CN207403593U - 一种凹陷式汽车无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种凹陷式汽车无线充电系统，包括设置在凹陷部(1)中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈(14)；所述的支撑平台包括底层活动平台(2)、上层活动平台(16)和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。本实用新型的凹陷式汽车无线充电系统架构简单，易于实施，实用便捷。

Description

一种凹陷式汽车无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种凹陷式汽车无线充电系统。

背景技术

随着电动汽车的蓬勃发展，充电设备的发展日益成为制约产业发展的瓶颈；现在流行的充电设备为充电桩，充电桩虽然具有充电快速的优点，但是其布置具有较大的缺陷，如影响停车，占用稀缺的位置，而且容易损坏。

另外，随着经济的发展，汽车的数量急剧增长，因此，车位也变得日益紧张，因此，许多车主购置车位锁锁住车位以防车位被其他车辆占用。

另外，除停车场之外，现有的很多车位使用率低，尤其是许多小区的车位，车主早上开车上班或外出办事后，车位就空置，直到车主返回才能被再次使用，因而基本上每天有将近8-10小时的空置时间，在这段时间内，车位没有被利用。

这种情况在城市的各个位置都存在，因此，造成大量的车位空置，同时，许多车辆又不得不停在路边或车库中，造成停车位紧张以及交通拥堵，从而形成一种较为普遍的停车难的社会问题。

因此，有必要设计一种新的汽车无线充电系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种凹陷式汽车无线充电系统，本实用新型的凹陷式汽车无线充电系统结构紧凑，易于实施，能对车辆进行无线充电，易于操作。

实用新型的技术解决方案如下：

一种凹陷式汽车无线充电系统，包括设置在凹陷部中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈；

所述的支撑平台包括底层活动平台、上层活动平台和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。

所述的升降机构为缸式升降机构或剪叉式升降机构。缸式升降机构为推杆式驱动机构，如采用气压缸或液压缸驱动。

纵向平移机构包括设置在凹陷部底部的导轨和第一齿条轨；

所述的导轨为2条；齿条轨为一条，齿条轨和导轨平行布置；

底层活动平台底部设有多个能在所述导轨上滚动的行走轮；行走轮为4个，一边2个。

底层活动平台的前端设有第一电机；第一电机的转轴上设有齿轮，齿轮与所述的第一齿条轨啮合；第一电机旋转时，能带动底层活动平台沿第一齿条轨纵向(前后)平移。

横向平移机构包括第二齿条轨和第二电机；第二齿条轨横向设置，所述的第二电机上层活动平台左端或右端；第二电机的转轴上设有与所述第二齿条轨相啮合的齿轮，第二电机旋转时，能带动上层活动平台沿着第二齿条轨横向(左右)平移。

第一电机和第二电机的转轴上均设有码盘。码盘用于检测电机旋转的圈数，从而可以换算成平台行进的位移。

凹陷部的开口处设有电动的活动式盖板。电动是指电机驱动，或电信号控制液压缸或气缸驱动。

活动式盖板为2块，凹陷部内设有用于驱动活动式盖板的推杆，推杆的上端与活动式盖板地面相连。

凹陷部的开口处还设有防压机构，活动式盖板展平时，防压机构能支撑活动式盖板。

防压机构为方框形。采用不锈钢或铸铁材质，强度高。

所述的凹陷式汽车无线充电系统还包括控制单元，控制单元包括MCU，横向平移机构和纵向平移机构均受控于MCU；MCU还连接有通信模块。

凹陷式汽车无线充电系统步骤在停车位上，凹陷式汽车无线充电系统上还设有受控于MCU的电控车位锁，凹陷式汽车无线充电系统与共享车位结合起来；活动式盖板上设有用于与手机交互的标识码，标识码为二维码或条形码或字符串，智能手机扫码或输入字符串即可与该车位锁及车位关联起来；并将充电数据反馈到手机，实现停车以及充电共同计费。

