一种带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统的制作方法

1.本发明涉及车载充电技术领域，特别涉及一种带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统。


背景技术：

2.作为应对能源危机、环境污染等方面的主要发展产业，新能源汽车近年来的发展与应用得到长足进步，致力于发展新能源公交系统的城市与日俱增。而其中，以锂离子电池作为动力电源的电动公交或电动汽车，因其能量高、工作电压高、工作温度范围宽、体积小、寿命长、环保等优点，迅速成为新能源产业中的支柱力量。随着国家对新能源车辆的普及推广，以及市场对车辆充电快速化的要求，大电流快速充电接口已成为行业发展趋势，充电自动化、智能化及多样性，已经成为产品亮点。
3.电动汽车无线充电的磁耦合结构是指将无线电能传输技术与电动汽车充电结合起来实现无线充电，能够大大提高电动汽车充电的方便性。用户只需把车停在安装有电能发送装置的指定区域，充电即可自动进行；无线充电系统的发射装置可埋设在车库或停车场，不需要任何维护。
4.磁耦合结构的性能是影响无线电能传输的重要因素，磁耦合结构的种类繁多，但磁耦合结构的设计基本上是围绕着提高耦合系数为中心。
5.不管是有线充电还是无线充电，目前新能源汽车上的车载充电系统在充电时会产生高热量，而且充电装置位于车身内部，其散热不好，目前的充电机带有散热器，但散热器的散热效果不佳。
6.申请号为cn201821592288.6的专利公开一种车辆充电用车载充电装置，解决现有技术中固定在车辆上的车载充电装置不容易与不同角度的受电弓配合的技术问题，该申请并未提出有关过热保护的技术方案。


技术实现要素：

7.针对上述技术问题，本发明提出一种带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统，解决了目前车载充电装置散热效果不好的技术问题，代替了普通充电时采用的紧密配合的拔插方式，反应速度快，利用通入冷却液和叶片散热同时进行散热作业，达到过温保护的目的。
8.本发明一种带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统，包括底座、充电机和水箱；充电机和水箱安装在底座上；其特征在于：还包括电磁铁气缸、温度传感器、保护电磁铁、散热模块和过热保护模块；所述的保护电磁铁固定在充电机上；温度传感器用于检测充电机的工作温度；所述散热模块包括螺旋液冷管和通断阀门；所述螺旋液冷管缠绕在充电机上；通断阀门用于控制螺旋液冷管内冷却液的流动；所述的过热保护模块安装在充电机设置有充电接口的端部；所述过热保护模块包括扣合组件和啮合齿圈；啮合齿圈旋转安装在充电机的端部，且通过动力元件驱动旋转；所
述扣合组件包括转架和滑动套环，所述转架旋转安装在充电机的端部，转架上固定连接有扣合块；转架通过扣合块弹簧复位；所述滑动套环与充电机构成滑动副；滑动套环与充电机之间设置有套环弹簧；滑动套环上旋转安装有转动卡环，转动卡环的内端面设置有齿圈；转动卡环的外侧固定有球形杆；滑动套环上转动连接有控制齿轮，控制齿轮与转动卡环上的齿圈啮合；转架上固定有转架吸附块；转架吸附块与保护电磁铁沿转架的周向对齐。
9.充电枪插上充电机的充电接口的过程中，充电枪带动滑动套环向内滑动；滑动套环向内滑动至极限位置时，啮合齿圈与控制齿轮啮合；初始状态下，球形杆的端部与扣合块上的斜面接触；当滑动套环向内滑动时，转动卡环和球形杆在扣合块上的斜面的推动下旋转，直到球形杆越过扣合块时，转动卡环在齿轮扭簧的弹力作用下转动复位，使得球形杆与扣合块的内端面接触，滑动套环被卡住，无法向外滑动复位；当转架吸附块转动至与保护电磁铁接触时，转架上的扣合块的内端面与球形杆端部分离，使得扣合块对球形杆的锁止解除。
10.作为优选，所述散热模块还包括出水管；出水管的一端与水箱连接，另一端与螺旋液冷管的一端通过通断阀门连接；所述螺旋液冷管的另一端与回流箱体连接；通断阀门安装在充电机的侧部；通断阀门上滑动设置有阀门杆；阀门杆上套有阀门杆弹簧；转架的外侧边缘处上固定设置有阀门接触杆；阀门接触杆的内侧面与阀门杆接触；当阀门接触杆跟随转架转动时能够按下或松开阀门杆；充电机的侧部固定有电磁铁气缸；电磁铁气缸的活塞杆上固定设置有第一电磁铁；当电磁铁气缸推出时，其活塞杆上的第一电磁铁移动到保护电磁铁与转架吸附块之间；当转架吸附块与第一电磁铁接触时，通断阀门在阀门接触杆的按压下导通，且扣合块与球形杆未分离。
11.作为优选，所述的散热模块还包括水泵和回流箱体连接管；水泵设置在水箱与螺旋液冷管之间；回流箱体与散热器通过回流箱体连接管连接；所述散热器与水箱通过回流管连接；螺旋液冷管输出的冷却液通过安装在充电机上的散热器将来自充电机的热量转移到外界环境中。
