CN108736588A - 线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质，包括：获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；通过转换电路，获取感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；根据感应强度数据判断发射线圈与感应模块的第二相对位置关系；根据第一相对位置关系和第二相对位置关系，得到接收线圈与发射线圈的第三相对位置关系，以根据第三相对位置关系调整接收线圈的位置。本申请利用感应模块的感应强度数据，计算得到接收线圈与发射线圈之间的位置关系，从而调整接收线圈的位置，使接收线圈与发射线圈准确对位，提高能量传输效率。本申请中感应模块结构简单，体积小，安装简易方便。

Description

线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及无线充电领域，特别涉及一种线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质。

背景技术

随着无线供电技术的发展进步，无线供电技术开始在各类领域投入应用。在能量传输过程中，发射线圈和接收线圈的相对距离和偏移程度是系统传输效率不可忽视的影响因素。不同于手机或电动牙刷等便于用户手动移动的小型用电设备，一些大型用电设备的接收线圈和发射线圈的对位较为困难，一方面因为接收线圈多位于设备底部用户难以观察，另一方面大型用电设备不可能直接由用户手动调整位置，因此如何进行发射线圈和接收线圈的对位，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质。其具体方案如下：

一种线圈位置关系的检测方法，包括：

获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系，以根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置。

优选的，所述感应模块包括第一无源线圈和第二无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面相交。

优选的，所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面垂直相交。

优选的，所述感应模块包括第一无源线圈、第二无源线圈和第三无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两相交。

优选的，所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两垂直相交。

优选的，所述根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置之后，还包括：

断开所述转换电路，并控制所述发射线圈对所述接收线圈充电。

相应的，本发明还公开了一种线圈位置关系的检测系统，包括：

第一位置模块，用于获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

数据获取模块，用于通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

第二位置模块，用于根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

第三位置模块，用于根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系。

相应的，本发明还公开了一种线圈位置关系的检测装置，包括：

包括无源线圈的感应模块；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述线圈位置关系的检测方法的步骤。

优选的，所述检测装置包括多个所述感应模块。

相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述线圈位置关系的检测方法的步骤。

本发明公开了一种线圈位置关系的检测方法，包括：获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系，以根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置。本发明利用感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据，计算得到接收线圈与发射线圈之间的位置关系，从而调整接收线圈的位置，使得接收线圈与发射线圈较准确地对位，提高发射线圈的传输效率。而且本发明中感应模块结构简单，体积小，可以在现有充电设备的基础上进行加装，安装简易方便。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种线圈位置关系的检测方法的步骤流程图；

图2a为本发明实施例中一种感应模块内部无源线圈的位置示意图；

图2b为本发明实施例中另一种感应模块内部无源线圈的位置示意图；

图3a为本发明实施例中一种感应模块与接收线圈的位置示意图；

图3b为本发明实施例中一种接收线圈相对感应线圈的偏移方向示意图；

图4a为本发明实施例中一种转换电路的电路拓扑图；

图4b为本发明实施例中另一种转换电路的电路拓扑图；

图5为本发明实施例中一种线圈位置关系的检测系统的结构分布图。

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做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。

本发明实施例公开了一种线圈位置关系的检测方法，参见图1所示，包括：

S1：获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

S2：通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

S3：根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

S4：根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系，以根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置。

可以理解的是，本实施例应用于无线充电领域，主要以电磁感应的方式为主，因此这里发射线圈产生的磁场为交变磁场，感应模块中的无源线圈能够感应这个交变磁场，并由于电磁感应现象产生感应电动势，然后由转换电路转换为步骤S2中的感应强度数据。

其中，感应电动势的大小与无源线圈的感应磁通量的变化率有关，而感应磁通量的变化率的影响因素主要有两个，一是发射线圈磁场的磁通量变化率，这个量是预先设置的，一般不会变化；二是无源线圈与发射线圈的相对位置。进一步的，无源线圈与发射线圈的相对位置包括两个层次，第一层是发射线圈和感应模块的第二相对位置关系，第二层是感应模块与内部无源线圈的相对位置，其中感应模块与内部无源线圈的相对位置一般也是预先约定好的。从而根据感应强度数据，可以得到第二相对位置关系。

另外，本实施例并不限制感应模块及其内部无源线圈的个数，感应模块可以是一个，也可以是多个；每一个感应模块内可以包括一个或多个无源线圈。这些不同的个数对应的算法的细节有差别，但算法原理类似。

由于发射线圈的磁场为中心圆形，在与磁场中心距离相同的位置的感应强度数据是相同的。当感应模块只有一个时，只能获取一个感应强度数据，需要复杂的算法来获取第二相对位置关系；当感应模块为多个，多个感应模块一般分布于接收线圈的周围(即第一相对位置关系)，如果使用与一个感应模块相同的算法，多个感应模块的多个感应强度数据在确定第一相对位置关系时的准确率更高，如果多个感应模块对称分布，还可以通过比较多个感应模块各自的感应强度数据，得到第二相对位置关系和第三相对位置关系，具体实施例见下文。

