CN113085599A - 一种电动自行车无线充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车无线充电装置。该装置包括电动自行车和对电动自行车进行无线充电的充电桩；电动自行车包括无线充电接收器、控制器、充电电池及动力驱动；充电桩包括无线充电发射器和控制盒；无线充电接收器设置为管状结构，设置于电动自行车的握把，无线充电发射器设置为筒状结构，无线充电发射器与无线充电接收器配合使用；控制盒与无线充电发射器连接，用于对无线充电发射器进行供电和控制；无线充电接收器与充电电池电连接，用于根据无线充电发射器发出的电磁波产生感应电动势对充电电池供电；控制器控制充电电池对动力驱动供电并控制动力驱动工作。达到了减低成本，提高电动自行车无线充电的易用性，提高了充电可靠性的效果。

Description

一种电动自行车无线充电装置
技术领域
本发明实施例涉及电动自行车技术，尤其涉及一种电动自行车无线充电装置。
背景技术
电动自行车作为一种效率高，使用便捷，且价格低廉的公共交通工具，越来越受到人们的欢迎。同时电动自行车具有较低的环境污染，可以较好地解决化石能源短缺题，因此是低碳经济中非常重要的一个环节。目前电动车多采用有线充电式，充电适配器体积大不方便携带，有线公共电动自行车充电桩设置环境要求高、通用性差，同时频繁拔插电源电线既不安全，也容易造成设备老化磨损，充电接口破坏车辆电器部分防水性，更有通过线缆传输电能的充电设备因为乱拉电线而造成事故。
无线电能传输技术使用方便、安全，设备积尘影响较小，且无接触损耗、机械磨损和相应的维护问题，因此无线充电技术在电动车的应用受到越来越多的关注。但目前电动自行车在无线充电设计中，设计人员通常将自行车接收线圈设置在脚踏板下方或者自行车前方大灯或车篮处，这两中设计都要求无线充电的发射器在地面、墙面或安装充电桩支架来将发射线圈固定，用户推动自行车将接收线圈和发射线圈对准来实现无线充电。
然而现有设计造成电动车发射器和接收器的体积和成本较高，且由于自行车与发射线圈需要人为对位，大大降低充无线充电易用性。
发明内容
本发明提供一种电动自行车无线充电装置，以实现减低成本，提高电动自行车无线充电的易用性，提高了充电可靠性的效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种电动自行车无线充电装置，包括电动自行车和对所述电动自行车进行无线充电的充电桩；所述电动自行车包括无线充电接收器、控制器、充电电池及动力驱动；所述充电桩包括无线充电发射器和控制盒；
所述无线充电接收器设置为管状结构，设置于所述电动自行车的握把，所述无线充电发射器设置为筒状结构，所述无线充电发射器与所述无线充电接收器配合使用；所述控制盒与所述无线充电发射器连接，用于对所述无线充电发射器进行供电和控制；所述无线充电接收器与所述充电电池电连接，用于根据所述无线充电发射器发出的电磁波产生感应电动势对所述充电电池供电；
所述控制器用于控制所述充电电池对所述动力驱动供电并控制所述动力驱动工作。
可选的，所述控制盒内设置发射控制电路；所述无线充电发射器包括：发射线圈，所述发射控制电路包括：第一整流滤波电路、第一谐振变换电路和第一微处理器；
所述第一整流滤波电路与外部电源和所述第一谐振变换电路电连接，用于将外部电源提供的交流电整流滤波为平滑的直流电，并将所述直流电传输至所述第一谐振变换电路；
所述第一谐振变换电路与所述第一微处理器和所述发射线圈电连接，所述第一谐振变换电路根据所述第一微处理器的控制信号驱动所述发射线圈产生交变电流。
可选的，所述发射控制电路还包括第一调制解调电路；
所述第一调制解调电路与所述第一微处理器和所述发射线圈电连接，用于将通信数据加载至所述发射线圈进行发送，并且通过所述发射线圈接收反馈数据。
可选的，所述电动自行车还包括接收控制电路，所述无线充电接收器包括：接收线圈，所述接收控制电路包括：第二整流滤波电路和接收补偿电容；
所述接收线圈与所述接收补偿电容电连接，用于产生感应电动势，并经过所述接收补偿电容输出高频交流电；
所述第二整流滤波电路与所述接收补偿电容和所述控制器电连接，用于对产生的高频交流电进行整流滤波处理获得预设幅值的直流电压信号，并通过所述控制器与所述充电电池电连接，所述控制器用于控制所述充电电池充电回路的通断。
可选的，所述接收控制电路还包括第二微处理器和第二调制解调电路；
所述第二调制解调电路与所述接收线圈和第二微处理器电连接，用于对所述接收线圈接收的通信数据解析并传输至所述第二微处理器，并且发送反馈数据。
可选的，所述无线充电接收器的一端为中空结构，所述无线充电接收器由内至外依次设置接收线圈和橡胶保护套；充电时将无线充电发射器套入无线充电接收器，所述无线充电发射器的圆环导磁体将发射线圈和接收线圈包裹在内。