12.作为优选，所述扣合组件还包括夹持板和夹持控制板，所述夹持板滑动安装在滑动套环上，夹持板的一端固定连接有夹持接触块，夹持板上套有夹持弹簧，所述夹持控制板固定安装在充电机端部；夹持控制板与夹持接触块接触；夹持控制板的斜面区域与夹持接触块上的倾斜面接触，当滑动套环向内滑动时，夹持接触块在夹持控制板推动下带动夹持板向内侧滑动。
13.作为优选，所述滑动套环朝向充电机的一端上套有套环弹簧，滑动套环与控制齿轮连接处套有齿轮扭簧。
14.作为优选，所述过热保护模块还包括气缸转环、径向控制板和转动气缸，所述气缸转环旋转安装在充电机的端部，且套置在啮合齿圈的外侧；气缸转环上滑动设置有用于夹持啮合齿圈的齿圈夹板；所述径向控制板固定安装在充电机的端面上，所述转动气缸旋转安装在充电机的端面上，转动气缸的活塞杆与气缸转环旋转连接，所述齿圈夹板的一端旋转设置有接触轮，接触轮与径向控制板接触，齿圈夹板上套有齿圈夹板弹簧。
15.作为优选，该带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统还包括叶片散热组件；所述的叶片散热组件安装在充电机远离充电接口的端部，其包括叶轮和风扇，所述回流箱体内旋转安装有叶轮，所述叶轮由通入的冷却液驱动，所述风扇旋转安装在充电机的端
面上；风扇与叶轮联动。
16.作为优选，所述叶片散热组件还包括驱动锥齿轮一、驱动锥齿轮二、叶轮锥齿轮和风扇锥齿轮；驱动锥齿轮一旋转安装在回流箱体内，驱动锥齿轮一与驱动锥齿轮二同轴固定；叶轮上固定连接有叶轮锥齿轮；叶轮锥齿轮与驱动锥齿轮一啮合；风扇支承在充电机的端面；风扇与风扇锥齿轮同轴固定；风扇锥齿轮与驱动锥齿轮二啮合。
17.作为优选，所述充电机远离充电接口的端部设置有散热罩；散热罩套置在叶片散热组件的外侧。
18.作为优选，所述的底座上固定设置有无线充电模块。
19.本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明在充电过程中，温度传感器对充电机工作时的温度进行检测，当温度高于预设阈值时，温度传感器电阻变化，使得保护电磁铁通电，保护电磁铁通电后带有磁性并对转架吸附块进行吸附，使得转架转动，转架转动时，扣合块转动并不再阻挡球形杆，进而扣合关系消失，使得滑动套环在套环弹簧作用下回到初始位置，使得充电枪与充电接口脱离，不再充电，反应快，能快速进行充电断开操作；（2）本发明中冷却液对叶轮作用，使得叶轮转动，在齿轮啮合下，驱动锥齿轮一和驱动锥齿轮二转动，进而风扇锥齿轮转动，风扇转动并进行散热，实现通水冷却和叶片散热同时进行，提高了散热效率，冷却液经过回流箱体连接管到达散热器，通过蒸汽管对冷却液流经途中产生的水蒸气进行排放，蒸汽管的排放口可以设置在汽车的外部，最后冷却液经过回流管回到水箱中，由此实现冷却液的反复通入，避免水资源浪费；（3）本发明利用球形杆位于扣合块底部，扣合块此时对球形杆进行阻挡，形成扣合，完成充电头与充电插孔的配合，进行充电，代替了采用紧密配合的充电拔插方式。
附图说明
20.图1为本发明的第一张整体结构示意图。
21.图2为本发明的第二张整体结构示意图。
22.图3为本发明的散热模块的结构示意图。
23.图4为本发明中啮合齿圈所在位置的局部放大图。
24.图5为本发明中扣合组件所在位置的局部放大图。
25.图6为本发明中叶片散热组件所在位置局部放大图。
26.图7为本发明中转架的结构示意图。
27.101
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底座；102
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回流管；103
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散热器；104
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蒸汽管；105
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水箱；106
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水泵；107
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出水管；108
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通断阀门；109
‑
阀门杆弹簧；110
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阀门杆；111
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螺旋液冷管；112