进一步的，感应模块内部无源线圈的个数越多，感应强度数据越多，从而能够获取更为精确的位置数据。可以理解的是，无源线圈和发射线圈的相对角度不同，耦合强度也不同，因此在设计感应模块内部无源线圈相对位置的时候要考虑角度问题。通常两个线圈平行且同轴线时互感最强，耦合程度较高，接收线圈与发射线圈平行，发射线圈水平放置于地面上，而感应模块既可以只包括一平行于地面的无源线圈，以获取同一高度标准的感应强度数据，以避免无源线圈在空间矢量角度的影响，也可以只包括一无源线圈与地面以预设角度相交，结合该角度和感应强度数据来推测该无源线圈与发射线圈的相对位置关系。

具体的，如果只有一个感应模块，且其内部只有一个无源线圈与感应模块平行，感应模块无法进行感应强度数据之间的比较，因此只能判断该感应模块与发射线圈的磁场中心的距离，也即第二相对位置关系并非确定的两点关系，感应模块位于发射线圈的磁场的一个同心圆轨道上，如果感应模块位于接收线圈周围，那么最终推算得到的第三相对位置关系是：接收线圈中心位于发射线圈的磁场的一个同心圆环上，所以为了缩小其相对位置关系的判断范围，可以将感应模块固定于接受线圈的中心，此时第三相对位置关系与第二相对位置关系一致，根据接收线圈与感应模块同时移动时感应强度数据的变化规律，可以进一步缩小第二相对位置关系的范围，并获得接收线圈的调整方向。

如果一个感应模块中包括多个平面相交无源线圈，那么感应模块的感应强度数据应当包括多个不同方向的磁矢量，这样能够获得更为精确、维度更多的磁通量数据，更加准确地判断第二相对位置关系和第三相对位置关系。较为优选的，包括以下两种方案：

方案一参见图2a所示，所述感应模块包括第一无源线圈和第二无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面相交。优选的，所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面垂直相交。

方案二参见图2b所示，所述感应模块包括第一无源线圈、第二无源线圈和第三无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两相交。优选的，所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两垂直相交。

在步骤S4的实际应用中，“根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置”有一定的执行范围，调整接收线圈的位置到效率范围内、供电效率较高即可，并不要求接收线圈必须与发射线圈完全，耦合效率最高，如果第三相对位置关系中，接收线圈和发射线圈的相对距离处于发射线圈的效率范围内，则不需要调整。

可以理解的是，本实施例中所公开的一种线圈位置关系的检测方法，既可以应用到大型可移动设备例如电动车上，也可以应用到无人操作的机器人或无人机上，已达到较为准确的对位效果。

本发明公开了一种线圈位置关系的检测方法，包括：获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系，以根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置。本发明利用感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据，计算得到接收线圈与发射线圈之间的位置关系，从而调整接收线圈的位置，使得接收线圈与发射线圈较准确地对位，提高发射线圈的传输效率。而且本发明中感应模块结构简单，体积小，可以在现有充电设备的基础上进行加装，安装简易方便。

本发明实施例公开了一种具体的线圈位置关系的检测方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，针对检测方法中采用多个感应模块的情况作以说明。

一般检测方法中应用4个、6个或8个感应模块，多个感应模块对称分布于接收线圈周围，感应模块与发射线圈的距离越小，获取的感应强度数据越大。通过比较多个感应模块各自的感应强度数据，得到第二相对位置关系和第三相对位置关系。

具体的，以图3a中分布的4个感应模块为例，下文解释了具体获取第三相对位置关系的过程。

4个感应模块01、02、03、04分别位于接收线圈05的四角，采集到的感应强度数据分别为d1、d2、d3、d4，此时的对位条件为：

|d1-d2|<datum，|d1-d4|<datum，|d2-d3|<datum，|d3-d4|<datum均满足。其中datum为代表发射线圈的效率范围的预设参数。

进一步，判断接收线圈的相对于发射线圈的位置参见图3b所示，接收线圈的偏移方向条件包括：

1.前偏条件：d1-d4>datum，d2-d3>datum，|d1-d2|<datum；

2.左前偏条件：d1-d2>datum，d1-d4>datum，|d2-d3|<datum；

3.右前偏条件：d2-d1>datum，d2-d3>datum，|d1-d4|<datum；

4.后偏条件：d4-d1>datum，d3-d2>datum，|d3-d4|<datum；

5.左后偏条件：d4-d3>datum，d4-d1>datum，|d2-d3|<datum；

6.右后偏条件：d3-d2>datum，d3-d4>datum，|d4-d1|<datum；

7.左偏条件：d1-d2>datum，d4-d3>datum，|d1-d4|<datum；

8.右偏条件：d2-d1>datum，d3-d4>datum，|d2-d3|<datum。

获得接收线圈的偏移方向后，根据任一感应强度数据计算出偏移距离，即可得到接收线圈的调整方案。以d1为例，偏移距离dis的计算公式为：

dis＝a*d1³+b*d1²+c*d1+e

其中a、b、c、e均为常量参数。

这里的预设参数和算法设计均是程序上的改进，可以根据客户要求进行修改，不需要调整硬件。

本发明实施例公开了一种具体的线圈位置关系的检测方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

所述根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置之后，还包括：

S5：断开所述转换电路，并控制所述发射线圈对所述接收线圈充电。

可以理解的是，转换电路主要是获取感应模块的感应电动势并转化为感应强度数据，通用手段包括将感应模块接入整流电路，获取整流电路的电压值并发送给信号放大器，最后发送给算法程序的处理器。

