本發(fā)明涉及電動汽車充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能給移動車輛在線提供電能的移動車輛無接觸供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動汽車正逐步擺脫對化石能源的依賴，但是車載電池能量存儲有限，電池組龐大笨重并且昂貴，電動汽車?yán)m(xù)航能力有限，并且充電時(shí)間遠(yuǎn)長于燃油汽車加油時(shí)間，這些因素制約著電動汽車的發(fā)展。

無接觸能量傳輸是新型的電能傳輸技術(shù)，它不需要通過物理連接來傳遞能量，可以在車輛移動過程中向車輛傳輸能量，能滿足汽車充放電功率和連續(xù)行駛需求，供電系統(tǒng)和負(fù)載沒有接觸，供電方式靈活，無接觸火花，無磨損，無污染，綠色環(huán)保。

常規(guī)無線供電技術(shù)方案是通過電能發(fā)射線圈和電能接收線圈來傳遞能量，接收線圈在接收能量時(shí)，需要始終靠近發(fā)射線圈。當(dāng)車輛移動時(shí)，線圈的互感參數(shù)發(fā)生變化，難以維持連續(xù)的較高水平的能量傳輸，如果用遠(yuǎn)大于接收線圈尺寸的發(fā)射線圈來維持互感參數(shù)不變時(shí)，又會存在效率嚴(yán)重下降的情況。在利用道路無線供電時(shí)，道路下方需要鋪滿發(fā)射線圈，存在漏電危險(xiǎn)，電磁輻射較大，效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種可移動供電的無接觸供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過鋪設(shè)的磁芯軌道來傳遞能量，無需大量鋪設(shè)發(fā)射線圈，減少了電磁輻射和漏電危險(xiǎn)；接收線圈可以遠(yuǎn)離發(fā)射線圈仍能傳遞能量，在車輛移動過程中，始終能夠保證接收功率連續(xù)保持較高水平。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種移動車輛無接觸供電系統(tǒng)，包括發(fā)射部分和接收部分，所述發(fā)射部分包括鋪設(shè)于地面的磁芯軌道及纏繞在磁芯軌道一處的發(fā)射線圈，發(fā)射線圈通過功率振蕩單元與電源模塊連接，所述功率振蕩單元用于將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，供給發(fā)射線圈，發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場并通過磁芯軌道傳輸磁能；所述接收部分包括安裝于車輛上的移動磁芯及纏繞在移動磁芯上的接收線圈，接收線圈通過整流濾波單元與車輛用電單元連接，移動磁芯靠近磁芯軌道接收到磁能，通過接收線圈轉(zhuǎn)換為電能輸出。

本發(fā)明在地面上鋪設(shè)沿道路行進(jìn)方向延伸的磁芯軌道，僅在磁芯軌道上隨意選取一處位置纏繞發(fā)射線圈，這樣避免大量鋪設(shè)線圈帶來的漏電問題。當(dāng)高頻交流電流經(jīng)發(fā)射線圈時(shí)，發(fā)射線圈產(chǎn)生變化的磁場；由于磁芯采用高導(dǎo)磁率的材料制成，而空氣的導(dǎo)磁率約為1，磁芯的導(dǎo)磁率是空氣的幾千倍以上，所以磁能將會沿磁芯軌道傳遞。當(dāng)有移動磁芯在磁芯軌道上移動時(shí)，就能接收到發(fā)射線圈發(fā)出的磁能，通過繞在移動磁芯上的接收線圈，將磁能轉(zhuǎn)換為電能，供車輛使用。車輛可以使用該電能對車內(nèi)的蓄電池進(jìn)行充電，或提供給車上的電器進(jìn)行工作，或用來驅(qū)動車上的電動機(jī)帶動車輛行駛。

進(jìn)一步，所述發(fā)射部分還包括參數(shù)采集分析單元，用于采集母線電壓和工作電流，分析磁芯軌道上是否有車輛經(jīng)過以及有多少輛車經(jīng)過，以便調(diào)整輸出功率。當(dāng)有車輛經(jīng)過時(shí)，適當(dāng)提高功率輸出，當(dāng)沒有車輛在軌道上行駛時(shí)，保持低功率待機(jī)狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述磁芯軌道為平行的雙軌道，其一端封閉，另一端開放。移動磁芯橫跨兩條軌道，將磁路閉合成完整磁路，利于磁能的傳輸。磁芯軌道的形狀根據(jù)需要具體設(shè)置，也可以是單磁芯軌道，單磁芯也能傳遞能量，但它的效率要低于由雙磁芯結(jié)構(gòu)能形成閉合磁路的軌道。為增加傳輸渠道，也可以同時(shí)設(shè)置多組雙軌道。磁芯軌道并不一定是整體結(jié)構(gòu)，可以是由各部分磁芯拼接而成，目的是能夠讓磁路形成一個(gè)完整的通道。移動磁芯沿磁芯軌道移動時(shí)，可以與軌道保持一定的距離，相當(dāng)于高頻變壓器的氣隙，形成無接觸狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述移動磁芯包括多個(gè)，設(shè)于一個(gè)或多個(gè)車輛上。若某些車輛對電能需求較大，可以在車上安裝多個(gè)移動磁芯，當(dāng)車輛在軌道上移動時(shí)，多個(gè)線圈同時(shí)產(chǎn)生電能，提高能量輸出量。磁芯軌道上還可以容納多輛車移動，同時(shí)為多輛車供電。

