电动自行车无线充电装置的制作方法

1.本实用新型涉及电动自行车充电领域，特别涉及一种电动自行车无线充电装置。

背景技术：

2.电动自行车是人们日常出行较优选的交通工具，其体积小、重量轻，不需要占用车位和过多的公共空间，且出行方便，只需日常充电即可满足出行要求。此外，电动自行车满足绿环保理念，有助于节约能源，保护自然环境，成为人们日常出行的首选之一。但是，电动自行车充电适配器一般体积较大不方便携带，对于潮湿、过热、腐蚀等不确定的户外环境都存在风险，将电动自行车放在室内充电又极易起火爆炸，引入巨大的安全隐患。无线充电技术现今已趋于发展成熟，正渐渐影响电动自行车充电方式。由于无线充电的便利性及环境适应性，较好的解决了上述问题，电动自行车无线充电也在被试行，并在部分地区推广试用，不断改进。
3.但是，现阶段电动自行车无线充电大多采用qi标准或者双共振系统。qi标准传输距离和面积比很低，并且在充电时需要的对位精度较高；双共振技术充电面积大，充电距离较远，但效率略低，在接收端线圈不工作时，对发射端线圈通电会导致发射端线圈短路，且会由于强近场耦合作用，工作频率也会发生严重劈裂。

技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电动自行车无线充电装置，便于对发射端的电压进行调制，使发射端在接收端不工作时也能正常工作，提高了充电效率，实现了线圈和电路的相对分离，安装操作方便、灵活。
5.本实用新型通过如下方案来实现：一种电动自行车无线充电装置，包括用于接入供电电源的发射端电路、与所述发射端电路连接的发射端共振线圈、在所述发射端共振线圈靠近时与所述发射端共振线圈磁场耦合的接收端共振线圈以及与所述接收端共振线圈连接并用于供电至电池的接收端电路，所述发射端共振线圈和所述发射端电路之间连接有用于调制发射端的电压的发射端非共振线圈，且所述发射端非共振线圈与所述发射端共振线圈共同固定于所述发射端电路外部的线圈箱内，所述发射端非共振线圈通过一延长结构连接至所述发射端电路。
6.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述发射端非共振线圈的参数可调，所述参数包括匝数、与所述发射端共振线圈的距离和面积比。
7.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述线圈箱固设于承载面上，所述发射端非共振线圈和所述发射端共振线圈均竖向设于所述线圈箱内，所述接收端共振线圈竖向设于所述电动自行车刹车板的对称位置。
8.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述线圈箱嵌固于承载面下方，所述发射端非共振线圈和所述发射端共振线圈水平设于所述线圈箱内，且所述发射端共振线圈相对靠近所述承载面，所述接收端共振线圈水平设于所述电动自行车脚踏板
位置。
9.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述发射端共振线圈与所述接收端共振线圈的本征频率相同。
10.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述发射端电路包括功率因数校正电路和逆变电路，所述功率因数校正电路的进线端与所述供电电源连接，所述功率因数校正电路的出线端与所述逆变电路的进线端连接，所述逆变电路的出线端与所述延长结构连接。
11.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述发射端电路还包括nfc读卡电路、蓝牙通讯电路和弱电辅助电路，所述蓝牙通讯电路连接于所述nfc读卡电路和所述弱电辅助电路之间，其中，所述功率因数校正电路分别与所述弱电辅助电路和所述蓝牙通讯电路连接，所述逆变电路与所述nfc读卡电路连接。
12.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述接收端电路包括高频整流电路和dc-dc电压调整电路，所述高频整流电路的进线端与所述接收端共振线圈连接，所述高频整流电路的出线端与所述dc-dc电压调整电路的进线端连接，所述dc-dc电压调整电路的出线端与所述电池连接。
13.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述接收端电路还包括防反灌电路，所述防反灌电路连接于所述dc-dc电压调整电路和所述电池之间。
