电动汽车无线充电系统线圈偏移调节实验演示装置的制作方法

1.本实用新型属于无线充电技术领域，特别涉及一种电动汽车无线充电系统线圈偏移调节实验演示装置。


背景技术：

2.近年来，随着资源匮乏和温室气体不断排放问题的加深严重，具有零排放、低噪声和能源利用率高等优点的电动汽车成为世界各国的研究重点，相关的研究、产量和销售都日益得到提升，世界各国也纷纷制定了禁售燃油车的未来规划。无线充电，是利用电磁感应原理进行无线缆充电的技术，在供电侧和接收侧各有一个线圈，供电侧的线圈连接有线电源产生电磁信号，接收侧的线圈在进入供电侧线圈的磁场内会感应到电磁信号，从而产生电流，给搭载接收侧线圈的电子设备的电池充电。虽然电动汽车的发展得到了很多国家和企业的大力推广，但与燃油车相比，电动汽车现在仍然存在不少问题，比如充电设施不齐全、充电时间长、车载电池容量大等，这些问题在很大程度上影响了电动汽车的更远的发展。无线充电系统中的松耦合的变压器，发射线圈与接收线圈之间的气隙非常大，利用发射线圈与接收线圈的磁感应与谐振的方式实现电能传输。发射线圈与接收线圈的相对位置非常重要，只有当接收或者发射的线圈正对或者一定容许的偏移范围内时，才能达到最优的传输功率与效率。但是由于电动汽车动态无线充电过程中发射线圈与接收线圈会存在纵向与横向的偏差,纵向的偏差是不可避免的也是必要的,但若横向偏差过大则会导致电能传递效率大幅度衰减，从而影响充电效率与浪费不必要的资源。并且现有技术的无线充电中，接收线圈与发射线圈发生偏移后，应准确判断偏移情况并且将偏移量恢复到最佳位置。这种电动汽车线圈偏移的研究对电动汽车的性能发展有很大的意义，但目前的无线充电的偏移检测装置都是用于商业化，对于深度教学研究无线充电的偏移检测演示不是十分适用，此装置适用于在教学演示关于无线充电偏移检测装置，可帮助后续的关于无线充电偏移角度的研究，具有一定的指导意义。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可实现电动汽车无线充电系统线圈不同偏移程度调节的实验演示装置，具体技术方案如下。
4.电动汽车无线充电系统线圈偏移调节实验演示装置，包括：接收线圈、中继线圈、发射线圈；
5.接收线圈安装在接收线圈层板上，中继线圈安装在中继线圈层板上，发射线圈安装在发射线圈层板上；
6.接收线圈层板、中继线圈层板、发射线圈层板自上到下依次层叠；
7.接收线圈层板上设有倾角调节装置，还设有接收线圈y轴偏移装置、接收线圈z轴偏移装置；
8.中继线圈层板上设有中继线圈y轴偏移装置、中继线圈z轴偏移装置；
9.发射线圈层板上设有发射线圈x轴偏移装置。
10.所述的接收线圈连接接收线圈电源线，接收线圈安装在接收线圈底座上；
11.所述的倾角调节装置为，接收线圈底座的一端边设有两根垂直的连杆，其中一根连杆由号步进电机驱动升降，另外一根连杆由号步进电机驱动升降，号步进电机、号步进电机分别通过万向节安装在两根垂直的支杆上，支杆固定在隔板上，隔板位于水平的接收线圈层板上；隔板上设有倾角仪；
12.所述的接收线圈y轴偏移装置为，接收线圈层板上设有的接收线圈y轴方向限位槽，隔板在接收线圈y轴方向限位槽内滑动；
13.隔板一侧边设有水平的接收线圈伸缩螺杆，接收线圈伸缩螺杆平行于接收线圈y轴方向限位槽；接收线圈伸缩螺杆由接收线圈直流减速电机驱动伸缩；
14.所述的接收线圈z轴偏移装置为，接收线圈层板四角分别安装有接收线圈连接螺母，所述的接收线圈连接螺母螺纹连接在垂直的螺纹杆上，螺纹杆安装在支撑台上；接收线圈层板的周围设有一圈接收线圈同步皮带，接收线圈同步皮带上设有齿纹，并且与接收线圈连接螺母外齿轮啮合；接收线圈同步皮带由接收线圈升降步进电机通过接收线圈齿轮换向器驱动；
15.所述的中继线圈连接中继线圈电源线，中继线圈固定在中继线圈底座上，中继线圈底座位于水平的中继线圈层板上；
16.所述的中继线圈y轴偏移装置为，中继线圈层板设有中继线圈y轴方向限位槽，中继线圈底座沿着中继线圈y轴方向限位槽滑动；
17.所述的中继线圈层板的一侧边上设有水平的中继线圈伸缩螺杆，中继线圈伸缩螺杆平行于设有中继线圈y轴方向限位槽；中继线圈伸缩螺杆由中继线圈直流减速电机驱动伸缩；