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温度传感器；113
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阀门接触杆；114
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转架；115
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电磁铁连接杆；116
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保护电磁铁；117
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转架吸附块；118
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散热罩；119
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回流箱体；120
‑
风扇；121
‑
回流箱体连接管；122
‑
叶轮；123
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叶轮锥齿轮；124
‑
驱动锥齿轮一；125
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驱动锥齿轮二；126
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风扇锥齿轮；127
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充电机；128
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夹持控制板；129
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夹持接触块；130
‑
夹持弹簧；131
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夹持板；132
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滑动套环；133
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转动卡环；134
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控制齿轮；135
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齿轮扭簧；136
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径向控制板；137
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球形杆；138
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扣合块；139
‑
扣合块弹簧；140
‑
转动气缸；141
‑
啮合齿圈；142
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接触轮；143
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齿圈夹板弹簧；144
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齿圈夹板；145
‑
套环弹簧；146
‑
气缸转环；147
‑
电磁铁气缸；148
‑
无线充电模块。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
29.实施例：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种带有过热保护功能的磁电耦合复用车载充电系统，包括底座101、螺旋液冷管111、散热模块和过热保护模块。底座101上固定设置有无线充电模块148、充电机127和水箱105。充电机127的一端上固定设置有散热罩118。充电机127上固定设置有电磁铁气缸147。电磁铁气缸147的活塞杆上固定设置有第一电磁铁。充电机127上固定设置有用于检测温度的温度传感器112。温度传感器112上固定连接有电磁铁连接杆115，电磁铁连接杆115的一端上固定设置有保护电磁铁116；充电机127的另一端上设置有充电插孔。
