CN109596924A - 电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，实验平台包括：耦合线圈固定装置；三轴运动龙门装置，所述耦合线圈固定装置设置在所述三轴运动龙门装置上，所述三轴运动龙门装置可驱动所述耦合线圈固定装置在三轴方向上运动；控制***，所述控制***选择性地控制所述三轴运动龙门装置运动。由此，三轴运动龙门装置可以使得耦合线圈实现纵向行进、横向偏移和线圈间距的调整，从而可以实现对耦合线圈的位置精确控制，可以提升实验结果的精准性，而且该实验平台可以解决耦合线圈固定问题，可以保证耦合线圈的固定可靠性，并且可以节省平台搭建时间，可以缩短实验时间。

Description

电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台。

背景技术

因电动汽车具有节能环保的优点，正成为汽车领域研究中的热点。电动汽车的充电方式根据有无充电线缆连接分为传导式充电和无线充电。无线充电技术具有方便、安全、受环境限制小、容易实现智能控制等优势，是电动汽车充电***的重要发展方向。

电动汽车无线充电***一般由三相功率因数校正与整流器、单相高频逆变器、耦合线圈及其补偿网络、二次侧整流器和直流-直流变换器组成。它以非接触的方式实现了能量从电网侧向电动汽车蓄电池的传输。耦合线圈(包括发射线圈和接收线圈)作为电动汽车无线充电***能量传输的媒介，是***组成中的核心部分。在耦合线圈的结构方式(形状、尺寸、匝数、线径、有无磁芯等)确定之后，耦合线圈的位置关系将直接影响耦合线圈相关参数(如耦合系数等)，进而影响无线充电***的传输功率和效率。基于耦合线圈的位置关系变化对无线充电***能量传输的影响进行研究，具有非常重要的实际意义。

通常电动汽车停放于无线充电底座(发射线圈)上方，电动汽车底盘安装的接收线圈和发射线圈很难处于完全正对的位置，存在不同程度的偏移。这样，对无线充电***在耦合线圈处在不同位置关系时的工作性能的研究就变得非常重要。此外，对于动态无线充电，接收线圈相对发射线圈的位置是不断变化的。在无线充电技术的研究中，对耦合线圈进行位置控制非常有必要。

然而，当前极少有装置或设备可用于无线充电***中的耦合线圈的位置控制。大多数无线充电实验研究都是通过临时搭建的简易台架对耦合线圈进行固定，和通过人工调整耦合线圈的位置进行实验，这不仅增加了每次实验前期准备工作的时间，而且通过人工调整耦合线圈位置关系的精度和重复性差，对无线充电***工作性能的动态测试将变得难以实现或者测试效果不佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，该实验平台可以有效固定耦合线圈，而且能够调节耦合线圈的位置，可以提高实验的精准性。

根据本发明的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，包括：耦合线圈固定装置；三轴运动龙门装置，所述耦合线圈固定装置设置在所述三轴运动龙门装置上，所述三轴运动龙门装置可驱动所述耦合线圈固定装置在三轴方向上运动；控制***，所述控制***选择性地控制所述三轴运动龙门装置运动。

由此，三轴运动龙门装置可以使得耦合线圈实现纵向行进、横向偏移和线圈间距的调整，从而可以实现对耦合线圈的位置精确控制，可以提升实验结果的精准性，而且该实验平台可以解决耦合线圈固定问题，可以保证耦合线圈的固定可靠性，并且可以节省平台搭建时间，可以缩短实验时间。

在本发明的一些示例中，所述三轴运动龙门装置包括：底板；第一轴组件，所述第一轴组件设置在所述底板上；第二轴组件，所述第二轴组件设置在所述第一轴组件上且所述第一轴组件可驱动所述第二轴组件沿第一轴向运动；第三轴组件，所述第三轴组件设置在所述第二轴组件上且所述第二轴组件可驱动所述第三轴组件沿第二轴向运动，所述第三轴组件可驱动所述耦合线圈固定装置沿第三轴向运动，其中，所述第一轴向、所述第二轴向和所述第三轴向彼此垂直。

