移動式充電設備和充電電池充電流水線的制作方法

本發明涉及一種充電設備，具體涉及一種移動式充電設備。

背景技術：

目前市面上的大電流充電設備均為固定式充電設備，比如電動汽車的充電樁或電動汽車用的電池充電站，充電樁要求電動汽車固定在充電樁附近一定的時間，而電池充電站要求電動汽車更換電池。

另外，市面上存在的固定式充電設備在進行批量式充電時，需要一次性將一批待充電產品分別接到固定式充電設備上，由于流水線作業需要保證充電產品移動，若采用固定的方式充電則易導致一部分時間處于靜置狀態，不利于流水作業，導致效率變低。

技術實現要素：

本發明提出一種移動式充電設備，可讓被充電設備在移動過程中充電，并且使三相交變電流變為直流電，通過改變輸入的三相電的參數，可以使得輸出的直流電的參數跟隨改變，為移動的充電設備充電，讓批量帶充電的產品實現流水作業。

為了實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案：

一種移動式充電設備，其特征在于，包括定子裝置、動子裝置、整流器和導軌，動子裝置滑動連接在導軌上，定子裝置和導軌均呈線型，所述定子裝置和導軌的路徑相應，定子裝置包括定子鐵芯和通有三相交流電的定子激磁繞組，動子裝置包括動子鐵芯和三相動子感應繞組，所述定子激磁繞組纏繞固定于定子鐵芯上，所述動子感應繞組纏繞固定于動子鐵芯上，整流器的輸入端與動子感應繞組電連接，整流器的輸出端設有充電裝置。

與現有技術相比，采用了上述技術方案的移動式充電設備，具有如下有益效果：

一、本發明提供的移動式充電設備，動子裝置在移動過程中切割定子裝置產生的磁場，可以在動子裝置的動子感應繞組內產生感應電流，經過整流器整流后的電流可以為充電產品提供電能，可以邊走邊充電，降低充電設備靜置所浪費的時間，有利于讓批量帶充電的產品實現流水作業，大大提高效率。

二、定子裝置內的定子激磁繞組所使用的電流為交變的三相電流，該電流產生的感應磁場是沿定子裝置方向單向高速移動的，即動子裝置的動子感應繞組在相對定子裝置不動時，依舊在切割磁場，感應電流依舊能夠產生，因此本發明中的動子裝置在低速移動或不動時依舊可以產生電流，不受移動速度制約。

三、由于定子激磁繞組所接的電源為三相電，通過改變電源的電壓或頻率，可以使得動子感應繞組產生的感應電流或電壓數值跟隨其改變，進而改變接電端的電流或電壓，可控性更高，操作性更強。

為了增強定子裝置產生的磁場，本發明優選的，移動式充電設備還包括外定子鐵芯，所述動子感應繞組位于外定子鐵芯和定子裝置之間，通過增設外定子鐵芯，可減小定子磁場磁路的磁阻，增強磁場，提高效率。

與上述原因相反，所述導軌優選采用不可磁化的金屬材料，防止定子鐵芯產生的磁場被可磁化的導軌分流，降低效率。

優選的，所述導軌包括有直線部分的曲線型導軌和直線型導軌，所述定子裝置的定子鐵芯的布置與導軌的直線部分相應。通過增設曲線段的導軌使動子裝置在移動過程中可以生成多種路徑。而定子鐵心在轉彎處是沒有用的，而且成本太高，故彎曲部分不設施定子線圈。

優選的，所述動子裝置由一套可設置速度的公知驅動系統驅動，以使動子在符合要求的速度下運行。

優選的，所述的充電裝置為充電槍或插頭，以適應不同的使用場合，比如，當給電動車充電時；優選充電槍，當給充電電池充電時，優選插頭。

優選的，所述動子裝置上設有放置整流器和充電裝置的盒子，當動子在非工作狀態時，將整流器和充電裝置置于該盒子中，起到保護和運輸作用。

根據上述設備，本發明還提出一種移動式充電方法，其充電步驟為：

①.定子裝置內的定子激磁繞組通三相交流電，電流在定子裝置的線型方向產生高速移動的磁場；

②.動子裝置在外力驅動下移動，動子感應繞組切割定子裝置產生的磁場，進而產生感應電動勢；

③.當充電裝置接入待充電設備后，動子感應繞組產生感應電流，感應電流經過整流器轉化為直流電，向待充電設備供電。

本發明還提出一種充電電池充電流水線，包括墜落區域、充電區域和推進區域，所述充電區域內設有上述的移動式充電設備，動子裝置還包括有夾持機構，所述夾持機構包括用于同電池兩端夾持的夾持部、通電可驅動夾持部夾緊電池的夾持驅動器，所述夾持驅動器與充電裝置相連接，夾持部上設有接電觸頭，所述接電觸頭與充電裝置相連；所述導軌貫穿三個區域，推進區域上設有用于將電池托舉使其放置于夾持部之間的支撐底板，所述支撐底板位于動子裝置的下方，所述充電電池充電流水線還包括用于帶動動子裝置于導軌上移動的外驅動器。