可选的，所述无线充电接收器由内至外依次设置圆形导磁棒、接收线圈和橡胶保护套；所述无线充电发射器为空心圆柱体结构，外壁为导磁体，内壁绕制发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，发射线圈的绕线包裹接收线圈的绕线及导磁棒。
可选的，所述无线充电接收器内和所述无线充电发射器内部均包含相同尺寸的空心圆柱导磁体，还包含由所述导磁体包裹的接收线圈和发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，两个导磁体将接收线圈和发射线圈紧密包裹。
可选的，所述无线充电接收器为管状结构，外壁绕制接收线圈；所述无线充电发射器为空心圆柱体结构，内壁为橡胶，外壁绕制发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，接收线圈和发射线圈为同轴圆柱体。
可选的，所述无线充电发射器和所述无线充电接收器还包括射频发射模块和射频接收模块，用于传输所述无线充电发射器和所述无线充电接收器之间的通信数据。
本实施例的技术方案，通过在电动自行车的握把处设置管状结构的无线充电接收器，在无线充电的充电桩对应的设置为筒状结构的无线充电发射器，无线充电发射器与无线充电接收器配合使用，对电动自行车进行无线充电；解决了电动自行车发射器和接收器的体积和成本较高，以及电动自行车与发射线圈需要人为对位的问题，达到了以较小的改动方式提高电动自行车无线充电的易用性，降低成本、使用便捷、可靠性高的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种电动自行车无线充电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种无线充电发射器和无线充电接收器的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种无线充电发射器和无线充电接收器的电路结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的另一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的再一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电动自行车无线充电装置的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的一种电动自行车充电装置的无线充电发射器和无线充电接收器的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的一种无线充电发射器和无线充电接收器的电路结构示意图。
如图1所示，一种电动自行车无线充电装置，包括电动自行车1和对所述电动自行车1进行无线充电的充电桩2；所述电动自行车1包括无线充电接收器110、控制器120、充电电池130及动力驱动140；所述充电桩2包括无线充电发射器210和控制盒220；
所述无线充电接收器110设置为管状结构，设置于所述电动自行车1的握把，所述无线充电发射器210设置为筒状结构，所述无线充电发射器210与所述无线充电接收器110配合使用；所述控制盒220与所述无线充电发射器210连接，用于对所述无线充电发射器210进行供电和控制；所述无线充电接收器110与所述充电电池电130连接，用于根据所述无线充电发射器210发出的电磁波产生感应电动势对所述充电电池130供电；
所述控制器120用于控制所述充电电池130对所述动力驱动140供电并控制所述动力驱动140工作。
电动自行车以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。主要由导向系统、驱动系统、制动系统组成；导向系统包括车把、前叉、前轴、前轮等部件，驱动系统包括脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件，制动系统包括车闸部件。
本实施例将无线充电接收器110设置于电动自行车1的把手处，设置为管状结构，图1和图2中图示以左把手为例，充电桩2的无线充电发射器210对应的设置为筒状结构，在使用充电桩2对电动自行车1充电时，将无线充电发射器210与无线充电接收器110嵌套配合使用，使之形成无线充电发射器210与无线充电接收器110精确对准且强耦合的状态；充电桩2的控制盒220通过连接线230对无线充电发射器210供电，并对无线充电发射器210进行控制，无线充电接收器110接收无线充电发射器210发出的电磁波从而产生感应电动势，通过连接线150对所述充电电池130进行充电；无线充电接收器110通过把手固定环160固定车把手上；在用户骑行电动自行车1时，通过操作控制面板或拧动带有控制器120的把手，控制器120控制所述充电电池130对所述动力驱动140供电，并根据用户的输入或操作控制所述动力驱动140按预设速度带动后轮转动，从而电动自行车1前行。