在本发明的一些示例中，所述第一轴组件、所述第二轴组件和所述第三轴组件均包括：滑台、滑块、传动件和驱动电机，所述滑块滑动地设置在所述滑台上，所述驱动电机通过所述传动件驱动所述滑块滑动，其中，所述第一轴组件的所述滑台设置在所述底板上，所述第二轴组件的滑台设置在所述第一轴组件的滑块上，所述第三轴组件的所述滑台设置在所述第二轴组件的滑块上，所述耦合线圈固定装置设置在所述第三轴组件的所述滑块上。

在本发明的一些示例中，所述第一轴组件、所述第二轴组件和所述第三轴组件的所述滑台均设置有限位件，所述限位件与所述控制***电连接。

在本发明的一些示例中，所述限位件为接近开关。

在本发明的一些示例中，每个所述滑台对应三个所述接近开关，三个所述接近开关分别对应所述滑台的两端和中点，以设定两个端点和原点。

在本发明的一些示例中，所述控制***和所述驱动电机之间以及所述控制***和所述限位件之间连接有线束；所述实验平台还包括线槽装置，所述线槽装置设置在所述三轴运动龙门装置上，多个所述线束设置在所述线槽装置上。

在本发明的一些示例中，所述线槽装置包括第一连接片、第一拖带、容纳槽、第二连接片和第二拖带，所述第一连接片连接在所述第三轴组件的所述滑台上，所述第一拖带可弯曲且连接在所述第一连接片和所述容纳槽之间，所述容纳槽和所述第二连接片连接在所述第二轴组件的所述滑台上，所述第二拖带可弯曲且连接在所述第二连接片和所述底板之间，所述第一拖带和所述第二拖带用于固定多个所述线束。

在本发明的一些示例中，所述底板设置有供多个所述线束向下伸出的走线孔。

在本发明的一些示例中，所述第一轴组件为两个且其中一个所述第一轴组件省略所述驱动电机和所述传动件。

在本发明的一些示例中，所述控制***包括：上位机、控制板和电机驱动器，所述上位机与所述控制板信号连接，所述控制板通过所述电机驱动器控制所述驱动电机。

在本发明的一些示例中，所述耦合线圈固定装置包括：安装板和耦合线圈固定板，所述安装板设置在所述三轴运动龙门装置上，所述耦合线圈固定板可拆卸地安装在所述安装板上。

在本发明的一些示例中，所述安装板包括L形板和挡块，所述挡块设置在所述L形板的短板上以止挡所述耦合线圈固定板的底部。

在本发明的一些示例中，所述L形板的长板和所述耦合线圈固定板之间设置有挂接件。

在本发明的一些示例中，所述耦合线圈固定装置和所述三轴运动龙门装置均为两个，两个所述耦合线圈固定装置分别设置在两个所述三轴运动龙门装置上且相对设置，所述控制***选择性地控制两个所述三轴运动龙门装置运动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台的三轴运动龙门装置的***图；

图2是根据本发明实施例的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台的耦合线圈固定装置的***图；

图3是根据本发明实施例的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台的耦合线圈固定装置的控制示意图。

附图标记：

耦合线圈固定装置10；安装板11；L形板111；挡块112；耦合线圈固定板12；

三轴运动龙门装置20；底板21；走线孔211；第一轴组件22；滑台221；滑块222；传动件223；驱动电机224；接近开关225；接近开关触发器226；

第二轴组件23；第三轴组件24；

控制***30；上位机31；控制板32；电机驱动器33；电源34；

线槽装置40；第一连接片41；第一拖带42；容纳槽43；第二连接片44；第二拖带45。

具体实施方式

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台。

结合图1和图2所示，根据本发明实施例的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台包括：耦合线圈固定装置10、三轴运动龙门装置20和控制***30。耦合线圈固定装置10用于固定耦合线圈，其中耦合线圈包括相对的发射线圈和接收线圈，耦合线圈固定装置10用于固定发射线圈或者接收线圈。

耦合线圈固定装置10设置在三轴运动龙门装置20上，三轴运动龙门装置20可驱动耦合线圈固定装置10在三轴方向上运动，控制***30选择性地控制三轴运动龙门装置20运动。也就是说，控制***30可以通过三轴运动龙门装置20驱动耦合线圈固定装置10和耦合线圈在三轴方向上运动，其中，三轴方向为三个不同的轴向方向，这样三轴运动龙门装置20可以使得耦合线圈实现纵向行进、横向偏移和线圈间距的调整，从而可以实现对耦合线圈的位置精确控制，可以提升实验结果的精准性，而且该实验平台可以解决耦合线圈固定问题，可以保证耦合线圈的固定可靠性，并且可以节省平台搭建时间，可以缩短实验时间。

