本發(fā)明涉及一種車輛的無線供能系統(tǒng)，尤其涉及一種基于輪胎的新型電動汽車行駛中無線供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動汽車是一種新興的節(jié)能環(huán)保的交通工具，隨著能源供應的緊缺和民眾環(huán)保意識的提高，其市場前景越來越好，相關(guān)技術(shù)也在迅速發(fā)展。

目前電動汽車以電機驅(qū)動行駛，電池為其主要能量來源，這需要在靜止情況下長時間充電才能滿足長距離行駛的要求。在充電方式上主要采用充電樁有線充電的方式，對環(huán)境要求高并有一定的操作危險。

為了便于電動汽車的充電，出現(xiàn)了無線充電的技術(shù)。它不需要電纜連接充電樁，充電方式更加便捷和安全。但是仍然需要車輛在靜止的情況下進行長時間充電，影響了車輛的出行效率。

車輛在行駛中獲得電能的方式在有軌和無軌電車中長期使用，但是他們需要架設(shè)空中電纜或鋪設(shè)路面軌道，車輛缺乏靈活性、影響城市美觀，已經(jīng)不是主流技術(shù)。對于已有的無線行駛中車輛供電技術(shù)，需要在車輛的底部安裝能量接收組件，需要獎勵底盤距離路面的高度來高效獲取無線能量，這會削弱車輛通過障礙物的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于輪胎的新型電動汽車行駛中無線供電系統(tǒng)，包括安置于車輪上的能量接收組件和鋪設(shè)于行車道路面下的能量發(fā)射組件。本系統(tǒng)通過車輪收集能量，在電動汽車行駛中進行對車輛的無線供能，具有輻射影響小、車輛適用性高等優(yōu)點。

本發(fā)明包括行車道上的能量發(fā)射組件和車輛上的能量接收組件，采用的具體技術(shù)方案是：

多個能量發(fā)射組件沿行駛方向間隔布置，通過能量發(fā)射組件通電在行車道表面附近產(chǎn)生交變電磁場，車輛帶有能量接收組件的車輪在交變磁場中行駛，車輛通過帶有能量接收組件的車輪感應電磁場產(chǎn)生能量，為行駛中的電動汽車提供電能。

本發(fā)明的多個能量發(fā)射組件沿行車道連續(xù)鋪設(shè)，能量發(fā)射組件具有鋪設(shè)在行車道表面下的能量發(fā)射電纜，為行駛經(jīng)過的車輛提供能量。車輪上與路面最接近的幾個能量接收組件會從能量發(fā)射電纜中獲取電磁能量。能量接收組件可同時或分別接收多個車輪上獲得的無線能量，同時進行電壓和電流的變換，給車體內(nèi)的電池供電，并驅(qū)動電動機的運行。

所述的多個能量接收組件沿圓周周向間隔均布地安裝在車輪上，能量接收組件包括次級鐵氧體線圈、接收電路和電滑環(huán)組件，次級鐵氧體線圈固定在車輪輪胎的內(nèi)周面上，多個能量接收組件的所有次級鐵氧體線圈沿圓周周向間隔均布地固定在車輪輪胎的內(nèi)周面上，即固定在車輪輪胎和車輪輪輞之間；接收電路也可固定在車輪輪輞上，電滑環(huán)組件套裝在車軸上，次級鐵氧體線圈經(jīng)接收電路與電滑環(huán)組件連接，電滑環(huán)組件經(jīng)供電電路與電動汽車的電池和電動機連接。

所述的電滑環(huán)組件包括固定在車軸上的轉(zhuǎn)子和套在車軸外的定子，定子與車軸之間不接觸，定子與轉(zhuǎn)子端面之間通過電刷連接，電刷連通定子與轉(zhuǎn)子之間的電信號。

