CN108394286A - 一种动态有源漏磁屏蔽装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线充电技术领域,特别是涉及一种动态有源漏磁屏蔽装置及方法,其中,该装置包括:磁场探测单元、激励源及激励线圈;所述磁场探测单元用于探测漏磁场强度并获取漏磁补偿值;所述激励源用于驱动所述激励线圈产生所述补偿值的磁场抵消漏磁场。本发明可以动态实现漏磁通调整,在不影响无线磁场传递功率和效率的前提下,大大减少漏磁发射,减少漏磁辐射对人体的影响。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域,特别是涉及一种动态有源漏磁屏蔽装置及方法。
背景技术
电动汽车的快速发展对充电设施提出了较高的要求,目前无论是直流充电桩还是交流充电桩,其功率的传输都是利用传统的有线电缆,在大功率场合,电缆的尺寸,价格和重量都可能变得难以承受,无线充电技术(WPT)的出现能较好的解决上述问题,其能量的传递是通过非接触式远距离传输,大大扩展了电能传输的应用场合,是一种具有广阔的发展前景的能量传输方式。不过WPT带来便利的同时,也引入新的问题,由于无线充电的本质是靠线圈之间磁耦合来传递能量,而通常原副边线圈都是松耦合连接,存在较大漏磁场,这些漏磁场会对周围的环境产生较大的污染,特别是对人和动物,这些污染不可忽视,影响无线充电的推广和使用。
现有技术中常用的抑制漏磁场的方法有两大类,有源屏蔽和无源屏蔽,无源屏蔽采用的是类似无源磁芯,当漏磁场穿过屏蔽体时,并在其中产生反向电动势,构成电流回路,以抵消漏磁。其最大的缺陷是其漏磁屏蔽能力较弱,漏磁屏蔽能力和屏蔽体结构有关系,一旦结构定了后,无法再进行调整。
中国专利CN201420287027.9和CN201410239535.4公开了一种无源屏蔽方案,其通过加入补偿电容的方案来抵消漏磁,但缺点是引入电容在成本提高的同时,也增加了系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态有源漏磁屏蔽装置,动态实现漏磁通调整,在不影响无线磁场传递功率和效率的前提下,大大减少漏磁发射。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种动态有源漏磁屏蔽装置,包括:磁场探测单元、激励源及激励线圈;磁场探测单元用于探测漏磁场强度并获取漏磁补偿值;激励源用于驱动激励线圈产生补偿值的磁场抵消漏磁场。
进一步地,磁场探测单元包括磁场强度探测线圈及微处理器,磁场强度探测线圈用于探测漏磁场强度,微处理器用于根据探测到的漏磁场强度计算出相应的漏磁补偿值。
进一步地,微处理器还用于判断探测到的漏磁场强度是否超过设定值,若超过设定值则启动激励源驱动激励线圈产生补偿值的磁场抵消漏磁场。
进一步地,微处理器还用于通过对多个探测点探测到的漏磁场强度进行加权平均计算,获取漏磁场补偿值。
进一步地,至少一个磁场强度探测线圈布置于漏磁场发射线圈的边缘。
进一步地,两个磁场强度探测线圈分别布置于漏磁场发射线圈的两侧。
进一步地,激励源包括电压源和/或电流源。
本发明同时提供了一种动态有源漏磁场补偿方法,包括探测无线充电装置周边的漏磁场强度;根据漏磁场强度计算漏磁场补偿值;根据所述漏磁场补偿值产生补偿磁场以抵消漏磁场。
上述方法进一步包括判断所述探测到的漏磁场强度是否高于一漏磁场设定值,若超过设定值则产生所述补偿磁场以抵消漏磁场。
上述方法进一步包括补偿磁场产生后,实时探测漏磁场强度,并根据漏磁场强度动态调整补偿磁场的强度。
上述方法进一步包括探测无线充电装置周边多个探测点的漏磁场强度并计算其加权平均值,使用加权平均值计算漏磁场补偿值。
本发明进一步包括一种控制器,其包括存储器与处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述程序在被所述处理器执行时能够实现上述方法的步骤。
本发明进一步包括一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,所述指令在由一计算机或处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明通过动态有源漏磁屏蔽装置及方法,可以动态实现漏磁通调整,在不影响无线磁场传递功率和效率的前提下,大大减少漏磁发射,减少漏磁辐射对人体的影响。此外,本发明只需增加为数不多的测量场强的元件和激励线圈及处理器,用较少的成本即可解决漏磁场屏蔽问题,经济性较好。
附图说明
图1是本发明一种动态有源漏磁屏蔽装置一实施例的结构示意图;
图2是本发明一种动态有源漏磁屏蔽装置的工作流程图。
主要附图标记说明:
1-输入端线圈 2-输出端线圈
3-磁场强度探测线圈 4-微处理器
5-激励源 6-漏磁场屏蔽线圈(又称激励线圈)
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见图1所示,本实施例提供了一种动态有源漏磁屏蔽装置,该装置是一种通过基于磁场强度矢量H,通过正负抵消的原理对漏磁场进行屏蔽的有源漏磁屏蔽装置。
该装置中1、2分别是电动汽车无线充电结构中的输入端线圈和输出端线圈,其磁耦合结构可以是DD结构,也可以是DDQ结构或其他合适的耦合结构;6是漏磁场屏蔽线圈(又称激励线圈),其安装在主线圈1的两侧;5是激励源用以驱动漏磁场屏蔽线圈;激励源5可以是电压源或电流源;4是微处理器,用来控制激励源5;3是检测磁场强度的磁场强度探测线圈,一般在发射线圈的边缘,本实施例其分别设置在主线圈1的两侧,用以检测漏磁场强度。由于漏磁场屏蔽线圈6和主线圈1产生的磁场大小相等,方向相反,可以做到漏磁场完全抵消,因此能够将磁场束缚在很小的一个范围内。