通信模块用于与远程服务器相连，还用于与汽车基于蓝牙或wifi通信，或用于能通过手机(如手机APP)控制。

另外，限位开关和码盘输出信号到MCU；

所述的第一电机和第二电机均为步进电机。

第一齿条轨位于2条导轨之间。

底层活动平台的后端设有限位开关；电机的前端设有限位开关。限位开关动作，说明前方或后方到位，停止电机转动，从而保障整个设备安全运行。

底层活动平台上设有带接电插头的导线。导线用于连接获取市电，从而为发射线圈供电。

底层活动平台上还设有MCU以及单相桥式整流及逆变电路；单相桥式整流及逆变电路包括整流桥和逆变桥，整流桥采用4个功率二极管，逆变器采用4个IGBT，连接方式为现有成熟技术，IGBT的G极受控于MCU发出的脉冲。整流桥的输入侧与市电相接，整流桥的输出侧通过逆变器接发射线圈；整流桥用于将交流电变成直流电，逆变器用于将直流电转成不同频率的交流电，改变频率以提高充电效率。

显示屏设置在凹陷部内，与MCU相连，用于现场调试，以及实时显示现场状态数据。

汽车端设有恒流充电电路，用于高效地为锂电池充电。

凹陷部开口处设有用于感应上方有汽车的感应器，如采用超声波或光电传感器；有利于实现自动充电。

凹陷式汽车无线充电系统还包括远程数据处理中心、车位锁以及智能手机；

远程数据处理中心接入到互联网；

(1)远程数据处理中心(又称为云端设备、云平台、云计算器或服务器)；用于维护车位信息及用户信息(用户是指使用车位的车主)；还用于与智能手机进行信息交互；

(2)车位锁：车位锁包括控制器、电动上锁/开锁机构、通信模块和供电模块；通信模块用于智能手机通信；

车位锁上或车位锁附近设有标志码(如二维码，条形码，数字序列，文字序列等)；车位锁附近是指车位锁前方的地上，或悬挂在车位锁上方的车库横梁或顶板上，等等；

通信模块与控制器相连，供电模块为电动上锁/开锁机构以及控制器供电；

控制器控制电动上锁/开锁机构动作；

车位锁通过自身的远程通信模块与远程数据处理中心无线通信连接，或车位锁通过车库现场数据中转站与远程数据处理中心通信连接；

(3)智能手机：用于与远程数据处理中心以及与车位锁通信。

凹陷式汽车无线充电系统还包括接入到互联网的预订终端设备；预订终端设备为PC机，平板电脑，笔记本电脑，或另外的智能手机等；智能手机通过WiFi通信模块、GPRS、3G、4G或5G通信模块与远程数据处理中心通信。

智能手机通过蓝牙通信模块或WiFi通信模块与车位锁通信连接。

车位锁上设有检测车位锁状态的感应器，感应器与控制器相连。感应器可以是按压复位开关、霍尔传感器、光电传感器(如红外对射管)、行程开关等。

显示屏还可以设置在车位锁上，或设置在车位上方的横梁或顶板上；显示屏与车位锁的控制器相连。

车位锁还包括检测车位上是否有车的传感器；传感器采用红外传感器，超声波传感器等，传感器与控制器相连。

车库现场数据中转站通过有线方式或无线方式与车位锁通信；

有线方式为CAN总线、双绞线、网线中的任一种；

无线方式是指WiFi、蓝牙、ZigBee、遥控通信(如采用433MHz模块等)中的任一种方式。

车库现场数据中转站通过无线方式或有线方式接入到互联网中；

无线方式，是指WiFi模块以及无线路由器接入到互联网，有线方式，是通过网线接入到局域网再接入到广域网中，或通过网线直接接入到广域网中，广域网即互联网。

车位锁由自带的储能模块供电或由外部供电。

外部供电是指接车库的市电接口，或接车库内的直流供电接口。

服务器向智能手机发送确认消息或解锁密码，确认消息或解锁密码用于控制车位锁开锁。智能手机将解锁确认消息或解锁密码发送到车位锁，控制车位锁开锁。发出解锁密码或开锁后，在服务器端更新车位状态信息，如正在使用中。并开始计时计费。