下面结合图2详细描述一下三轴运动龙门装置20的结构。

三轴运动龙门装置20可以包括：底板21、第一轴组件22、第二轴组件23和第三轴组件24，第一轴组件22设置在底板21上，第二轴组件23设置在第一轴组件22上，而且第一轴组件22可驱动第二轴组件23沿第一轴向运动，第三轴组件24设置在第二轴组件23上，而且第二轴组件23可驱动第三轴组件24沿第二轴向运动，第三轴组件24可驱动耦合线圈固定装置10沿第三轴向运动，其中，第一轴向、第二轴向和第三轴向彼此垂直。

由此，通过第一轴组件22、第二轴组件23和第三轴组件24的相互配合，可以实现三轴运动龙门装置20在三个轴向上的运动，从而可以有利于耦合线圈的位置调节。另外，底板21的设置可以保证三轴运动龙门装置20的结构稳定性。

进一步地，第一轴组件22、第二轴组件23和第三轴组件24均包括：滑台221、滑块222、传动件223和驱动电机224，滑块222滑动地设置在滑台221上，驱动电机224通过传动件223驱动滑块222滑动。驱动电机224可以设置在滑台221的端部处，驱动电机224可以为步进电机，传动件223可以为丝杠，传动件223与滑块222通过螺纹配合方式可以将驱动电机224的旋转运动转化成滑块222的直线运动。

其中，第一轴组件22的滑台221设置在底板21上，第二轴组件23的滑台221设置在第一轴组件22的滑块222上，第三轴组件24的滑台221设置在第二轴组件23的滑块222上，耦合线圈固定装置10设置在第三轴组件24的滑块222上。也就是说，第二轴组件23通过其滑台221和第一轴组件22的滑块222固定，可以实现其整体相对第一轴组件22的滑台221的第一轴向运动，第三轴组件24通过其滑台221和第二轴组件23的滑块222固定，可以实现其整体相对第一轴组件22的滑台221的第一轴向运动，以及相对第二轴组件23的滑台221的第二轴向运动。

其中，第一轴组件22、第二轴组件23和第三轴组件24结构可以相同，这样通过改变其轴向安装位置即可，从而可以使得三轴运动龙门装置20结构简单，易于布置。

另外，第一轴组件22的滑块222和第二轴组件23的滑台221的背面之间可以通过直角板固定连接，此种连接方式简单且可靠。其中，直角板还可以设置有加强板。第二轴组件23的滑块222和第三轴组件24的滑台221之间可以通过十字连接板固定连接，这样可以保证稳定性。

具体地，第一轴组件22为两个，而且其中一个第一轴组件22省略驱动电机224和传动件223。也就是说，底板21上虽然设置有两个第一轴组件22，但是仅一个第一轴组件22具备驱动电机224和传动件223即可，这样另一个第一轴组件22可以起到辅助支撑作用，可以使得第二轴组件23在第一轴组件22上沿第一轴向运动平稳，可以保证三轴运动龙门装置20的整体结构稳定性，以及工作可靠性。

根据本发明的一个可选实施例，如图1所示，第一轴组件22、第二轴组件23和第三轴组件24的滑台221均设置有限位件，限位件与控制***30电连接。限位件可以起到限位作用，这样控制***30通过限位件可以需限位的位置对三轴运动龙门装置20进行限位，从而可以有效控制耦合线圈的位置，可以提升耦合线圈的位置精准度。

其中，限位件为接近开关225，接近开关225结构简单，易于控制实现相应功能。每个滑台221对应三个接近开关225，三个接近开关225分别对应滑台221的两端和中点，以设定两个端点和原点。三个接近开关225可以在轴向上有效限位，而且中间的接近开关225还具有零点设定的作用。具体地，如图3所示，三轴运动龙门装置20还包括接近开关触发器226，该接近开关触发器226用于触发对应的接近开关225。

