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技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种可以自动调节电能发射线圈 与电动汽车底部水平角度的可移动式无线供电装置。

背景技术

世界第一台电动汽车要早于燃料汽车，由于当时技术的限制，燃料汽车取代 了电动车，成为人们的交通工具。随着私家车的普及，燃料汽车尾气排放对环境 污染的问题日益突出。国际上先后出台了几种限制汽车尾气排放量的措施，然而 这些办法并不能从根本上解决尾气环境污染问题。随着科技的发展，人们把目光 从燃料汽车重新转移回了电动汽车。

目前电动汽车有两种充电方式，接触式与非接触式。市面上大多采用充电桩 接触式充电和埋在地下的无线充电车位方式对电动汽车进行供电，然而就目前来 看，上述的供电装置在普及方面不仅需要相当大的经济投入，而且工程量也十分 巨大。即便上述装置在我国的主要城市地区可以快速得到普及，在我国相对落后 地区甚至乡村、偏远山区仍然需要相当漫长的岁月才能得到普及，这给电动汽车 的持有者带来了极大的不便，在某种程度上也减缓的电动汽车的普及。

就接触式充电而言，由于电动车和充电桩之间存在物理连接，所以会有电弧、 电火花等现象，在潮湿的环境下存在安全隐患。采用非接触充电方式对电动车进 行充电，可以有效地避免上述弊端。目前，非接触充电方式有电磁感应耦合方式 和电磁共振耦合方式两种。两种方式的核心部件，均为电能的发射端与电能的接 收端。由于两种无线电能传输方式基于的原理略有不同，故两者的接收、发射端 的组成结构也稍有不同，但相同的是，接收、发射端之间的距离、水平角度都对 电能传输效率有着极大的影响。一般说来，距离越近效率越高，接收端与发射端 之间越趋于平行，电能传输效率越高。但由于电磁感应式充电方式对于耦合传输 距离的要求十分苛刻，且最佳传输距离最大只有几厘米，在应用起来十分不方便； 电磁共振式充电方式的能量传输距离在将近一米的范围内也能保持较高的能量 传输效率，在无线充电领域相比电磁感应方式更加方便灵活，故具有可观的应用 前景。

目前市面上应用于电动汽车无线供电的装置有两个主要问题：

第一，整个供电装置固定在地面上或地面下，普及建设这种装置不仅成本高、 工程量大，更重要的是建设周期漫长，尤其在乡村等落后偏远地区，建设周期就 更加漫长，这样定点的无线供电装置给电动车充电带来极大的不便。

第二，无线供电设备的发射线圈的角度固定不动，使得当供电端发射线圈与 电动车内电能接收线圈不平行时，尤其是当充电场所的地面极其不平坦、坑坑洼 洼，或者电动车底面与地面之间有严重不平行时，就进行电能的无线传输，例如 电动车停在一个表面严重凹凸不平的斜坡上进行无线充电，这样会大大降低电能 的传输效率，浪费国家的电力资源。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种高效的无线供电可移动平台。该发明装 置是一种外观类似方形拉杆箱结构的、可移动的、具有双旋转壳体、能够实现万 向调平功能的电动汽车无线供电装置。这样，不仅可以实现电动汽车无线供电端 自由移动，使充电场所更加便利，而且即使在地面平坦程度极其恶劣的情况下， 也可以实现无线电能发射线圈始终与车底面保持平行，大大提升无线供电的能量 传输效率。

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种基于激光测距的万向调平电动汽车无线供电移动平台，其结构有：无线 电能发射线圈25、市电接口6、工作指示灯61、风扇10、供电管理电路70，其 特征在于，结构还有：驱动电路7、装置底座9、外环壳体1、内旋转壳体2；装 置底座9是一个方形盆状体，其下表面的一端装有拉杆套鞘8、另一端有滚轮4 拉杆套鞘8的内部装有可伸缩拉杆3；所述的外环壳体1是嵌在装置底座中的空 心扁方环柱体结构，内旋转壳体2是嵌在外环壳体1内部的扁方柱体结构，外环 壳体1和内旋转壳体2高度相同，且初始状态时上表面共面，内旋转壳体2的上 表面形状为正方形，下表面的外围形状、周长均与上表面的相同，但中心为圆形 镂空，镂空位置正下方装有风扇10；外环壳体1的两个相对的外侧面的中心处 有参数相同的第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192，第一承重旋转轴191 和第二承重旋转轴192能够带动外环壳体1在装置底座9中旋转，内旋转壳体2 的两个相对的外侧面的中心处有参数相同的第三承重旋转轴121和第四承重旋 转轴122，第三承重旋转轴121和第四承重旋转轴122能够带动内旋转壳体2在 外环壳体1中旋转，第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192的中心轴线在一 条直线上，所在直线记为直线A，第三承重旋转轴121和第四承重旋转轴122的 中心轴线在另一条直线上，所在直线记为直线B，直线A与直线B垂直相交；在 外环壳体1的上表面有第一激光测距模块11、第二激光测距模块12，内旋转壳 体2的上表面有第三激光测距模块21、第四激光测距模块22；其中第一激光测 距模块11和第二激光测距模块12的参数相同，它们的中心连线记为直线C，直 线C与直线A垂直；第三激光测距模块21和第四激光测距模块22的参数相同， 它们的中心连线记为直线D，直线D与直线B垂直；内旋转壳体2的上表面和装 置底座9的下表面均有散热孔；所述的市电接口6和工作指示灯61位于装置底 座9的外侧面，无线电能发射线圈25位于内旋转壳体2的内部且其上表面与内 旋转壳体2的上表面平行且中心重合。

