基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，该传输系统的电力电子模块总成与磁耦合机构接收端信号连接，磁耦合机构接收端直接连接于电动汽车轮毂电机的底部外壳，磁耦合机构接收端安装于磁耦合机构发射端的下方，电力电子模块总成安装于轮毂电机的传动轴的外周，磁耦合机构发射端嵌入并安装于电动汽车所行驶的道路表面。解决了现有方案的磁耦合机构方案具有严重局限性和低互操作性，且应用场景和应用范围较窄的技术问题。本发明专利技术采用安装于电动汽车轮毂电机外壳下方的弧形磁耦合机构，可以使得磁耦合机构发射端和接收端间隙距离最小化，能够拓展适用于静态、准动态以及动态无线电能供电领域，具有广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统


[0001]本专利技术涉及一种基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，属于电动汽车无线电能传输


技术介绍

[0002]轮毂电机是将电动汽车的动力系统、传动系统、刹车系统集成到轮毂中的一种新型电机。由于将驱动系统安装在车轮内的轮毂电机，进一步推进了电机驱动系统的集成化、小型化和轻量化设计。轮毂电机作为未来新能源汽车驱动解决方案，其最大的特点在于将驱动、传动和制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件，可以做到真正意义上的直接驱动，可以很容易做到全时四驱，并使得驱动效率提升与车辆空间扩大成为可能。
[0003]然而，传统的轮毂电机通过电缆线或接触式滑环实现供电，在电机高速旋转或长时间使用条件下容易存在磨损老化、线缆松动、短路漏电等安全隐患，给行车安全带来了诸多不利影响。综上，亟需专利技术一种应用于电动汽车轮毂电机的无线电能传输系统，摆脱传统线缆供电带来的设计约束，实现非接触式的高效电能供给。
[0004]而现有技术中的轮毂电机无线供电系统有采用磁耦合机构为侧装的平面式线圈的，这种结构没有仔细考虑轮毂电机与车身之间的轮轴对磁耦合谐振电磁场分布的影响，因而其实际应用和实施存在严重局限性，能量传递效率很低；此外，这种方案由车载电池实现对轮毂电机供电，并未真正解决电动汽车驱动系统电能来源问题，仍需要考虑电动汽车车载电池的电能供给。综上，现有方案的磁耦合机构方案具有严重局限性和低互操作性，且应用场景和应用范围较窄。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述
技术介绍
中提到的现有方案的磁耦合机构方案具有严重局限性和低互操作性，且应用场景和应用范围较窄的技术问题，提出一种基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，采用安装于电动汽车轮毂电机外壳下方的弧形磁耦合机构，可以使得磁耦合机构发射端和接收端间隙距离最小化，并针对上述方案分别提出了应用于静态无线电能传输、半动态和动态无线电能传输的应用案例。
[0006]本专利技术提出一种基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，包括磁耦合机构发射端、磁耦合机构接收端、电力电子模块总成、屏蔽外壳、连接支架，所述电力电子模块总成与磁耦合机构接收端信号连接，所述磁耦合机构接收端直接连接于电动汽车轮毂电机的底部外壳，所述磁耦合机构接收端安装于磁耦合机构发射端的下方，所述电力电子模块总成安装于轮毂电机的传动轴的外周，所述磁耦合机构发射端嵌入并安装于电动汽车所行驶的道路表面。
[0007]优选地，所述磁耦合机构接收端为曲面结构，其弧度与轮毂外壳的弧度相同，所述磁耦合机构接收端与轮毂外壳固定且与轮毂电机同轴，且不旋转。
[0008]优选地，所述电力电子模块总成包括直流恒压源、逆变器、驱动器、原边控制器、整流器、副边控制器和降压稳压模块，所述轮毂电机与降压稳压模块、整流器和副边控制器依次连接，所述整流器还与副边谐振单元和磁耦合机构接收端依次连接，所述降压稳压模块还与锂电池组依次连接，所述直流恒压源、逆变器、驱动器和原边控制器依次连接，所述逆变器还与原边谐振单元和磁耦合机构发射端依次连接。
[0009]优选地，所述原边控制器和副边控制器均包含有电流传感器、调制解调模块、PI控制模块以及Wi
‑
Fi通讯模块，用以实现系统的恒压、恒流控制以及最大效率跟踪控制。
[0010]优选地，所述轮毂电机的外侧安装有屏蔽外壳。
[0011]优选地，所述磁耦合机构发射端包括发射端线圈和发射端磁芯，所述发射端磁芯铺设在发射端线圈的下方。
[0012]优选地，所述发射端线圈设计为方型、圆型、DD型、DDQ型、三相叠放型、多小线圈型、长导轨型或双极型。
[0013]优选地，所述磁耦合机构接收端包括接收端线圈和接收端磁芯，所述接收端磁芯上设置有接收端线圈。
[0014]优选地，所述接收端线圈设计为方型、圆型、DD型、DDQ型或三相叠放型。
[0015]优选地，所述原边谐振单元位于磁耦合机构发射端线圈内侧，所述副边谐振单元位于磁耦合机构接收端线圈内侧，所述原边谐振单元和副边谐振单元采用符合电路拓扑互操作性的补偿网络。
[0016]优选地，所述补偿网络为S
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S、S
‑
P、P
‑
P、P
‑
S、LCC
‑
S、LCC
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LCC、LCL