结合图1和图3所示，控制***30和驱动电机224之间以及控制***30和限位件之间连接有线束，实验平台还包括线槽装置40，线槽装置40设置在三轴运动龙门装置20上，多个线束设置在线槽装置40上。由于实验平台包括多个线束，而且第二轴组件23和第三轴组件24处的线束还需要随之运动，这样将加剧线束的混乱，而线槽装置40可以将线束约束起来，从而可以避免线束混乱，而且不影响第二轴组件23和第三轴组件24的运动，可以保证三轴运动龙门装置20的工作可靠性。

具体地，如图1所示，线槽装置40包括第一连接片41、第一拖带42、容纳槽43、第二连接片44和第二拖带45，第一连接片41连接在第三轴组件24的滑台221上，第一拖带42可弯曲，而且第一拖带42连接在第一连接片41和容纳槽43之间，容纳槽43和第二连接片44连接在第二轴组件23的滑台221上，第二拖带45可弯曲，而且第二拖带45连接在第二连接片44和底板21之间，第一拖带42和第二拖带45用于固定多个线束。第一连接片41和容纳槽43可以起到固定第一拖带42端部的作用，这样可以进一步地起到约束和限制线束的作用，而且容纳槽43可以容纳部分的第一拖带42，可以防止第一拖带42和线束下落和干扰第二轴组件23。第二连接片44和底板21可以起到固定第二拖带45端部的作用，这样可以进一步地起到约束和限制线束的作用。

还有，如图1所示，第一拖带42和第二拖带45均可以包括多次依次相连的U形片，相邻的U形片之间可枢转地连接，这样可以有效容纳和固定线束，而且可以有效随着对应的轴组件运动。

如图1所示，底板21设置有供多个线束向下伸出的走线孔211。线槽装置40将所有的线束集中约束，并在第二拖带45的尾部形成统一接口。底板21的下部设置有箱体，多个接口连接在箱体上。

如图3所示，控制***30包括：上位机31、控制板32和电机驱动器33，上位机31与控制板32信号连接，控制板32通过电机驱动器33控制驱动电机224。上位机31可以发出控制信号给控制板32，控制板32可以控制电机驱动器33工作，电机驱动器33再驱动对应的驱动电机224工作，从而可以改变耦合线圈的位置，进而可以准确地进行实验。其中，控制***30还包括电源34，电源34、控制板32和电机驱动器33均设置在箱体内，然后箱体内的电机驱动器33通过箱体上的接口连接对应的驱动电机224，电源34通过箱体上的接口连接对应的接近开关225。

具体地，如图3所示，上位机31通过CAN总线向控制板32发送耦合线圈的运动控制指令，控制板32根据指令向电机驱动器33输出相应脉冲控制信号，经过电机驱动器33的细分电路后控制驱动电机224的转动，从而实现耦合线圈的运动。脉冲控制信号的脉冲频率和脉冲数分别对应驱动电机224的转动速度和转动角度(行程)。同时，接近开关225的开关信号和耦合线圈的位置信息也通过CAN总线从控制板32反馈给上位机31，上位机31进行处理后实现接近开关225开关状态和耦合线圈位置的实时显示。最终能够实现在无线充电***实验研究中耦合线圈固定装置10位置的实时控制。

根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，耦合线圈固定装置10包括：安装板11和耦合线圈固定板12，安装板11设置在三轴运动龙门装置20上，耦合线圈固定板12可拆卸地安装在安装板11上。其中，安装板11设置在三轴运动龙门装置20的第三轴组件24的滑块222上，耦合线圈固定板12用于固定耦合线圈，然后采用可拆卸的方式，可以对不同类型的耦合线圈进行，可以提高实验平台的通用性，而且可以提升实验平台的测试效率。另外，此种方式安装拆卸方便。

进一步地，如图2所示，安装板11包括L形板111和挡块112，挡块112设置在L形板111的短板上以止挡耦合线圈固定板12的底部。通过挡块112的设置，可以保证耦合线圈固定板12在L形板111的稳定性。

还有，L形板111的长板和耦合线圈固定板12之间设置有挂接件。挂接件可以使得耦合线圈固定板12挂接在L形板111的长板上，从而可以方便安装拆卸。挂接件可以为挂扣，长板上的挂扣和耦合线圈固定板12的挂扣均可以为两个，这样挂扣和挡块112相互配合，从而可以更好地保证耦合线圈固定板12的安装可靠性。

