CN109412280B - 基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 - Google Patents
基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109412280B CN109412280B CN201811274464.6A CN201811274464A CN109412280B CN 109412280 B CN109412280 B CN 109412280B CN 201811274464 A CN201811274464 A CN 201811274464A CN 109412280 B CN109412280 B CN 109412280B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- excitation
- winding
- magnetic
- magnetic field
- central axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title claims abstract description 234
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 221
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 61
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 37
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 33
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 27
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 101001093748 Homo sapiens Phosphatidylinositol N-acetylglucosaminyltransferase subunit P Proteins 0.000 description 1
- 241000165940 Houjia Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法，属于无线供电的技术领域。该无线电能传输绕组位置辨识装置包括预激励绕组、磁传感器、控制器、预激励电源。绕组位置辨识方法为：通过对预激励绕组施加预激励电流，构造预激励磁场，另一侧通过磁传感器检测传感器位置的磁场感应强度。依据本专利公布的预激励磁场的分布函数，判断传感器到预激励侧绕组中心轴的距离，通过多传感器几何关系确定错位坐标。本发明利用磁场“过零点”特征点，可自动确定不同磁结构和不同参数的激励绕组的磁场分布规律，进而推算出预激励绕组的相对位置坐标，为自动泊车、电动汽车自动充电、无线供电自动调整补偿提供到位信息和准确的错位位置信息。
Description
技术领域
本发明公开了基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法，属于无线供电的技术领域。
背景技术
无线供电技术已经应用到电动汽车、自动导引运输车(AGV，Automated GuidedVehicle)、无人机、自动驾驶等领域，尤其是需要自动充电的场合。相对于接触式供电，无线供电具有安全、灵活、无火花、少维护、可移动及易于实现自动充电等优势。
由于无线供电系统原副边可分离，因此不可避免存在气隙变化、横向及纵向错位等多种情况，使得非接触变压器的耦合系数以及原副边绕组自感发生变化，使系统失谐，影响系统的传输效率和输出特性。
为了减小错位偏移对无线供电系统特性的影响，业内研发人员提出通过优化设计非接触变压器、采用高阶补偿网络、采用动态调谐技术等手段来改善系统性能。陈乾宏，侯佳等提出的一种非接触变压器(CN104319076，南京航空航天大学、中兴新能源汽车有限公司)公开了一种不对称的磁芯结构，通过增大副边磁芯面积减小耦合磁路磁阻，减小了非接触变压器耦合系数的错位敏感度。SAEJ2954标准明确了电动汽车用无线充电器的偏移要求，同时也指出需要引入定位和导引技术，改善无线供电技术的用户体验及系统性能。
目前的定位引导技术主要有超声波、激光及磁定位技术。研发机构针对无线充电技术也开展了定位、对准技术的研究。杨世春等提出的感应式非接触充电点位对准装置及其定位方法(CN103342101，北京航空航天大学)公开了一种利用超声波定位技术并结合步进电机驱动滑台的定位对准方法，利用电动驱动的机械滑台实现对位。加装机械对位装置会影响系统的可靠性，且该系统不能提供定量的相对错位的位置信息，只是以对准作为对位系统的控制目标。
本发明希望基于磁场检测的方法进行位置辨识，即利用磁场分布特性实现准确的位置辨识，提供相对偏移数据和坐标，为WPT系统的精确定位提供依据，也可用于自动泊车和泊车导引。基于磁场检测的方法进行位置辨识，具有系统成本较低、可靠性高的优点。
要想基于磁场检测方法实现准确的位置辨识，就需要掌握较准确的磁场分布规律。磁芯铺设方式、绕组结构、气隙的不同都会影响磁场的分布。磁场分布规律通常是通过有限元电磁仿真方法获得，但是有限元仿真需要较大的计算资源，计算时间长，不能满足实时位置辨识的需要。探求磁场分布特性的通用规律及磁场分布特性中特征参数的确定方法，成为基于磁场检测实现位置辨识需要解决的主要问题。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法，利用所公布的磁场分布的通用规律和磁场特性关键参数的确定方法，再结合磁传感器检测的磁场信息及其位置信息即可实现错位信息的精准辨识，解决了传统定位方法通用性差、精度低的问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。
(一)无线电能传输绕组位置辨识装置
基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置，包括分别位于非接触变压器两侧的激励部分和感应部分，激励部分包括：预激励电源、激励部分控制器、预激励绕组，预激励电源与预激励绕组相连，预激励部分控制器接收感应部分发送的预激励使能信号，预激励电源在收到激励部分控制器传输的使能信号后启动，感应部分包括：感应部分控制器及排布在安装平面上的磁传感器，感应部分控制器采集磁传感器检测数据并依据采集的数据以及预激励绕组信息确定预激励绕组偏离感应部分主功率绕组的错位信息。
进一步，预激励绕组是公用非接触变压器原边绕组或副边绕组的一套绕组或独立安装的一套绕组。