14.本实用新型电动自行车无线充电装置的进一步改进在于，所述接收端电路还包括nfc读卡电路和蓝牙通讯电路，所述蓝牙通讯电路连接于所述高频整流电路和所述nfc读卡电路之间，且所述nfc读卡电路与所述防反灌电路连接。
15.本实用新型包括但不限于以下有益效果：
16.通过在发射端增加非共振线圈，在确定输出功率后，可以在不改变共振线圈的情况下，通过调节发射端非共振线圈的匝数、与共振线圈之间的距离和面积比等参数，实现对发射端电压的调制，使发射端在接收端不工作时也能正常工作，避免双共振系统(即仅包含发射、接收端两个共振线圈)在接收端共振线圈不工作的情况下对发射端线圈供电导致的发射端线圈短路问题，在保证充电面积和充电距离的前提下，满足电动自行车高效率无线充电的需求，方案简单，成本较低。
17.通过在发射端非共振线圈上设计延长结构，将其与发射端共振线圈一同放置于线圈箱中，可以实现线圈部分和电路部分的相对分离，使线圈的安装更加方便灵活，提高线圈模块的稳定性，不易损坏，且在线圈箱需要移动时可以通过延长结构来补偿衰减的电感。
18.采用非共振线圈和双共振线圈的三线圈结构结合正交模式锁定的原理，可以使工作频率不会发生劈裂。
附图说明
19.图1示出了本实用新型电动自行车无线充电装置框图。
20.图2示出了本实用新型电动自行车无线充电装置原理图。
21.图3示出了本实用新型磁耦合机构结构示意图。
22.图4示出了本实用新型发射端非共振线圈第一实施例结构示意图。
23.图5示出了本实用新型发射端非共振线圈第二实施例结构示意图。
24.图6示出了本实用新型发射端非共振线圈第三实施例结构示意图。
25.图7示出了本实用新型发射端非共振线圈匝数与输出功率的曲线图。
26.图8示出了本实用新型发射端非共振线圈和发射端共振线圈的间距与输出功率的曲线图。
27.图9示出了本实用新型供电动自行车侧向充电的示意图。
28.图10示出了本实用新型供电动自行车底部充电的示意图。
具体实施方式
29.由于双共振系统(即仅包含发射端、接收端两个共振线圈)，在接收端共振线圈不工作的情况下对发射端线圈供电，会导致发射端线圈短路，此时在不对发射端电压进行调制的情况下，即使接收端线圈靠近准备工作也无法将电能传递到电动自行车。因此，需要对发射端电压进行调制。本实用新型提供了一种电动自行车无线充电装置，通过增加发射端非共振线圈，在不改变共振线圈的情况下，即可实现对发射端电压的调制，在保证充电面积和充电距离的前提下，使发射端在接收端不工作时也能正常工作，提高了充电效率，且通过延长结构的设计，实现了线圈和电路的相对分离，安装操作方便、灵活。
30.下面以具体实施例结合附图对该电动自行车无线充电装置作进一步说明。
31.参阅图1，图1示出了本实用新型电动自行车无线充电装置框图。一种电动自行车无线充电装置，包括用于接入供电电源的发射端电路、与该发射端电路连接的发射端共振线圈、在该发射端共振线圈靠近时与该发射端共振线圈磁场耦合的接收端共振线圈以及与该接收端共振线圈连接并用于供电至电池的接收端电路，该发射端共振线圈和该发射端电路之间连接有用于调制发射端的电压的发射端非共振线圈，且该发射端非共振线圈与该发射端共振线圈共同固定于该发射端电路外部的线圈箱内，该发射端非共振线圈通过一延长结构连接至该发射端电路。
32.具体来说，配合图2，图2示出了本实用新型电动自行车无线充电装置原理图。该供电电源为市电220v、50hz，该发射端电路包括功率因数校正电路和半桥/全桥逆变电路，该功率因数校正电路的进线端与该供电电源连接，该功率因数校正电路的出线端与该半桥/全桥逆变电路的进线端连接，该半桥/全桥逆变电路的出线端与该发射端非共振线圈的延长结构连接。该发射端电路还包括nfc读卡电路、蓝牙通讯电路和弱电辅助电路，该蓝牙通讯电路连接于该nfc读卡电路和该弱电辅助电路之间，其中，该功率因数校正电路分别与该弱电辅助电路和该蓝牙通讯电路连接，该半桥/全桥逆变电路与该nfc读卡电路连接。该接收端电路包括高频整流电路和dc-dc电压调整电路，该高频整流电路的进线端与该接收端共振线圈连接，该高频整流电路的出线端与该dc-dc电压调整电路的进线端连接，该dc-dc电压调整电路的出线端与该电池连接。该接收端电路还包括防反灌电路、nfc读卡电路和蓝牙通讯电路，该防反灌电路连接于该dc-dc电压调整电路和该电池之间，该蓝牙通讯电路连接于该高频整流电路和该nfc读卡电路之间，且该nfc读卡电路与该防反灌电路连接。
33.配合图3，图3示出了本实用新型磁耦合机构结构示意图。在进行无线充电时，一方面，220v市电输入，市电通过功率因数校正电路后转变为直流电压，再通过半桥/全桥逆变电路逆变为高频电磁波，进而输入该发射端非共振线圈l1，再由该发射端非共振线圈l1通过磁场耦合进入发射端共振线圈l2，耦合强度为k