耦合线圈固定装置10和三轴运动龙门装置20均为两个，两个耦合线圈固定装置10分别设置在两个三轴运动龙门装置20上，而且两个耦合线圈固定板12相对设置，也就是说，发射线圈和接收线圈可以相对设置，控制***30选择性地控制两个三轴运动龙门装置20运动，控制***30通过控制两个三轴运动龙门装置20，可以使得发射线圈和接收线圈之间的位置调节更加精确，可靠性更好。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，包括：

耦合线圈固定装置；

三轴运动龙门装置，所述耦合线圈固定装置设置在所述三轴运动龙门装置上，所述三轴运动龙门装置可驱动所述耦合线圈固定装置在三轴方向上运动；

控制***，所述控制***选择性地控制所述三轴运动龙门装置运动。

2.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述三轴运动龙门装置包括：

底板；

第一轴组件，所述第一轴组件设置在所述底板上；

第二轴组件，所述第二轴组件设置在所述第一轴组件上且所述第一轴组件可驱动所述第二轴组件沿第一轴向运动；

第三轴组件，所述第三轴组件设置在所述第二轴组件上且所述第二轴组件可驱动所述第三轴组件沿第二轴向运动，所述第三轴组件可驱动所述耦合线圈固定装置沿第三轴向运动，其中，所述第一轴向、所述第二轴向和所述第三轴向彼此垂直。

3.根据权利要求2所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述第一轴组件、所述第二轴组件和所述第三轴组件均包括：滑台、滑块、传动件和驱动电机，所述滑块滑动地设置在所述滑台上，所述驱动电机通过所述传动件驱动所述滑块滑动，其中，

所述第一轴组件的所述滑台设置在所述底板上，所述第二轴组件的滑台设置在所述第一轴组件的滑块上，所述第三轴组件的所述滑台设置在所述第二轴组件的滑块上，所述耦合线圈固定装置设置在所述第三轴组件的所述滑块上。

4.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述第一轴组件、所述第二轴组件和所述第三轴组件的所述滑台均设置有限位件，所述限位件与所述控制***电连接。

5.根据权利要求4所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述限位件为接近开关。

6.根据权利要求5所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，每个所述滑台对应三个所述接近开关，三个所述接近开关分别对应所述滑台的两端和中点，以设定两个端点和原点。

7.根据权利要求4所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述控制***和所述驱动电机之间以及所述控制***和所述限位件之间连接有线束；

所述实验平台还包括线槽装置，所述线槽装置设置在所述三轴运动龙门装置上，多个所述线束设置在所述线槽装置上。

8.根据权利要求7所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述线槽装置包括第一连接片、第一拖带、容纳槽、第二连接片和第二拖带，所述第一连接片连接在所述第三轴组件的所述滑台上，所述第一拖带可弯曲且连接在所述第一连接片和所述容纳槽之间，所述容纳槽和所述第二连接片连接在所述第二轴组件的所述滑台上，所述第二拖带可弯曲且连接在所述第二连接片和所述底板之间，所述第一拖带和所述第二拖带用于固定多个所述线束。

9.根据权利要求8所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述底板设置有供多个所述线束向下伸出的走线孔。

10.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述第一轴组件为两个且其中一个所述第一轴组件省略所述驱动电机和所述传动件。

11.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述控制***包括：上位机、控制板和电机驱动器，所述上位机与所述控制板信号连接，所述控制板通过所述电机驱动器控制所述驱动电机。

12.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述耦合线圈固定装置包括：安装板和耦合线圈固定板，所述安装板设置在所述三轴运动龙门装置上，所述耦合线圈固定板可拆卸地安装在所述安装板上。

13.根据权利要求12所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述安装板包括L形板和挡块，所述挡块设置在所述L形板的短板上以止挡所述耦合线圈固定板的底部。

14.根据权利要求13所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述L形板的长板和所述耦合线圈固定板之间设置有挂接件。

15.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电***耦合线圈实验平台，其特征在于，所述耦合线圈固定装置和所述三轴运动龙门装置均为两个，两个所述耦合线圈固定装置分别设置在两个所述三轴运动龙门装置上且相对设置，所述控制***选择性地控制两个所述三轴运动龙门装置运动。