所述的接收電路包括能量接收組件控制電路、直流能量提取電路和頻率調(diào)諧電路，次級鐵氧體線圈包括鐵氧體磁芯和繞在鐵氧體磁芯上的電磁線圈，電磁線圈依次經(jīng)頻率調(diào)諧電路和直流能量提取電路后與所述電滑環(huán)組件的轉(zhuǎn)子連接，能量接收組件控制電路分別與頻率調(diào)諧電路和直流能量提取電路連接。接收電路中的頻率調(diào)諧電路與次級鐵氧體線圈連接，輸入射頻能量，直流能量提取電路輸出與靠近車輪輪轂的轉(zhuǎn)子連接輸出直流能量。電磁線圈作為接收線圈通過能量接收組件收集能量，并通過電滑環(huán)輸入車體內(nèi)供給電池和電動機，給車輛充電并驅(qū)動車輛不間斷行駛。

所述的能量發(fā)射組件包括交流供電源、交直流轉(zhuǎn)換電路、射頻放大驅(qū)動電路、能量發(fā)射電纜和能量發(fā)射組件控制電路，交流供電源依次經(jīng)交直流轉(zhuǎn)換電路、射頻放大驅(qū)動電路后與能量發(fā)射電纜的兩端連接，能量發(fā)射組件控制電路分別與交直流轉(zhuǎn)換電路和射頻放大驅(qū)動電路連接。交流供電源連接交直流轉(zhuǎn)換電路進行供電，射頻放大驅(qū)動電路將電能變?yōu)樯漕l電流信號，經(jīng)能量發(fā)射電纜供給電磁能量。

所述的能量發(fā)射電纜鋪設(shè)在行車道道路面下，并呈蛇形地布置于行車道車輛行駛的路面區(qū)域。這樣可以保證車輛在行車道的任意位置行駛都能獲取無線能量，并保證任意車型的車駛過行車道的時候能量發(fā)射組件都能有效工作。

具體地，多個能量發(fā)射組件并聯(lián)安裝并且通過供電電網(wǎng)提供能量。本發(fā)明通過供電電網(wǎng)傳輸?shù)哪芰渴紫冗M行交直流變換，然后通過能量發(fā)射組件的射頻放大驅(qū)動電路將電能變?yōu)闈M足能量發(fā)射電纜所需電壓和功率的射頻能量。此交流能量進入能量發(fā)射電纜將能量無線發(fā)射出去。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明采用近場耦合的方式收集行車道表面下鋪設(shè)的能量發(fā)射電纜發(fā)送的射頻能量，車輛車輪內(nèi)的能量接收組件收集的能量經(jīng)過接收電路連接電滑環(huán)組件，輸入車體內(nèi)的供電電路，給電池充電并驅(qū)動電動機，使車輛不斷行駛。

本發(fā)明系統(tǒng)安裝在車輪上，對車輛的框架結(jié)構(gòu)尺寸影響小，不會降低汽車底盤高度，只需要改造或更換汽車車輪結(jié)構(gòu)，降低了無線汽車配套設(shè)施的改造成本，因此具有很高的兼容性，有利于電動汽車的推廣。

本發(fā)明系統(tǒng)具有輻射影響小、車輛適用性強的特點，可用在電動汽車和公交等城市交通系統(tǒng)中，有利于節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的車輛和行車道的俯視示意圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的車輛和行車道的正視示意圖。

圖3是本發(fā)明系統(tǒng)的車輛和行車道的側(cè)視示意圖。

圖4是本發(fā)明能量發(fā)射組件的俯視示意圖。

圖5是本發(fā)明車輪上能量接收組件的示意圖。

圖6是本發(fā)明車輪上能量接收組件的正視示意圖。

圖7是本發(fā)明能量接收組件接收電路和次級鐵氧體線圈的正視示意圖。

圖8是本發(fā)明能量接收組件的側(cè)視示意圖。

圖中：車輛101、行車道102、能量發(fā)射組件103、輪胎104、交流供電源105、交直流轉(zhuǎn)換電路106、射頻放大驅(qū)動電路107、能量發(fā)射組件控制電路108、能量發(fā)射電纜109、能量接收組件110、次級鐵氧體線圈111、車軸112、接收電路113、直流能量提取電路114、頻率調(diào)諧電路115、能量接收組件控制電路116、電磁線圈117、鐵氧體磁芯118、電滑環(huán)組件119、定子120、轉(zhuǎn)子121、供電電路122。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，詳細描述本發(fā)明的實施過程。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括安裝在行車道102表面下的能量發(fā)射組件103和安裝在車輛101車輪上的能量接收組件110，采用了本發(fā)明車輪方案的車輛101行駛在行車道102上。行車道102表面下連續(xù)鋪設(shè)了多個能量發(fā)射組件103，車輛101上四個車輪輪胎104內(nèi)安置了能量接收組件110，通過能量發(fā)射電纜109在行車道102表面附近產(chǎn)生電磁場，車輛101帶有能量接收組件110的車輪在交變磁場中行駛產(chǎn)生電能為電動汽車供電。

