的底部；充电状态下，挡板与停车板上的让位槽完全分离。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：还包括摄像头；所述的摄像头固定在停车位的内端，且朝向停车位的外端设置。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述挡板的顶面与停车板的底面接触；所述线圈安装盘的顶面固定有电磁铁；线圈安装盘的底面上固定有保护环；保护环环住车载接收线圈。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的第一驱动件包括第一齿条、第一齿轮和横移电机；所述的第一齿条与第一滑块固定；所述的横移电机固定在第一滑轨上；横移电机的输出轴与第一齿轮固定；第一齿轮与第一齿条啮合。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的第二驱动件包括第二齿条、第二齿轮和让位电机；所述的第二齿条与第二滑块固定；所述的让位电机与第二滑轨固定；让位电机的输出轴与第二齿轮固定；第二齿轮与第二齿条啮合。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的第三驱动件包括第三齿条、第三齿轮和定位电机；所述的第三齿条与第三滑块固定；所述的定位电机与第三滑轨固定；定位电机的输出轴与第三齿轮固定；第三齿轮与第三齿条啮合。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述V形定位槽开口处宽度的二分之一大于车载接收线圈、车载超声波发射器的间距与线圈安装盘直径之和。