CN105807239B - 磁感应线圈磁场分布测试阵列及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线充电技术领域，公开了一种磁感应线圈磁场分布测试阵列及测试系统，该阵列包括：L×M×N个阵列元，阵列元通过连接杆连接形成L×M×N的阵列，阵列元包括：无线收发器及同心设置的固定环、旋转环和PCB线圈板，旋转环直径小于固定环的直径，且可旋转地安装在固定环内，固定环和旋转环之间的间隙中还设有控制旋转环旋转的第一步进电机，PCB线圈板直径小于旋转环的直径，且可旋转地安装在旋转环内，PCB线圈板和旋转环之间的间隙中还设有控制PCB线圈板旋转的第二步进电机，L≥2，M≥2，N≥2。本发明能够准确且直观地展示载流线圈周围空间电磁场的分布情况的问题。

Description

磁感应线圈磁场分布测试阵列及测试系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种磁感应线圈磁场分布测试阵列及测试系统。

背景技术

目前，由于磁感应式电磁充电技术相对简单、生产使用成本低并且传输效率高，被普遍应用于电动汽车、手机等常用设备的无线充电技术中，是现在应用最广泛的无线充电技术。电磁感应的原理是在初级线圈施加一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，其根本原理是利用电磁感应原理。

而载流线圈的空间磁力线分布如图1所示，对于载流线圈空间磁场的分布，通常是用公式计算出不同位置的磁场强度及方向，或者使用磁场强度测试仪测试人为的测试不同位置的磁场强度(仅只用于验证公式计算的正确性)，无法直观的地测试并展示载流线圈周围空间电磁场的分布情况。而且电动汽车充电线圈由于需要提供较大的充电能量，所以其线圈体积尺寸较大，在空间中产生的磁力线范围也相对较大，按照上述方法往往不能准确测量出不同位置的磁场强度及方向，因此无法直接分析出在不同位置充电的传输效率。

发明内容

本发明提出一种磁感应线圈磁场分布测试阵列及测试系统，解决了现有技术中无法准确且直观地展示载流线圈周围空间电磁场的分布情况的问题。

本发明的磁感应线圈磁场分布测试阵列，包括：L×M×N个阵列元，所述阵列元通过连接杆连接形成L×M×N的阵列，所述阵列元包括：无线收发器及同心设置的固定环、旋转环和PCB线圈板，所述旋转环直径小于所述固定环的直径，且可旋转地安装在固定环内，固定环和旋转环之间的间隙中还设有控制所述旋转环旋转的第一步进电机，所述PCB线圈板直径小于所述旋转环的直径，且可旋转地安装在旋转环内，PCB线圈板和旋转环之间的间隙中还设有控制所述PCB线圈板旋转的第二步进电机，所述PCB线圈板上还设有用于测量线圈上感应电势的测量电路，无线收发器分别连接所述测量电路、第一步进电机和第二步进电机，所述连接杆可拆卸地连接两个阵列元的固定环，L≥2，M≥2，N≥2。

其中，所述连接杆为可伸缩式连接杆。

其中，对于阵列的每一维方向上的所有连接杆，这些连接杆和与其连接的阵列元的旋转环的旋转轴线位置关系均保持一致。

其中，所述无线收发器安装在所述旋转环上。

其中，所述旋转环的旋转轴线与所述PCB线圈板的旋转轴线垂直。

其中，所述固定环包括：同心设置第一固定环和第二固定环，且各自所在的圆面相互垂直，所述第一固定环和第二固定环一体成型。

本发明还提供了一种磁感应线圈磁场分布测试系统，包括：上位机和上述任一项所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，上位机无线连接每个无线收发器，所述上位机通过所述无线收发器获取第一步进电机和第二步进电机各自的转动信息，及PCB线圈板测出的感应电势强度，并且向第一步进电机和第二步进电机分别发送转动指令。

本发明的磁感应线圈磁场分布测试阵列的若干阵列元在磁场中测试感应电势强度及对应旋转环和PCB线圈板分别旋转的角度，并且让两个电机旋控制旋转环和PCB线圈板转至感应电势最大的点对应的角度，从而直观的反映出空间中磁力线的分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为载流线圈的空间磁力线分布图；

图2为本发明实施例的磁感应线圈磁场分布测试阵列示意图；

图3为图2中阵列的一个阵列元的结构正视图；

图4为图2中阵列的一个阵列元立体图；

图5为2×2×2的阵列的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的磁感应线圈磁场分布测试阵列如图2～4所示，包括：L×M×N个阵列元，所述阵列元通过连接杆8连接形成L×M×N的阵列。阵列元包括：无线收发器(图中未示出)及同心设置的固定环1、旋转环2和PCB线圈板3。旋转环2直径小于固定环1的直径，且可旋转地安装在固定环1内，固定环1和旋转环2之间的间隙中还设有控制旋转环2旋转的第一步进电机4。PCB线圈板3直径小于旋转环2的直径，且可旋转地安装在旋转环2内，PCB线圈板3和旋转环2之间的间隙中还设有控制PCB线圈板3旋转的第二步进电机5。PCB线圈板3上还设有用于测量线圈上感应电势的测量电路(图中未示出，可设置在PCB线圈板3内部，也可以设置在PCB线圈板3表面)。无线收发器分别连接测量电路、第一步进电机4和第二步进电机5。连接杆8可拆卸地连接两个阵列元的固定环1，这样便于根据待测的载流线圈大小确定需要的阵列大小，即便于减少或增加阵列元，以形成不同大小的阵列。其中，L≥2，M≥2，N≥2。

