CN207184120U - 一种非接触移动式电动车辆充电装置和充电设施 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触移动式电动车辆充电装置和充电设施，该装置是基于直线滑差感应电机的原理而构成，包括铺设在路面下的定子部分和安装在电动车辆底部的动子部分，定子部分包括定子、定子变频电源、变频电源控制器，定子包括定子铁心支架、定子三相绕组、定子铁心，动子部分包括动子、动子控制器、AC/DC变换器、动力电池、主驱动电机、直流母线，动子包括动子支架、动子三相绕组、动子铁芯。通过变频电源的控制和AC/DC变换器的闭环控制，可以实现车载电池的快速充电和车辆驱动的灵活控制，不需要人工操作，安全高效，不占用地面空间，可在各种路面上应用，车辆在充电区域内静止或移动均可以充电。

Description

一种非接触移动式电动车辆充电装置和充电设施

技术领域

本实用新型涉及电动载具的充电装置，具体为一种非接触移动式电动车辆充电装置和充电设施。

背景技术

目前受能源危机与环境恶化的双重影响，很多国家都已出台政策大力支持电动电动汽车的发展，然而电动汽车的充电技术一直是制约电动汽车发展的一个瓶颈。目前，主要采用的是地面固定式充电模式，在地面建立固定的充电桩或充电站，这种方案不仅占用空间，而且电动汽车在充电时需要停车或排队，充电效率不高。

另外，随着科技与社会的发展与劳动力成本的上升，工厂自动化需求也不断增大，尤其是在仓储物流行业中，AGV(自动导引运输车)这样设备越来越多，目前这类设备基本使用电池驱动，这就导致AGV不能不间断工作，而且电池用完后会消耗较长的时间充电，不能将自动化设备的优势充分发挥，降低了设备的工作效率。

目前，申请号为201210381720.8公开了一种电动汽车三相无线充电系统及其充电方法，属于无线电能传输系统及方法。无线充电系统由原边供电装置、副边充电装置和数字控制单元构成，原边供电装置安装在地面下，数字控制单元的输出端与原边供电装置连接，副边充电装置安装在汽车上；原边供电装置中的磁能发射阵列式线圈上串联连接有线圈电流检测单元；线圈电流检测单元的输出端与数字控制单元的输入端连接。优点：设置原边磁能发射机构由矩阵阵列式线圈组成，在大范围内保证电动汽车可靠的充电；设置原边阵列式线圈绕向，避免了副边线圈拾取电压的零点；每个时刻只有与副边拾取线圈最接近的三个两两毗邻的原边线圈组成的供电小组供电，避免了其他线圈运行在空载模式，提高了整体系统的效率。

上述无线充电系统是基于变压器的原理，汽车与原边磁能发射阵列式线圈之间的位置是固定的，一旦汽车驶离该区域则与原边磁能发射阵列式线圈之间的距离增大，其磁感应急剧下降，因此汽车无法驾驶离开充电区域，导致电动车充电的局限性。必须要求车辆静止，才能保证充电的效率和速度。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于直线滑差感应电机原理的非接触移动式电动车辆充电装置，在地面下的定子部分中通以三相变频电源，在地面上产生移动的电磁场，当电动车辆行进在路面上时，就在电动车辆底部的动子线圈中产生感应交流电，通过AC/DC变换器把交流电动势转换为直流电给电池充电。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

方案一：一种非接触移动式电动车辆充电装置，包括铺设在路面下的定子部分和安装在电动车辆底部的动子部分，所述定子部分包括定子、给定子提供频率可变电源的定子变频电源、控制定子变频电源的定子变频电源控制器，所述定子包括定子铁心支架、定子三相绕组、定子铁心，所述定子变频电源与定子变频电源控制器耦接，所述定子铁心支架用于固定定子铁心，所述定子三相绕组对称分布缠绕在定子铁心上，所述定子三相绕组与定子变频电源耦接，

