CN106300691A - 一种感应电能传输系统的金属异物检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种感应电能传输系统的金属异物检测装置及其检测方法，其装置的主要组成是：高频逆变器的输出接检测线圈的补偿装置的输入，补偿装置的输出接检测线圈；检测线圈上的电流传感器和高频逆变器输出端上的电压传感器与处理器的对应输入端相连；处理器的输出端一与高频逆变器的控制端相连；检测线圈敷设在感应电能传输系统的能量发射线圈表面；能量发射线圈与检测线圈极性不同；所述的处理器的输出端二与感应电能传输系统的主处理器的输入端相连。用该装置及其方法进行金属异物检测，对系统的影响小，原理简单，异物检测的灵敏度高，可有效地提高感应电能传输系统的传输效率及安全性。

Description

一种感应电能传输系统的金属异物检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种感应电能传输系统的金属异物检测装置及其检测方法。
背景技术
感应电能传输技术已应用于为通讯工具、家用电器、电动汽车、植入式医疗设备、轨道交通列车等供电。与传统的接触式取电方式相比，感应电能传输系统的电能传输过程不受粉尘污垢、风雨冰雪等自然天气以及其他化学物质的影响，不存在接触火花以及机械磨损问题，有效地提高了供电安全及可靠性。
感应电能传输系统的结构及工作原理包括：直流电在高频逆变器作用下变换成高频的交流电；高频的交流电在能量发射线圈上激发高频磁场；能量拾取线圈与能量发射线圈相互耦合，能量拾取线圈耦合高频磁场感应出同频交变电压，同频交变电压经过电能变换装置变换成负载所需的电能形式供给负载，实现能量的非接触式传输。
在感应电能传输系统中，是由能量发射线圈和能量拾取线圈之间的耦合传递能量，当金属异物(如螺钉、硬币、钥匙)存在于能量发射线圈中，高频交变磁场会在金属异物中产生涡流效应，金属异物发热，造成系统能量损耗，严重时引起火灾，危及整个系统的安全稳定运行。由此，处于安全和节能的考虑，需要对感应电能传输系统的是否存在金属异物进行检测装置。
感应电能传输系统中，已有的检测金属异物的方法主要有两种：一是通过测量并计算出发射端的发送功率和接收端的接收功率的差值，将该差值与系统正常损耗功率比较，进而判断是否有金属异物的存在。二是通过将检测感应电能传输系统的电流或者电压与设定的阈值比较，来判断是否有金属异物的存在。这两种方法能有效检测出小功率感应电能传输系统的金属异物，但对于较大功率的感应电能传输系统，其检测灵敏度低，不能有效检测出金属异物。因为，在功率较小时，金属异物损耗功率占系统功率的比重大，引起的感应电能传输系统的功率、电流或电压变化幅度大，因而可以检测出金属异物；然而在大功率感应电能传输系统中，金属异物损耗功率占系统功率的比重很小，几乎不会引起感应电能传输系统的电流或电压幅值变化，因此金属异物不易被检测。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种感应电能传输系统的金属异物检测装置，用该装置进行金属异物检测，对系统的影响小，原理简单，异物检测的灵敏度高，可有效地提高感应电能传输系统的传输效率及安全性。
本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种感应电能传输系统的金属异物检测装置，其特征在于：
直流电源的两端接高频逆变器的输入，高频逆变器的输出接检测线圈的补偿装置的输入，补偿装置的输出接检测线圈；检测线圈上的电流传感器与处理器的电流信号输入端相连；高频逆变器输出端上的电压传感器与处理器的电压信号输入端相连；处理器的输出端一与高频逆变器的控制端相连；
所述的检测线圈敷设在感应电能传输系统的能量发射线圈表面；
所述的感应电能传输系统的能量发射线圈为双极性线圈，检测线圈为单极性线圈；或者所述的感应电能传输系统的能量发射线圈为单极性线圈，检测线圈为双极性线圈；
所述的处理器的输出端二与感应电能传输系统的主处理器的输入端相连。
本发明的第二目的是提供一种使用上述的感应电能传输系统的金属异物检测装置对系统中的金属异物进行检测的方法，该方法的检测简单、方便，检测灵敏度高，可有效地提高感应电能传输系统的传输效率及安全性。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的感应电能传输系统的金属异物检测装置对系统中的金属异物进行检测的方法，其作法是：
A、处理器接收电流传感器检测出的检测线圈的电流值，并以该电流值作为控制反馈值，控制高频逆变器向检测线圈输出设定的电流值；
B、电压传感器检测出高频逆变器的输出电压值，并输送给处理器；处理器将接收到的输出电压值与设定的电压阈值进行比较：当输出电压值小于等于设定的电压阈值，则判定感应电能传输系统中不存在金属异物；否则，进行C步的操作；
C、处理器判定感应电能传输系统中存在金属异物，并向感应电能传输系统的主处理器发出切断信号，主处理器切断感应电能传输系统的电源，系统停止运行。
本发明的工作原理是：
检测线圈的极性与感应电能传输系统的能量发射线圈及能量拾取线圈的极性不同，当能量发射线圈和能量拾取线圈为双极性(即8字形线圈)时，检测线圈则为单极性(即O字形线圈)；当能量发射线圈和能量拾取线圈为单极性(即O字形线圈)时，检测线圈则为双极性(即8字形线圈)。从而使得检测线圈从能量发射线圈及能量拾取线圈得到的能量都为0，从而巧妙地将紧靠能量发射线圈的检测线圈与能量发射线圈及能量拾取线圈解耦，检测线圈上的电流只来自于检测装置的高频逆变器。控制器控制检测装置的高频逆变器产生的设定电流为远低于能量发射线圈及能量拾取线圈的电流；加之补偿装置的作用，使得检测装置的高频逆变器输出的电压电流同相，整个检测装置的功率损耗及工作功率均很小。当能量发射线圈附近出现金属异物时，金属异物表面产生涡流效应，使得检测装置的高频逆变器输出电压增大，进而有效灵敏地检测出金属异物的存在。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明在感应电能传输系统中加入的检测线圈与能量发射线圈及能量拾取线圈解耦，检测装置与感应电能传输系统之间没有能量传输和电压感应关系，对感应电能传输系统的工作无影响。
二、检测装置与感应电能传输系统之间无直接连接关系，仅仅是检测线圈敷设在能量发射线圈表面，无需改变感应电能传输系统的结构。其适用性强，便于推广。
三、利用检测装置独立的小功率回路的电压变化，实现对金属异物的检测判别。由于检测线圈与能量发射线圈及能量拾取线圈解耦，检测装置形成独立的小功率回路，其功率远低于感应电能传输系统的传输功率；同一金属异物引起的功率损耗相比于传输功率，占比很低，而相比于检测功率则很大。因此本发明对金属异物的检测灵敏度大幅提高，从而大大提高了感应电能传输系统的传输效率及安全性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2a是实施例一的检测线圈L的结构俯视图。
图2b是实施例一的能量发射线圈L1的结构俯视图。
图2c是实施例一的检测线圈L敷设于能量发射线圈L1上后的俯视图。
图3a是实施例二的检测线圈L结构俯视图。
图3b是实施例二的能量发射线圈L1结构俯视图。
图3c是实施例二的检测线圈L敷设于能量发射线圈L1上后的俯视图。
具体实施方式
实施例1
图1示出，本发明的具体实施方式是，一种感应电能传输系统的金属异物检测装置，其特征在于：
直流电源E的两端接高频逆变器H的输入，高频逆变器H的输出接检测线圈的补偿装置LC的输入，补偿装置LC的输出接检测线圈L；检测线圈L上的电流传感器CC与处理器KS的电流信号输入端相连；高频逆变器H输出端上的电压传感器CV与处理器KS的电压信号输入端相连；处理器KS的输出端一与高频逆变器H的控制端相连；
图2c示出，所述的检测线圈L敷设在感应电能传输系统的能量发射线圈L1表面；
图2a、图2b示出，本例的感应电能传输系统的能量发射线圈L1为双极性线圈，检测线圈L为单极性线圈；
所述的处理器KS的输出端二与感应电能传输系统的主处理器的输入端相连。
使用本例的感应电能传输系统的金属异物检测装置对系统中的金属异物进行检测的方法，其作法是：
A、处理器KS接收电流传感器CC检测出的检测线圈L的电流值，并以该电流值作为控制反馈值，控制高频逆变器H向检测线圈L输出设定的电流值；
B、电压传感器CV检测出高频逆变器H的输出电压值，并输送给处理器KS；处理器KS将接收到的输出电压值与设定的电压阈值进行比较：当输出电压值小于等于设定的电压阈值，则判定感应电能传输系统中不存在金属异物；否则，进行C步的操作；
C、处理器KS判定感应电能传输系统中存在金属异物，并向感应电能传输系统的主处理器发出切断信号，主处理器切断感应电能传输系统的电源，系统停止运行。
实施例2
本例的结构和检测方法与实施例1的基本相同，唯一不同的仅仅是：能量发射线圈L1为单极性线圈，检测线圈L为双极性线圈，见图3a、图3b、图3c。