30.散热模块包括通断阀门108、螺旋液冷管111、回流箱体119、散热器103、蒸汽管104、水箱105和水泵106。螺旋液冷管111缠绕在充电机127上，螺旋液冷管111的一端与通断阀门108的输出口连接。水泵106固定安装在水箱105的一端，水箱105上固定连接有出水管107，出水管107的一端与通断阀门108的输入口。通断阀门108上滑动设置有阀门杆110，阀门杆110上套有阀门杆弹簧109；阀门杆110沿充电机中心轴线的径向朝外设置。当阀门杆110向外处于极限位置时，通断阀门108截止；当通断阀门108被向内按下时，通断阀门108导通。螺旋液冷管111的另一端与回流箱体119的输入口固定连接且相通；回流箱体连接管121的一端与回流箱体119端面的输出口固定连接且相通，回流箱体连接管121的另一端与散热器103的输入口固定连接；散热器103的输出口通过回流管102与水箱105的输入口固定连接，散热器103上固定设置有蒸汽管104。
31.过热保护模块安装在充电机127上有充电插孔的端部，用于控制散热模块的启停，以及实现过热应急弹出充电枪的功能。过热保护模块包括扣合组件。扣合组件包括转架114。转架114旋转安装在充电机127的端部，转架114上固定连接有扣合块138，扣合块138上设置有斜面；滑动套环132滑动安装（沿充电机轴向滑动）在充电机127的端面上；滑动套环132与充电机127之间设置有套环弹簧145。套环弹簧145用于推动滑动套环132向外滑动复位。滑动套环132上旋转安装有转动卡环133，转动卡环133的内侧面上设置有齿圈；转动卡环133上固定设置有球形杆137，球形杆137与扣合块138扣合或不扣合。滑动套环132的内侧呈阶梯孔状，其小孔段直径在充电枪的插头部对应。充电枪插入滑动套环132时。充电枪上的阶梯部与滑动套环132内侧的阶梯部配合；使得充电枪能够推动滑动套环132向内滑动，直到充电枪与充电机上的充电插孔对接。
32.滑动套环132上还旋转设置有控制齿轮134，控制齿轮134与转动卡环133上的齿圈啮合；多个带有滑杆的夹持板131沿径向滑动安装在滑动套环132的内侧。各个夹持板131沿滑动套环132轴线的周向均布。各夹持板131的外侧均固定有夹持接触块129。夹持接触块129位于滑动套环132的外侧。夹持板131上套有夹持弹簧130；夹持弹簧130对夹持接触块129提供夹持接触块129外侧复位的弹力。夹持控制板128的数量和位置与夹持接触块129对应；各夹持控制板128固定安装在充电机127的端面上，夹持控制板128上设置有平面区域和斜面区域。夹持控制板128与夹持接触块129接触，扣合块138贯穿夹持控制板128，扣合块138上套有扣合块弹簧139。滑动套环132朝向充电机127的一端上套有套环弹簧145；滑动套环132与控制齿轮134连接处套有齿轮扭簧135。初始状态下，夹持控制板128的斜面区域与
夹持接触块129上的倾斜面接触，球形杆137的端部与扣合块138上的斜面接触。当滑动套环132向内滑动时，夹持接触块129在夹持控制板128推动下带动夹持板131向内侧滑动，球形杆137在扣合块138上的斜面的推动下旋转，直到球形杆137越过扣合块138时，滑动套环132在套环弹簧145的扭转弹力作用下转动，使得球形杆137与扣合块138的内端面接触，使得滑动套环132被卡住，无法向外滑动复位。
33.转架114的外侧边缘处上固定设置有阀门接触杆113，阀门接触杆113的内侧面与阀门杆110接触。当阀门接触杆113跟随转架114转动时能够按下或松开阀门杆110。转架114上还固定设置有转架吸附块117，保护电磁铁116对转架吸附块117进行吸附或不吸附，电磁铁气缸147活塞杆上的第一电磁铁吸附转架吸附块117或不吸附转架吸附块117。保护电磁铁116通电时能够通过吸附转架吸附块117的方式驱动转动架转动，使得扣合块138的内端面与球形杆137端部分离。电磁铁气缸147推出时，其活塞杆上的第一电磁铁移动到保护电磁铁116与转架吸附块117之间。此时，第一电磁铁吸附转架吸附块117，能够在保证通断阀门108导通的同时避免扣合块138与球形杆137分离。
34.啮合齿圈141和气缸转环146同轴旋转安装在充电机127的端面上；气缸转环146的内侧沿径向滑动设置有用于夹持啮合齿圈141的齿圈夹板144，径向控制板136固定安装在充电机127的端面上且位于气缸转环146的外侧，径向控制板136上设置有斜面区域和弧面区域；转动气缸140的外壳与充电机127的端面铰接；转动气缸140的活塞杆与气缸转环146铰接；通过转动气缸140的伸缩能够带动气缸转环146旋转；齿圈夹板144的一端旋转设置有接触轮142，接触轮142与径向控制板136接触，齿圈夹板144上套有齿圈夹板弹簧143。当控制齿轮134向内移动至极限位置时，啮合齿圈141与控制齿轮134啮合。接触轮142位于径向控制板136与气缸转环146之间。通过带动接触轮142沿着径向控制板136滚动，能够控制齿圈夹板144夹持或松开啮合齿圈141。