智能手机获取车位锁状态信息(如上锁，解锁状态，上锁解锁时间信息等)，并将该状态信息反馈到远程数据处理中心。

电动车位锁包括底座、阻挡部件、驱动机构、控制器和通信模块；

阻挡部件的一侧与底座(通过铰链或转轴)铰接；

驱动机构为电动驱动机构；驱动机构设置在底座上；驱动机构用于驱动阻挡部件上升起或下降；(复位)(如下降到初始位置)；驱动机构受控于控制器；

通信模块与控制器相连；通信模块用于接收指令或数据，指令是指开锁指令和复位指令等，数据是指传输的用于验证的密码等。

阻挡部件的正面设有一个印刷有二维码或标志号码的标识层。号码可以是数字或字母或符号(如大于小于号)汉字等。

底座上设有至少一个挡块(挡块用于为阻挡部件限位，防止挡块向下进一步压迫底部的推杆机构等)。

底座的边框(或所述的挡块)上设有至少一个用于检测阻挡部件状态的与控制器相连的感应器。感应器可以是霍尔传感器、光电传感器(如红外对射管)、行程开关等。

所述的感应器为按压复位开关，有外力按压时，开关闭合，外力撤销时，在弹簧的作用下，开关复位，断开，由此检测阻挡部件是否升起。

电动车位锁还包括储能模块(蓄电池或锂电池或超级电容等)；储能模块为驱动机构以及控制器供电。

阻挡部件上设有显示屏(LED阵列式显示屏，用于显示该车位的状态，如该车位已经预定，或为私人车位，或为专用车位等)。

所述的通信模块为有线通信模块，有线通信模块为CAN总线模块(或采用串口、或网线等模式连接)。

所述的通信模块为无线通信模块，无线通信模块为蓝牙通信模块、WiFi通信模块、ZigBee通信模块、3G、4G、5G、GSM、GPRS通信模块中的至少一种。还可以是基于2.4G、27M、40-72MHz频率的遥控模块，如航模、遥控玩具汽车、遥控玩具船等使用的通讯模块。

所述的驱动机构为链式驱动机构、皮带驱动机构、齿轮驱动机构、推杆驱动机构、电磁铁驱动机构中的至少一种。

齿轮驱动机构包括电机和齿轮传动机构，电机通过齿轮传动机构带动转轴旋转，从而带动阻挡部件动作；

皮带驱动机构包括电机和皮带传动机构，电机通过皮带传动机构带动转轴旋转，从而带动阻挡部件动作；

推杆驱动机构与链式驱动机构类似，推杆可以采用液压伸缩杆或螺杆；

电磁铁驱动机构包括电磁铁和复位弹簧；电磁铁通电时，将阻挡部件吸引回位，电磁铁失电时，阻挡部件在弹簧作用下被顶起。

还包括与控制器相连的定位模块(GPS或北斗)

电动车位锁还包括检测车位上是否有车的传感器，具体为红外传感器，超声波传感器等。

阻挡部件为挡板，或U型杆。

阻挡部件还与防踹杆配合。防踹杆设置在底座上。

有益效果：

本实用新型的凹陷式汽车无线充电系统，具有以下特点：

(1)横向、纵向平移机构和升降机构三位一体横向、纵向平移机构和升降机构三位一体，能灵活调整位置以对准车辆：

具有基于导轨和齿条轨的横向和纵向平移机构，能有效规范充电平台的平移路线，平移是为了与汽车底盘的受电装置对齐。升降机构用于尽可能与汽车底盘接近，提高充电效率。

(2)具有独特防压机构和基于盖板的充电机构防护机构，能有效防护充电平台。而且防压装置不会与升降机构冲突，以为防压框的中部的空间为避空位，能允许升降机构向上伸出。

(3)整个充电机构隐藏在车位底部，即凹陷部中，易于实施，不会占用地面上的空间，而且在停车时也可以持续充电，适合推广实施。

(4)电机上具有码盘，能实施检测充电平台的位置，便于充电平台的前后平移控制。

(5)具有限位开关，到位后平台能及时停止，防止电机堵转，有利于保障整个设备长期安全运行。

综上所述，这种用于电动汽车的无线充电装置功能完备，平移顺畅，并具有多种防护措施，适合推广实施。

另外，本实用新型的充电系统还与车位锁相结合，能实施车位共享，以及停车和充电统一管理；通过该社会资源的优化配置，能提高车位利用率，有利于解决车位紧张的社会问题。

附图说明

图1为凹陷式汽车无线充电系统的电原理框图；

图2为凹陷式汽车无线充电系统的总体结构示意图(侧视图)；

图3为凹陷式汽车无线充电系统的总体结构示意图(俯视图)；

图4为盖板盖合时的示意图；

图5为盖板抬起时的示意图；

图6为防压框的结构示意图；

图7为调光电路原理图；

图8为恒流充电原理图；

图9为带车位锁的充电系统构架图。

标号说明：1-凹陷部，2-底层活动平台，3-第一电机，4-限位开关，5-导轨，6-第一齿条轨，7-齿轮，8-码盘，9-行走轮，10-升降平台，11-第二齿条轨，12-导线，13-接电插头，14-发射线圈，15-剪叉式升降机构，16-上层活动平台，17-推杆，18-防压框，19-活动式盖板。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