由于无线充电接收器110设置于把手处，不需要另外配置充电转接线，且无线充电发射器210与无线充电接收器110形状简单、匹配操作简单，简化了使用充电桩2对电动自行车1进行无线充电的操作；同时，在现有自行车上增加或改装为上述具有无线充电功能的无线充电接收器110，只需要将把手一侧更改为带有无线充电接收线圈的把手，对车辆结构模具和外观改动小；由于市面上的电动自行车1均有统一尺寸的把手，因此对应设置无线充电发射器210的充电桩2的兼容性也会大大提高。
如图1和图3所示，可选的，所述控制盒220内设置发射控制电路240；所述无线充电发射器210包括：发射线圈211，所述发射控制电路240包括：第一整流滤波电路241、第一谐振变换电路242和第一微处理器243；
所述第一整流滤波电路241与外部电源250和所述第一谐振变换电路242电连接，用于将外部电源250提供的交流电整流滤波为平滑的直流电，并将所述直流电传输至所述第一谐振变换电路242；
所述第一谐振变换电路242与所述第一微处理器243和所述发射线圈211电连接，所述第一谐振变换电路242根据所述第一微处理器243的控制信号驱动所述发射线圈211产生交变电流。
将电动自行车与充电桩通过无线充电接收器与无线充电发射器连接后，充电桩内部的第一整流滤波电路241将外部电源250提供的交流整流滤波变成平滑的直流电，该直流电直接给第一谐振变换电路242提供电源；在对电动自行车进行充电时，与第一谐振变换电路242连接的第一微处理器243产生控制信号，控制第一谐振变换电路242驱动发射线圈211产生交变的电流信号，从而在发射线圈211的周围产生交变磁场。其中，保持第一谐振变换电路242的振荡频率与无线充电发射器210的固有频率一致，此时，发射线圈211会在空间产生最大的交变磁场。
可选的，所述发射控制电路240还包括第一调制解调电路244；
所述第一调制解调电路244与所述第一微处理器243和所述发射线圈211电连接，用于将通信数据加载至所述发射线圈211进行发送，并且通过所述发射线圈211接收反馈数据。
第一调制解调电路244与所述第一微处理器243和所述发射线圈211电连接，第一调制解调电路244为充电桩的通信部分，用来将通信数据加载至所述发射线圈211并发送给电动自行车的接收器，同时通过发射线圈211接收并解析电动车的反馈数据。
参考图3，可选的，所述电动自行车1还包括接收控制电路170，所述无线充电接收器110包括：接收线圈111，所述接收控制电路170包括：第二整流滤波电路171和接收补偿电容172；
所述接收线圈111与所述接收补偿电容172电连接，用于产生感应电动势，并经过所述接收补偿电容172输出高频交流电；
所述第二整流滤波电路171与所述接收补偿电容172和所述控制器120电连接，用于对产生的高频交流电进行整流滤波处理获得预设幅值的直流电压信号，并通过所述控制器120与所述充电电池130电连接，所述控制器120用于控制所述充电电池130充电回路的通断。
接收控制电路170与控制器120、可充电电池共同设置于电池仓内，电池仓设置于电动自行车脚踏板下的封闭空间；无线充电接收器110中的接收线圈111在发射线圈211的交变磁场的作用下产生交变的感应电动势从而产生感应电流，并与接收补偿电容172产生与无线充充发射器210频率相同的振荡。当接收补偿电容172与接收线圈111形成谐振电路，使得电动自行车的无线充电接收器110产生的振荡与无线充充发射器210的振荡频率一致时，电磁感应在无线充电接收器110中产生最大的电能吸收效率，此时电力传输效率最高。接收补偿电容172与第二整流滤波电路171连接，进行整流滤波处理，获得预设幅值的直流电压信号，所述预设幅值为电动自行车技术参数规定。第二整流滤波电路171通过控制器120与电池连接，由控制器120根据用户操作或程序设定来控制电池充电回路通断，从而实现电动自行车的无线充电功能。
可选的，所述接收控制电路170还包括第二微处理器173和第二调制解调电路174；
所述第二调制解调电路174与所述接收线圈111和第二微处理器173电连接，用于对所述接收线圈111接收的通信数据解析并传输至所述第二微处理器173，并且发送反馈数据。
第二调制解调电路174与接收线圈111和第二微处理器173电连接，第二调制解调电路174为自动电动车的通信部分，用于将第二微处理器173的通信数据通过接收线圈111输出至充电桩的控制器，同时还用于将通过接收线圈111接收的充电桩的通信数据进行解析，并传输至第二微处理器173进行处理。
在上述实施例中，将无线充电发射器中的第一微处理器与发射线圈分离，第一微处理器与发射线圈之间通过导线连接，使得发射线圈部分小巧灵活且安全性高；同样，接收线圈设置在车把处，引出导线连接至电动自行车车体上的电池仓，与可充电电池、第二微处理器以及控制器连接，减小接受线圈部分体积。
