CN106451818B - 基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统 - Google Patents

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基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，涉及无线电能传输技术领域。本发明是为了解决传统的轮毂电机采用电缆线供电，很容易出现接线处松动、脱落甚至漏电，给车辆运行带来不利影响，同时，电缆线的老化会引起短路，严重时可能造成火灾的问题。车载电池给能量激发电路供电，能量激发电路将直流电转换为交流电给发射线圈，与接收线圈产生感应电动势给轮毂电机供电，采集轮毂电机的电压值和电流值，进行调制和运算后作为DC‑DC变换器的驱动信号，用来调节轮毂的阻抗，包络检波器检测发射线圈中的电流信号进行解调和处理后产生PWM信号来调节Buck驱动电路的驱动信号占空比，实现负载电压的稳定。用于对直流轮毂电机进行无线充电。

Description

基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统
技术领域
本发明涉及基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统。属于无线电能传输技术领域。
背景技术
由于在环保方面的优势，电动汽车越来越受到关注。轮毂电机是电动汽车的核心部件之一，决定了电动汽车的运行性能。传统的轮毂电机采用电缆线供电，在高转速、高温高压、强摩擦的车轮内部环境中，很容易出现接线处松动、脱落甚至漏电，给车辆运行带来不利影响。同时，电缆线的老化会引起短路，严重时可能造成火灾。因此，传统的轮毂电机供电方式存在安全隐患。
发明内容
本发明是为了解决传统的轮毂电机采用电缆线供电，很容易出现接线处松动、脱落甚至漏电，给车辆运行带来不利影响，同时，电缆线的老化会引起短路，严重时可能造成火灾的问题。现提供基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统。
基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，
它包括能量发射装置和能量接收装置，
能量发射装置包括能量激发电路、包络检波器、解调器、一号控制器和发射线圈，
能量接收装置包括接收线圈、电容C2、整流电路、DC-DC变换器、电压传感器、电流传感器、低频调制器、高频调制器和二号控制器，
能量激发电路包括Buck驱动电路、MOSFET驱动器和四个金氧半场效晶体管构成逆变电路，
车载电池给能量激发电路供电，能量激发电路将直流电转换为频率为f的交流电给发射线圈，从而激发发射线圈形成频率为f的交变磁场；
电容C2与接收线圈串联后，与发射线圈产生的交变磁场产生谐振，在接收线圈上产生感应电动势，该感应电动势再经过整流电路和DC-DC变换器给轮毂电机供电，
能量接收装置中采用电压传感器采集轮毂电机的电压值，将该电压值送入高频调制器，用一个高频载波信号进行调制得到一个高频PWM调制信号，
能量接收装置中采用电流传感器采集轮毂电机的电流值，将该电流值送入低频调制器，用一个低频载波信号进行调制得到一个低频PWM调制信号，
获得的高频PWM调制信号和低频PWM调制信号进行与运算后发送给二号控制器，作为DC-DC变换器的驱动信号，用来调节轮毂的阻抗，实现传输效率最大化，
发射线圈中的交流电频率与低频调制器得到的低频PWM调制信号的频率相同，利用包络检波器从发射线圈中的电流信号中检出调制信号，送入解调器，得到的结果送至一号控制器处理后，产生PWM信号，用来调节能量激发电路中Buck驱动电路的驱动信号占空比，实现负载电压的稳定，
一号控制器，还用于向MOSFET驱动器提供两路互补的频率为f的PWM信号，该信号用来驱动四个金氧半场效晶体管。
本发明的有益效果：
由车载电池给置于车架上的发射装置供电，进而产生交变磁场，置于车轮内部的接收线圈通过谐振耦合接收能量给轮毂电机供电。随着电机转速的变化，通过能量接收装置中的DC-DC变换器调节负载阻抗，使能量传输效率始终保持最高，同时通过能量发射装置中的包络检波器对发射端线圈的电流进行检测，控制调节能量发射装置中Buck驱动电路的驱动信号占空比，实现整个电机运行过程中电压的稳定。能量发射装置和能量接收装置之间不需要使用传统的无线通信，大大简化系统控制。并且与现有技术相比，1、取消了发射接收端之间的无线通信，仅仅通过检测发射线圈电流信息就可以了解负载特性的变化并加以控制，大大简化系统结构；2、本发明在实现系统传输效率最大化的同时，保证了电机的恒压供电。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的能量发射装置的原理示意图；
图2为具体实施方式一所述的能量接收装置的原理示意图；
图3为能量发射装置和能量接收装置在车上的位置结构图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，它包括能量发射装置和能量接收装置，
能量发射装置包括能量激发电路1、包络检波器2、解调器3、一号控制器4和发射线圈5，
能量接收装置包括接收线圈6、电容C2、整流电路7、DC-DC变换器8、电压传感器9、电流传感器10、低频调制器11、高频调制器12和二号控制器13，
能量激发电路1包括Buck驱动电路1-1、MOSFET驱动器1-2和四个金氧半场效晶体管1-3构成逆变电路，
车载电池给能量激发电路1供电，能量激发电路1将直流电转换为频率为f的交流电给发射线圈5，从而激发发射线圈5形成频率为f的交变磁场；
电容C2与接收线圈串联后，与发射线圈5产生的交变磁场产生谐振，在接收线圈6上产生感应电动势，该感应电动势再经过整流电路7和DC-DC变换器8给轮毂电机供电，
能量接收装置中采用电压传感器9采集轮毂电机的电压值，将该电压值送入高频调制器12，用一个高频载波信号进行调制得到一个高频PWM调制信号，
能量接收装置中采用电流传感器10采集轮毂电机的电流值，将该电流值送入低频调制器11，用一个低频载波信号进行调制得到一个低频PWM调制信号，
获得的高频PWM调制信号和低频PWM调制信号进行与运算后发送给二号控制器13，作为DC-DC变换器8的驱动信号，用来调节轮毂的阻抗，实现传输效率最大化，
发射线圈5中的交流电频率与低频调制器11得到的低频PWM调制信号的频率相同，利用包络检波器2从发射线圈5中的电流信号中检出调制信号，送入解调器3，得到的结果送至一号控制器4处理后，产生PWM信号，用来调节能量激发电路1中Buck驱动电路1-1的驱动信号占空比，实现负载电压的稳定，
一号控制器4，还用于向MOSFET驱动器1-2提供两路互补的频率为f的PWM信号，该信号用来驱动四个金氧半场效晶体管1-3。
本实施方式中，能量接收装置中采用电压传感器9采集轮毂电机的电压值，然后经过A/D转换后将该电压值送入高频调制器12，用一个高频载波信号进行调制得到一个高频PWM调制信号，
能量接收装置中采用电流传感器10采集轮毂电机的电流值，然后经过A/D转换后将该电流值送入低频调制器11，用一个低频载波信号进行调制得到一个低频PWM调制信号。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，它还包括电容C1，电容C1与发射线圈5串联，电容C1与发射线圈构成LC谐振回路，电容C2与接收线圈6构成LC谐振回路，谐振频率均为f。
本实施方式中，发射线圈5接收线圈6能够产生谐振耦合，在两个线圈中的电流频率相同的情况下，从而使电机得到恒定的输出电压。
具体实施方式三：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，接收线圈6为圆形、六边形、矩形或椭圆形，与轮毂电机一体化安装；发射线圈5为圆形、六边形、矩形或椭圆形，与车架一体化安装。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，频率f范围为10KHz～1MHz，
用一个高频载波信号进行调制的频率低于f，
用一个低频载波信号进行调制的频率范围为1KHz～2KHz。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一或三所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，接收线圈6和发射线圈5均由LITZ线绕制，同时根据负载需求的不同，能够自由选择是否在接收线圈6和发射线圈5处安放磁芯。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，能量发射装置还能够给具有接收线圈6且与能量发射装置中的发射线圈5的交流电频率相同的其他设备供电。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统作进一步说明，本实施方式中，能量发射装置还能够给具有接收线圈6且与能量发射装置中的发射线圈5的交流电频率相同的车轮中安装的各种传感器供电。

