CN113922521B - 多向多负载无线充电耦合装置及充电桩 - Google Patents

多向多负载无线充电耦合装置及充电桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多向多负载无线充电耦合装置及充电桩，耦合装置包括安装盘，固定设置于安装盘中心孔上的管状结构，以及转动设置于安装盘盘面上的环状结构，所述环状结构非接触式嵌套于所述管状结构外且在其外环面圆周均匀开设有若干个充电仓，其中：在所述管状结构的外管壁设置有能量发射线圈；在所述环状结构的内环面设置有中继接收线圈；在每个所述充电仓中还设置有中继发射子线圈。本发明首先提供一种多向多负载无线充电耦合装置，采用旋转式结构，方便电池存取，同时无需配置导电柱，加工要求低，减少了制造和维护成。基于前述多向多负载无线充电耦合装置，本发明还提供了一种充电桩。

Description

多向多负载无线充电耦合装置及充电桩
技术领域
本发明涉及无线能量传输技术，具体地说，涉及一种多向多负载无线充电耦合装置及充电桩。
背景技术
能源在当今高速发展社会中是一种趋之若鹜的珍宝。能源的消耗与经济发展的正比关系已经成为一条常识刻入每个人的潜意识。然而能源的消耗随着我国经济的爆发增长更显得特别珍稀。利用新能源的交通工具由于其对环境友好、能源来源广泛等近来越来越受到重视。对于以电作为动力能源的交通工具，例如电动汽车，需要配套的电池和电池的充电装置，才能使其更为大范围推广。
现有技术中，大部分的可互换电池充装置为固定多单元柜式充电装置，每个充电单元为空格式结构，在给电池充电时，需将每组电池分别推进对应的单元空格，并确保单元空格中的充电接头插入电池的充电接口中。
然而，为了在推入电池时充电接头和充电接口能够一次插接成功，对于电池的尺寸参数、单元空格尺寸参数、充电接口尺寸参数以及存在接头尺寸参数均存在较高的要求；此外，充电接头一般固定安装在单元空格中，电池频繁取放易造成接头变形，导致接头与充电接口不能导通，不仅易引发电池无法充电的故障，而且接头维护和更换也比较困难。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种多向多负载无线充电耦合装置，采用旋转式结构，方便电池存取，同时无需配置导电柱，加工要求低，减少了制造和维护成。基于前述多向多负载无线充电耦合装置，本发明还提供了一种充电桩。
为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种多向多负载无线充电耦合装置，其关键在于，包括安装盘，固定设置于安装盘中心孔上的管状结构，以及转动设置于安装盘盘面上的环状结构，所述环状结构非接触式嵌套于所述管状结构外且在其外环面圆周均匀开设有若干个充电仓，其中：在所述管状结构的外管壁设置有能量发射线圈；在所述环状结构的内环面设置有中继接收线圈；在每个所述充电仓中还设置有中继发射子线圈；充电状态下，所述能量发射线圈与所述中继接收线圈构成一级耦合机构，所述中继发射子线圈与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构。
更进一步地，在所述安装盘的盘面上设置有环形的轨道，在所述环状结构的底部设置有若干个与所述轨道配合的滚珠。
更进一步地，所述能量发射线圈和所述中继接收线圈均为管式螺旋线圈，所述中继发射子线圈为平面螺旋线圈。
更进一步地，在所述环状结构的内环面与所述中继接收线圈之间还设置有圆环状的第一磁芯。
更进一步地，在所述充电仓的仓底与所述中继发射子线圈之间还垫设有平板状的第二磁芯。
更进一步地，所述管状结构与所述安装盘一体成型且为永磁体材料构成。
基于前文描述的多向多负载无线充电耦合装置，本发明还公开了一种充电桩，其关键在于，包括底座以及竖立于底座上的立柱，在所述立柱上套接有至少一个如前文所述的多向多负载无线充电耦合装置。
更进一步地，在所述立柱的外侧壁与每个所述管状结构的内管壁之间设置有用于限制二者相对转动的限位结构。
更进一步地，所述限位结构包括相互适配的限位凸楞和限位卡槽。