在上述实施例的基础上，可选的，所述无线充电发射器和所述无线充电接收器还包括射频发射模块和射频接收模块，用于传输所述无线充电发射器和所述无线充电接收器之间的通信数据。
无线充电发射器和无线充电接收器之间的通信方式可使用单独的射频模块或者声光信号。
本实施例的技术方案，通过在电动自行车的握把处设置管状结构的无线充电接收器，在无线充电的充电桩对应的设置为筒状结构的无线充电发射器，无线充电发射器与无线充电接收器配合使用，对电动自行车进行无线充电；解决了电动自行车发射器和接收器的体积和成本较高，以及电动自行车与发射线圈需要人为对位的问题，达到了以较小的改动方式提高电动自行车无线充电的易用性，降低成本、使用便捷、可靠性高的效果。
实施例二
图4为本发明实施例二提供的一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图；图5为本发明实施例二提供的另一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图；图6为本发明实施例二提供的再一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图。
在上述实施例的基础上，如图4所示，可选的，所述无线充电接收器110的一端为中空结构，所述无线充电接收器110由内至外依次设置接收线圈111和橡胶保护套180；充电时将无线充电发射器210套入无线充电接收器110，所述无线充电发射器210的圆环导磁体260将发射线圈211和接收线圈111包裹在内。
电动自行车在充电时，无线充电接收器110和无线充电发射器210嵌合，所述发射线圈211插入所述接收线圈111中心孔内，无线充电发射器210的圆环导磁体260增强发射线圈211的磁通量，同时增强接收线圈111的磁通量，提高充电效率，无线充电接收器110中设置橡胶保护套180对接收线圈111进行保护，防水、防尘、防漏电；把手固定环160将无线充电接收器110固定在车把手上。
在上述实施例的基础上，一替代实施例，如图5所示，可选的，所述无线充电接收器110由内至外依次设置圆形导磁棒190、接收线圈111和橡胶保护套180；所述无线充电发射器210为空心圆柱体结构，外壁为导磁体260，内壁绕制发射线圈211；当无线充电发射器210套入无线充电接收器110时，发射线圈211的绕线包裹接收线圈111的绕线及导磁棒190。
电动自行车在充电时，无线充电接收器110和无线充电发射器210嵌合，无线充电接收器110圆形导磁棒190增强接收线圈111的磁通量，无线充电发射器210外壁的导磁体260增强发射线圈211和接收线圈111的磁通量，提高充电效率，无线充电接收器110中设置橡胶保护套180对接收线圈111进行保护，防水、防尘、防漏电；把手固定环160将无线充电接收器110固定在车把手上。
在上述实施例的基础上，一替代实施例，如图6所示，可选的，所述无线充电接收器110内和所述无线充电发射器210内部均包含相同尺寸的空心圆柱导磁体(260和190)，还包含由所述导磁体包裹的接收线圈111和发射线圈211；当无线充电发射器210套入无线充电接收器110时，两个导磁体(260和190)将接收线圈111和发射线圈211紧密包裹。
电动自行车在充电时，无线充电接收器110和无线充电发射器210嵌合，无线充电接收器110的空心圆柱导磁棒190增强接收线圈111的磁通量，无线充电发射器210的空心圆柱导磁体260增强发射线圈211的磁通量，提高充电效率，无线充电接收器110中设置橡胶保护套180对接收线圈111进行保护，防水、防尘、防漏电；把手固定环160将无线充电接收器110固定在车把手上。
实施例三
图7为本发明实施例三提供的一种无线充电接收器和无线充电发射器的结构示意图。
在上述实施例的基础上，无线充电接收器110和无线充电发射器210中至少一个包含磁芯；而本实施例提供的不包含磁芯的两个螺线管结构也能实现以上功能。
如图6所示，可选的，所述无线充电接收器210为管状结构，内壁为橡胶保护套270，外壁绕制接收线圈211；所述无线充电发射器110为空心圆柱体结构，内壁为橡胶保护套180，外壁绕制发射线圈111；当无线充电发射器210套入无线充电接收器110时，接收线圈111和发射线圈211为同轴圆柱体。
电动自行车在充电时，无线充电接收器110和无线充电发射器210嵌合，无线充电发射器210的发射线圈211的在外部电源的作用下产生磁场；磁感线作用于无线充电接收器110的接收线圈111，通过互感产生感应电动势，无线充电接收器110中设置橡胶保护套180对接收线圈111进行保护，防水、防尘、防漏电；把手固定环160将无线充电接收器110固定在车把手上。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电动自行车无线充电装置，其特征在于，包括电动自行车和对所述电动自行车进行无线充电的充电桩；所述电动自行车包括无线充电接收器、控制器、充电电池及动力驱动；所述充电桩包括无线充电发射器和控制盒；