如图1-6，一种凹陷式汽车无线充电系统，包括设置在凹陷部1中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈14；

所述的支撑平台包括底层活动平台2、上层活动平台16和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。

所述的升降机构为缸式升降机构或剪叉式升降机构15。缸式升降机构为推杆式驱动机构，如采用气压缸或液压缸驱动。

纵向平移机构包括设置在凹陷部底部的导轨5和第一齿条轨6；

所述的导轨为2条；齿条轨为一条，齿条轨和导轨平行布置；

底层活动平台底部设有多个能在所述导轨上滚动的行走轮9；行走轮为4个，一边2个。

底层活动平台的前端设有第一电机3；第一电机的转轴上设有齿轮7，齿轮与所述的第一齿条轨啮合；第一电机旋转时，能带动底层活动平台沿第一齿条轨纵向(前后)平移。

横向平移机构包括第二齿条轨11和第二电机；第二齿条轨横向设置，所述的第二电机上层活动平台左端或右端；第二电机的转轴上设有与所述第二齿条轨相啮合的齿轮，第二电机旋转时，能带动上层活动平台沿着第二齿条轨横向(左右)平移。

第一电机和第二电机的转轴上均设有码盘8。码盘用于检测电机旋转的圈数，从而可以换算成平台行进的位移。

凹陷部的开口处设有电动的活动式盖板19。电动是指电机驱动，或电信号控制液压缸或气缸驱动。

活动式盖板为2块，凹陷部内设有用于驱动活动式盖板的推杆，推杆的上端与活动式盖板地面相连。

凹陷部的开口处还设有防压机构10，活动式盖板展平时，防压机构能支撑活动式盖板。

防压机构为方框形。采用不锈钢或铸铁材质，强度高。

所述的凹陷式汽车无线充电系统还包括控制单元，控制单元包括MCU，横向平移机构和纵向平移机构均受控于MCU；MCU还连接有通信模块。

凹陷式汽车无线充电系统布置在停车位上，凹陷式汽车无线充电系统上还设有受控于MCU的电控车位锁，凹陷式汽车无线充电系统与共享车位结合起来；活动式盖板上设有用于与手机交互的标识码，标识码为二维码或条形码或字符串，智能手机扫码或输入字符串即可与该车位锁及车位关联起来；并将充电数据反馈到手机，实现停车以及充电共同计费。

通信模块用于与远程服务器相连，还用于与汽车基于蓝牙或wifi通信，或用于能通过手机(如手机APP)控制。

另外，限位开关和码盘输出信号到MCU；

所述的第一电机和第二电机均为步进电机。

第一齿条轨位于2条导轨之间。

底层活动平台的后端设有限位开关4；电机的前端设有限位开关4。限位开关动作，说明前方或后方到位，停止电机转动，从而保障整个设备安全运行。

底层活动平台上设有带接电插头13的导线。导线用于连接获取市电，从而为发射线圈供电。

底层活动平台上还设有MCU以及单相桥式整流及逆变电路；单相桥式整流及逆变电路包括整流桥和逆变桥，整流桥采用4个功率二极管，逆变器采用4个IGBT，连接方式为现有成熟技术，IGBT的G极受控于MCU发出的脉冲。整流桥的输入侧与市电相接，整流桥的输出侧通过逆变器接发射线圈；整流桥用于将交流电变成直流电，逆变器用于将直流电转成不同频率的交流电，改变频率以提高充电效率。

显示屏设置在凹陷部内，与MCU相连，用于现场调试，以及实时显示现场状态数据。

汽车端设有恒流充电电路，用于高效地为锂电池充电。

凹陷部开口处设有用于感应上方有汽车的感应器，如采用超声波或光电传感器；有利于实现自动充电。

如图7，该充电系统还包括用于调节显示屏发光亮度的亮度调节电路；所述的亮度调节电路包括MCU、LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