Claims (6)

1.基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，
它包括能量发射装置和能量接收装置，
能量发射装置包括能量激发电路(1)、包络检波器(2)、解调器(3)、一号控制器(4)和发射线圈(5)，
能量接收装置包括接收线圈(6)、电容C2、整流电路(7)、DC-DC变换器(8)、电压传感器(9)、电流传感器(10)、低频调制器(11)、高频调制器(12)和二号控制器(13)，
能量激发电路(1)包括Buck驱动电路(1-1)、MOSFET驱动器(1-2)和四个金氧半场效晶体管(1-3)构成逆变电路，
车载电池给能量激发电路(1)供电，能量激发电路(1)将直流电转换为频率为f的交流电给发射线圈(5)，从而激发发射线圈(5)形成频率为f的交变磁场；
电容C2与接收线圈串联后，与发射线圈(5)产生的交变磁场产生谐振，在接收线圈(6)上产生感应电动势，该感应电动势再经过整流电路(7)和DC-DC变换器(8)给轮毂电机供电，
能量接收装置中采用电压传感器(9)采集轮毂电机的电压值，将该电压值送入高频调制器(12)，用一个高频载波信号进行调制得到一个高频PWM调制信号，
能量接收装置中采用电流传感器(10)采集轮毂电机的电流值，将该电流值送入低频调制器(11)，用一个低频载波信号进行调制得到一个低频PWM调制信号，
获得的高频PWM调制信号和低频PWM调制信号进行与运算后发送给二号控制器(13)，作为DC-DC变换器(8)的驱动信号，用来调节轮毂的阻抗，实现传输效率最大化，
低频调制器(11)得到的低频PWM调制信号的频率等于发射线圈(5)中的交流电频率f，利用包络检波器(2)从发射线圈(5)中的电流信号中检出调制信号，送入解调器(3)，得到的结果送至一号控制器(4)处理后，产生PWM信号，用来调节能量激发电路(1)中Buck驱动电路(1-1)的驱动信号占空比，实现负载电压的稳定，
一号控制器(4)，还用于向MOSFET驱动器(1-2)提供两路互补的频率为f的PWM信号，该信号用来驱动四个金氧半场效晶体管(1-3)。
2.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，它还包括电容C1，电容C1与发射线圈(5)串联，电容C1与发射线圈(5)构成LC谐振回路，电容C2与接收线圈(6)构成LC谐振回路，谐振频率均为f。
3.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，
接收线圈(6)为圆形、六边形、矩形或椭圆形，与轮毂电机一体化安装；发射线圈(5)为圆形、六边形、矩形或椭圆形，与车架一体化安装。
4.根据权利要求1或3所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，接收线圈(6)和发射线圈(5)均由LITZ线绕制，同时根据负载需求的不同，能够自由选择是否在接收线圈(6)和发射线圈(5)处安放磁芯。
5.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，能量发射装置还能够给具有接收线圈(6)且与能量发射装置中的发射线圈(5)的交流电频率相同的其他设备供电。
6.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的轮毂电机无线供电系统，其特征在于，能量发射装置还能够给具有接收线圈(6)且与能量发射装置中的发射线圈(5)的交流电频率相同的车轮中安装的各种传感器供电。
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