本發(fā)明涉及基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)。屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于在環(huán)保方面的優(yōu)勢，電動汽車越來越受到關(guān)注。輪轂電機(jī)是電動汽車的核心部件之一，決定了電動汽車的運(yùn)行性能。傳統(tǒng)的輪轂電機(jī)采用電纜線供電，在高轉(zhuǎn)速、高溫高壓、強(qiáng)摩擦的車輪內(nèi)部環(huán)境中，很容易出現(xiàn)接線處松動、脫落甚至漏電，給車輛運(yùn)行帶來不利影響。同時，電纜線的老化會引起短路，嚴(yán)重時可能造成火災(zāi)。因此，傳統(tǒng)的輪轂電機(jī)供電方式存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的輪轂電機(jī)采用電纜線供電，很容易出現(xiàn)接線處松動、脫落甚至漏電，給車輛運(yùn)行帶來不利影響，同時，電纜線的老化會引起短路，嚴(yán)重時可能造成火災(zāi)的問題?，F(xiàn)提供基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)。

基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)，

它包括能量發(fā)射裝置和能量接收裝置，

能量發(fā)射裝置包括能量激發(fā)電路、包絡(luò)檢波器、解調(diào)器、一號控制器和發(fā)射線圈，

能量接收裝置包括接收線圈、電容C2、整流電路、DC-DC變換器、電壓傳感器、電流傳感器、低頻調(diào)制器、高頻調(diào)制器和二號控制器，

能量激發(fā)電路包括Buck驅(qū)動電路、MOSFET驅(qū)動器和四個金氧半場效晶體管構(gòu)成逆變電路，

車載電池給能量激發(fā)電路供電，能量激發(fā)電路將直流電轉(zhuǎn)換為頻率為f的交流電給發(fā)射線圈，從而激發(fā)發(fā)射線圈形成頻率為f的交變磁場；

電容C2與接收線圈串聯(lián)后，與發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場產(chǎn)生諧振，在接收線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢再經(jīng)過整流電路和DC-DC變換器給輪轂電機(jī)供電，

能量接收裝置中采用電壓傳感器采集輪轂電機(jī)的電壓值，將該電壓值送入高頻調(diào)制器，用一個高頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個高頻PWM調(diào)制信號，

能量接收裝置中采用電流傳感器采集輪轂電機(jī)的電流值，將該電流值送入低頻調(diào)制器，用一個低頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個低頻PWM調(diào)制信號，

獲得的高頻PWM調(diào)制信號和低頻PWM調(diào)制信號進(jìn)行與運(yùn)算后發(fā)送給二號控制器，作為DC-DC變換器的驅(qū)動信號，用來調(diào)節(jié)輪轂的阻抗，實(shí)現(xiàn)傳輸效率最大化，

發(fā)射線圈中的交流電頻率與低頻調(diào)制器得到的低頻PWM調(diào)制信號的頻率相同，利用包絡(luò)檢波器從發(fā)射線圈中的電流信號中檢出調(diào)制信號，送入解調(diào)器，得到的結(jié)果送至一號控制器處理后，產(chǎn)生PWM信號，用來調(diào)節(jié)能量激發(fā)電路中Buck驅(qū)動電路的驅(qū)動信號占空比，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓的穩(wěn)定，

一號控制器，還用于向MOSFET驅(qū)動器提供兩路互補(bǔ)的頻率為f的PWM信號，該信號用來驅(qū)動四個金氧半場效晶體管。

本發(fā)明的有益效果：

由車載電池給置于車架上的發(fā)射裝置供電，進(jìn)而產(chǎn)生交變磁場，置于車輪內(nèi)部的接收線圈通過諧振耦合接收能量給輪轂電機(jī)供電。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，通過能量接收裝置中的DC-DC變換器調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗，使能量傳輸效率始終保持最高，同時通過能量發(fā)射裝置中的包絡(luò)檢波器對發(fā)射端線圈的電流進(jìn)行檢測，控制調(diào)節(jié)能量發(fā)射裝置中Buck驅(qū)動電路的驅(qū)動信號占空比，實(shí)現(xiàn)整個電機(jī)運(yùn)行過程中電壓的穩(wěn)定。能量發(fā)射裝置和能量接收裝置之間不需要使用傳統(tǒng)的無線通信，大大簡化系統(tǒng)控制。并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，1、取消了發(fā)射接收端之間的無線通信，僅僅通過檢測發(fā)射線圈電流信息就可以了解負(fù)載特性的變化并加以控制，大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2、本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸效率最大化的同時，保證了電機(jī)的恒壓供電。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式一所述的能量發(fā)射裝置的原理示意圖；

圖2為具體實(shí)施方式一所述的能量接收裝置的原理示意圖；

圖3為能量發(fā)射裝置和能量接收裝置在車上的位置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參照圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)，它包括能量發(fā)射裝置和能量接收裝置，