本发明中的驱动电路7可以采取如下结构，结构包括：控制单元71、第一 电机控制电路72、第二电机控制电路73、第一电机74、第二电机75、第三电机 76和第四电机77。驱动电路7的连接方式可以采用：控制单元71通过不同的 I/O口分别与第一激光测距模块11、第二激光测距模块12、第三激光测距模块 21、第四激光测距模块22、第一电机控制电路72、第二电机控制电路73相连， 第一电机控制电路72还与第一电机74、第二电机75相连，第二电机控制电路 73还与第三电机76、第四电机77相连。

本发明中的供电管理电路70可以采用任何现有技术的电动汽车无线充电装 置中所采用的供电管理电路，也可以采用如下结构，结构包括：整流滤波电路 701、高频逆变电路702、降压电路703、反馈电路704。供电管理电路70的连 接方式可以采用：降压电路703和高频逆变电路702分别与整流滤波电路701 相连，降压电路703还与工作指示灯61和风扇10相连，高频逆变电路702还与 反馈电路704、发射线圈25以及驱动电路7中的控制单元71相连，反馈电路704 还与驱动电路7中的控制单元71相连。

本发明中的无线电能发射线圈25优选采用蜂房式绕制方式。

有益效果：

1、本发明平台采用类似拉杆箱结构，实现装置便携、灵活移动，使电动汽 车无线充电不受场合限制。

2、本发明平台具有两个可活动体：外环壳体和内旋转体。它们在功能上类 似于陀螺仪上的常平架，可从两种水平方向同时进行水平调节，最终实现万向调 平功能，大大提升装置的电能传输效率。

3、本发明采用激光测距方式来实现距离测量，使得测距精度大大提高。

4、本发明平台中外环壳体和内旋转体在旋转功能实现上是独立的，这使得 发明平台的灵活性大大增强。

5、本发明的发射线圈采用蜂房式绕制方式，可有效抑制线圈寄生电容，大 大提高发射线圈电能传输效率。

附图说明：

图1为本发明的驱动电路和供电管理电路的连接关系示意图。

图2为本发明装置初始状态上表面示意图。

图3为本发明装置的底面示意图。

图4为本发明装置的外环壳体单独旋转调平示意图。

图5为本发明装置的内旋转壳体单独旋转调平示意图。

图6为本发明装置的双旋转调平时的侧面示意图。

图7为本发明装置的散热风扇位置示意图。

图8为本发明装置中发射线圈结构示意图。

具体实施方式

本发明平台中的所有激光测距模块均采用德国西克公司的短量程激光测距 传感器模块，在下文有关激光测距模块的描述中，将不再重复说明；本发明平台 中的控制单元芯片采用STC89C52单片机，在下文有关控制单元的描述中，将不 再重复说明；本发明平台中，除了风扇电机采用直流电机外，其余所有电机均采 用交流异步电动机，在下文有关电机的描述中，将不再重复说明。