與現有技術相比，采用了上述技術方案的充電電池充電流水線，具有如下有益效果：

一、外驅動器帶動動子裝置切割定子裝置產生的感應磁場，動子感應繞組產生電流，通過充電裝置為夾持驅動器和接電觸頭供電，夾持驅動器使夾持部將電池夾緊，接電觸頭向電池輸送電能，完成充電。

二、當動子裝置帶動電池進入充電區域后，由于充電區域內有定子裝置的感應磁場，使得電池被自動夾持并充電，此期間可以對被夾緊的電池表面打標或其他附加工藝，有效的提高生產效率，使時間利用更為有效。

三、在動子裝置從推進區域進入充電區域時，由于動子裝置進入定子裝置的感應磁場區域，動子感應繞組內產生感應電流使夾持部自動夾緊電池；在動子裝置從充電區域進入墜落區域時，由于定子裝置的感應磁場消失，故動子感應繞組內不再產生電流，夾持驅動器斷電導致夾持部不再夾緊電池，使得電池自動從動子裝置上脫落，該過程均是自動的工作過程因此自動化程度更高，適于流水線操作，效率高。

四、在動子裝置帶著電池進入充電區域后，由于定子裝置內通的是三相交變電流，其磁場是高速移動的，因此即使動子裝置不動依舊可以將電池夾緊并充電，因此動子裝置在該區域內可以更靈活的活動，甚至不移動也不會造成電池脫落。

為保證夾持部在夾持驅動器斷電后能夠更穩定的打開，優選的，所述夾持機構上設有用于夾持驅動器斷電時可使夾持部復位分離的復位件，通過復位件提供穩定的彈力。

由于在推進過程中，夾持驅動器使夾持部夾緊電池時需要一定的時間，因此需要將支撐底板進行相應一小段延長，優選的，所述充電區域同推進區域的交界處設有延長底板，所述延長底板與支撐底板連接，通過延長底板為夾持部夾緊提供充足的時間。

上述充電電池充電流水線的充電工藝：

①預裝階段：推進區域內，將待充電的電池放入動子裝置的夾持機構內，支撐底板將電池托舉并限位在夾持機構的兩個夾持部之間；

②推進階段：外驅動器帶動動子裝置前移并進入充電區域，動子裝置由支撐底板進入延長底板；

③夾持階段：在定子裝置磁場的作用下，動子裝置內的動子感應繞組產生感應電流，并經過整流器在充電裝置產生直流電，向夾持驅動器和接電觸頭供電，夾持驅動器活動并使夾持部夾緊電池的兩端；

④充電階段：夾持部夾緊后，接電觸頭與電池兩端連通，構成反電勢回路，將電能儲存在電池內；

⑤墜落階段：動子裝置從充電區域過渡至墜落區域，定子裝置的電磁力消失，動子感應繞組不再產生電流，夾持驅動器斷電，復位件作用使夾持部彈開，致使電池從夾持部內脫離掉落，完成整個自動夾持-充電-脫離的過程。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構簡圖；

圖2為本發明實施例1中動子鐵芯、定子鐵芯和外定子鐵芯的結構示意圖；

圖3動子感應繞組和整流器的電路圖；

圖4定子鐵芯的結構示意圖；

圖5定子激磁繞組鋪設方式示意圖；

圖6為本發明實施例1中定子裝置及導軌彎曲段和直線段的示意圖；

圖7為本發明實施例2充電電池充電流水線中各個部件的連接示意圖；

圖8為本發明實施例2流水線中推進區域、充電區域和墜落區域的分布圖；

圖9為圖8中A處的局部放大圖。

圖中：1、定子裝置；10、定子鐵芯；11、定子激磁繞組；2、動子裝置；3、導軌；4、外定子鐵芯；5、整流器；50、充電裝置；60、夾持驅動器；61、夾持部；62、接電觸頭；63、復位件；70、支撐底板；71、延長底板；90、推進區域；91、充電區域；92、墜落區域。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，本發明特征及優點將更加明顯。