如圖3所示，能量發(fā)射組件103包括220V、50Hz交流供電源105、交直流轉(zhuǎn)換電路106、射頻放大驅(qū)動電路107、能量發(fā)射組件控制電路108、能量發(fā)射電纜109。能量發(fā)射組件103中的220V交流供電源105、交直流轉(zhuǎn)換電路106、射頻放大驅(qū)動電路107、能量發(fā)射組件控制電路108安裝在行車道邊緣。如圖1所示，交流供電源105連接交直流轉(zhuǎn)換電路106進行供電，交直流轉(zhuǎn)換電路106經(jīng)射頻放大驅(qū)動電路107與能量發(fā)射電纜109連接，能量發(fā)射組件控制電路108分別與交直流轉(zhuǎn)換電路106和射頻放大驅(qū)動電路107連接。交流供電源105的交流電通過交直流轉(zhuǎn)換電路106轉(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過射頻放大驅(qū)動電路107輸出射頻交變電流到能量發(fā)射電纜109，進而產(chǎn)生交變電磁場。如圖3和圖4，能量發(fā)射電纜109在行車道表面下蛇形安裝，并且多個能量發(fā)射組件連續(xù)鋪設(shè)。

如圖5-6所示，多個能量接收組件110均勻地分布在車輪上。能量接收組件110包括次級鐵氧體線圈111、接收電路113。次級鐵氧體線圈111安裝在車輪輪胎104以內(nèi)，輪輞以外，包括電磁線圈117和鐵氧體磁芯118。電磁線圈117以垂直于車輛行駛方向的角度纏繞在鐵氧體磁芯118上以增強磁場。接收電路113安裝在車輪輪輞上，包括直流能量提取電路114、頻率調(diào)諧電路115和能量接收組件控制電路116。如圖7所示，次級鐵氧體線圈111連接頻率調(diào)諧電路115，頻率調(diào)諧電路115經(jīng)直流能量提取電路114與電滑環(huán)組件119連接。能量接收組件控制電路116分別與直流能量提取電路114和頻率調(diào)諧電路115連接。次級鐵氧體線圈111接收的能量通過接收電路113轉(zhuǎn)換為直流能量，輸入電滑環(huán)組件。

接收線圈將交流電輸入到接收電路113的電路里，直流能量提取電路114輸入交流輸出直流。直流電輸入到控制電路116中，給控制電路116供電，然后控制電路116產(chǎn)生變化的電壓來控制可變電容，也就是控制接收電路的工作頻率。

如圖8所示，能量接收組件110中的次級鐵氧體線圈111、接收電路113安裝在車輪上，電滑環(huán)組件119安裝在車軸112上。次級鐵氧體線圈111經(jīng)接收電路113將接收的交流能量轉(zhuǎn)換為直流能量并輸入到電滑環(huán)組件119。電滑環(huán)組件119將能量輸入車體內(nèi)的供電電路122。電滑環(huán)組件119由定子120和轉(zhuǎn)子121構(gòu)成。轉(zhuǎn)子121與車軸112固定在一起，在行駛過程中隨車輪而旋轉(zhuǎn)。定子120與車軸112沒有接觸，與車體固定在一起不動，不隨車輪旋轉(zhuǎn)。電刷連通定子120與轉(zhuǎn)子121之間的電信號。定子120遠離轉(zhuǎn)子121的一側(cè)與車體內(nèi)的供電電路122相連，供電電路122為電池和電動機提供能量，驅(qū)動車輛不斷行駛。

本發(fā)明的具體實施工作過程如下：

如圖1所示，當行車道上車輛駛?cè)霑r，能量發(fā)射組件103開始工作，通過電磁近場耦合將射頻能量通過能量發(fā)射電纜109傳遞至車輛101車輪的能量接收組件110上。