实施例1本发明的整体结构

参见图2～图6，本发明初始状态时，外形类似拉杆箱结构。本发明的结构包 括：无线电能发射线圈25、市电接口6、工作指示灯61、风扇10、供电管理电 路70、驱动电路7、装置底座9、外环壳体1、内旋转壳体2；装置底座9是一 个方形盆状体，其下表面的一端装有拉杆套鞘8、另一端有滚轮4拉杆套鞘8的 内部装有可伸缩拉杆3；所述的外环壳体1是嵌在装置底座中的空心扁方环柱体 结构，内旋转壳体2是嵌在外环壳体1内部的扁方柱体结构，外环壳体1和内旋 转壳体2高度相同，且初始状态时上表面共面，内旋转壳体2的上表面形状为正 方形，下表面的外围形状、周长均与上表面的相同，但中心为圆形镂空，镂空位 置正下方装有风扇10；外环壳体1的两个相对的外侧面的中心处有参数相同的 第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192，第一承重旋转轴191和第二承重旋 转轴192能够带动外环壳体1在装置底座9中旋转，内旋转壳体2的两个相对的 外侧面的中心处有参数相同的第三承重旋转轴121和第四承重旋转轴122，第三 承重旋转轴121和第四承重旋转轴122能够带动内旋转壳体2在外环壳体1中旋 转，第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192的中心轴线在一条直线上，所在 直线记为直线A，第三承重旋转轴121和第四承重旋转轴122的中心轴线在另一 条直线上，所在直线记为直线B，直线A与直线B垂直相交；在外环壳体1的上 表面有第一激光测距模块11、第二激光测距模块12，内旋转壳体2的上表面有 第三激光测距模块21、第四激光测距模块22；其中第一激光测距模块11和第二 激光测距模块12的参数相同，它们的中心连线记为直线C，直线C与直线A垂 直；第三激光测距模块21和第四激光测距模块22的参数相同，它们的中心连线 记为直线D，直线D与直线B垂直；内旋转壳体2的上表面和装置底座9的下表 面均有散热孔；所述的市电接口6和工作指示灯61位于装置底座9的外侧面， 无线电能发射线圈25位于内旋转壳体2的内部且其上表面与内旋转壳体2的上 表面平行且中心重合。

外环壳体1和内旋转壳体2共同组成一个扁方柱状形体，本实施例中各部分 尺寸取如下数值：外环壳体1和内旋转壳体2高度相同，均取2厘米，外环壳体 1为空心扁方环柱体结构，其上表面是正方环形，该环形的外环是边长为40厘 米的正方形，该环形的内环是边长为36厘米的正方形；内旋转壳体2是嵌在外 环壳体1内部的扁方柱体结构，内旋转壳体2上表面形状是边长为35厘米的正 方形，内旋转壳体2的外侧面与外环壳体1的内侧面之间始终有0.5厘米的距离 间隙，可以满足内旋转壳体2随着第三承重旋转轴121、第四承重旋转轴122在 外环壳体1内自由旋转。内旋转壳体2下表面的外围形状、周长均与上表面的相 同，但中心为圆形镂空，该镂空圆的半径小于发射线圈25的内径，镂空位置正 下方装有风扇10。以实现风扇10始终跟随内旋转壳体2移动，即风扇10始终 保持与发射线圈25相对位置不变的状态。随着装置工作时间的延伸，发射线圈 25温度会有所上升，降低线圈温度可以有效缓解线圈参数的变化，进而有效缓 解线圈频率的变化。使整个装置传输效率再度提高。同时，风扇10也对位于其 正下方的驱动电路7及供电管理电路70主板进行散热，降低电子器件的温度， 进而提升主电路板的工作性能和使用寿命。

实施例2本发明的驱动电路及供电管理电路结构

参见图1，参见图1，本发明的电路连接关系包括两部分：驱动电路7和供 电管理电路10。驱动电路7的结构包括：控制单元71、第一电机控制电路72、 第二电机控制电路73、第一电机74、第二电机75、第三电机76和第四电机77。 其中，控制单元71同时向第一激光测距模块11、第二激光测距模块12、第三激 光测距模块21、第四激光测距模块22的输入端发出方波信号，第一激光测距模 块11、第二激光测距模块12、第三激光测距模块21、第四激光测距模块22的 输出端分别与控制单元71的4个不同的I/O口(即输入/输出口)相连，控制单 元71的另外2个不同的I/O口分别与第一电机控制电路72和第二电机控制电路 73的输入端相连，第一电机控制电路72的输出端同时连接第一电机74和第二 电机75的控制端，第二电机控制电路73的输出端同时连接第三电机76和第四 电机77的控制端，第一电机74和第二电机75参数相同且分别与第一承重旋转 轴191和第二承重旋转轴192相连以带动其旋转，第三电机76和第四电机77 参数相同且分别与第三承重旋转轴121和第四承重旋转轴122相连以带动其旋 转。供电管理电路70的结构包括：整流滤波电路701、高频逆变电路702、降压 电路703、反馈电路704。降压电路703和高频逆变电路702分别与整流滤波电 路701的输出端相连，其中降压电路703作为电源，其输出端与工作指示灯61 和风扇10的输入端相连，高频逆变电路702与驱动电路7中的控制单元71相连 以接收其发出的PWM(脉冲宽度调制)信号，高频逆变电路702的输出端一方 面连接发射线圈25以驱动其工作，另一方面通过反馈电路704连接回驱动电路 7中的控制单元71，以实现根据系统运行状况实时调整PWM信号，使高频逆变 电路中开关频率与线圈共振频率时刻保持相同，提高装置的电能传输效率。

