CN104979872B - 一种车载移动式无线充电能量接收天线及充电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载移动式无线充电能量接收天线及充电***，所述天线包括导电滑环、若干支撑臂、固定在支撑臂上的能量收发装置和转台总成；所述充电***包括基站子***和电动车子***；基站子***包括基站控制器、基站通讯模块和能量发射装置；电动车子***包括车载控制器、电池电量检测模块、车载通讯模块、运动控制模块、能量接收天线；本发明天线在电动车行驶过程中，可以通过改变方向，不断接收充电基站传输过来的能量，为车载电池充电，给车辆提供源源不断的动力。实现电动汽车边运行，边充电。这样，电动汽车可以更加灵活的工作，不受地点的限制，不会应为电源不足而中断工作，可以做到边工作，边补充能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线充电的接收天线，具体涉及一种车载移动式无线充电能量接收天线及充电***。
背景技术
随着社会经济的快速发展，新能源车型和保有量急剧增加。无线充电技术是通过在提供电能设备和被充电设备之间的空气中传输电能，从而为被充电设备的电池进行充电的技术。由于无线充电相对于有线充电来说，具有不易漏电、全自动操作以及无人值守等优点，目前已被广泛应用于电动汽车充电技术中。
传统电动汽车，当电量不足时，只能找固定充电站进行充电，或者更换电池，充电站是固定位置的。电动汽车则需要到充电桩位置进行充电。这样会中断工作 ，限制了电动汽车使用的灵活性，电动汽车进行充电时无法工作，充完电后再返回工作浪费时间。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种车载移动式无线充电能量接收天线及充电***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种车载移动式无线充电能量接收天线，包括导电滑环、若干支撑臂、固定在支撑臂上的能量收发装置和转台总成；所述转台总成包括转台上安装座、转台下安装座、第一驱动电机、第二驱动电机、传动大齿轮、传动小齿轮和驱动电机支架；所述转台下安装座通过圆锥滚子轴承和转台上安装座相连，可以相对转动；第一驱动电机的定子和转台上安装座相对固定，第一驱动电机的转轴和支撑臂相连；所述驱动电机支架固定在转台下安装座上，第二驱动电机的定子固定在驱动电机支架上，第二驱动电机的转子和传动小齿轮相连，所述传动大齿轮与转台上安装座相对固定；传动小齿轮和传动大齿轮相啮合；所述导电滑环位于转台总成轴中央，固定在转台上安装座和转台下安装座之间的任意位置；所述能量收发装置固定的支撑臂上，且通过导线与导电滑环相连。
一种充电***，包括基站子***和电动车子***；
所述基站子***包括基站控制器、基站通讯模块和能量发射装置；所述基站控制器分别与基站通讯模块、能量发射装置连接，用于控制基站各个模块的工作；
所述基站通讯模块用于和电动车进行通信，用于获取电动车充电参数信息，并将获取的信息传输给基站控制器；所述电动车充电参数信息包括充电电压参数、充电电流参数、电池电量信息、电动车ID信息；基站与电动车的通信方式采用无线通信，方式包括Zigbee、蓝牙、Wi-Fi、射频通信；
所述能量发射装置与电网相连，用于向电动车发射高能定向电磁波，由电动车的能量接收装置接收，实现对电动车的充电；能量传输的方式包括电磁感应式、无线电波式、磁场共振式、激光充电；
所述电动车子***包括：车载控制器、电池电量检测模块、车载通讯模块、运动控制模块、能量接收天线；
所述车载控制器分别与车载通讯模块、能量接收天线、电池电量检测模块、运动控制模块连接，用于控制电动车各个模块的工作；
所述电池电量检测模块用于检测电动车电池电量，当电池电量小于阀值时，及时将信息传送给电动车控制器；
所述车载通讯模块用于和基站进行通信；发送充电信息、ID信息、电池电量信息给基站，并获取基站通讯模块发送的信息，并将获得的信息传输给车载控制器；