18.所述的中继线圈z轴偏移装置为，中继线圈层板四角安装有中继线圈连接螺母，所述的中继线圈连接螺母连接在垂直的螺纹杆上；中继线圈层板的周围设有一圈中继线圈同步皮带，中继线圈同步皮带上设有齿纹，并且与中继线圈连接螺母外齿轮啮合；中继线圈同步皮带由中继线圈升降步进电机通过中继线圈齿轮换向器驱动；
19.所述的发射线圈连接发射线圈电源线，发射线圈固定在发射线圈底座上，发射线圈底座位于水平的发射线圈层板上，发射线圈层板四角分别安装在垂直的螺纹杆上；
20.所述的发射线圈x轴偏移装置为，发射线圈底座一对侧边上设有x方向限位槽，x方向限位槽与中继线圈y轴方向限位槽垂直；
21.发射线圈底座相邻的一侧边上设有水平的发射线圈伸缩螺杆，发射线圈伸缩螺杆与中继线圈伸缩螺杆垂直；发射线圈伸缩螺杆由发射线圈直流减速电机驱动伸缩。
22.可以通过计算机编程控制各个步进电机和各个直流减速电机，带动相应的伸缩螺杆、同步皮带运动，自动地实现三个线圈在x轴、y轴、z轴的偏移和接收线圈倾角的产生。在接收线圈的x、y轴上装有倾角仪，可以测量接收线圈倾斜的角度。x轴、y轴、z轴的偏移量通过装设的限位槽上的标尺读取。
23.所述直流减速电机为jgy370/dc12v或24v直流减速电机；1号步进电机(18)、2号步进电机(11)为28hz32丝杆步进电机；升降步进电机为8680a步进电机。
24.电源线均连接电源模块，为85khz，0-500v可调的电源。
25.伸缩螺杆均为可在20cm行程内移动的螺杆。
26.万向节为3/8万向节接头，总长56mm，外径宽17.7mm，接口9.5mm。
27.本实用新型提供的电动汽车无线充电实验装置的有益效果：
28.可方便研究人员对无线充电发射、中继线圈、接收线圈不同程度偏移调节与演示，解决目前大多数的检测装置比较商业化不适用于实验研究的教学演示问题，确保无线充电研究平台更加方便实用。本实用新型的电动汽车无线充电实验装置应用后，对想得到的偏移角度可通过程序控制软件进而可以实现对整个平面的角度的偏移，可以做到对线圈的位置的移动从而实现角度的偏移，还可通过程序控制电机实现调节到最佳偏移角度，使得电动汽车无线充电系统输出的功率稳定、效率更优化；另一方面，可以将电动汽车的无线充电实验平台更加适用于教学演示，对以后的研究具有一定的指导意义。
附图说明
29.图1为本实用新型的接收线圈结构示意图；
30.图2为本实用新型的中继线圈结构示意图；
31.图3为本实用新型的发射线圈结构示意图；
32.图4为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型提供的一种可实现电动汽车无线充电线圈不同偏移程度调节的实验演示装置进行详细说明。
34.如图4所示，电动汽车无线充电系统线圈偏移调节实验演示装置，包括：接收线圈14、中继线圈23、发射线圈33；所述接收线圈14、中继线圈23、发射线圈33，绕组为单股0.01mm，共2000股的利兹线。
35.如图1所示，接收线圈14安装在接收线圈层板上，中继线圈23安装在中继线圈层板上，发射线圈33安装在发射线圈层板上；
36.接收线圈层板、中继线圈层板、发射线圈层板自上到下依次层叠；
37.接收线圈层板上设有倾角调节装置，还设有接收线圈y轴偏移装置、接收线圈z轴偏移装置；
38.中继线圈层板上设有中继线圈y轴偏移装置、中继线圈z轴偏移装置；
39.发射线圈层板上设有发射线圈x轴偏移装置。
40.所述的接收线圈14连接接收线圈电源线12，接收线圈14安装在接收线圈底座13上；
41.所述的倾角调节装置为，接收线圈底座13的一端边设有两根垂直的连杆，其中一根连杆由1号步进电机18驱动升降，另外一根连杆由2号步进电机11驱动升降，1号步进电机18、2号步进电机11分别通过万向节19安装在两根垂直的支杆110上，支杆110固定在隔板15上，隔板15位于水平的接收线圈层板上；隔板15上设有倾角仪；
42.所述的接收线圈y轴偏移装置为，接收线圈层板上设有的接收线圈y轴方向限位槽111，隔板15在接收线圈y轴方向限位槽111内滑动；
43.隔板15一侧边设有水平的接收线圈伸缩螺杆113，接收线圈伸缩螺杆113平行于接
收线圈y轴方向限位槽111；接收线圈伸缩螺杆113由接收线圈直流减速电机17驱动伸缩；