所述动子部分包括动子、动子控制器、AC/DC变换器、动力电池、主驱动电机、直流母线，所述动子包括动子支架、动子三相绕组、动子铁芯，所述动子铁心通过动子支架固定在电动车辆的底部，动子三相绕组对称分布缠绕在动子铁心上，动子三相绕组的出线端固定连接到AC/DC变换器的输入端，AC/DC变换器的输出端通过直流母线与动力电池、主驱动电机耦接，所述的动子控制器与AC/DC变换器、动力电池、主驱动电机耦接，所述定子在定子变频电源供电时，定子上产生行进的电磁场，所述动子与行进的电磁场之间有相对运动时，就在所述动子三相绕组中产生感应交流电，所述AC/DC变换器用于将动子三相绕组中产生的感应交流电转换成直流电，为动力电池和主驱动电机提供电能，所述动力电池用于储能，也可以用于向车辆上的其它用电设备供电，所述主驱动电机用于驱动电动车辆行驶，所述动子控制器用于对AC/DC变换器、动力电池和主驱动电机进行协调控制。

其中，定子三相绕组产生的磁场是高速移动的磁场，远超于现有载具的正常移动速度，因此无论电动载具如何移动，动子三相绕组内一直都会有感应交流电产生，所以无论载具是否移动，都可以充电。

其工作原理是：当装有动子三相绕组的电动车辆行驶在铺设有本实用新型所述的定子部分的地面上时，就在动子绕组中产生感应交流电，这个感应交流电是交流的，交流感应交流电经过AC/DC变换器变换成为直流电，在控制电路的控制下，实现对动力电池的充电；同时动子三相绕组中的电流与移动的磁场相互作用产生动子电磁力，动子电磁力与主驱动电机的驱动力形成合力驱动车辆向前移动；当动子电磁力足够大时，可以关闭主驱动电机，仅由动子电磁力驱动车辆向前移动。

其中，电磁场行进的速度为V2＝2f，其中为行进电磁场的极距，f为变频电源的频率。当电动车辆行进在这段路面上时，行进的电磁场切割电动车辆底部的动子线圈，产生感应电动势，感应电动势通过AC/DC变换器变成直流，实现对电池的充电。

电磁场的前进速度V2与电动车辆的前进速度V1形成了速度差，即滑差。动子感应电动势的大小和频率与滑差成正比，因而可以通过变频电源频率与电动车辆的前进速度来控制滑差，进而控制电能转换的大小和电池充电的速率。

根据运动距离的长短，所述的定子可以是一组，也可以为多组，同时，根据电动车辆的需要，所述的动子可以是一组，也可以为多组。

优选的，所述动子与定子之间的距离小于5厘米，使动子与行进的电磁场之间有相对运动时，动子三相绕组中产生感应交流电的效率较高。

优选的，所述动子部分设有控制所述动子上下升降的升降控制器和升降驱动器，所述的动子支架上设有导轨，所述动子可沿支架导轨上下移动，所述升降控制器和升降驱动器耦接，所述升降控制器用于控制升降驱动器，所述升降驱动器驱动动子沿支架导轨上下移动。动子部分可以上下调节可以使车辆行驶在充电路面时，自动调节动子的高度，以确保定子与动子之间的间隙在5厘米范围，而不致使动、定子之间的间隙过大，影响电磁感应的效果；当车辆驶离充电路面时，动子自动上升到正常高度。

优选的，铺设定子绕组的路面凸出水平面0.5-10厘米。这样做的目的是为了当车辆行驶在充电路面时，确保车辆能够行驶在定子绕组的上面，而不致发生偏离，同时也可保证定子绕组与动子绕组之间的间隙在5厘米之内，减小磁场的漏磁。

优选的，所述的AC/DC变换器包括由二极管D1-D6所组成的整流器，其输入侧连接到动子线圈的输出端，其输出侧为整流后的直流电压，接到由电感L0和电容C0组成的LC滤波器的输入侧，LC滤波器的输出侧连接到直流斩波器T0输入侧，直流斩波器输出端接到动力电池的两端，对动力电池进行充电，同时直流斩波器输出端也连接到由开关管T1-T6组成的逆变器的输入端，由开关管T1-T6组成的逆变器的输出端连接到主驱动电机的输入端，对主驱动电机供电。