实施例3本发明的发射线圈

参见图7，为本发明改进后的发射线圈结构示意图：本发明发射线圈25采取 蜂房式绕制方式，这种绕制方法可以减小发射线圈的寄生电容，从而提高发射线 圈25的电能传输效率，进而提升整个装置电能传输效率。具体绕制方法可参考 《电子电路设计与应用手册》一书的974页。

实施例4本发明的工作过程

将电动汽车无线供电移动平台置于车底，并调整位置，使平台位于车体内电 能接收线圈底部。

平台通过220V市电接口6通电以后，按下总开关，装置底座9侧面工作指 示灯61亮，平台开始工作，风扇10开始旋转。其中，为了使用方便，整个装置 的工作总开关可以安装在可伸缩拉杆3的把手上。

位于外环壳体1和内旋转壳体2表面的激光测距同时开始工作。下面说明两 部分激光测距模块工作的过程，以及本发明平台最终如何实现发射线圈25与车 底面平行的。

平台通电以后，控制单元71同时给四个激光测距模块输出驱动方波信号， 位于外环壳体1上的第一激光测距模块11、第二激光测距模块12收到驱动信号 后，两激光发射探头同时发出光束信号，在由各自模块中的接收探头接收反射光 束信号，两信号经过放大、脉冲整形、带通滤波，最终由模块输出到控制单元 71。输入到控制单元71中的两信号经过时间测算等运算处理后，在控制单元71 与第一电机控制电路72相连的I/O口上得到四个不同的信号，进而控制第一电 机74、第二电机75的正传、反转、停转。本发明中I/O口输出的00、01、10 几种状态分别对应第一电机74、第二电机75停转(不工作)、正传、反转三种 状态。如果平台初始状态就与车底面平行时，即这对激光测距模块的激光头表面 到达车底面距离相等时，控制单元71的I/O口输出00状态，进而负责带动第一 承重旋转轴191和第二承重旋转轴192的第一电机74、第二电机75不工作；当 第一激光测距模块11的激光头表面到达车底面距离大于第二激光测距模块12的 激光头表面到达车底面距离时，该I/O口输出01状态，第一电机控制电路72接 到信号后，控制第一电机74、第二电机75正转，进而第一电机74、第二电机 75负责带动的第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192正转工作，直到这对 激光测距模块激光头表面到达车底面距离相等时，I/O口输出00状态，第一电机 74、第二电机75带动第一承重旋转轴191和第二承重旋转轴192停转；当第二 激光测距模12的激光头表面到达车底面距离大于第一激光测距模11的激光头表 面到达车底面距离时，该I/O口输出10状态，第一电机控制电路72接到信号后， 第一电机74、第二电机75反转，进而带动第一承重旋转轴191和第二承重旋转 轴192反转工作，直到对激光测距模块激光头表面到达车底面距离相等时，I/O 口输出00状态，第一电机74、第二电机75带动第一承重旋转轴191和第二承 重旋转轴192停转；通过上述工作过程，本发明平台就实现了外环壳体1水平角 度的变化，也就实现了内旋转壳体2跟随外环壳体1的一次水平角度变化。

按照同样的工作原理，由于位于内旋转壳体2的第三激光测距模块21、第四 激光测距模块22同时接收到控制单元71发来的驱动信号，各自激光发射探头发 出光束信号，在由各自模块中的接收探头接收反射光束信号，再经过信号放大、 脉冲整形、带通滤波，两信号最终由两模块输出到控制单元71。输入到控制单 元71中的两信号经过时间测算等运算处理后，在控制单元71与第二电机控制电 路73相连的I/O口上得到不同的信号，进而控制第三电机76、第四电机77的正 转、反转、停转。通过此工作过程，本发明平台就实现了内旋转壳体2相对于外 环壳体1的水平角度的变化。

以上外环壳体1、内旋转壳体2的旋转状态是相互独立的，即本发明的装置 会根据平台与车底面之间实际的水平角度进行外环壳体1单独旋转(如图4，此 时内旋转壳体2相对外环壳体1不动)、内旋转壳体单独旋转(如图5，此时外 环壳体1处于初始状态)或二者同时旋转(如图6，此时外环壳体1带着内旋转 壳体2一起旋转，且内旋转壳体2还相对外环壳体1旋转)，由于外环壳体1和 内旋转壳体2的旋转轴相互垂直，因此通过两者的适当旋转便可全方向自动调节 发射线圈25最终与电动车底面至平行的状态。

当本发明平台供电结束后，关闭总开关，装置底座9侧面工作指示灯61灭， 风扇10停转，装置停止工作。