如图8，汽车端，通过恒流充电电路为锂电池充电，恒流充电电路中，各元件或标号说明：

VIN+-----输入电源正极。

VIN------输入电源负极。

VOUT+-----输出电源正极。

VOUT-----输出电源负极。

VREF+-----参考电源的正极

C1为输入滤波电容。

C2为输出滤波电容。

C3为电流采样反馈滤波。

R1，R2，R5，C3组成电流采样反馈线路。

R3，R4，为电压采样反馈电路。

D1为隔离二级管。

恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。

工作原理说明：

采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。

恒流计算：

设R5上流过电流产生的电压为VIo，输出电流为Io

参考电压为VREF+＝2.5V，

FB电压为VFB＝0.6V，

R5＝0.1Ω，R1＝40KΩ，R2＝10KΩ

则：

VIo＝Io*R5

VFB＝VIo+((VREF+-VIo)*R2/(R1+R2))

计算得：

Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5

如果取K＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1则等式

Io＝K/R5

从计算公式看，Io输出电流与输出电压和输入电压没有任何关系，只与VFB.R1，R2，VREF有关，而这些参数在具体的设计中，它们都是固定的(VFB在稳态时是固定的，对于芯片fp7192恒压芯片，其稳态值为0.6v)，所以K必然为一个固定的值，所以算式：

Io＝K/R5具有极好的线性度，及具有优良的可控性。

把上面的参数赋予上面设定的具体值可得：

Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5

＝(0.6*(40+10)-10*2.5)/40*0.1

＝1.25A

从以上的等式中可以看到，此方案引入固定的VREF+，从而使Io变成一个只与R5取样电阻成线性关系的等式，使Io变成恒定，从而达到恒流的目的。

本方案中的恒流电路的特点如下：

1.使用稳定固定VREF+电压，便于精度的控制和稳定性控制。

2.使用将电流采样变成电阻分压反馈，更简单可靠。

3.适用性广，任何需要恒流的线路都可以使用。

Claims (10)

1.一种凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，包括设置在凹陷部（1）中的支撑平台和设置在支撑平台上的发射线圈（14）；

所述的支撑平台包括底层活动平台（2）、上层活动平台（16）和连接底层活动平台与上层活动平台的升降机构；底层活动平台上设有纵向平移机构；上层活动平台上设有横向平移机构。

2.根据权利要求1所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，所述的升降机构为缸式升降机构或剪叉式升降机构（15）。

3.根据权利要求1所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，纵向平移机构包括设置在凹陷部底部的导轨（5）和第一齿条轨（6）；

所述的导轨为2条；齿条轨为一条，齿条轨和导轨平行布置；

底层活动平台底部设有多个能在所述导轨上滚动的行走轮（9）；

底层活动平台的前端设有第一电机（3）；第一电机的转轴上设有齿轮（7），齿轮与所述的第一齿条轨啮合；第一电机旋转时，能带动底层活动平台沿第一齿条轨纵向平移。

4.根据权利要求3所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，横向平移机构包括第二齿条轨（11）和第二电机；第二齿条轨横向设置，所述的第二电机上层活动平台左端或右端；第二电机的转轴上设有与所述第二齿条轨相啮合的齿轮，第二电机旋转时，能带动上层活动平台沿着第二齿条轨横向平移。

5.根据权利要求4所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，第一电机和第二电机的转轴上均设有码盘（8）。

6.根据权利要求1所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，凹陷部的开口处设有电动的活动式盖板（19）。

7.根据权利要求1所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，活动式盖板为2块，凹陷部内设有用于驱动活动式盖板的推杆，推杆的上端与活动式盖板地面相连。

8.根据权利要求7所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，凹陷部的开口处还设有防压机构（10），活动式盖板展平时，防压机构能支撑活动式盖板。

9.根据权利要求8所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，防压机构为方框形。

10.根据权利要求1~9任一项所述的凹陷式汽车无线充电系统，其特征在于，还包括控制单元，控制单元包括MCU，横向平移机构和纵向平移机构均受控于MCU；MCU还连接有通信模块。