CN108790920A - 一种移动车辆无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种移动车辆无线充电装置，包括旋转式立体车库、无线能量发射模块、无线能量接收模块、电动车、悬挂车架，无线能量接收模块安装在悬挂车架上，无线能量发射模块安装在旋转式立体车库的固定支架上，正对悬挂车架，使无线能量发射模块能够向所有移动中的无线能量接收模块发送能量。该装置多个发射线圈连续排列在电动车移动的路径上，可以连续向电动车发射能量；无线充电时电动车可以在道路上沿水平方向移动，也可以在立体车库中沿垂直方向移动；在各个方向移动时无线充电装置均可以实时连续向电动车提供电能而不需要任何接触，接收能量波动很小且，可以有效增加无线充电的应用范围和使用效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动车辆无线充电装置，属于电动车应用中的无线能量传输领域。
背景技术
我国的电动车发展迅速，尤其大城市开始对燃油汽车进行限制，因此电动汽车的应用越来越广泛，然而电动车的最大问题是蓄电池存储能量有限，充电时间长，这两个缺点大大限制了电动车应用范围。为此需要尽可能随时随地给电动车充电。而大城市停车场数量跟庞大的车辆保有量相比差距很大，地面固定停车位很有限，因此立体停车库的建设就非常必要。目前市场上的立体停车库，绝大部分考虑燃油汽车的需求，电动汽车在立体停车库中的充电需求无法得到满足，这是由于停车库自动泊车系统无法在移动中为电动车充电。有设计采用滑轨电刷方式给立体车库中的电动车充电，但是在露天复杂恶劣的环境中导电滑轨和电刷供电方式非常容易损坏，而且有漏电、火灾等风险，因此不建议采用。
中国专利CN201510131455.1公开了一种电动汽车行进式无线充电装置及其控制方法，该无线充电装置可以在电动车移动的时候对其进行充电。在电动车移动的路径上有多个发射线圈，相邻两个发射线圈之间间隔一个车的距离，在电动车的头部和尾部各有一个接收线圈。两个接收线圈工作在互补状态，无法同时高效率进行能量接收。当车辆移动到两个发射线圈中间时，接收效果会远远低于其他状态，因此，接收能量的波动比较大。
中国专利CN201510493524.3公开了一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，该专利与专利CN201510131455.1所公开的专利不同，采用一个接收线圈，相邻发射线圈的间距也比较近。但是同样的，在接收线圈跨接在相邻两个发射线圈之间时，由于磁场的抵消，无法接收能量。因此必须检测接收线圈的位置，来关闭一个发射线圈，这样控制比较复杂，对接收线圈位置检测也增加了系统的成本，而且接收能量会发生比较大的波动，甚至会波动到零。
中国专利CN201510291779.1公开了一种给电动汽车无线移动充电的道路护栏充电系统与方法，该发明将发射线圈和接收线圈由电动车的底部改到了电动车的侧部，并不能解决跨接发射线圈时接收能量下降的问题。同时汽车的侧面一般都不是明面，在弯曲的弧面上安装接收线圈效果会更加受到影响。
中国专利CN201710189628.4、CN201710290892.7、CN201620747991.4、CN201610438208.0也公开了几种移动车辆无线充电装置，但是都没有对移动过程中接收线圈能量接收波动问题提出解决方案。
综上所述，要解决电动车辆在停车场内移动过程中或者在道路行驶过程中能够连续接收无线传输的能量问题是非常重要的。与此同时还要解决存在某一个位置接收能量很低的状态问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种移动车辆无线充电装置。该一种移动车辆无线充电装置能够使电动车在立体车库中移动时，或者在道路行驶过程中，都能够连续接收到发射线圈所发出的能量，接收能量波动很小且连续，可以有效增加无线充电的应用范围和使用效果。
本发明采取的技术方案为：