更进一步地，所述限位凸楞竖向设置于所述立柱的外侧壁，所述限位卡槽竖向开设于所述管状结构的内管壁，所述立柱的形状与所述管状结构的管腔形状相适应。
本发明的显著效果是：
1、本发明采用无线耦合的充电方式替代传统的插接式充电方式，无需在充电仓中设置接口或接头结构，装配的要求较低，电路布置更加简单；
2、本发明采用旋转式结构，不仅方便电池的取放，而且能够通过一段扇形的过渡区间隔断相邻两个充电仓的相互串扰，同时在充电的过程中有利于电池散热；
3、在充电过程中，由于能量发射线圈与中继接收线圈构成一级耦合机构，中继发射子线圈与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构，因此通过一个中继发射线圈即可实现同时为多个负载供电，不仅节省了大量电器元件，降低了制造和维护成本，而且更易操控，功率也更加稳定；
4、本发明可利用不同数量的无线充电耦合装置和立柱组成适用于不同应用场景的充电桩，充电仓的数量可以自由选择，从而避免一些充电仓长期空置，应用范围广泛，有利于节省投放成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为实施例一中无线充电耦合装置的结构示意图；
图2为实施例一中无线充电耦合装置的立体图；
图3为实施例一中充电桩的装配示意图；
图4为实施例一中充电桩的立体图；
图5为本发明具体实施例中无线充电耦合装置的电路原理图。
图中标注：1-安装盘、2-管状结构、3-环状结构、4-充电仓、5-能量发射线圈、6-中继接收线圈、7-中继发射子线圈、8-轨道、9-滚珠、10-第一磁芯、11-第二磁芯、12-底座、13-立柱、14-限位凸楞、15-限位卡槽。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明的第一种实施例：一种多向多负载无线充电耦合装置，包括安装盘1，固定设置于安装盘1中心孔上的管状结构2，以及转动设置于安装盘1盘面上的环状结构3，所述环状结构3非接触式嵌套于所述管状结构2外且在其外环面圆周均匀开设有若干个充电仓4，其中：在所述管状结构2的外管壁设置有能量发射线圈5；在所述环状结构3的内环面设置有中继接收线圈6；在每个所述充电仓4中还设置有中继发射子线圈7；充电状态下，所述能量发射线圈5与所述中继接收线圈6构成一级耦合机构，所述中继发射子线圈7与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构。
利用其组成无线充电系统时，在能量发射线圈5上连接有一级能量发射电路，在中继接收线圈6上连接有中继补偿电路，在中继发射子线圈7上连接有二级能量发射电路。作为优选，为了确保充电过程中电池能够有效散热，在相邻两个充电仓4之间的环状结构3中开设有散热腔，所述散热腔的底部还可以开设有散热孔(图中未示出)。
从图2可以看出，为了方便用户切换不同的充电仓4，在所述安装盘1的盘面上设置有环形的轨道8，在所述环状结构3的底部设置有若干个与所述轨道8配合的滚珠9。
如图1所示，具体实施时，为了使装置的结构更加紧凑，所述能量发射线圈5和所述中继接收线圈6均为管式螺旋线圈，所述中继发射子线圈7为平面螺旋线圈。为了增大无线传输的效率，控制无线传输的方向，在所述环状结构3的内环面与所述中继接收线圈6之间还设置有圆环状的第一磁芯10。在所述充电仓4的仓底与所述中继发射子线圈7之间还垫设有平板状的第二磁芯11。所述管状结构2与所述安装盘1一体成型且为永磁体材料构成。
请参阅图3和图4，基于前文描述的结构，本实施例还公开了一种充电桩，包括底座12以及竖立于底座12上的立柱13，在所述立柱13上套接有至少一个如前文所述的多向多负载无线充电耦合装置。
如图3所示，具体实施时，为了在用户转动环状结构3时避免安装盘1沿立柱13轴向转动，在所述立柱13的外侧壁与每个所述管状结构2的内管壁之间设置有用于限制二者相对转动的限位结构。所述限位结构包括相互适配的限位凸楞14和限位卡槽15。所述限位凸楞14竖向设置于所述立柱13的外侧壁，所述限位卡槽15竖向开设于所述管状结构2的内管壁，所述立柱13的形状与所述管状结构2的管腔形状相适应。