本实施例中的发射线圈有两种工作状态，一是对位检测状态，而是充电状态，其中对位检测状态时功率较小，只要感应模块能够接收到即可，充电状态时功率较大，要满足对接收线圈快速高效充电的要求。如果充电状态时转换电路依然接通，感应模块也会感应生出大电流，从而破坏转换电路。因此为了保护在线圈位置关系的检测方法中的各部分电路，在根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置之后，断开转换电路，以保护各部分电路。

具体的，参见图4a，该图是对应图2a的转换电路，其中电感L1、L2分别为对应X方向、Y方向的无源线圈，两个半桥整流电路将感应到的磁场强度转化为感应电动势，然后将两个线圈的电压值相加后发送给低通滤波的信号处理电路，信号处理电路输出最后的感应强度数据。这里的继电器K1由单片机发出的信号S1控制，当发射线圈处于对位检测状态时对应继电器K1闭合。

图4b在图4a基础上增加了一个半桥整流电路，是对应图2b的转换电路，其中L3对应空间Z方向的无源线圈的磁场强度。

可以看出，图4a与图4b是将多个不同方向的磁矢量幅值叠加输出，可能损失空间向量的矢量信息，因此还可以分别输出每个线圈的磁场强度或感应电动势，并以矢量的方式进行叠加计算，以此获取更为丰富准确的位置信息。

当然，全面整体地应用该线圈位置关系的检测方法时，发射线圈起初不工作，发送定位请求以控制所述发射线圈进入对位检测状态，执行步骤S2至S5，以节省发射线圈的电能输出。

另外，在将本实施例方法应用在人工驾驶的大型电动设备上时，步骤S4后还可以增加S5的执行条件，例如获取用户发送的充电命令后开始充电、检测到该电动设备熄火后开始充电等，以此提高包含发射线圈、接收线圈的整个无线供电系统的智能化程度。

相应的，本发明实施例还公开了一种线圈位置关系的检测系统，参见图5所示，包括：

第一位置模块M1，用于获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

数据获取模块M2，用于通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

第二位置模块M3，用于根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

第三位置模块M4，用于根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系。

相应的，本发明实施例还公开了一种线圈位置关系的检测装置，包括：

包括无源线圈的感应模块；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文所述线圈位置关系的检测方法的步骤。

本实施例中有关线圈位置关系的检测方法的细节可以参考上文实施例中的描述，此处不再赘述。

其中，所述检测装置可以包括多个所述感应模块。

进一步的，本实施例还可以包括与用户进行信息交互、获取用户指令的交互装置，具体可以是显示屏、触摸屏、语音控制传输系统等。

本实施例具有与上述实施例相同的有益效果。

相应的，本发明还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述线圈位置关系的检测方法的步骤。

本实施例中有关线圈位置关系的检测方法的细节可以参考上文实施例中的描述，此处不再赘述。

本实施例具有与上述实施例相同的有益效果。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种线圈位置关系的检测方法、系统、装置及可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种线圈位置关系的检测方法，其特征在于，包括：

获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系，以根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置。

2.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，

所述感应模块包括第一无源线圈和第二无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面相交。

3.根据权利要求2所述检测方法，其特征在于，

所述第一无源线圈的所在平面和所述第二无源线圈的所在平面垂直相交。

4.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，

所述感应模块包括第一无源线圈、第二无源线圈和第三无源线圈，所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两相交。

5.根据权利要求4所述检测方法，其特征在于，

所述第一无源线圈的所在平面、所述第二无源线圈的所在平面和所述第三无源线圈的所在平面两两垂直相交。

6.根据权利要求1-5任一项所述检测方法，其特征在于，所述根据所述第三相对位置关系调整所述接收线圈的位置之后，还包括：

断开所述转换电路，并控制所述发射线圈对所述接收线圈充电。

7.一种线圈位置关系的检测系统，其特征在于，包括：

第一位置模块，用于获取包括无源线圈的感应模块与接收线圈的第一相对位置关系；

数据获取模块，用于通过转换电路，获取所述感应模块在发射线圈产生的磁场中的感应强度数据；

第二位置模块，用于根据所述感应强度数据判断所述发射线圈与所述感应模块的第二相对位置关系；

第三位置模块，用于根据所述第一相对位置关系和所述第二相对位置关系，得到所述接收线圈与所述发射线圈的第三相对位置关系。

8.一种线圈位置关系的检测装置，其特征在于，包括：

包括无源线圈的感应模块；

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述线圈位置关系的检测方法的步骤。

9.根据权利要求8所述检测装置，其特征在于，

所述检测装置包括多个所述感应模块。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述线圈位置关系的检测方法的步骤。