進(jìn)一步，所述發(fā)射部分電路包括微控制單元、光耦隔離驅(qū)動單元、功率振蕩單元、參數(shù)采集分析單元和發(fā)射線圈，功率振蕩單元包括四個(gè)呈H橋電路布置的功率元件，H橋上部兩功率元件的源極接電源母線，H橋下部兩功率元件的漏極接地，兩橋接點(diǎn)之間接有發(fā)射線圈；光耦隔離驅(qū)動單元包括四個(gè)對應(yīng)功率元件設(shè)置的光耦隔離驅(qū)動器，光耦隔離驅(qū)動器信號輸入端與微控制單元輸出端子連接，其電源端接18V直流電源，其輸出端與功率元件的柵極連接，與H橋上部兩功率元件對應(yīng)的兩個(gè)光耦隔離驅(qū)動器的地端連接到功率元件的橋接點(diǎn)，另兩個(gè)光耦隔離驅(qū)動器的地端接地；參數(shù)采集分析單元包括三組串聯(lián)電阻，第一組串聯(lián)電阻一端接電源母線，另一端接地，中間引出點(diǎn)接微控制單元輸入端子，用于采集母線電壓；另外兩組串聯(lián)電阻一端接18V直流電源，另一端接地，第一引出點(diǎn)接微控制單元輸入端子，第二引出點(diǎn)分別通過一個(gè)二極管接到H橋電路的兩橋接點(diǎn)，用于分別采集全橋電路兩側(cè)功率元件的輸出電流。

電源母線進(jìn)線端設(shè)有第一濾波電路，用于去除輸入電流中的諧波干擾。

進(jìn)一步，所述接收部分電路包括依次連接的接收線圈、整流二極管和兩組第二濾波電路，整流二極管與在前的第二濾波電路連接點(diǎn)處設(shè)有一與第二濾波電路并聯(lián)的續(xù)流二極管。

本發(fā)明的有益效果：

1、通過磁芯軌道匯聚傳遞磁場，沒有電磁輻射，沒有漏電風(fēng)險(xiǎn)。

2、磁芯軌道可以無限延伸，帶有移動磁芯的車輛只要一靠近磁

芯軌道，就能夠獲取能量，移動磁芯不需要跟磁芯軌道接觸，真

正實(shí)現(xiàn)移動式在線無接觸供電。

3、磁芯軌道可以做成復(fù)雜的形狀，適應(yīng)安裝需求及能量傳輸需求。

4、由于采用磁芯傳輸能量，可以減少導(dǎo)線的應(yīng)用，并且也防雷擊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的電路原理框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例發(fā)射部分的電路原理圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例接收部分的電路原理圖；

圖中，1、磁芯軌道，2、發(fā)射線圈，3、移動磁芯，4、接收線圈，5、電源模塊，6、功率振蕩單元，7、參數(shù)采集分析單元，8、光耦隔離驅(qū)動單元，9、整流濾波單元，10、車輛用電單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種移動車輛無接觸供電系統(tǒng)，如圖1、圖2所示，包括發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分包括沿道路行進(jìn)方向鋪設(shè)并延伸的磁芯軌道1以及電源模塊5和功率振蕩單元6；磁芯軌道1包括平行且一端閉合的兩條軌道，磁芯軌道1的一部分纏繞有發(fā)射線圈2；電源模塊5可以是輸入三相電，整流濾波后輸出直流電，也可以是太陽能發(fā)電裝置，直接輸出直流電。電源模塊5連接功率振蕩單元6，由功率振蕩單元將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，供給發(fā)射線圈。高頻交流電流經(jīng)發(fā)射線圈，發(fā)射線圈將電能耦合到磁芯軌道上，形成磁場能。發(fā)射部分還設(shè)有參數(shù)采集分析單元7，用于采集母線電壓和工作電流，分析磁芯軌道上是否有車輛，以便調(diào)整功率。接收部分包括移動磁芯3及纏繞在其上的接收線圈4，移動磁芯3安裝在車輛上，車輛在磁芯軌道上行駛時(shí)，繞在移動磁芯上的線圈會耦合接收磁芯軌道上的能量，接收線圈將變化的磁場能量轉(zhuǎn)換為交流電。在運(yùn)行中，移動磁芯可以不接觸磁芯軌道，允許一定的氣隙。氣隙的大小和磁芯軌道及移動磁芯相靠近的面積有關(guān)。對應(yīng)的面積越大，允許的氣隙也就越大。根據(jù)尺寸或結(jié)構(gòu)不同，移動磁芯相對磁芯軌道的距離可以是幾毫米或幾厘米的距離。接收線圈4通過整流濾波單元9將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后供給車輛用電單元10使用。

