CN209700417U - 一种直立车充电系统及直立车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直立车充电系统及直立车，包括：设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；设于直立车上的电能接收装置，用于在感应到高频交变磁场后产生高频交流电，并将高频交流电转换为直流电；设于直立车上、与电能接收装置连接的储能装置，用于将直流电产生的电能进行存储，以为直立车提供其运行所需的电能。可见，本申请利用电磁感应原理实现电能发送装置和电能接收装置之间的无线能量传输，也就是说，本申请只需将直立车放置在对应的充电位置上，便能实现直立车的充电，相比于有线充电方式，本申请的无线充电方式更安全可靠，且更为便捷。

Description

一种直立车充电系统及直立车

技术领域

本实用新型涉及无线充电领域，特别是涉及一种直立车充电系统及直立车。

背景技术

目前，直立车逐渐进入大众视野，比如最常用的一种直立车—平衡车，其逐渐成为一种新型代步工具。现有技术中，直立车采用电力驱动，通常采用锂电池组作为动力来源。相应的，直立车均配有充电器，以为其内锂电池组进行充电，从而保证直立车的正常运行。但是，直立车与充电器之间采用充电电源线连接，频繁插拔充电电源线极易使充电电源线出现物理损伤，从而降低了直立车充电环节的安全性和可靠性。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直立车充电系统及直立车，只需将直立车放置在对应的充电位置上，便能实现直立车的充电，相比于有线充电方式，本申请的无线充电方式更安全可靠，且更为便捷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直立车充电系统，包括：

设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；

设于所述直立车上的电能接收装置，用于在感应到所述高频交变磁场后产生高频交流电，并将所述高频交流电转换为直流电；

设于所述直立车上、与所述电能接收装置连接的储能装置，用于将所述直流电产生的电能进行存储，以为所述直立车提供其运行所需的电能。

优选地，所述电能发送装置包括：

直流电源；

输入端与所述直流电源的输出端连接的高频信号转换电路，用于在进入充电工作后将所述直流电源输出的直流电转换为高频交流电；

与所述高频信号转换电路的输出端连接的发射线圈，用于在接收到所述高频交流电后在自身周围产生高频交变磁场。

优选地，所述高频信号转换电路具体为并联电容型E类高频功率放大电路。

优选地，所述电能接收装置包括：

接收线圈，用于在感应到所述高频交变磁场后产生高频交流电；

输入端与所述接收线圈连接的整流电路，用于将所述高频交流电转换为直流电；

输入端与所述整流电路的输出端连接、输出端与所述储能装置连接的稳压电路，用于将所述直流电进行调整，以实现以预设固定功率为所述储能装置充电。

优选地，所述整流电路具体为倍压整流电路。

优选地，所述发射线圈和所述接收线圈均具体为多股纱包线绕制而成的空心线圈。

优选地，所述储能装置具体为超级电容组。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种直立车，所述直立车的充电系统采用上述任一种直立车充电系统。

本实用新型提供了一种直立车充电系统，包括：设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；设于直立车上的电能接收装置，用于在感应到高频交变磁场后产生高频交流电，并将高频交流电转换为直流电；设于直立车上、与电能接收装置连接的储能装置，用于将直流电产生的电能进行存储，以为直立车提供其运行所需的电能。

可见，本申请利用电磁感应原理实现电能发送装置和电能接收装置之间的无线能量传输，也就是说，本申请只需将直立车放置在对应的充电位置上，便能实现直立车的充电，相比于有线充电方式，本申请的无线充电方式更安全可靠，且更为便捷。

本实用新型还提供了一种直立车，与上述直立车充电系统具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种直立车充电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电能发送装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电能接收装置的结构示意图；

图4(a)为本实用新型实施例提供的一种直立车的正视结构示意图；

图4(b)为本实用新型实施例提供的一种直立车的侧视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种直立车充电系统及直立车，只需将直立车放置在对应的充电位置上，便能实现直立车的充电，相比于有线充电方式，本申请的无线充电方式更安全可靠，且更为便捷。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的一种直立车充电系统的结构示意图。