一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，包括旋转式立体车库、无线能量发射模块、无线能量接收模块、电动车、悬挂车架，无线能量接收模块安装在悬挂车架上，无线能量发射模块安装在旋转式立体车库的固定支架上，正对悬挂车架，使无线能量发射模块能够向所有移动中的无线能量接收模块发送能量；
电动车停在悬挂车架中的无线能量接收模块上面，并可以随着悬挂车架在旋转式立体车库上移动，使得电动车在移动和停放过程中均可以接收固定在旋转式立体车库上的无线能量发射模块所发出的能量；
所述无线能量发射模块包括n个发射线圈，n为大于等于的整数；
所述无线能量接收模块包括接收线圈模块，接收线圈模块包括m个接收线圈并排安装组成接收端，m≥3；
所述发射线圈的长度等于接收线圈长度的m倍，即m个接收线圈模块的长度与一个发射线圈的长度相同。
所述无线能量发射模块还包括功率变换器、发射线圈、背板磁芯、串联导线、连接导线；所述发射线圈用利兹线在平面单层盘绕而成；
所述n个发射线圈通过串联导线、连接导线串联在一起形成一个带状平面，并与功率变换器的输出端相连接，功率变换器输入市电，输出高频交流电，当n个发射线圈通入高频交流电时，相邻两个线圈所产生的磁场方向相反，在n个发射线圈串联在一起形成一个带状平面的一侧装有相同大小的背板磁芯，另外一侧则为能量输出方向，所述背板磁芯由高导磁高电阻率材料组成，避免涡流损耗。
所述无线能量接收模块还包括、汽车托盘、充电电缆、充电插头；接收线圈模块安装在汽车托盘的前部，并与汽车托盘垂直，汽车托盘对停放的电动车起支撑和固定作用，充电电缆与接收线圈模块相连，并穿过汽车托盘内部，通过与之相连的充电插头给电动车充电。
所述接收线圈模块还包括接收控制器、充电控制器；所述接收线圈用利兹线在平面单层盘绕而成，每个接收线圈与各自独立的接收控制器相连，接收控制器经过整流和变换输出端并联在一起经过充电控制器对电动车辆的充电操作进行控制，所述充电控制器的输出端与充电电缆和充电插头相连。
所述的发射线圈和接收线圈宽度相同。
所述无线能量发射模块可以垂直安装，对上下移动的车辆进行无线充电，也可以水平安装对水平移动的车辆进行无线充电。
所述无线能量发射模块水平安装时可以利用多组无线能量发射模块组成一个较长的路径对水平移动的电动车实时提供无线能量。
所述无线能量发射模块水平安装组成一个较长的路径对水平移动的电动车实时提供无线能量时，将接收线圈模块安装在电动车底部正对无线能量发射模块，并接收无线能量发射模块所发出的能量，提供给电动车使用。
所述在接收线圈与电动车之间加入背板磁芯使发射线圈所发出的高频磁场无法作用到电动车的底盘上。
所述由多组无线能量发射模块组成一个较长的路径上面有引导线，标识出无线能量发射模块的位置，引导电动车在行驶过车中沿着引导线行驶，保证电动车在行驶过程中保证接收线圈模块正对无线能量发射模块。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明的一个效果在于，多个发射线圈连续排列在电动车移动的路径上，可以连续向电动车发射能量；无线充电时电动车可以在道路上沿水平方向移动，也可以在立体车库中沿垂直方向移动。在各个方向移动时无线充电装置均能够可以通过无线充电装置实时连续向电动车提供电能而不需要任何接触，充电的能量波动很小。
本发明的一个效果在于，多个接收线圈紧密排列，尺寸与单个发射线圈相同，在跨越相邻两个发射线圈时，可以连续接收能量，不会出现断续现象。
本发明的一个效果在于，在立体停车库中，车辆在移动过程中可以连续获得能量，并对电动车进行充电。
本发明的一个效果在于，在立体停车库中，当电动车在悬挂车架上停好后，将托盘插头插入电动车，电动车随悬挂车架旋转过程中从无线接收能量的托盘中连续接收电能，同时电动车到达停车位后不需要派人去将充电插头插入电动车中，因此节省了人力，方便了立体停车库等应用场景的使用。
附图说明
图1是本发明中一种移动车辆无线充电装置示意图；
图2是本发明中一种移动车辆无线充电装置前视图；
图3是传统旋转式立体车库示意图；
图4是传统旋转式立体车库前视图；