能量發(fā)射裝置包括能量激發(fā)電路1、包絡(luò)檢波器2、解調(diào)器3、一號控制器4和發(fā)射線圈5，

能量接收裝置包括接收線圈6、電容C2、整流電路7、DC-DC變換器8、電壓傳感器9、電流傳感器10、低頻調(diào)制器11、高頻調(diào)制器12和二號控制器13，

能量激發(fā)電路1包括Buck驅(qū)動電路1-1、MOSFET驅(qū)動器1-2和四個金氧半場效晶體管1-3構(gòu)成逆變電路，

車載電池給能量激發(fā)電路1供電，能量激發(fā)電路1將直流電轉(zhuǎn)換為頻率為f的交流電給發(fā)射線圈5，從而激發(fā)發(fā)射線圈5形成頻率為f的交變磁場；

電容C2與接收線圈串聯(lián)后，與發(fā)射線圈5產(chǎn)生的交變磁場產(chǎn)生諧振，在接收線圈6上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢再經(jīng)過整流電路7和DC-DC變換器8給輪轂電機(jī)供電，

能量接收裝置中采用電壓傳感器9采集輪轂電機(jī)的電壓值，將該電壓值送入高頻調(diào)制器12，用一個高頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個高頻PWM調(diào)制信號，

能量接收裝置中采用電流傳感器10采集輪轂電機(jī)的電流值，將該電流值送入低頻調(diào)制器11，用一個低頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個低頻PWM調(diào)制信號，

獲得的高頻PWM調(diào)制信號和低頻PWM調(diào)制信號進(jìn)行與運(yùn)算后發(fā)送給二號控制器13，作為DC-DC變換器8的驅(qū)動信號，用來調(diào)節(jié)輪轂的阻抗，實(shí)現(xiàn)傳輸效率最大化，

發(fā)射線圈5中的交流電頻率與低頻調(diào)制器11得到的低頻PWM調(diào)制信號的頻率相同，利用包絡(luò)檢波器2從發(fā)射線圈5中的電流信號中檢出調(diào)制信號，送入解調(diào)器3，得到的結(jié)果送至一號控制器4處理后，產(chǎn)生PWM信號，用來調(diào)節(jié)能量激發(fā)電路1中Buck驅(qū)動電路1-1的驅(qū)動信號占空比，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓的穩(wěn)定，

一號控制器4，還用于向MOSFET驅(qū)動器1-2提供兩路互補(bǔ)的頻率為f的PWM信號，該信號用來驅(qū)動四個金氧半場效晶體管1-3。

本實(shí)施方式中，能量接收裝置中采用電壓傳感器9采集輪轂電機(jī)的電壓值，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將該電壓值送入高頻調(diào)制器12，用一個高頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個高頻PWM調(diào)制信號，

能量接收裝置中采用電流傳感器10采集輪轂電機(jī)的電流值，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將該電流值送入低頻調(diào)制器11，用一個低頻載波信號進(jìn)行調(diào)制得到一個低頻PWM調(diào)制信號。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，它還包括電容C1，電容C1與發(fā)射線圈5串聯(lián)，電容C1與發(fā)射線圈構(gòu)成LC諧振回路，電容C2與接收線圈6構(gòu)成LC諧振回路，諧振頻率均為f。

本實(shí)施方式中，發(fā)射線圈5接收線圈6能夠產(chǎn)生諧振耦合，在兩個線圈中的電流頻率相同的情況下，從而使電機(jī)得到恒定的輸出電壓。

具體實(shí)施方式三：參照圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，接收線圈6為圓形、六邊形、矩形或橢圓形，與輪轂電機(jī)一體化安裝；發(fā)射線圈5為圓形、六邊形、矩形或橢圓形，與車架一體化安裝。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一或二所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，頻率f范圍為10KHz～1MHz，

用一個高頻載波信號進(jìn)行調(diào)制的頻率低于f，

用一個低頻載波信號進(jìn)行調(diào)制的頻率范圍為1KHz～2KHz。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一或三所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，接收線圈6和發(fā)射線圈5均由LITZ線繞制，同時根據(jù)負(fù)載需求的不同，能夠自由選擇是否在接收線圈6和發(fā)射線圈5處安放磁芯。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，能量發(fā)射裝置還能夠給具有接收線圈6且與能量發(fā)射裝置中的發(fā)射線圈5的交流電頻率相同的其他設(shè)備供電。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的基于磁耦合諧振的輪轂電機(jī)無線供電系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，能量發(fā)射裝置還能夠給具有接收線圈6且與能量發(fā)射裝置中的發(fā)射線圈5的交流電頻率相同的車輪中安裝的各種傳感器供電。