该直立车充电系统包括：

设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置1，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；

设于直立车上的电能接收装置2，用于在感应到高频交变磁场后产生高频交流电，并将高频交流电转换为直流电；

设于直立车上、与电能接收装置2连接的储能装置3，用于将直流电产生的电能进行存储，以为直立车提供其运行所需的电能。

具体地，本申请的直立车充电系统包括电能发送装置1、电能接收装置2及储能装置3，其工作原理为：

已知电磁感应原理：放置于变化磁通量中的导体会产生电动势，若将此导体闭合成一个回路，则此导体产生的电动势会驱使电子流动，从而在闭合回路中产生感应电流(磁与电可相互转化)。

基于电磁感应原理，本申请在为直立车预留的充电位置处(提前选定好的直立车充电位置)设置电能发送装置1。当直立车需要充电时，电能发送装置1应进入为直立车充电的工作状态，即电能发送装置1在自身周围产生高频交变磁场；当直立车无需充电时，电能发送装置1无需进入为直立车充电的工作状态。

本申请还在直立车上设置电能接收装置2，当直立车需要充电时，直立车需放置在提前选定好的直立车充电位置处，此时直立车上的电能接收装置2可与电能发送装置1相配合，以将电能发送装置1发出的能量转换为电能。具体地，在直立车放置在充电位置上且电能发送装置1进入为直立车充电的工作状态后，直立车上的电能接收装置2可感应到电能发送装置1产生的高频交变磁场，并在感应到高频交变磁场后自身产生高频交流电，从而将电能发送装置1发出的能量转换为电能。而且，电能接收装置2还将自身产生的高频交流电转换为直流电，以便于后续的电能存储。

相应的，本申请在直立车上设置储能装置3，储能装置3可将电能接收装置2转换的直流电所产生的电能存储起来，则储能装置3成为直立车的供电电源，为直立车提供其运行所需的电能。

本实用新型提供了一种直立车充电系统，包括：设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；设于直立车上的电能接收装置，用于在感应到高频交变磁场后产生高频交流电，并将高频交流电转换为直流电；设于直立车上、与电能接收装置连接的储能装置，用于将直流电产生的电能进行存储，以为直立车提供其运行所需的电能。

可见，本申请利用电磁感应原理实现电能发送装置和电能接收装置之间的无线能量传输，也就是说，本申请只需将直立车放置在对应的充电位置上，便能实现直立车的充电，相比于有线充电方式，本申请的无线充电方式更安全可靠，且更为便捷。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本实用新型实施例提供的一种电能发送装置的结构示意图。

作为一种可选地实施例，电能发送装置1包括：

直流电源DC；

输入端与直流电源DC的输出端连接的高频信号转换电路DA，用于在进入充电工作后将直流电源DC输出的直流电转换为高频交流电；

与高频信号转换电路DA的输出端连接的发射线圈L1，用于在接收到高频交流电后在自身周围产生高频交变磁场。

具体地，本申请的电能发送装置1包括直流电源DC、高频信号转换电路DA及发射线圈L1，其工作原理为：

当电能发送装置1进入为直立车充电的工作状态时，直流电源DC输出直流电(如24V/3A的直流电)，并将直流电传输至高频信号转换电路DA。高频信号转换电路DA在接收直流电后，会将直流电转换为高频交流电，从而使发射线圈L1上产生高频电流，从而在发射线圈L1周围产生高频交变磁场。当电能发送装置1未处于为直立车充电的工作状态时，高频信号转换电路DA不进行信号转换工作，从而在发射线圈L1周围不产生高频交变磁场。