为了进一步理解本发明的电路工作原理，假设充电仓4为3个，系统的电路结构可以按图5所示设计，负载1、负载2、负载3对应为3个带有无线能量接收线圈的可充电电池，可以放入充电仓中进行无线充电，T1对应为能量发射线圈5与中继接收线圈6构成一级耦合机构，T2、T3、T4对应为3个充电仓4中的中继发射子线圈7与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构，中继发射子线圈采用串联方式，通过配置相应的补偿电路，利用一个逆变器即可实现多向多负载无线充电需求。
综上所述，本发明采用无线耦合的充电方式替代传统的插接式充电方式，无需在充电仓4中设置接口或接头结构，装配的要求较低，电路布置更加简单；本发明采用旋转式结构，不仅方便电池的取放，而且能够通过一段扇形的过渡区间隔断相邻两个充电仓4的相互串扰，同时在充电的过程中有利于电池散热；在充电过程中，由于能量发射线圈5与中继接收线圈6构成一级耦合机构，中继发射子线圈7与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构，因此通过一个中继发射线圈即可实现同时为多个负载供电，不仅节省了大量电器元件，降低了制造和维护成本，而且更易操控，功率也更加稳定；本发明可利用不同数量的无线充电耦合装置和立柱13组成适用于不同应用场景的充电桩，充电仓4的数量可以自由选择，从而避免一些充电仓4长期空置，应用范围广泛，有利于节省投放成本。
最后需要说明的是，以上所揭露的技术方案仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种充电桩，其特征在于，包括底座以及竖立于底座上的立柱，在所述立柱上套接有至少一个多向多负载无线充电耦合装置，所述多向多负载无线充电耦合装置包括安装盘，固定设置于安装盘中心孔上的管状结构，以及转动设置于安装盘盘面上的环状结构，所述环状结构非接触式嵌套于所述管状结构外且在其外环面圆周均匀开设有若干个充电仓，其中：在所述管状结构的外管壁设置有能量发射线圈；在所述环状结构的内环面设置有中继接收线圈；在每个所述充电仓中还设置有中继发射子线圈；充电状态下，所述能量发射线圈与所述中继接收线圈构成一级耦合机构，所述中继发射子线圈与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构。
2.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，在所述立柱的外侧壁与每个所述管状结构的内管壁之间设置有用于限制二者相对转动的限位结构。
3.如权利要求2所述的充电桩，其特征在于，所述限位结构包括相互适配的限位凸楞和限位卡槽。
4.如权利要求3所述的充电桩，其特征在于，所述限位凸楞竖向设置于所述立柱的外侧壁，所述限位卡槽竖向开设于所述管状结构的内管壁，所述立柱的形状与所述管状结构的管腔形状相适应。
5.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，在所述安装盘的盘面上设置有环形的轨道，在所述环状结构的底部设置有若干个与所述轨道配合的滚珠。
6.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述能量发射线圈和所述中继接收线圈均为管式螺旋线圈，所述中继发射子线圈为平面螺旋线圈。
7.如权利要求1所述的充电桩，其特征在于，在所述环状结构的内环面与所述中继接收线圈之间还设置有圆环状的第一磁芯。
8.如权利要求7所述的充电桩，其特征在于，在所述充电仓的仓底与所述中继发射子线圈之间还垫设有平板状的第二磁芯。
9.如权利要求8所述的充电桩，其特征在于，所述管状结构为永磁体材料构成。
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