图5是本发明中无线能量发射模块示意图；
图6是本发明中无线能量接收模块示意图；
图7是本发明中接收线圈模块示意图；
图8是本发明中发射线圈和接收线圈关系示意图；
图9是本发明中发射线圈与接收线圈对齐状态示意图；
图10是本发明中发射线圈与接收线圈非对齐状态示意图；
图11是本发明中车辆行驶充电示意图；
附图中，各标号所代表的部件：
1、旋转式立体车库，2、无线能量发射模块，3、无线能量接收模块，4、电动车，5、悬挂车架，201、功率变换器，202、发射线圈，203、背板磁芯，204、串联导线，205、连接导线，301、接收线圈模块，302、汽车托盘，303、充电电缆，304、充电插头，3011、接收线圈，3012、接收控制器，3013、充电控制器
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的介绍。
本发明的实施例之一：旋转式立体车库1中电动车4无线充电应用
传统的旋转立体车库如图3和图4所示，悬挂车架5在立体车库中通过机械传动，驱使以垂直方式排列的各个悬挂车架5做连续循环旋转移动。因此传统旋转立体车库无法对车库中的电动车4进行充电。为此本发明公开了一种充电装置，能够使旋转立体车库中的电动车4在移动过程中能够实时充电，不会产生断续情况。
本实施例包括旋转式立体车库1、无线能量发射模块2、无线能量接收模块3、电动车4、悬挂车架5，如图1和图2所示，无线能量接收模块3安装在悬挂车架5上，无线能量发射模块2安装在旋转式立体车库1的固定支架上，正对悬挂车架5，使无线能量发射模块2能够向所有移动中的无线能量接收模块3发送能量。
电动车4停在悬挂车架5中的无线能量接收模块3上面，并可以随着悬挂车架5在旋转式立体车库1上移动，使得电动车4在移动和停放过程中均可以接收固定在旋转式立体车库1上的无线能量发射模块2所发出的能量。
电动车4可以从立体车库的下面进入旋转式立体车库1中最下面的悬挂车架5。悬挂车架5上面有一个托盘，在托盘上安装有无线能量接收模块3。当电动车4在托盘上停好之后，将无线能量接收模块3上的充电插头304插入电动车4的充电插座上，见图1和图6。之后旋转式立体车库1控制悬挂车架5旋转到适当的位置。在悬挂车架5移动过程中无线能量接收模块3从旋转式立体车库1上垂直安装的无线能量发射模块2吸收能量并通过充电插头304向电动车4进行充电。
由图1和图2所示，无线能量发射模块2安装在旋转式立体车库1的一端，靠近悬挂车架5的车头方向。在悬挂车架5旋转的过程中无线能量接收模块3始终能够对准无线能量发射模块2，保证系统能够无间断地向电动车4进行充电。
图5为无线能量发射模块2示意图，其中包括功率变换器201、发射线圈202、背板磁芯203、串联导线204、连接导线205。功率变换器201将市电整流之后逆变成高频交流电然后通过发射线圈202向外发射，并由无线能量接收模块3进行接收。
发射线圈202用利兹线在平面单层盘绕而成，根据功率大小和接收的距离设计成一定尺寸的矩形线圈，详见图8。
在实际应用中，由于电动车4需要移动，因此在其移动路径上要连续并排安装n个发射线圈202，n为大于等于1的整数。由所有n个发射线圈202紧密排列组成一个通道，在此通道上，可以向移动中的电动车4提供无线充电的能量。所述n个发射线圈202通过串联导线204、连接导线205串联在一起形成一个带状平面，也就是电动车4移动的通道。所有串联在一起的n个发射线圈202与功率变换器201的输出端相连接，功率变换器201输入市电，输出高频交流电。当n个发射线圈202通入高频交流电时，相邻两个发射线圈202所产生的磁场方向相反，也就是在电动车4移动的通道上产生极性交替排列的磁场，从通道表面看是NSNS……交替排列并按照一定的频率进行变化。也就是说每个发射线圈202中的磁场按照相同的频率变化，相邻两个发射线圈202的同名端相反，且磁场相位相差180°电角度。
在n个发射线圈202串联在一起形成一个带状平面的一侧装有相同大小的背板磁芯203，另外一侧则为能量输出方向，所述背板磁芯203由高导磁、高电阻率材料组成，避免涡流损耗。通常采用整块或者条状的磁芯做背板材料，比如铁氧体、微晶材料、非晶材料等。