作为一种可选地实施例，高频信号转换电路DA具体为并联电容型E类高频功率放大电路。

进一步地，本申请的高频信号转换电路DA可以选用但不仅限于电路结构较简单的并联电容型E类高频功率放大电路，本申请在此不做特别的限定。

请参照图3，图3为本实用新型实施例提供的一种电能接收装置的结构示意图。

作为一种可选地实施例，电能接收装置2包括：

接收线圈L2，用于在感应到高频交变磁场后产生高频交流电；

输入端与接收线圈L2连接的整流电路RC，用于将高频交流电转换为直流电；

输入端与整流电路RC的输出端连接、输出端与储能装置3连接的稳压电路VS，用于将直流电进行调整，以实现以预设固定功率为储能装置3充电。

需要说明的是，本申请的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，本申请的电能接收装置2包括接收线圈L2、整流电路RC及稳压电路VS，其工作原理为：

在直立车放置在充电位置上且电能发送装置1进入为直立车充电的工作状态后，直立车上的接收线圈L2会处于高频交变磁场中，此时接收线圈L2和发射线圈L1类似于在发送端和接收端各有一个线圈的变压器(发送端的线圈称为初级线圈，接收端的线圈称为次级线圈)，初级线圈上通一定频率的交流电，由于电磁感应在次级线圈中会产生一定的电流，从而将能量从发送端传输至接收端，所以接收线圈L2在感应到高频交变磁场后自身会产生高频交流电。接收线圈L2产生的高频交流电会输入至整流电路RC，整流电路RC在接收到高频交流电后会将高频交流电进行整流，以将高频交流电转换为直流电。整流电路RC转换的直流电会输入至稳压电路VS，稳压电路VS在接收到直流电后会将直流电进行调整，目的是将自身的输出功率稳定至预设固定功率(比如30W)，从而以预设固定功率为储能装置3充电。

作为一种可选地实施例，整流电路RC具体为倍压整流电路。

进一步地，本申请的整流电路RC可以选用倍压整流电路，倍压整流电路只需使用两个二极管(一般使用大电流的肖特基二极管)，电路结构简单，成本较低。

本申请的整流电路RC也可以选用全波整流电路等其他类型的整流电路，本申请在此不做特别的限定。

作为一种可选地实施例，发射线圈L1和接收线圈L2均具体为多股纱包线绕制而成的空心线圈。

进一步地，本申请的发射线圈L1和接收线圈L2均可以为多股纱包线绕制而成的空心线圈，从而更好地实现二者之间的能量传输。

作为一种可选地实施例，储能装置3具体为超级电容组。

具体地，考虑到现有技术中通常采用锂电池组作为直立车的动力来源，但锂电池组的使用寿命短，功率密度低，且不节能，所以本申请改用超级电容组作为直立车的动力来源，超级电容组在各种电能存储方式中具有功率密度高、充电速度快、循环使用寿命长、效率高、充放电过程可逆、低温性能优越、节能环保、安全性高等优势，从而提高了直立车充电系统的性能。

与此同时，为了稳定直立车的供电电路，本申请在储能装置3后加入稳压芯片，以为直立车提供稳定的供电电压。而且，考虑到直立车中包含多个用电模块，不同用电模块的需求供电电压可能有所不同，所以稳压芯片包含多个稳压子芯片，每个稳压子芯片为具有同一需求供电电压的用电模块提供其所需的供电电压。

综上，本申请在直立车充电时，通过电磁耦合的无线充电技术将电能通过磁场的方式发射，并被直立车捕获后通过超级电容组存储。在直立车运行时，通过超级电容组释放存储的电能获取直立车运行所需的能量。

接下来，对直立车的工作原理进行介绍：

请参照图4(a)和图4(b)，图4(a)为本实用新型实施例提供的一种直立车的正视结构示意图，图4(b)为本实用新型实施例提供的一种直立车的侧视结构示意图。

图4(a)和图4(b)中，01为主板层，主板层01上设有陀螺仪、加速度计、编码器、控制器，02为驱动板层，驱动板层02上设有驱动装置、模数转换模块，03为超级电容层，超级电容层03上设有超级电容组100，04为无线接收层，无线接收层04上设有整流电路RC、稳压电路VS，无线接收层04下设有接收线圈L2，06为电磁传感器支架，电磁传感器支架06用于放置电磁传感器，07为电机。