另外，中国电瓶车规模也非常庞大，本方案也适用于电瓶车、平衡车等电动助力车辆，只要将动子部分置于电动助力车辆上并与匹配的埋于路面之下的定子协作即可。

与现有技术相比，采用了上述非接触移动式电动车辆充电装置，具有如下有益效果：

1、定子铁心和定子线圈铺设在路面下，实现了电动车辆在行进过程中的非接触、不停车充电，节省了充电时间，提高了电动车辆的工作效率，同时也允许停车充电；

2、因为可以及时充电，所以可以减小电池的体积和重量，进而减少电池污染；

3、电能是通过动子线圈的滑差电磁感应由定子传输到动子上，再由动子线圈经过AC/DC变换器，充电到动力电池里，免去了地面固定式充电桩充电时电缆或充电枪或电池的拆装；

4、电磁场的前进速度V2与电动车辆的前进速度V1形成了速度差，即滑差。动子感应电动势的大小和频率与滑差成正比，因而可以通过变频电源频率与电动车辆的前进速度来控制滑差，进而控制电能转换的大小和电池充电的速率。

方案二：一种非接触移动式电动车辆充电设施，包括道路、电驱动载具和上述充电装置，所述动子部分固定于载具底部，所述道路分为充电区域和非充电区域，所述定子部分固定于充电区域的道路下方。

通过将上述充电装置应用于道路，将其定子部分埋设在充电区域内，当带有动子部分的载具行驶在充电区域内时，定子与动子之间相互作用，动子内产生感应交流电，电动车辆在行进过程中实现非接触、不停车充电，节省了充电时间，提高了电动车辆的工作效率。

针对电动汽车，优选充电区域道路凸起形成凸台，凸台相对非充电区域向上凸起0.5-10厘米，凸台位于载具左右两侧的轮胎中部用于对载具行驶方向进行限制，确保电动汽车的动子可以实时保持位于充电区域内,该凸台可以是实心凸台,也可以是类似于铁轨一样的两个凸肋,只要凸起能够限制轮胎达到保持汽车位于充电区域即可。

为了更接近电动汽车上的动子，优选将感应区域内的定子设置在靠近载具底盘的凸台上表面。

本实用新型中的电动载具所指代的载具包括:电动汽车、电动助力车等常用的载人用具外，还可以是AGV(自动导引运输车)，可以通过上述充电装置和充电设施对AGV进行实时充电或特定工作区域内充电，避免断电无法工作和定点充电所消耗的时间。

附图说明

图1是本实用新型非接触移动式电动车辆充电装置的结构框图；

图2是本实用新型中定子部分的结构框图；

图3是本实用新型的定子的剖面图；

图4是本实用新型的动子部分的结构框图；

图5是本实用新型的动子部分的铁心和线圈结构图；

图6是本实用新型的动子的剖面图；

图7是本实用新型的动子AC/DC变换器电路框图；

图8是本实用新型的路基剖面图；

图9本实用新型的工作原理图。

附图标记：2、动子；3、定子；4、定子变频电源；5、定子变频电源控制器；6、铁芯支架；8、定子三相绕组；9、定子铁芯；10、动子控制器；12、AC/DC变换器；13、动力电池；14、主驱动电机；16、直流母线；17、动子支架；18、升降控制器；19、升降电机/升降驱动器；20、动子三相绕组；21、动子铁芯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图6所示的一种非接触移动式电动车辆充电装置，它是基于直线滑差感应电机的原理而构成，在结构上包括铺设在路面下的定子部分和安装在电动车辆底部的动子部分，定子部分包括定子3、给定子3提供频率可变电源的定子变频电源4、控制定子变频电源4的定子变频电源控制器5，所述定子3包括定子铁心支架6、定子三相绕组8和定子铁心9，所述定子变频电源4与定子变频电源控制器5耦接，所述定子铁心支架6用于固定定子铁心9，所述定子三相绕组8对称分布缠绕在定子铁心9上，所述定子三相绕组8与定子变频电源4耦接，