Claims (2)

1.一种感应电能传输系统的金属异物检测装置，其特征在于：
直流电源(E)的两端接高频逆变器(H)的输入，高频逆变器(H)的输出接检测线圈的补偿装置(LC)的输入，补偿装置(LC)的输出接检测线圈(L)；检测线圈(L)上的电流传感器(CC)与处理器(KS)的电流信号输入端相连；高频逆变器(H)输出端上的电压传感器(CV)与处理器(KS)的电压信号输入端相连；处理器(KS)的输出端一与高频逆变器(H)的控制端相连；
所述的检测线圈(L)敷设在感应电能传输系统的能量发射线圈(L1)表面；
所述的感应电能传输系统的能量发射线圈(L1)为双极性线圈，检测线圈(L)为单极性线圈；或者所述的感应电能传输系统的能量发射线圈(L1)为单极性线圈，检测线圈(L)为双极性线圈；
所述的处理器(KS)的输出端二与感应电能传输系统的主处理器的输入端相连。
2.一种使用上述的感应电能传输系统的金属异物检测装置对系统中的金属异物进行检测的方法，其作法是：
A、处理器(KS)接收电流传感器(CC)检测出的检测线圈(L)的电流值，并以该电流值作为控制反馈值，控制高频逆变器(H)向检测线圈(L)输出设定的电流值；
B、电压传感器(CV)检测出高频逆变器(H)的输出电压值，并输送给处理器(KS)；处理器(KS)将接收到的输出电压值与设定的电压阈值进行比较：当输出电压值小于等于设定的电压阈值，则判定感应电能传输系统中不存在金属异物；否则，进行C步的操作；
C、处理器(KS)判定感应电能传输系统中存在金属异物，并向感应电能传输系统的主处理器发出切断信号，主处理器切断感应电能传输系统的电源，系统停止运行。
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