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，随后，该发射端共振线圈l2和接收端共
振线圈l3磁场耦合，耦合强度为k
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，电动自行车接收端共振线圈l3将接收到的高频电磁波输入到高频整流电路，转变为直流电，再通过dc-dc电压调整电路调整后经防反灌电路供给电动自行车的电池使用。另一方面，利用发射端和接收端的蓝牙通讯电路进行发射端和接收端的通讯，实现nfc卡的识别等功能。
34.在本实施方式中，该发射端共振线圈l2的尺寸为90mm
×
120mm，成型为10匝的双层矩形线圈，该接收端共振线圈l3的尺寸为80mm
×
60mm，成型为8匝的三层矩形线圈，该发射端非共振线圈l1的尺寸及匝数等参数根据接收端所需功率来确定，以实现对发射端电压的调制，满足电动自行车无线充电需求，图3示出了该非共振线圈l1的一个实施例，其成型为5匝的单层矩形线圈。另外，图4、图5和图6还分别示出了该发射端非共振线圈l1可为的线圈绕制实施例，具体地，图4示出的该发射端非共振线圈l1为密绕单层线圈，图5示出的该发射端非共振线圈l1为疏绕单层线圈。图6示出的该发射端非共振线圈l1为密绕多层线圈。根据应用场合及电路需要，选定绕制方法，并选用适当的导线，满足接收端输出功率的需求。
35.当确定所需输出功率后，在不改变共振线圈的情况下，可以通过调节该发射端非共振线圈l1的匝数、该发射端非共振线圈l1与发射端共振线圈l2之间的距离d以及该发射端非共振线圈l1与发射端共振线圈l2之间的面积比等参数来实现对发射端电压的调制。例如：
36.参阅图7，图7示出了本实用新型发射端非共振线圈匝数与输出功率的曲线图，显示了发射端非共振线圈l1的匝数与系统输出功率的关系。图7中的n表示发射端非共振线圈l1的匝数，p表示系统输出功率。通过图7可知，在同样的输入电压下，发射端非共振线圈l1的匝数逐渐增多时，系统的输出功率p逐渐降低。而发射端输出电压与发射端非共振线圈l1和发射端共振线圈l2的匝数比相关，当发射端共振线圈l2的匝数固定时，当发射端非共振线圈l1的匝数增多，与其耦合的发射端共振线圈l2所接收到的电压会降低，从而影响接收端共振线圈l3所接收到的电压，进而使接收端输出功率p降低。
37.参阅图8，图8示出了本实用新型发射端非共振线圈和发射端共振线圈的间距与输出功率的曲线图，显示了发射端非共振线圈l1与发射端共振线圈l2之间的距离与系统输出功率的关系。图8中的d表示发射端非共振线圈l1与发射端共振线圈l2的之间的距离，p表示系统输出功率。通过图8可知，在同样的输入电压下，距离d逐渐增大时，系统的输出功率p在一定的距离(d1)范围内维持稳定后逐渐降低。发射端输出电压与距离d相关，当距离d增大到一定范围时，超过了l1与l2之间的最佳耦合距离，l1、l2之间的耦合强度较低，从而影响接收端线圈l3所接收到的电压，进而使接收端输出功率p降低。
38.通过在发射端增加非共振线圈l1，在保证充电面积和充电距离的前提下，实现对发射端电压的调制，使发射端在接收端不工作时也能正常工作，避免双共振系统(即仅包含发射、接收端两个共振线圈)在接收端共振线圈不工作的情况下对发射端线圈供电导致的发射端线圈短路问题，在需要改变输出功率时，通过改变发射端非共振线圈l1的匝数等参数即可，无需改变共振线圈。通过发射端非共振线圈l1上设置的延长结构，使得在线圈箱需要移动时可以补偿衰减的电感。
39.作为一较佳实施方式，该发射端共振线圈l1与该接收端共振线圈l2的本征频率相同。通过采用非共振线圈和双共振线圈的三线圈结构结合正交模式锁定的原理，可以使工作频率不会发生劈裂，使得无线能量传输系统的电能传输效率处于最大值，即电能传输效
率最高。
40.本实用新型通过在发射端非共振线圈l1上设置延长结构，使得发射端非共振线圈l1可以不用必须靠近发射端电路设置，可以与发射端共振线圈l2一同固定在线圈箱内，可以实现线圈部分和电路部分的相对分离，使线圈的安装更加方便灵活，提高线圈模块的稳定性，不易损坏。
41.作为一较佳实施方式，参阅图9，图9示出了本实用新型供电动自行车侧向充电的示意图。该线圈箱1固设于承载面上，该发射端非共振线圈和该发射端共振线圈均竖向设于该线圈箱1内，该接收端共振线圈通过一固定接收件2竖向设于该电动自行车刹车板的对称位置。该线圈箱1还可与该发射端电路集成于充电桩内，使该充电桩固设于该承载面上。该实施方式可实现电动自行车的侧向无线充电。