动子部分包括动子2、动子控制器10、AC/DC变换器12、动力电池13、主驱动电机14、直流母线16，所述动子2包括动子支架17、动子三相绕组20、动子铁芯21，所述动子铁心21通过动子支架17固定在电动车辆的底部，动子三相绕组20对称分布缠绕在动子铁心21上，动子三相绕组20的出线端固定连接到AC/DC变换器12的输入端，AC/DC变换器12的输出端通过直流母线16与动力电池13、主驱动电机14耦接，所述的动子控制器10与AC/DC变换器12、动力电池13、主驱动电机14耦接，所述动子部分设有控制所述动子2上下升降的升降控制器18和升降电机19，所述的动子支架17上设有导轨，所述动子2可沿支架导轨17上下移动，所述升降控制器18和升降电机19耦接，所述升降控制器18用于控制升降电机19，所述升降电机19驱动动子2沿支架导轨17上下移动。

其中，定子铁心9由厚度为小于0.5毫米的硅钢片分段冲片叠压而成，成型后呈矩形，在表面上有槽，槽口朝上，分段由定子铁心支架6支撑。定子三相绕组8对称分布嵌在定子铁心9的槽中，定子三相绕组8的出线端与定子变频电源4的输出端相接；

动子铁心21是由厚度为小于0.5毫米的硅钢片冲片叠压而成，叠压成型后呈矩形，由动子支架17固定在车辆的底部，动子铁心21的底面上有槽，槽口向下，动子三相绕组20对称分布嵌在动子铁心21的槽中。动子三相绕组20的出线端与AC/DC变换器12的输入端相接。

如图7所示，AC/DC变换器12包括由二极管D1-D6所组成的整流器，其输入侧连接到动子三相绕组20的输出端，其输出侧为整流后的直流电压，接到由电感L0和电容C0组成的LC滤波器的输入侧，LC滤波器的输出侧连接到直流斩波器T0输入侧，直流斩波器输出端接到动力电池13的两端，对动力电池13进行充电，同时直流斩波器输出端也连接到由开关管T1-T6组成的逆变器的输入端，由开关管T1-T6组成的逆变器的输出端连接到主驱动电机14的输入端，对主驱动电机14供电。

如图9所示，一种非接触移动式电动车辆充电装置的工作原理如下：

当安装有本实用新型所述的动子部分的电动车辆行驶在正常路面时，路面无磁场，关闭AC/DC电路，由动力电池13向主驱动电机14供电，电动车辆在主驱动电机14的驱动下，向前运动；当车辆行驶在铺设有本实用新型所述的定子部分的路面时，关闭主驱动电机14的电路，开启AC/DC电路，车辆移动速度V1和磁场移动速度V2存在速度差，也就是滑差，产生电磁感应功率，电磁功率分为两部分，一部分为滑差电功率经由AC/DC电路向动力电池13充电，另一部分在动子三相绕组20上产生的动子电磁力进而产生机械功率，驱动电动车辆移动。

本实用新型还提出一种非接触移动式电动车辆充电设施，包括道路、电驱动载具和上述的充电装置，动子部分固定于电动汽车底部，道路分为充电区域和非充电区域，定子部分固定于充电区域的道路下方。

充电区域道路凸起形成凸台，凸台位于载具左右两侧的轮胎中部用于对载具行驶方向进行限制，凸台相对非充电区域向上凸起0.5-10厘米,该汽车在行驶时,保持底盘对准凸台，对汽车行进的方向进行限制，使其底盘能够保持位于充电区域内。

定子位于凸起内，定子靠接凸台朝向载具动子的上表面，此时定子与固定在电动汽车底盘上的动子之间间距较小，其电传输效率相对要高很多。

以上所述使本实用新型的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种非接触移动式电动车辆充电装置，包括铺设在路面下的定子部分和安装在电动车辆底部的动子部分，其特征在于：