进一步，预激励部分还包括接收预激励使能信号、传输预激励绕组信息、接收预激励绕组偏离感应部分主功率绕组错位信息的预激励侧无线通信模块，所述感应部分还包括与预激励侧无线通信模块通信的感应侧无线通信模块。
进一步，基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置，所述磁传感器为霍尔传感器和/或磁感应线圈和/或磁通门和/或薄膜磁致电阻传感器和/或磁阻敏感器和/或电涡流式传感器和/或磁性液体加速度传感器和/或磁性液体水平传感器。
进一步，预激励绕组采用分段激励形式：连续预激励绕组由多段独立绕组组成，每段独立的绕组分别与一路预激励电源连接，通过激励部分控制器控制各路预激电源的输出。
(二)基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法
一种基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，采集磁传感器检测数据并依据采集的数据以及预激励绕组信息构建磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离与磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量的对应关系，再由对应关系和实时采集的磁传感器检测数据计算各磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离，根据磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离确定预激励绕组中心轴相对于感应侧绕组中心的坐标，计算预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的距离得到预激励绕组偏离感应部分主功率绕组的错位信息。
进一步，根据磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心坐标的方法为：磁传感器在安装平面上呈中心对称布置，在磁传感器排列形成的中心对称形状内分区辨识预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标，组合中心对称形状的边及磁传感器安装位置与感应部分主功率绕组中心点连线对辨识区域进行分区，选择磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离之和最小的分区作为检测区域，在检测区域内根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标。
进一步，在检测区域内根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标的方法为：根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴偏离感应部分主功率绕组中心O的错位距离
为对称形状中心到边的距离，(x0,y0)为预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影坐标，
m1和m2为检测区域内两磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离，d为对称形状的边长。
进一步，采用分段式激励形式对预激励绕组的每一分段绕组进行预激励，磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离与磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量的对应关系为：
其中，Bz(m)表示磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离为m时磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量，G为磁场增益系数，μ0为真空磁导率，l为预激励绕组线圈路径，l0为预激励绕组第一分段绕组的路径，ln为预激励绕组第n分段绕组的路径，in为预激励绕组第n分段绕组的预激励电流，
为预激励绕组积分微元，R为预激励绕组积分微元到磁传感器的距离大小，
为预激励绕组积分微元到磁传感器方向的单位向量，
代表两向量乘法运算取z方向分量。
进一步，根据磁场过零点到预激励绕组中心轴的准确距离来确定磁场增益系数的取值：磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离与磁场增益系数无关，其准确值由Bz(m)＝0来求取；磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离由磁传感器检测数据为零时其它磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的多个单点距离以及磁传感器之间的几何关系来求取，其它磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离由Bz(m)得到；令磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离等于其准确值即可确定磁场增益系数。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明公开了一种用于绕组位置辨识的计算线圈空间任意位置的磁感应强度的垂直分量的计算公式，适用于空心线圈、不同的磁芯铺设方式和不同预激励绕组结构；
(2)本发明利用所公布的磁场分布的通用规律和磁场特性关键参数的确定方法，结合磁传感器检测的磁场信息及其位置信息，实现错位信息的精准辨识，解决了传统定位方法通用性差、精度低的问题；
(3)本发明公开的无线电能传输绕组位置辨识装置，通过布局在感应侧的磁传感器检测预激励侧产生的预激励磁场，预激励绕组可以公用非接触式变压器的一侧绕组也可以是在平行于非接触变压器绕组平面独立安装的一套绕组，传统非接触变压器经简单改装即可升级为辨识装置；
(4)本发明公开了一种基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，通过分区辨识方法缩小检测区域进而提高检测效率；
(5)依据磁传感器检测数据在预激励绕组靠近感应侧的过程中出现的磁场过零点，以磁传感器检测数据为零时磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离无限逼近通过单点距离与磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量的对应关系式计算磁感应强度垂直分量为零的单点距离为目标动态调整增益系数，实现不同无线供电变压器绕组的磁场增益系数的自动辨识功能，使得位置辨识系统能够满足不同充电设备工况；