42.作为另一较佳实施方式，参阅图10，图10示出了本实用新型供电动自行车底部充电的示意图。该线圈箱1嵌固于承载面下方，该发射端非共振线圈和该发射端共振线圈水平设于该线圈箱1内，且该发射端共振线圈相对靠近该承载面，该接收端共振线圈通过一固定接收件2水平设于该电动自行车脚踏板位置。该实施方式可实现电动自行车的底部无线充电。
43.以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种电动自行车无线充电装置，包括用于接入供电电源的发射端电路、与所述发射端电路连接的发射端共振线圈、在所述发射端共振线圈靠近时与所述发射端共振线圈磁场耦合的接收端共振线圈以及与所述接收端共振线圈连接并用于供电至电池的接收端电路，其特征在于，所述发射端共振线圈和所述发射端电路之间连接有用于调制发射端的电压的发射端非共振线圈，且所述发射端非共振线圈与所述发射端共振线圈共同固定于所述发射端电路外部的线圈箱内，所述发射端非共振线圈通过一延长结构连接至所述发射端电路。2.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述发射端非共振线圈的参数可调，所述参数包括匝数、与所述发射端共振线圈的距离和面积比。3.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述线圈箱固设于承载面上，所述发射端非共振线圈和所述发射端共振线圈均竖向设于所述线圈箱内，所述接收端共振线圈竖向设于所述电动自行车刹车板的对称位置。4.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述线圈箱嵌固于承载面下方，所述发射端非共振线圈和所述发射端共振线圈水平设于所述线圈箱内，且所述发射端共振线圈相对靠近所述承载面，所述接收端共振线圈水平设于所述电动自行车脚踏板位置。5.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述发射端共振线圈与所述接收端共振线圈的本征频率相同。6.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述发射端电路包括功率因数校正电路和逆变电路，所述功率因数校正电路的进线端与所述供电电源连接，所述功率因数校正电路的出线端与所述逆变电路的进线端连接，所述逆变电路的出线端与所述延长结构连接。7.如权利要求6所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述发射端电路还包括nfc读卡电路、蓝牙通讯电路和弱电辅助电路，所述蓝牙通讯电路连接于所述nfc读卡电路和所述弱电辅助电路之间，其中，所述功率因数校正电路分别与所述弱电辅助电路和所述蓝牙通讯电路连接，所述逆变电路与所述nfc读卡电路连接。8.如权利要求1所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述接收端电路包括高频整流电路和dc-dc电压调整电路，所述高频整流电路的进线端与所述接收端共振线圈连接，所述高频整流电路的出线端与所述dc-dc电压调整电路的进线端连接，所述dc-dc电压调整电路的出线端与所述电池连接。9.如权利要求8所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述接收端电路还包括防反灌电路，所述防反灌电路连接于所述dc-dc电压调整电路和所述电池之间。10.如权利要求9所述的电动自行车无线充电装置，其特征在于，所述接收端电路还包括nfc读卡电路和蓝牙通讯电路，所述蓝牙通讯电路连接于所述高频整流电路和所述nfc读卡电路之间，且所述nfc读卡电路与所述防反灌电路连接。

技术总结

本实用新型涉及一种电动自行车无线充电装置，包括用于接入供电电源的发射端电路、与发射端电路连接的发射端共振线圈、在发射端共振线圈靠近时与其磁场耦合的接收端共振线圈以及与接收端共振线圈连接并用于供电至电池的接收端电路，发射端共振线圈和发射端电路之间连接有用于调制发射端的电压的发射端非共振线圈，且其与发射端共振线圈共同固定于发射端电路外部的线圈箱内，发射端非共振线圈通过一延长结构连接至发射端电路。本实用新型便于对发射端的电压进行调制，使发射端在接收端不工作时也能正常工作，提高了充电效率，实现了线圈和电路的相对分离，安装操作方便、灵活。灵活。灵活。