實施例1：

如圖1所示，本發明提供的移動式充電設備，包括定子裝置1、動子裝置2和導軌3，定子裝置1和導軌3相平行且均為曲線型或直線型；

定子裝置1包括定子鐵芯10和定子激磁繞組11，定子激磁繞組11內接通對稱的三相交流電，使定子裝置1產生移動磁場，磁場移動方向如圖1所示；定子鐵心如圖4所示，用0.35-0.5mm厚的硅鋼片沖片，每片上涂有絕艷漆，然后多片疊壓而成。以6個槽為一個模數構成一個模塊，多個模塊拼接而成。

定子激磁繞組11的鋪設如圖7所示，三相對稱繞組均勻分布放在定子的槽中，如A相繞組的兩個邊放在1’和4’號槽中，B相繞組的兩個邊放在3’和6’號槽中，C相繞組的兩個邊放在5’和2’號槽中，以1’-6’號槽為一個模數，其余類推。

動子裝置2可以為1個或者多個，動子裝置2包括動子鐵芯和動子感應繞組，動子鐵芯的結構與定子鐵芯結構相近，可鋪設動子感應繞組，動子感應繞組為三相對稱繞組(與定子激磁繞組相對應)。動子感應繞組在相對定子裝置1的感應磁場運動時，動子感應繞組切割磁場，在動子感應繞組(接線端50兩端接通時)內產生感應電流，產生的感應電流經過整流器5后,將產生的三相交流感應電流整合為直流電，將直流電輸送至充電裝置50，整流器5的電路圖如圖3所示，整流器5與動子感應繞組的連接方式也可參照圖3。

動子鐵芯的結構與定子鐵芯結構相似，由0.35mm-0.5mm厚的硅鋼片壓制而成，動子鐵心整體厚度在6mm-8mm之間。

為保證動子裝置2切割定子裝置1的磁場具有足夠的磁場強度，因此需要對動子和定子之間的間距進行控制，避免磁場過弱轉化效率過低，因此本實施例中動子2與定子裝置1之間的距離為0.1-3mm。

移動式充電設備還包括可被定子裝置1磁化增強磁場力的外定子鐵芯4，動子感應繞組位于外定子鐵芯4和定子裝置1之間。導軌3和外定子鐵芯4均采用不可磁化的材料，如各種工程塑料、瓷材料等。

所述動子裝置由一套可設置速度的公知驅動系統驅動，以使動子在符合要求的速度下運行。

所述的充電裝置為充電槍或插頭，以適應不同的使用場合，比如，當給電動車充電時；優選充電槍，當給充電電池充電時，優選插頭。

所述動子裝置上設有放置整流器和充電裝置的盒子，當動子在非工作狀態時，將整流器和充電裝置置于該盒子中，起到保護和運輸作用。

如圖6所示，定子裝置1包括曲線型定子裝置1和直線型定子裝置1，導軌3形狀與定子裝置1的形狀相對應，通過增設曲線型的定子裝置1，可以使整個移動式充電設備的動子裝置移動行程變得多變可控，甚至可以形成閉合的移動路徑。

本發明的工作過程如下：在定子平面內的三相對稱繞組中，接入對稱的三相交流電，則可建立移動的磁場；在磁場的設有異步移動的動子，動子上鋪設有三相對稱感應繞組，那么就在感應繞組中感應出電動勢，將這個感應電勢整流變成直流，即可向電池充電。

由于動子裝置接通過可控整流器接到電池上，相當于在動子感應繞組上接有反電勢，如圖5所示，

整流器輸出電流Id的表達式為

s是轉差率，

其中，ν_s是磁場的運動速度,ν_s＝2τ_pf,τ_p運動磁場的極距，f是電流的頻率，ν_r是動子的運動速度，E_r0是動子感應繞組開路時的相感應電動勢的有效值，X_r0是動子感應繞組漏電抗，R_D是動子感應繞組整流器管子的等效電阻，R_L是串聯電感的等效電阻，α_p是可控整流器控制角。E_d是電池的電動勢值。當動子的運動速度固定時，則轉差率s為常數。這樣就可以通過整流器的控制角α_p來控制充電電流的大小。動子整流器的輸出功率就是給電池充電的功率為