具体地，直立车直立运行依靠的是由陀螺仪、加速度计、编码器及控制器组成的直立控制装置，其工作原理为：由陀螺仪采集直立车的车体倾斜的角速度信号，由加速度计采集车体倾斜的角度信号，然后二者均将自身采集的信号发送至控制器。控制器结合陀螺仪采集的角速度信号和加速度计采集的角度信号，可得到直立车的精确倾斜角度，然后基于直立车的平衡原理(可以理解的是，直立车的车体前倾，直立车的运行速度需在原速度的基础上加快一定速度才能保证直立车的倾斜角度减至0；直立车的车体后倾，直立车的运行速度需在原速度的基础上减慢一定速度才能保证直立车的倾斜角度减至0，即直立车平衡)，得到直立车的电机的目标转速。同时，由编码器采集直立车的电机的实际转速，并将电机的实际转速发送至控制器，然后由控制器利用驱动装置驱动电机的实际转速跟踪目标转速，从而保证直立车的直立运行。

直立车循迹运行依靠的是由电磁传感器及控制器组成的循迹控制装置，其工作原理为：直立车的循迹任务内容是直立车在具有电磁信号的道路上前进，基于此，在直立车设置电磁传感器(如工字电感)，由电磁传感器检测直立车运行的道路上的电磁信号，并将电磁信号发送至控制器(此过程中电磁信号需进行模数转换，模数转换模块可设于控制器外部，也可集成于控制器内)。控制器在接收到循迹任务后，通过电磁传感器传输的电磁信号驱动电机的正反转，以控制直立车在具有电磁信号的道路上前进，从而完成循迹任务。

本实用新型还提供了一种直立车，直立车的充电系统采用上述任一种直立车充电系统。

本申请提供的直立车的介绍请参考上述直立车充电系统的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型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新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种直立车充电系统，其特征在于，包括：

设于为直立车预留的充电位置处的电能发送装置，用于在进入充电工作后，在自身周围产生高频交变磁场；

设于所述直立车上的电能接收装置，用于在感应到所述高频交变磁场后产生高频交流电，并将所述高频交流电转换为直流电；

设于所述直立车上、与所述电能接收装置连接的储能装置，用于将所述直流电产生的电能进行存储，以为所述直立车提供其运行所需的电能。

2.如权利要求1所述的直立车充电系统，其特征在于，所述电能发送装置包括：

直流电源；

输入端与所述直流电源的输出端连接的高频信号转换电路，用于在进入充电工作后将所述直流电源输出的直流电转换为高频交流电；

与所述高频信号转换电路的输出端连接的发射线圈，用于在接收到所述高频交流电后在自身周围产生高频交变磁场。

3.如权利要求2所述的直立车充电系统，其特征在于，所述高频信号转换电路具体为并联电容型E类高频功率放大电路。

4.如权利要求2所述的直立车充电系统，其特征在于，所述电能接收装置包括：

接收线圈，用于在感应到所述高频交变磁场后产生高频交流电；

输入端与所述接收线圈连接的整流电路，用于将所述高频交流电转换为直流电；

输入端与所述整流电路的输出端连接、输出端与所述储能装置连接的稳压电路，用于将所述直流电进行调整，以实现以预设固定功率为所述储能装置充电。

5.如权利要求4所述的直立车充电系统，其特征在于，所述整流电路具体为倍压整流电路。

6.如权利要求4所述的直立车充电系统，其特征在于，所述发射线圈和所述接收线圈均具体为多股纱包线绕制而成的空心线圈。

7.如权利要求1-6任一项所述的直立车充电系统，其特征在于，所述储能装置具体为超级电容组。

8.一种直立车，其特征在于，所述直立车的充电系统采用如权利要求1-7任一项所述的直立车充电系统。