定子部分：

包括定子（3）、定子变频电源（4）、定子变频电源控制器（5）；所述定子（3），包括定子铁芯支架（6）、定子三相绕组（8）、定子铁芯（9），定子铁芯（9）固定于定子铁芯支架（6），所述定子三相绕组（8）对称分布缠绕在定子铁芯（9）上；

-定子变频电源（4），耦接定子三相绕组（8），用于向定子（3）的定子三相绕组（8）提供频率可变电源；

-定子变频电源控制器（5），耦接定子变频电源（4），控制定子变频电源（4）频率变化；

-定子三相绕组（8），用于接收电能并产生相对动子三相绕组（20）行进的电磁场；

动子部分：

包括动子（2）、动子控制器（10）、AC/DC变换器（12）、动力电池（13）、主驱动电机（14）、直流母线（16），所述动子（2）包括动子支架（17）、动子三相绕组（20）、动子铁芯（21），所述动子铁芯（21）通过动子支架（17）固定在电动车辆的底部，动子三相绕组（20）对称分布缠绕在动子铁芯（21）上，

-动子三相绕组（20），用于同行进的电磁场之间相对运动并产生感应交流电；

-AC/DC变换器（12）的输入端固定连接到动子三相绕组（20）的出线端，AC/DC变换器（12）的输出端通过直流母线（16）与动力电池（13）、主驱动电机（14）耦接，用于将动子三相绕组（20）中产生的感应交流电转换成直流电为动力电池（13）和主驱动电机（14）提供电能；

-动子控制器（10），与AC/DC变换器（12）、动力电池（13）、主驱动电机（14）均耦接，用于对AC/DC变换器（12）、动力电池（13）和主驱动电机（14）进行协调控制；

-动力电池（13），用于存储经AC/DC变换器（12）转化得到的电能；耦接主驱动电机（14），用于对主驱动电机（14）输出电能；

-主驱动电机（14），用于驱动电动车辆行驶。

2.根据权利要求1所述的非接触移动式电动车辆充电装置，其特征在于：所述动子（2）与定子（3）之间的距离小于5厘米。

3.根据权利要求2所述的非接触移动式电动车辆充电装置，其特征在于：所述动子部分设有控制所述动子（2）上下升降的升降机构。

4.根据权利要求3所述的非接触移动式电动车辆充电装置，其特征在于：所述升降机构包括升降控制器（18）、导轨和升降驱动器（19），

-导轨，用于动子（2）沿导轨上下移动；

-升降驱动器（19），连接动子（2），用于驱动动子（2）沿导轨进行移动；

-升降控制器（18），耦接升降驱动器（19），用于控制升降驱动器（19）的活动。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的非接触移动式电动车辆充电装置，其特征在于：所述的AC/DC变换器（12）包括由二极管D1-D6所组成的整流器，其输入侧连接到动子线圈的输出端，其输出侧为整流后的直流电压，接到由电感L0和电容C0组成的LC滤波器的输入侧，LC滤波器的输出侧连接到直流斩波器T0输入侧，直流斩波器输出端接到动力电池（13）的两端，对动力电池进行充电，同时直流斩波器输出端也连接到由开关T1-T6组成的逆变器的输入端，由开关管T1-T6组成的逆变器的输出端连接到主驱动电机（14）的输入端，对主驱动电机（14）供电。

6.一种非接触移动式电动车辆充电设施，其特征在于：包括道路、电驱动载具和权利要求1-4任意一项所述的充电装置，所述动子部分固定于载具底部，所述道路分为充电区域和非充电区域，所述定子部分固定于充电区域的道路下方。

7.根据权利要求6所述的非接触移动式电动车辆充电设施，其特征在于：所述充电区域道路凸起形成凸台，凸台位于载具左右两侧的轮胎中部用于对载具行驶方向进行限制，凸台相对非充电区域向上凸起0.5-10厘米。

8.根据权利要求7所述的非接触移动式电动车辆充电设施，其特征在于：所述定子位于凸起内，定子靠接凸台朝向载具动子的上表面。