图6为无线能量接收模块示意图，所述无线能量接收模块3包括接收线圈模块301，汽车托盘302，充电电缆303，充电插头304。收线圈模块301安装在汽车托盘302的前部，并与汽车托盘302垂直。汽车托盘302安装在悬挂车架5的上面，使接收线圈模块301能够在旋转式立体车库1上移动过程中始终正对无线能量发射模块2。汽车托盘302对停放的汽车起支撑和固定作用，充电电缆303与接收线圈模块301相连，并穿过汽车托盘302内部，通过与之相连的充电插头304给电动车4充电。
接收线圈模块示意图如图7所示，接收线圈模块301包括接收线圈3011，接收控制器3012，充电控制器3013。所述接收线圈3011用利兹线在平面单层盘绕而成。所述接收线圈模块301由m≥3个接收线圈3011并排安装组成接收端，m个接收线圈3011并排方向与电动车4移动的方向和发射线圈202的排列方向一致。每个接收线圈3011与各自独立的接收控制器3012相连，接收控制器3012经过整流和变换输出端并联在一起经过充电控制器3013对电动车辆的充电操作进行控制。由于每个独立的接收线圈3011所处位置不同，所对应的发射线圈202所发出的磁场强度也不相同，但是m个接收线圈3011经过各自独立的接收控制器3012变换后总的输出能量波动较小。在接收线圈模块301横跨不同的发射线圈202时，最多有一个接收线圈3011获取能量较小，其他m-1个接收线圈3011输出能量正常。这样随着m的增加，输出能量波动会更小。所述充电控制器3013的输出端通过充电电缆303和充电插头304相连。
图8为发射线圈和接收线圈关系示意图，发射线圈202和接收线圈3011的宽度相同，发射线圈202的长度等于接收线圈3011长度的m倍，即m个接收线圈3011组成的接收线圈模块301的长度与一个发射线圈202的长度相同，即Lt＝m·Lr。这样可以保证随时都有m-1个接收线圈3011完全处于单个发射线圈202的磁场中，最多只有1个线圈会横跨在两个相邻的发射线圈202上方，见图9和图10，使得电动车4可以连续接收能量。所有长度方向均指电动车4移动的方向，见图11。
本发明的实施例之二：电动车4行驶过程中充电应用
本发明可以应用于电动车4行驶过程中的实时充电，从而提高电动车4的行驶里程。在实际应用中，可以在特定的道路下面，分段埋设多组无线能量发射模块2水平安装组成具有一定长度的充电区。将接收线圈模块301安装在电动车4底部，当电动车4行驶在充电区时，根据充电区上的引导线行驶，确保接收线圈模块301正对无线能量发射模块2，并接收无线能量发射模块2所发出的能量，提供给电动车4使用，如图11所示。
在接收线圈3011与电动车4之间加入背板磁芯203使发射线圈202所发出的高频磁场无法作用到电动车4的底盘上，避免对电动车4产生不良影响。
对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，包括旋转式立体车库(1)、无线能量发射模块(2)、无线能量接收模块(3)、电动车(4)、悬挂车架(5)，无线能量接收模块(3)安装在悬挂车架(5)上，无线能量发射模块(2)安装在旋转式立体车库(1)的固定支架上，正对悬挂车架(5)，使无线能量发射模块(2)能够向所有移动中的无线能量接收模块(3)发送能量；
电动车(4)停在悬挂车架(5)中的无线能量接收模块(3)上面，并可以随着悬挂车架(5)在旋转式立体车库(1)上移动，使得电动车(4)在移动和停放过程中均可以接收固定在旋转式立体车库(1)上的无线能量发射模块(2)所发出的能量；
所述无线能量发射模块(2)包括n个发射线圈(202)，n为大于等于1的整数；
所述无线能量接收模块(3)包括接收线圈模块(301)，接收线圈模块(301)包括m个接收线圈(3011)并排安装组成接收端，m≥3；
所述发射线圈(202)的长度等于接收线圈(3011)长度的m倍，即m个接收线圈模块(301)的长度与一个发射线圈(202)的长度相同。