P_s＝E_dI_d根據上述實施例中提到的移動式充電設備，本實施例還提出一種移動式充電方法，其充電步驟為：

①.定子裝置1內的定子激磁繞組通三相電流，電流在定子裝置1的線型方向產生單側高速移動的磁場；

②.動子裝置2在外力驅動下，動子感應繞組切割定子裝置1產生的磁場，動子感應繞組產生電動勢；

③.當充電裝置50接入接電設備后，動子感應繞組產生電流，電流經過整流器5變化為直流電，向接電設備供電。

上述的移動式充電設備可以應用于多種場合，本實施例列舉一下若干應用場合；

應用例1：將上述移動式充電設備用于充電電池的充電，將電池放置在動子裝置2的充電裝置50兩端上，之后一邊在導軌3上移動，一遍用于對電池充電。

應用例2：用于電動車的充電，在規定的路道上設置本實施例中提到的定子裝置1和軌道2，通過將電動車的蓄電池和動子裝置2的充電裝置50之間連接導線，電動車可以一邊移動一邊充電，可架設在高速公路等距離較長的路段上，一邊充電一邊前進，有效節省時間。

實施例2：

一種充電電池充電流水線，包括墜落區域92、充電區域91、推進區域90和實施例1中的移動式充電設備，充電區域91內設有定子裝置1，導軌3貫穿三個區域。

動子裝置2還包括有夾持機構，夾持機構包括用于同電池兩端夾持的夾持部61、通電可驅動夾持部61夾緊電池的夾持驅動器，夾持驅動器與充電裝置50相連接，夾持部61上設有接電觸頭62，接電觸頭62與動子感應繞組充電裝置50相連；導軌3貫穿三個區域，推進區域90上設有用于將電池托舉使其放置于夾持部61之間的支撐底板70，支撐底板70位于動子裝置2的下方，充電電池充電流水線還包括用于帶動動子裝置2于導軌3上移動的外驅動器。夾持機構上設有用于夾持驅動器斷電時可使夾持部61復位分離的復位件63。

充電區域91同推進區域90的交界處設有延長底板71，延長底板71與支撐底板70連接。

上述充電電池充電流水線的操作過程如下：

①預裝階段：推進區域90內，將待充電的電池放入動子裝置2的夾持機構內，支撐底板70將電池托舉并限位在夾持機構的兩個夾持部61之間；

②推進階段：驅動系統帶動動子裝置2前移并進入充電區域91，動子裝置2由支撐底板70進入延長底板71；

③夾持階段：在定子裝置1磁場的作用下，動子裝置2內的動子感應繞組產生電流，并經過整流器5在充電裝置50產生直流電，向夾持驅動器和接電觸頭62供電，夾持驅動器活動并使夾持部61夾緊電池的兩端，延長底板71提供夾持部足夠的夾持時間；

④充電階段：夾持部61夾緊后，接電觸頭62與電池兩端連通，構成反電勢回路，將電能儲存在電池內；

⑤墜落階段：動子裝置2從充電區域91過渡至墜落區域92，定子裝置1的電磁力消失，動子感應繞組不再產生電流，夾持驅動器斷電，復位件63作用使夾持部61彈開，致使電池從夾持部61內脫離掉落，完成整個自動夾持-充電-脫離的過程。

上述充電電池充電流水線具有如下優點：

一、外驅動器帶動動子裝置切割定子裝置產生的感應磁場，在動子裝置的充電裝置產生電流，為夾持驅動器和接電觸頭供電，夾持驅動器使夾持部將電池夾緊，接電觸頭向電池輸送電能，完成充電。

二、當動子裝置帶動電池進入充電區域后，由于充電區域內有定子裝置的感應磁場，使得電池被自動夾持并充電，此期間可以對被夾緊的電池表面打標或其他附加工藝，有效的提高生產效率，使時間利用更為有效。

三、在動子裝置從推進區域進入充電區域時，由于動子裝置進入定子裝置的感應磁場區域，動子感應繞組內產生感應電流使夾持部自動夾緊電池；在動子裝置從充電區域進入墜落區域時，由于定子裝置的感應磁場消失，故動子感應繞組內不再產生電流，夾持驅動器斷電導致夾持部不再夾緊電池，使得電池自動從動子裝置上脫落，該過程均是自動的工作過程因此自動化程度更高，適于流水線操作，效率高。

四、在動子裝置帶著電池進入充電區域后，由于定子裝置內通的是三相交變電流，其磁場是高速移動的，因此即使動子裝置不動依舊可以將電池夾緊并充電，因此動子裝置在該區域內可以更靈活的活動，甚至不移動也不會造成電池脫落。

上述實施例是對本發明的說明，不是對本發明的限定，任何對本發明簡單變換后的方案均屬于本發明的保護范圍。

以上所述使本發明的優選實施方式，對于本領域的普通技術人員來說不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。