所述运动控制模块用于控制能量接收天线的转动，使能量接收天线始终对准基站，接收能量。
进一步地，所述基站还包括信息匹配模块和ID数据库，所述ID数据库由需要充电的电动车ID信息注册形成，位于基站或者基站后端服务器，在收到电动车ID信息后，信息匹配模块调取数据库中的信息，进行ID信息匹配，确定收到的ID信息为注册ID后可进行充电，并在确认匹配时发送充电确认信息给电动车；所述充电确认信息包括ID匹配成功信号；基站包括通过基站通讯模块获取ID信息，获取的ID信息传输给基站控制器，由基站控制器识别；所述信息匹配模块的工作由基站控制器控制。
进一步地，电动车子***还包括选择模块，若干支撑臂上的能量接收装置将接收到的能量传递给选择模块，选择模块根据信号强弱情况进行判断，自动选择接收到能量最强的支撑臂为初始支撑臂，把选择结果传递给车载控制器，车载控制器初始支撑臂能接收到的最强能量的角度计算天线旋转角度，实现运动控制的最优角度。
本发明的有益效果是：本发明天线在电动车行驶过程中，可以通过改变方向，不断接收充电基站传输过来的能量，为车载电池充电，给车辆提供源源不断的动力。实现电动汽车边运行，边充电。这样，电动汽车可以更加灵活的工作，不受地点的限制，不会应为电源不足而中断工作，可以做到边工作，边补充能量。
附图说明
图1是天线的俯视图；
图2是天线的立体图；
图3是天线的局部放大图；
图4是天线的正视图；
图5是天线的剖面图；
图6是天线工作工作示意图；
图7是充电***选择模块示意图；
图中，导电滑环1、能量收发装置2、支撑臂3、固定在支撑臂3、转台总成4、转台上安装座5、转台下安装座6、第一驱动电机7、第二驱动电机8、传动大齿轮9、传动小齿轮10、驱动电机支架11。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本发明能量接收天线包括导电滑环1、若干支撑臂3、固定在支撑臂3上的能量收发装置2和转台总成4。
如图2-4所示，所述转台总成4包括转台上安装座5、转台下安装座6、第一驱动电机7、第二驱动电机8、传动大齿轮9、传动小齿轮10和驱动电机支架11。
如图5所示，所述转台下安装座6通过圆锥滚子轴承12和转台上安装座5相连，可以相对转动；如图4所示，第一驱动电机7的定子和转台上安装座5相对固定，第一驱动电机7的转轴和支撑臂3相连；如图3所示，所述驱动电机支架11固定在转台下安装座6上，第二驱动电机8的定子固定在驱动电机支架11上，第二驱动电机8的转子和传动小齿轮10相连，所述传动大齿轮9与转台上安装座5相对固定；传动小齿轮10和传动大齿轮9相啮合。
如图1、图5所示，所述导电滑环1位于转台总成4轴中央，固定在转台上安装座5和转台下安装座6之间的任意位置；所述能量收发装置2固定的支撑臂3上，且通过导线与导电滑环1相连。
天线的工作过程如下：
天线通过转台下安装座6固定在电动车顶部，当车载控制器检测到电量不足时，驱动第一驱动电机7转子转动，带动支撑臂3打开，安装在支撑臂3上的能量收发装置2接收充电桩发送的高能定向电磁波，转化为电能，电流通过导线传送给导电滑环1，导电滑环1和置于电动车内部的电池相连，从而给电动车电池充电。第二驱动电机8的转子转动，带动传动小齿轮10，通过齿轮啮合，带动传动大齿轮9转动，从而带动转台上安装座5转动。
天线的工作原理如下：
若干个基站在道路上间隔一定距离设置，如图6所示，基站A、基站B、基站C、基站D和电动车，所述电动车上安装有上述天线，所述天线的转台下安装座6与车体顶部相对固定。电动车从基站D往基站A方向行驶，如图6（a）的支撑臂31与基站C连接，天线顺时针旋转，从基站D往基站A向前行驶至图6（b）所示位置，支撑臂32与基站B连接后，支撑臂31与基站C断开连接，由基站B通过支撑臂32 为电动车充电。
本发明能量接收天线可应用于以下充电***中，所述充电***包括基站子***和电动车子***。
所述基站子***包括：基站控制器、基站通讯模块、能量发射装置；
基站控制器与基站通讯模块、能量发射装置连接，用于控制基站各个模块的工作。