参见图1及图2所示,磁场强度探测线圈3采集左侧磁场强度H1及右侧磁场强度H2,并将采集到的磁场强度H1及H2送入微处理器4,微处理器4计算H1、H2的平均值Havg作为漏磁场补偿值,判断Havg是否大于漏磁强度设定值He。若是,启动激励源5驱动漏磁场屏蔽线圈6产生与Havg相反的补偿磁场抵消漏磁场。补偿磁场发挥作用后,持续检测并判断漏磁场Havg是否大于漏磁强度设定值He,并动态调整补偿磁场的强度。
在本发明的一个实施例中,为了实现漏磁场的精确测量,设置了两个磁场强度探测线圈3,用于检测关键位置的场强,分别放置在漏磁最强的地方。磁场强度探测线圈3可以做成天线形状,一旦探测到磁场强度超过一定的强度,微处理器4发出命令驱动漏磁场屏蔽线圈6,产生与漏磁场大小相同,方向相反的补偿磁场,从而消除漏磁对人体和周围环境的影响。
下面通过具体实施例进一步说明补偿磁场产生的过程。
假设漏磁场强度设定值为H0,磁场强度探测线圈检测到磁场强度H1。首先通过附带的传感器将磁场信号转换为电量,以便进行后续处理。然后通过微处理器,将初始漏磁场强度设定值H0与检测到的实际磁场强度H1进行逻辑减,得到DeltaH=H0-H1。然后通过PI控制环对补偿磁场强度和方向等参数进行调节,调节量Control Value的计算公式如下:
Control Value=Kp*(H0-H1)+Ki*(H0-H1),
其中Kp和Ki均为PI控制环的参数。最后利用调节量Control Value来驱动激励电源,从而产生合适的补偿磁场。
在本发明的一个实施例中,为了起到更好的效果,可以多放置一些磁场探测单元,通过测量得到多个不同点场强,分别为H1,H2,H3,…..,Hn。然后取加权平均得到Havg:
Havg=(K0*H1+K1*H2+…..+Kn*Hn)/n;
最后利用Havg计算调节量并驱动激励电影以得到合适的补偿磁场。
通过多点均匀分布磁场探测单元,可以更好的降低漏磁场强度。磁场探测单元的数目可以是1个,2个,4个或其他任意数量。
本发明的一个实施例提供的动态有源漏磁屏蔽装置,通过在关键位置增加磁场探测单元,激励线圈(漏磁场屏蔽线圈)和激励源,将磁场探测单元采集的信号送入微处理器,针对探测到的磁场强度,计算出相应的补偿值,把激励源加到激励线圈上,产生相反的磁场用以抵消漏磁场。屏蔽磁通只针对漏磁场,不会明显抵消主磁通,能够在不影响传输效率和功率的前提下,大大减少漏磁辐射对人体的影响。
相对于现有的无源屏蔽或者无屏蔽结构的无线充电,该方案最大的好处是可以动态实现漏磁通调整,并针对漏磁场进行精确抵消,并且不受结构的限制,大大提高了安全性和便利性。
本实施例提供的动态有源漏磁屏蔽装置只要几个测量场强的元件、激励线圈及微处理器,用较少的成本即可解决漏磁场屏蔽问题,经济性较好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (13)
1.一种动态有源漏磁屏蔽装置,包括:磁场探测单元、激励源及激励线圈;所述磁场探测单元用于探测漏磁场强度并获取漏磁补偿值;所述激励源用于驱动所述激励线圈产生所述补偿值的磁场抵消漏磁场。
2.根据权利要求1所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,所述磁场探测单元包括磁场强度探测线圈及微处理器,所述磁场强度探测线圈用于探测漏磁场强度,所述微处理器用于根据探测到的漏磁场强度计算出相应的漏磁补偿值。
3.根据权利要求2所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,所述微处理器还用于判断探测到的漏磁场强度是否超过设定值,若超过设定值则启动所述激励源驱动所述激励线圈产生所述补偿值的磁场抵消漏磁场。
4.根据权利要求1所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,所述微处理器还用于通过对多个探测点探测到的漏磁场强度进行加权平均计算,获取所述漏磁场补偿值。
5.根据权利要求2所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,至少一个所述磁场强度探测线圈布置于漏磁场发射线圈的边缘。
6.根据权利要求5所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,两个所述磁场强度探测线圈分别布置于漏磁场发射线圈的两侧。
7.根据权利要求1所述的一种动态有源漏磁屏蔽装置,其特征在于,所述激励源包括电压源和/或电流源。
8.一种动态有源漏磁场补偿方法,包括以下步骤:
探测无线充电装置周边的漏磁场强度;
根据漏磁场强度计算漏磁场补偿值;
根据所述漏磁场补偿值产生补偿磁场以抵消漏磁场。
9.根据权利要求8所述的漏磁场补偿方法,进一步包括:判断所述探测到的漏磁场强度是否高于一漏磁场设定值,若超过设定值则产生所述补偿磁场以抵消漏磁场。
10.根据权利要求9所述的漏磁场补偿方法,进一步包括:补偿磁场产生后,实时探测漏磁场强度,并根据所述漏磁场强度动态调整补偿磁场的强度。
11.根据权利要求8所述的漏磁场补偿方法,进一步包括:探测无线充电装置周边多个探测点的漏磁场强度并计算其加权平均值,使用所述加权平均值计算漏磁场补偿值。
12.一种控制器,其包括存储器与处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述程序在被所述处理器执行时能够实现权利要求8至11中任一项权利要求所述的方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,所述指令在由一计算机或处理器执行时实现如权利要求8至11中任意一项权利要求所述的方法的步骤。
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