35.回流箱体119内旋转安装有叶轮122，叶轮122由通入的冷却液驱动。一个或多个风扇120旋转安装在充电机127的端面上。驱动锥齿轮一124旋转安装在回流箱体119内，驱动锥齿轮一124与驱动锥齿轮二125同轴固定；叶轮122上固定连接有叶轮锥齿轮123；叶轮锥齿轮123与驱动锥齿轮一124啮合；风扇120支承在充电机的端面。风扇120与风扇锥齿轮126同轴固定；风扇锥齿轮126与驱动锥齿轮二125啮合。驱动锥齿轮一124位于回流箱体119内；驱动锥齿轮二125位于回流箱体119外。
36.在执行本发明时：首先将充电头装在滑动套环132上并同时推动滑动套环132，夹持接触块129在夹持控制板128的斜面区域作用下发生径向位移，使得各夹持板131对充电头进行夹持固定，夹持接触块129在夹持接触块129平面区域作用下保持状态不变。
37.在推动滑动套环132时，球形杆137在扣合块138上的斜面作用发生转动，使得转动卡环133转动，在轮齿啮合下，控制齿轮134转动，需要说明的是，在球形杆137与扣合块138接触并使得滑动套环132转动时，齿轮扭簧135生成扭矩，扣合块弹簧139对扣合块138的作用力比球形杆137对扣合块138的作用力大，使得扣合块138不会运动，推动滑动套环132直至球形杆137位于扣合块138的底端，此时控制齿轮134与啮合齿圈141啮合，在齿轮扭簧135的作用下，控制齿轮134翻转，使得滑动套环132翻转，同时啮合齿圈141也转动，滑动套环132转动时，使得球形杆137位于扣合块138内端面，扣合块138此时对球形杆137进行阻挡，形成扣合，同时完成充电头与充电插孔的配合，进行充电。
38.在充电过程中，温度传感器112对充电机127工作时的温度进行检测，当温度高于预设极限温度时，温度传感器112电阻变化；使得保护电磁铁116通电，保护电磁铁116通电后带有磁性并对转架吸附块117进行吸附，使得转架114转动，转架114转动时，扣合块138转动并不再阻挡球形杆137，进而扣合关系消失，使得滑动套环132在套环弹簧145作用下回到初始位置，使得充电头与充电插孔脱离，不再充电。
39.在转架114转动的同时，阀门接触杆113对阀门杆110作用，使得通断阀门108处于通路状态，水泵106工作，对水箱105中的冷却液进行抽送，冷却液经过出水管107达到螺旋液冷管111，螺旋液冷管111为螺旋形并缠绕在充电机127上，有利于增加冷却液在充电机127上的流经长度，带走大部分的热量，冷却液经过螺旋液冷管111进入到回流箱体119中，在回流箱体119中，冷却液对叶轮122作用，使得叶轮122转动，在齿轮啮合下，驱动锥齿轮一124和驱动锥齿轮二125转动，进而风扇锥齿轮126转动，风扇120转动对充电机进行风冷散热，实现通水冷却和叶片散热同时进行，提高了散热效率，冷却液经过回流箱体连接管121到达散热器103，通过蒸汽管104对冷却液流经途中产生的水蒸气进行排放，蒸汽管104的排放口可以设置在汽车的外部，最后冷却液经过回流管102回到水箱105中，由此实现冷却液的反复通入，避免水资源浪费，当温度降低至预设阈值以下，停止冷却作业。
40.在正常充电时，充电机127工作产生的热量并未达到预设限位温度，当充满电后，转动气缸140控制气缸转环146转动，接触轮142在径向控制板136上斜面区域作用下，使得齿圈夹板144发生径向位移并对啮合齿圈141进行夹持，滑动套环132在径向控制板136上的弧面区域时，保持状态不变，由此带动啮合齿圈141转动，在轮齿啮合下，控制齿轮134转动，进而带动滑动套环132转动，使得球形杆137与扣合块138脱离扣合；之后，滑动套环132又在套环弹簧145作用下回到初始位置，完成充电。
41.在充电过程中，充电机127仍然会产生热量；充电机127的温度达到预设水冷温度，且未达到预设极限温度时，不需要进行紧急停机，但依旧有散热需求，此时，电磁铁气缸147控制活塞杆运动，使得活塞杆上的第一电磁铁吸位于转架吸附块117和保护电磁铁116之间，电磁铁气缸147活塞杆上的第一电磁铁对转架吸附块117进行吸附，使得转架114转动，此时转动只会触发通断阀门108，使其处于通路状态，进而实现通水冷却，但是此时球形杆137与扣合块138不会脱离扣合，使得充电作业仍然继续。
42.上述为车载系统的有线充电作业，无线充电模块能进行车载系统的无线充电作业，无线充电原理是电磁感应式，电磁感应无线充电利用的是电生磁，磁生电的电磁感应原理，即“电”与“磁”的相互转化；无线充电还有一种原理是磁场共振，磁场共振是由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，将有线充电和无线充电相结合，形成复合充电系统。
43.本发明不局限上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。