‑
LCL、LCL
‑
S或其他复杂高阶拓扑结构。
[0017]本专利技术所述的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统的有益效果为：
[0018]1、本专利技术的结构可以实现比传统电动汽车无线充电系统更小的离地间隙，优于现有国标或SAE
‑
J2954国际标准，更易于实现系统的高传输效率设计。
[0019]2、本专利技术的轮内线圈结构安装于轮毂电机和轮胎之间的位置，如图2所示，在路过复杂路况时，磁耦合机构接收端随轮胎一同上升或下降，不易受路边影响而导致剐蹭，相比于传统电动汽车无线充电系统具有很好的道路适应性和通过性。
[0020]3、本专利技术所设计的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，能够拓展适用于静态、准动态以及动态无线电能供电领域，具体详见实施例1
‑
4，具有广阔的应用前景。
[0021]4、本专利技术所设计的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统的接收端线圈可设计为方型、圆型、DD型、DDQ型、三相叠放型以及其他集成线圈结构形式，所述发射端线圈可设计为方型、圆型、DD型、DDQ型、三相叠放型、多小线圈型、长导轨型、双极型以及其他集成线圈结构形式，所述的发射端和接收端线圈可以选取具有互操作性的结构进行任意搭配，具有很强的互操作性和拓展设计通用性。
[0022]5、本专利技术的轮内线圈(接收端线圈)直接安装于轮毂电机外壳，接收端电力电子模块总成集成于轮毂电机侧部，实现供电线路最短的设计，减少不必要的线路损耗，磁耦合机构接收端耦合获得的电能可以直接为轮毂电机驱动模块和传感器模块供电，并且能够将多余的电能储存到锂电池组中。
[0023]6、本专利技术的轮内线圈结构安装于车轮内侧，辐条状的金属车轮轮毂(通常为铝合金材质或钢材材质)可以对磁耦合机构所产生的空间电磁场实现屏蔽，仿真测试车轮外侧电磁场强度低于27uT，满足ICNRP指南中所要求人体最大辐射值，因而在上下车过程中无线电能传输磁耦合机构的空间磁场不会对人体造成危害。
附图说明
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]在附图中：
[0026]图1为本专利技术所述的电力电子模块总成的电路示意图；
[0027]图2为本专利技术所述的原边控制器和副边控制器的电路示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，其特征在于，包括电力电子模块总成(14)、磁耦合机构发射端(6)和磁耦合机构接收端(7)，所述电力电子模块总成(14)与磁耦合机构发射端(6)和磁耦合机构接收端(7)信号连接，所述磁耦合机构发射端(6)安装于轮胎(16)与轮毂外壳之间，所述磁耦合机构接收端(7)安装于磁耦合机构发射端(6)的下方，所述电力电子模块总成(14)安装于轮毂电机(12)的传动轴(17)的外周。2.根据权利要求1所述的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，其特征在于，所述磁耦合机构接收端(7)为曲面结构，其弧度与轮毂外壳的弧度相同，所述磁耦合机构接收端(7)与轮毂外壳固定且与轮毂电机(12)同轴，且不旋转。3.根据权利要求1所述的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，其特征在于，所述电力电子模块总成(14)包括直流恒压源(1)、逆变器(2)、驱动器(3)、原边控制器(4)、整流器(9)、副边控制器(10)和降压稳压模块(11)，所述轮毂电机(12)与降压稳压模块(11)、整流器(9)和副边控制器(10)依次连接，所述整流器(9)还与副边谐振单元(8)和磁耦合机构接收端(7)依次连接，所述降压稳压模块(11)还与锂电池组(13)依次连接，所述直流恒压源(1)、逆变器(2)、驱动器(3)和原边控制器(4)依次连接，所述逆变器(2)还与原边谐振单元(5)和磁耦合机构发射端(6)依次连接。4.根据权利要求1所述的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，其特征在于，所述原边控制器(4)和副边控制器(10)均包含有电流传感器(4
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1)、调制解调模块(4
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2)、PI控制模块(4
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3)以及Wi
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Fi通讯模块(4
‑
4)，用以实现系统的恒压、恒流控制以及最大效率跟踪控制。5.根据权利要求1所述的基于轮内线圈结构的电动汽车轮毂电机无线电能传输系统，其特征在于，所述轮毂电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔淑梅，王得安，张剑韬，乔永康，别致，郑乐然，宋凯，朱春波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：