下面結(jié)合圖3、圖4對發(fā)射部分和接收部分的具體電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

如圖3所示，發(fā)射部分電路包括微控制單元U5、光耦隔離驅(qū)動單元、功率振蕩單元、參數(shù)采集分析單元和發(fā)射線圈L2。P1為母線電源輸入接口，用于連接直流電源。母線電源輸入接口P1一個(gè)端子接地，另一個(gè)端子先連接由電感L1和電容C1構(gòu)成的第一濾波電路，去除母線電壓中的諧波。之后作為母線電源為功率振蕩單元和參數(shù)采集分析單元供電。穩(wěn)壓器V2和電容C4構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路，將18V直流電源轉(zhuǎn)換為3.3V直流電源，為微控制單元U5供電。功率振蕩單元包括四個(gè)呈H橋電路布置的功率元件Q1、Q2、Q3、Q4，發(fā)射線圈作為H橋的橫梁連接兩橋接點(diǎn)，H橋上部功率元件Q1、Q2的源極接電源母線，H橋下部功率元件Q3、Q4的發(fā)射極接地。功率元件可以是IGBT、MOSFET或SiC等器件。光耦隔離驅(qū)動單元包括四個(gè)對應(yīng)功率元件設(shè)置的光耦隔離驅(qū)動器U1、U2、U3、U4。微控制單元U5的四個(gè)輸出端子PB9‐PB12各通過一限流電阻R2、R4、R8、R10連接各光耦隔離驅(qū)動器的信號輸入端，限流電阻可控制光耦通斷。各光耦隔離驅(qū)動器的電源端接18V直流電源。光耦隔離驅(qū)動器U1、U2的一個(gè)輸出端通過一電阻R3、R5與H橋上部功率元件Q1、Q2的柵極連接，其地端與功率元件的橋接點(diǎn)連接。光耦隔離驅(qū)動器U3、U4的一個(gè)輸出端通過一電阻R9、R11與功率元件Q3、Q4的柵極連接，其地端接地。參數(shù)采集分析單元包括三組串聯(lián)電阻，第一組串聯(lián)電阻包括電阻R1、R6、R7，電阻R1一端接電源母線，電阻R7一端接地，電阻R6和R7之間引出并連接到微控制單元U5的輸入端子PB8，將母線電壓分壓后，送到微控制單元分析。第二組串聯(lián)電阻包括電阻R12、R13、R14，電阻R12一端接18V直流電源，電阻R14一端接地，電阻R13和R14之間的第一引出點(diǎn)接微控制單元輸入端子PB13，電阻R12和R13之間的第二引出點(diǎn)通過二極管D9接到H橋電路的一個(gè)橋接點(diǎn)；第三組串聯(lián)電阻包括電阻R15、R16、R17，電阻R15一端接18V直流電源，電阻R17一端接地，電阻R16和R17之間的第一引出點(diǎn)接微控制單元輸入端子PB14，電阻R15和R16之間的第二引出點(diǎn)通過二極管D10接到H橋電路的另一側(cè)橋接點(diǎn)，分別采集全橋電路兩側(cè)功率元件的輸出電流，送到微控制單元分析。

微控制單元MCU控制振蕩電路工作，并同時(shí)承擔(dān)整個(gè)電路系統(tǒng)的狀態(tài)分析等工作，通過對工作電壓母線的采樣及功率元件工作電流的采樣，分析出磁芯軌道上是否有車輛經(jīng)過，以及有多少輛車經(jīng)過，應(yīng)該提供多大的輸出功率。當(dāng)有車輛經(jīng)過時(shí)，它控制功率元件滿功率輸出，當(dāng)沒有車輛經(jīng)過時(shí)，它控制功率元件進(jìn)行小功率的間歇工作，以節(jié)約能耗。

如圖4所示，接收部分電路包括接收線圈L5、整流二極管D7和兩組第二濾波電路L3和C2、L4和C3，接收線圈L5一端接地，另一端順序串聯(lián)整流二極管D7、第二濾波電路L3和C2、第二濾波電路L4和C3及電壓輸出接口P2，整流二極管D7與電感L3之間設(shè)有一與第二濾波電路L3和C2并聯(lián)的續(xù)流二極管D8。

接收線圈L5繞在移動磁芯上，用來接收通過移動磁芯內(nèi)部的磁場，變化的磁場通過接收線圈L5后，形成變化的電流。整流二極管負(fù)責(zé)把接收線圈L5上的交流電壓整流成直流脈動電壓。電感L3和電容C2構(gòu)成濾波電路，進(jìn)線初次濾波。電感L4和電容C3進(jìn)一步濾波，進(jìn)一步降低高頻分量。P2是電壓輸出接口，它把接收到的并處理成穩(wěn)定直流的電壓送給車輛使用。