基站通讯模块用于和电动车进行通信，用于获取电动车充电参数信息，例如充电电压参数、充电电流参数、电池电量信息、电动车ID信息等，并将获取的信息传输给基站控制器；基站与电动车的通信方式采用无线通信，方式包括Zigbee、蓝牙、Wi-Fi、射频通信等。
所述能量发射装置与电网相连，用于向电动车发射高能定向电磁波，由电动车的能量接收装置接收，实现对电动车的充电；能量传输的方式有电磁感应式、无线电波式、磁场共振式、激光充电等。
所述电动车子***包括：车载控制器、电池电量检测模块、车载通讯模块、运动控制模块、选择模块、能量接收天线；
车载控制器与车载通讯模块、能量接收天线、电池电量检测模块信号连接，用于控制电动车各个模块的工作；并且计算相关数据，例如天线旋转角度等。
所述电池电量检测模块用于检测电动车电池电量，当电池电量小于阀值时，及时将信息传送给电动车控制器。
车载通讯模块用于和基站进行通信；发送充电信息、ID信息、电池电量信息等给基站，并获取基站通讯模块发送的信息，例如充电确认信号等，并将获得的信息传输给车载控制器；
运动控制模块用于控制能量接收天线的转动，使能量接收天线始终对准基站，接收能量。
充电步骤：
（1）当电池电量检测模块检测到电量少于阀值时，电动车将充电需求信息发送给基站；
电池电量检测模块检测到电量小于阀值，车载控制器通过车载通讯模块发送电动车充电需求信号给基站，所述信号包括充电电压参数、充电电流参数以及电池电量、电动车ID等。
（2）基站与电动车完成对接，对接过程如下：
（2.1）基站控制器通过基站通讯模块获取充电需求信息，发送充电确认信息给电动车；
所述基站有一定的信号接收的范围，基站与基站之间的信号覆盖范围有一段空隙，能够保证只有唯一基站可接收到电动车发送的信息；
基站控制器接收该充电需求信息，发送充电确认信息给电动车；
优选地，基站还可以包括信息匹配模块和ID数据库，所述ID数据库由需要充电的电动车ID信息注册形成，位于基站或者基站后端服务器，在收到电动车ID信息后，信息匹配模块调取数据库中的信息，进行ID信息匹配，确定收到的ID信息为注册ID后可进行充电，并在确认匹配时发送充电确认信息给电动车；所述充电确认信息包括ID匹配成功信号；
基站包括通过基站通讯模块获取ID信息，获取的ID信息传输给基站控制器，由基站控制器识别。
所述信息匹配模块的工作由基站控制器控制。
（2.2）电动车获取充电确认信息，对接完成，能量发射装置发送能量。
（3）调整能量接收天线角度，接收能量并充电
（3.1）基站通过基站通讯模块发送自己的坐标位置给电动车；
（3.2）车载控制器根据基站坐标位置信号计算天线的初始角度；
（3.3）运动控制模块根据计算的初始角度驱动天线旋转，建立能量传输前的连接。
本实施例中，所述能量接收天线包括3根支撑臂，3根支撑臂安装有能量接收装置，能同时接收基站发送的能量，所述天线有一初始支撑臂，图中为支撑臂31。
车载控制器计算的天线的初始角度为初始支撑臂对准基站应该旋转的角度，使控制初始支撑臂对准基站，如图所示初始支撑臂为支撑臂31对准目标基站C。
车载控制器通过运动控制模块控制天线的转速，天线的转速根据车速与基站坐标位置计算，所述转速能够保证建立连接传输能量前，初始支撑臂31与对准目标基站C时时对准，
优选地，如图7 所示，电动车包括选择模块，3根支撑臂上的能量接收装置将接收到的能量传递给选择模块，选择模块根据信号强弱情况进行判断，自动选择接收到能量最强的支撑臂为初始支撑臂31，把选择结果传递给车载控制器，车载控制器初始支撑臂能接收到的最强能量的角度计算天线旋转角度，实现运动控制的最优角度。
优选地，车载控制器确定初始支撑臂后，通过基站的坐标位置计算天线的旋转角度。
（3.4）与基站建立能量传输连接，并传输能量。
电动车从基站D往基站A方向行驶，如图6（a）的支撑臂31与目标基站C建立连接后，天线逆时针旋转，从基站D往基站A向前行驶至图6（b）所示位置，远离基站C，进入目标基站B的能量传输范围，支撑臂32与目标基站B连接，支撑臂31与基站C断开连接，由目标基站B通过支撑臂32 为电动车充电，