44.所述的接收线圈z轴偏移装置为，接收线圈层板四角分别安装有接收线圈连接螺母，所述的接收线圈连接螺母螺纹连接在垂直的螺纹杆114上，螺纹杆114安装在支撑台16上；接收线圈层板的周围设有一圈接收线圈同步皮带112，接收线圈同步皮带112上设有齿纹，并且与接收线圈连接螺母外齿轮啮合；接收线圈同步皮带112由接收线圈升降步进电机通过接收线圈齿轮换向器驱动；
45.接收线圈14可以在y轴，z轴产生位移，此外，还可以与水平面产生
±5°
的倾角。
46.其中z轴的位移的实施方法：接收线圈连接螺母的内径有螺纹，和螺纹杆114相连。计算机控制接收线圈升降步进电机启动，通过其顺、逆时针的转动，来实现接收线圈连接螺母在z轴方向的上下位移。四个接收线圈连接螺母通过接收线圈同步皮带112相连，接收线圈升降步进电机所在接收线圈连接螺母为主动，其他三个接收线圈连接螺母为从动。在接收线圈同步皮带112的作用下，四个接收线圈连接螺母在z轴会产生相同的位移。进而可以实现整个接收线圈层板在z轴方向平稳的位移，且能保证接收线圈层板始终保持水平。
47.接收线圈底座13与接收线圈层板之间并不是直接相连的。二者之间还有一个隔板15，y轴限位槽的宽度此时略大于隔板15宽度，在产生y轴方向偏移时，接收线圈底座13与隔板15是共同移动的。接收线圈伸缩螺杆113的螺母装设在隔板15上，通过带螺纹的接收线圈伸缩螺杆113与接收线圈直流减速电机17驱动伸缩，实现x轴上移动。
48.所述的倾角调节装置为，接收线圈底座13的一端边设有两根垂直的连杆，其中一根连杆由1号步进电机18驱动升降，另外一根连杆由2号步进电机11驱动升降，1号步进电机18、2号步进电机11分别通过万向节19安装在两根垂直的支杆110上，支杆110固定在隔板15上，隔板15位于水平的接收线圈层板上；隔板15上设有倾角仪；
49.接收线圈14产生倾角的实施方法：当1号步进电机18、2号步进电机11上下移动时，会带动接收线圈底座13与隔板15分离，产生倾角。
50.现举例说明倾角具体实现办法。若2号步进电机11不动，1号步进电机18向上移动，接收线圈底座13会以y轴为旋转轴，按右手螺旋方向旋转，产生倾角。若1号步进电机18、2号步进电机11同时向上移动，接收线圈底座13会以x轴为旋转轴，按左手螺旋方向移动。
51.在接收线圈底座13设有倾角仪，可以测出具体角度倾斜的数值。设计的角度倾斜范围为
±5°
。
52.如图2所示，所述的中继线圈23连接中继线圈电源线21，中继线圈23固定在中继线圈底座24上，中继线圈底座24位于水平的中继线圈层板上；
53.所述的中继线圈y轴偏移装置为，中继线圈层板设有中继线圈y轴方向限位槽22，中继线圈底座24沿着中继线圈y轴方向限位槽22滑动；
54.中继线圈层板的一侧边上设有水平的中继线圈伸缩螺杆，中继线圈伸缩螺杆平行于设有中继线圈y轴方向限位槽22；中继线圈伸缩螺杆由中继线圈直流减速电机28驱动伸缩；
55.所述的中继线圈z轴偏移装置为，中继线圈层板四角安装有中继线圈连接螺母27，所述的中继线圈连接螺母27连接在垂直的螺纹杆114上；中继线圈层板的周围设有一圈中继线圈同步皮带25，中继线圈同步皮带25上设有齿纹，并且与中继线圈连接螺母27外齿轮啮合；中继线圈同步皮带25由中继线圈升降步进电机26通过中继线圈齿轮换向器29驱动；
56.中继线圈23可以在y轴、z轴方向产生偏移，位移与接收线圈14在y轴、z轴方向位移的原理相同。
57.如图3所示，所述的发射线圈33连接发射线圈电源线31，发射线圈33固定在发射线圈底座34上，发射线圈底座34位于水平的发射线圈层板35上，发射线圈层板35四角分别安装在垂直的螺纹杆114上；
58.所述的发射线圈x轴偏移装置为，发射线圈底座34一对侧边上设有x方向限位槽36，x方向限位槽36与中继线圈y轴方向限位槽22垂直；
59.发射线圈底座34相邻的一侧边上设有水平的发射线圈伸缩螺杆38，发射线圈伸缩螺杆38与中继线圈伸缩螺杆垂直；发射线圈伸缩螺杆38由发射线圈直流减速电机37驱动伸缩。
60.需要说明的是，上述实施方式仅为本实用新型较佳的实施方案,不能将其理解为对本实用新型保护范围的限制，在未脱离本实用新型构思前提下，对本实用新型所做的任何微小变化与修饰均属于本实用新型的保护范围。