具体地，第一步进电机4和第一转轴6沿旋转环2的径向设置，分别固定在固定环1上，从而实现第一步进电机4驱动旋转环2旋转。第二步进电机5和第二转轴7沿PCB线圈板3的径向设置，分别固定在旋转环2上，从而实现第二步进电机5驱动PCB线圈板3旋转。

本实施例中，连接杆8为可伸缩式连接杆，这样便于根据待测的载流线圈大小调节两个阵列元之间的距离。在使用相同数量阵列元构成的阵列进行测试时，可通过改变连杆距离获得不同位置关系下的磁场分布情况。理论上距离越近测试越准确，越能够真实地反映磁力线分布。

本实施例中，如图5所示，对于阵列的每一维方向上的所有连接杆8，这些连接杆8和与其连接的阵列元的旋转环2的旋转轴线位置关系均保持一致。这样在初始状态下，很容易调整各阵列元的PCB线圈板位置关系一致，即调整到相同的初始位置。

本实施例中，无线收发器安装在旋转环2上，旋转环2位于固定环1和PCB线圈板3中间，方便布线将无线收发器和测量电路、第一步进电机4、第二步进电机5连接。例如：固定环1和旋转环2可以是绝缘材料，在固定环1和旋转环2上涂覆金属涂层，第一转轴6和第二转轴7为金属材料，从而不需要导线就能将无线收发器和测量电路、第一步进电机4、第二步进电机5连接，以避免旋转时缠绕。

本实施例中，旋转环2的旋转轴线与所述PCB线圈板3的旋转轴线垂直。这样PCB线圈板3的旋转调节范围更大，使得磁感应线圈磁场分布测试阵列的适用性更广，而且也不需要事先预估磁力线的大致方向来调整各个阵列元的位置。

本实施例中，固定环1包括：同心设置第一固定环和第二固定环，且各自所在的圆面相互垂直，第一固定环和第二固定环一体成型，该结构使得整个阵列元更加牢固，而且方便连接杆8在上下左右方向上连接相邻的阵列元。

本发明还提供了一种磁感应线圈磁场分布测试系统，包括：上位机和上述任一项所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，上位机无线连接每个无线收发器，所述上位机通过所述无线收发器获取第一步进电机4和第二步进电机5各自的转动信息，及PCB线圈板3测出的感应电势强度，并且向第一步进电机4和第二步进电机5分别发送转动指令。

阵列中的每个阵列元均与上位机连接，由上位机采集其感应电势测试结果以及控制两个步进电机旋转。测试时由上位机控制量两个步进电机按照需要的步进角度和测量时间步进旋转，使每一个阵列元在两个垂直方向上均组合转过360度并且记录每一个角度下各测试线圈测出的感应电势强度和角度信息。通过控制两个步进电机旋转PCB线圈板可以找到所有空间位置中对应感应电势最大的一点，这个位置就是磁力线垂直穿过PCB板的时候对应的位置，所以根据上位机控制两个步进电机转过的角度信息就可以知道垂直于这一个阵列元方向的空间角度信息，将所有阵列元的角度信息集中在一起就可以反映出磁力线的分布情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，包括：L×M×N个阵列元，所述阵列元通过连接杆连接形成L×M×N的阵列，所述阵列元包括：无线收发器及同心设置的固定环、旋转环和PCB线圈板，所述旋转环直径小于所述固定环的直径，且可旋转地安装在固定环内，固定环和旋转环之间的间隙中还设有控制所述旋转环旋转的第一步进电机，所述PCB线圈板直径小于所述旋转环的直径，且可旋转地安装在旋转环内，PCB线圈板和旋转环之间的间隙中还设有控制所述PCB线圈板旋转的第二步进电机，所述PCB线圈板上还设有用于测量线圈上感应电势的测量电路，无线收发器分别连接所述测量电路、第一步进电机和第二步进电机，所述连接杆可拆卸地连接两个阵列元的固定环，L≥2，M≥2，N≥2。

2.如权利要求1所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，所述连接杆为可伸缩式连接杆。

3.如权利要求1所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，对于阵列的每一维方向上的所有连接杆，这些连接杆和与其连接的阵列元的旋转环的旋转轴线位置关系均保持一致。

4.如权利要求1所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，所述无线收发器安装在所述旋转环上。

5.如权利要求1所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，所述旋转环的旋转轴线与所述PCB线圈板的旋转轴线垂直。

6.如权利要求1～5中任一项所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，其特征在于，所述固定环包括：同心设置第一固定环和第二固定环，且各自所在的圆面相互垂直，所述第一固定环和第二固定环一体成型。

7.一种磁感应线圈磁场分布测试系统，其特征在于，包括：上位机和权利要求1～6中任一项所述的磁感应线圈磁场分布测试阵列，上位机无线连接每个无线收发器，所述上位机通过所述无线收发器获取第一步进电机和第二步进电机各自的转动信息，及PCB线圈板测出的感应电势强度，并且向所述第一步进电机和第二步进电机分别发送转动指令。