所述无线充电接收器设置为管状结构，设置于所述电动自行车的握把，所述无线充电发射器设置为筒状结构，所述无线充电发射器与所述无线充电接收器配合使用；所述控制盒与所述无线充电发射器连接，用于对所述无线充电发射器进行供电和控制；所述无线充电接收器与所述充电电池电连接，用于根据所述无线充电发射器发出的电磁波产生感应电动势对所述充电电池供电；
所述控制器用于控制所述充电电池对所述动力驱动供电并控制所述动力驱动工作。
2.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述控制盒内设置发射控制电路；所述无线充电发射器包括：发射线圈，所述发射控制电路包括：第一整流滤波电路、第一谐振变换电路和第一微处理器；
所述第一整流滤波电路与外部电源和所述第一谐振变换电路电连接，用于将外部电源提供的交流电整流滤波为平滑的直流电，并将所述直流电传输至所述第一谐振变换电路；
所述第一谐振变换电路与所述第一微处理器和所述发射线圈电连接，所述第一谐振变换电路根据所述第一微处理器的控制信号驱动所述发射线圈产生交变电流。
3.根据权利要求2所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述发射控制电路还包括第一调制解调电路；
所述第一调制解调电路与所述第一微处理器和所述发射线圈电连接，用于将通信数据加载至所述发射线圈进行发送，并且通过所述发射线圈接收反馈数据。
4.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述电动自行车还包括接收控制电路，所述无线充电接收器包括：接收线圈，所述接收控制电路包括：第二整流滤波电路和接收补偿电容；
所述接收线圈与所述接收补偿电容电连接，用于产生感应电动势，并经过所述接收补偿电容输出高频交流电；
所述第二整流滤波电路与所述接收补偿电容和所述控制器电连接，用于对产生的高频交流电进行整流滤波处理获得预设幅值的直流电压信号，并通过所述控制器与所述充电电池电连接，所述控制器用于控制所述充电电池充电回路的通断。
5.根据权利要求4所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述接收控制电路还包括第二微处理器和第二调制解调电路；
所述第二调制解调电路与所述接收线圈和第二微处理器电连接，用于对所述接收线圈接收的通信数据解析并传输至所述第二微处理器，并且发送反馈数据。
6.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述无线充电接收器的一端为中空结构，所述无线充电接收器由内至外依次设置接收线圈和橡胶保护套；充电时将无线充电发射器套入无线充电接收器，所述无线充电发射器的圆环导磁体将发射线圈和接收线圈包裹在内。
7.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述无线充电接收器由内至外依次设置圆形导磁棒、接收线圈和橡胶保护套；所述无线充电发射器为空心圆柱体结构，外壁为导磁体，内壁绕制发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，发射线圈的绕线包裹接收线圈的绕线及导磁棒。
8.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述无线充电接收器内和所述无线充电发射器内部均包含相同尺寸的空心圆柱导磁体，还包含由所述导磁体包裹的接收线圈和发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，两个导磁体将接收线圈和发射线圈紧密包裹。
9.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述无线充电接收器为管状结构，外壁绕制接收线圈；所述无线充电发射器为空心圆柱体结构，内壁为橡胶，外壁绕制发射线圈；当无线充电发射器套入无线充电接收器时，接收线圈和发射线圈为同轴圆柱体。
10.根据权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述无线充电发射器和所述无线充电接收器还包括射频发射模块和射频接收模块，用于传输所述无线充电发射器和所述无线充电接收器之间的通信数据。
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