2.如权利要求1所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述无线能量发射模块(2)还包括功率变换器(201)、发射线圈(202)、背板磁芯(203)、串联导线(204)、连接导线(205)；
所述发射线圈(202)用利兹线在平面单层盘绕而成；
所述n个发射线圈(202)通过串联导线(204)、连接导线(205)串联在一起形成一个带状平面，并与功率变换器(201)的输出端相连接，功率变换器(201)输入市电，输出高频交流电，当n个发射线圈(202)通入高频交流电时，相邻两个线圈所产生的磁场方向相反，在n个发射线圈(202)串联在一起形成一个带状平面的一侧装有相同大小的背板磁芯(203)，另外一侧则为能量输出方向，所述背板磁芯(203)由高导磁高电阻率材料组成，避免涡流损耗。
3.如权利要求1所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述无线能量接收模块(3)还包括、汽车托盘(302)、充电电缆(303)、充电插头(304)；接收线圈模块(301)安装在汽车托盘(302)的前部，并与汽车托盘(302)垂直，汽车托盘(302)对停放的电动车(4)起支撑和固定作用，充电电缆(303)与接收线圈模块(301)相连，并穿过汽车托盘(302)内部，通过与之相连的充电插头(304)给电动车充电。
4.如权利要求1所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述接收线圈模块(301)还包括接收控制器(3012)、充电控制器(3013)；所述接收线圈(3011)用利兹线在平面单层盘绕而成，每个接收线圈(3011)与各自独立的接收控制器(3012)相连，接收控制器(3012)经过整流和变换输出端并联在一起经过充电控制器(3013)对电动车辆的充电操作进行控制，所述充电控制器(3013)的输出端与充电电缆(303)和充电插头(304)相连。
5.如权利要求1的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述的发射线圈(202)和接收线圈(3011)宽度相同。
6.如权利要求1所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述无线能量发射模块(2)可以垂直安装，对上下移动的车辆进行无线充电，也可以水平安装对水平移动的车辆进行无线充电。
7.如权利要求6所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述无线能量发射模块(2)水平安装时可以利用多组无线能量发射模块(2)组成一个较长的路径对水平移动的电动车(4)实时提供无线能量。
8.如权利要求7所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述无线能量发射模块(2)水平安装组成一个较长的路径对水平移动的电动车(4)实时提供无线能量时，将接收线圈模块(301)安装在电动车(4)底部正对无线能量发射模块(2)，并接收无线能量发射模块(2)所发出的能量，提供给电动车(4)使用。
9.如权利要求7所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述在接收线圈(3011)与电动车(4)之间加入背板磁芯(203)使发射线圈(202)所发出的高频磁场无法作用到电动车(4)的底盘上。
10.如权利要求7所述的一种移动车辆无线充电装置，其特征在于，所述由多组无线能量发射模块(2)组成一个较长的路径上面有引导线，标识出无线能量发射模块(2)的位置，引导电动车(4)在行驶过车中沿着引导线行驶，保证电动车(4)在行驶过程中保证接收线圈模块(301)正对无线能量发射模块(2)。
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