车载控制器根据车速与目标基站坐标位置计算通过运动控制模块控制天线的转速，其能量传输的天线的角度。
（4）电池电量充满，电动车发送充电完成信号给基站，基站结束能量传输。
每时每刻都有一个能量收发装置正对路边发射基站，当下一个能量收发装置和基站通讯并建立连接后，上一个能量收发装置和基站断开，下一个能量收发装置和基站进行能量传输，这样依次轮流交替接受能量，实现能量高效不间断传输。
Claims (4)
1.一种车载移动式无线充电能量接收天线，其特征在于，包括导电滑环(1)、若干支撑臂(3)、固定在支撑臂(3)上的能量收发装置(2)和转台总成(4)；所述转台总成(4)包括转台上安装座(5)、转台下安装座(6)、第一驱动电机(7)、第二驱动电机(8)、传动大齿轮(9)、传动小齿轮(10)和驱动电机支架(11)；所述转台下安装座(6)通过圆锥滚子轴承(12)和转台上安装座(5)相连，可以相对转动；第一驱动电机(7)的定子和转台上安装座(5)相对固定，第一驱动电机(7)的转轴和支撑臂(3)相连；所述驱动电机支架(11)固定在转台下安装座(6)上，第二驱动电机(8)的定子固定在驱动电机支架(11)上，第二驱动电机(8)的转子和传动小齿轮(10)相连，所述传动大齿轮(9)与转台上安装座(5)相对固定；传动小齿轮(10)和传动大齿轮(9)相啮合；所述导电滑环(1)位于转台总成(4)轴中央，固定在转台上安装座(5)和转台下安装座(6)之间的任意位置；所述能量收发装置(2)通过导线与导电滑环(1)相连。
2.一种充电***，其特征在于，包括基站子***和电动车子***；
所述基站子***包括基站控制器、基站通讯模块和能量发射装置；所述基站控制器分别与基站通讯模块、能量发射装置连接，用于控制基站各个模块的工作；
所述基站通讯模块用于和电动车进行通信，用于获取电动车充电参数信息，并将获取的信息传输给基站控制器；所述电动车充电参数信息包括充电电压参数、充电电流参数、电池电量信息、电动车ID信息；基站与电动车的通信方式采用无线通信，方式包括Zigbee、蓝牙、Wi-Fi、射频通信；
所述能量发射装置与电网相连，用于向电动车发射高能定向电磁波，由电动车的能量接收装置接收，实现对电动车的充电；能量传输的方式包括电磁感应式、无线电波式、磁场共振式、激光充电；
所述电动车子***包括：车载控制器、电池电量检测模块、车载通讯模块、运动控制模块、权利要求1所述能量接收天线；
所述车载控制器分别与车载通讯模块、所述能量接收天线、电池电量检测模块、运动控制模块连接，用于控制电动车各个模块的工作；
所述电池电量检测模块用于检测电动车电池电量，当电池电量小于阀值时，及时将信息传送给电动车控制器；
所述车载通讯模块用于和基站进行通信；发送充电信息、ID信息、电池电量信息给基站，并获取基站通讯模块发送的信息，并将获得的信息传输给车载控制器；
所述运动控制模块用于控制能量接收天线的转动，使能量接收天线始终对准基站，接收能量。
3.根据权利要求2所述充电***，其特征在于，所述基站还包括信息匹配模块和ID数据库，所述ID数据库由需要充电的电动车ID信息注册形成，位于基站或者基站后端服务器，在收到电动车ID信息后，信息匹配模块调取数据库中的信息，进行ID信息匹配，确定收到的ID信息为注册ID后可进行充电，并在确认匹配时发送充电确认信息给电动车；所述充电确认信息包括ID匹配成功信号；基站包括通过基站通讯模块获取ID信息，获取的ID信息传输给基站控制器，由基站控制器识别；所述信息匹配模块的工作由基站控制器控制。
4.根据权利要求2所述充电***，其特征在于，电动车子***还包括选择模块，若干支撑臂上的能量接收装置将接收到的能量传递给选择模块，选择模块根据信号强弱情况进行判断，自动选择接收到能量最强的支撑臂为初始支撑臂，把选择结果传递给车载控制器，车载控制器初始支撑臂能接收到的最强能量的角度计算天线旋转角度，实现运动控制的最优角度。
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