能量發(fā)射組件103的交流供電源105的電壓為220V、頻率為50Hz。交直流轉(zhuǎn)換電路106將輸入的交流能量轉(zhuǎn)換為直流能量，此電路包括整流二極管與低通濾波電路，獲取直流電壓輸出信號。此直流電壓信號驅(qū)動能量發(fā)射組件控制電路108工作，直流電壓信號同時輸入射頻放大驅(qū)動電路107。驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)計情況產(chǎn)生1MHz或13Mhz附近的射頻信號的振蕩輸出電路，此振蕩電路為由高功率三極管構(gòu)成的反饋振蕩電路結(jié)構(gòu)。同時能量發(fā)射組件控制電路108控制交直流轉(zhuǎn)換電路106和射頻放大驅(qū)動電路107。能量發(fā)射組件控制電路108探測交直流轉(zhuǎn)換電路107的電流并控制輸入信號的通斷。能量發(fā)射組件控制電路108同時通過電壓信號控制射頻放大驅(qū)動電路107上的壓控可變電容，來調(diào)諧振蕩電路的最佳工作頻率。能量發(fā)射組件103的電路安置在道路側(cè)面，與鋪設(shè)在路面下的能量發(fā)射電纜109連接。能量發(fā)射電纜109由一對終端短路的平行電纜線構(gòu)成，它在道路上蛇形鋪設(shè)來覆蓋一定區(qū)域的行駛路面。兩根成對的能量發(fā)射電纜109平行于道路寬度方向鋪并在折回時交換兩根線的位置，這樣可確保不同車輪在電纜附近時兩根電纜都平行于輪軸并且電纜線的前后位置都保持一致。這樣能量接收組件110可在相同的條件下接收能量。一套能量發(fā)射組件103的能量發(fā)射電纜109可以覆蓋行車道有效寬度內(nèi)長度50-200米的路面范圍，多個這樣的能量發(fā)射組件沿著路面排列布置可覆蓋一定長度的道路。

本系統(tǒng)中的能量接收組件110安置在車輛的車輪上，車輛駛過鋪設(shè)了能量發(fā)射電纜109的路面時，輪胎104內(nèi)側(cè)安置的電磁線圈117在接近路面的狀態(tài)下會與能量發(fā)射電纜109會在相同的頻率附近耦合獲得射頻能量。同時，輪胎104內(nèi)側(cè)的電磁線圈117內(nèi)包裹了鐵氧體形成接收能量的次級鐵氧體線圈111，這樣可以加強電磁耦合的效率。輪胎104內(nèi)環(huán)形分布的多個次級鐵氧體線圈111放置的位置為胎面橡膠的內(nèi)側(cè)。當輪胎104接觸路面時，可保持有2-3個次級鐵氧體線圈111距離能量發(fā)射電纜109在15厘米以內(nèi)距離，可持續(xù)高效地進行無線能量的傳輸。次級鐵氧體線圈111為矩形結(jié)構(gòu)，其寬度為輪胎104內(nèi)側(cè)的寬度，這樣可增加獲取無線能量的截面積，提高無線能量獲取的功率。

次級鐵氧體線圈111獲取的能量通過接收電路113進行交直流變換，主要是通過直流能量提取電路114獲取直流能量。直流輸出同時供給能量接收組件控制電路116，它可調(diào)控與次級鐵氧體線圈111串聯(lián)的頻率調(diào)諧電路115，使得能量接收組件110與能量發(fā)射組件103工作在同一個頻率，提高接收效率。車輪上多個接收電路113的直流輸出匯集在輪轂上并聯(lián)輸出到電滑環(huán)組件119。電滑環(huán)組件119將車輪內(nèi)的直流能量傳送給車體。多個車輪的輸出也并聯(lián)匯集輸入到車輪的供電電路122。

在車輛連續(xù)或停在鋪設(shè)了能量發(fā)射組件103的行車道上時候，四個輪胎104內(nèi)接近路面的多個能量接收組件110會同時工作。而沒有車輛存在的能量發(fā)射組件103由于沒有吸收能量的負載，不會消耗能量。