(6)传统的“交流激励-检测线圈感应电压”方案大多只停留在实验室研究阶段，在实际工作中，待充电的汽车底盘或金属异物在交变磁场下会产生的涡流效应改变磁场分布，绕组定位结果产生较大偏差，本申请公开的“预激励-磁传感器检测磁感应强度”方案中，当预激励使用直流激励，预激励绕组在直流激励下产生的恒定磁场不会产生涡流效应，能够很好地避免车身和金属异物对定位精度的影响，最终得到较准确的位置信息，并且同时减少电磁辐射的问题。
(7)通过对预激励绕组分段激励的方法，降低了非接触变压器工作时预激励绕组上的感应电压，降低了无线电能传输绕组位置辨识装置中预激励绕组的耐压要求，减少了高压击穿的风险。
本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图构成本申请的一部分，用来进一步地理解本发明，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明但并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明采用独立预激励绕组的绕组位置辨识装置的示意图。
图2为本发明共用副边绕组的绕组位置辨识装置与无线供电系统相结合的示意图。
图3为本发明共用原边绕组的绕组位置辨识装置与无线供电系统相结合的示意图。
图4为不考虑磁芯影响时预激励磁场分布规律的示意图。
图5为考虑磁芯影响时预激励磁场分布规律的示意图。
图6为由本发明公开的计算公式求得的预激励绕组产生的磁场分布示意图。
图7为本发明中通用磁场分布计算结果与实测结果对比图。
图8为本发明实施例定位结果与实际标尺准确值对比。
图9(a)为预激励线圈在地面侧时位置辨识的坐标系示意图，
图9(b)为预激励线圈在汽车侧时位置辨识的坐标系示意图。
图10为本发明中预激励电流的波形图。
图中标号说明：101为副边磁芯；102为副边绕组；103A、103B、103C、103D为磁传感器；201为继电器；202为补偿网络与整流单元；203为电池管理系统；204为电池；205为激励部分控制器；207为预激励电源；208为ADC采样模块；209为感应部分控制器；210为感应侧无线通信模块；211为预激励侧无线通信模块；212为显示器；213为补偿网络与逆变单元；214为DC/DC调压单元；215为PFC单元；216为电网电源；301为单匝预激励线圈；302为不考虑磁芯影响时单匝预激励线圈在磁传感器安装平面上的磁感应强度分布规律；401为考虑磁芯影响时预激励绕组在磁传感器安装平面上的磁感应强度分布规律；501为原边绕组；502为原边磁芯；503为独立安装的预激励线圈；601为较小磁芯密度情况下不同错位距离对应的传感器输出电压的实际测量值和本系统的计算值；602为适中磁芯密度情况下不同错位距离对应的传感器输出电压的实际测量值和本系统的计算值；603为较大磁芯密度情况下不同错位距离对应的传感器输出电压的实际测量值和本系统的计算值；604为磁场过零点到预激励绕组中心轴的准确距离；701为y方向没有错位时在不同x位置检测的y方向错位值；702为y方向没有错位时在不同x位置检测的y方向错位值；703为y方向错位-2cm时在不同x位置检测的y方向错位值；704为y方向错位-2cm时在不同x位置检测的y方向错位值；801为待充电的汽车；802为磁传感器；803为由磁传感器安装好后确定的位置辨识坐标系原点；804为预激励绕组中心轴；901为直流预激励；902为单极性脉冲预激励；903为双极性脉冲预激励；904为交流预激励。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其它元件或特征“下”的元件将定位在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上方位和下方位两者，装置可以以其它方式定位(旋转90度或位于其它方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
本发明提出采用独立预激励绕组的辨识装置如图1所示，包括位于非接触变压器副边绕组一侧的激励部分和位于非接触式变压器原边绕组一侧的感应部分。激励部分包括：预激励电源207、激励部分控制器205、预激励绕组、预激励侧无线通信模块211，预激励侧无线通信模块211接收感应侧输出的预激励使能信号，激励部分控制器205接收到预激励无线通信模块211传输的预激励使能信号后向预激励电源207发送启动信号，预激励电源207向预激励绕组施加激励电流，预激励绕组周围的空间在预激励绕组接通预激励电源后产生恒定磁场。感应部分包括：感应部分控制器209及呈中心对称形状排布在安装平面上的磁传感器103A、103B、103C、103D，感应部分控制器209采集磁传感器检测数据并依据采集的数据以及预激励绕组信息确定预激励绕组偏离感应部分的错位信息。
以电动汽车充电为例，如图2所示，位于充电站原边绕组一侧四个磁传感器为线性霍尔传感器，按照正方形放置，即，传感器连线为正方形，预激励绕组为副边绕组102(待充电电动汽车的线圈)，副边磁芯101位于副边绕组102上方。电动汽车侧，继电器201的固定端与预激励绕组相连，继电器201的常开端口与预激励电源连接，继电器201的常闭端口与补偿网络与整流单元202、电池管理系统203、电池204串接组成的无线充电支路相连，当预激励侧无线通信模块211接收到感应侧发出的预激励使能信号时,激励部分控制器205向继电器201提供切换预激励定位状态和无线供电状态的控制信号，预激励电源207与预激励绕组连接，预激励绕组周围的空间在预激励绕组接通预激励电源后产生恒定磁场。，激励部分控制器205与显示器212信息交互。
本发明提出的绕组位置辨识装置还可以通过共用充电站原边绕组实现，如图3所示，其预激励定位状态的过程与图2所示装置一致，当继电器201在激励部分控制器205的作用下切换装置工作于无线供电状态时，PFC单元215、DC/DC调压单元214、补偿网络与逆变单元213串接组成的无线充电支路向原边绕组供电，无线充电支路由电网电源216供电。
图1、图2、图3中的预激励电源为采用直流或直流脉冲预激励方式的直流电源，也可以是采用交流或交流脉冲预激励方式的交流电源，也可以采用直流交流组合方式的可控电源，图10所示波形示例了直流预激励901的电流波形、单极性脉冲预激励902的电流波形、双极性脉冲预激励903的电流波形、交流预激励904的电流波形无线通信模块可以采用RF的无线通信模块也可以采用蓝牙、WIFI、Zigbee、DSRC等无线通讯方式，感应部分还包括对磁传感器检测数据进行预处理的ADC采样模块208。
安装好传感器后，位置估计系统的坐标系就确定好了，以传感器摆放中心为坐标系原点，辨识系统所辨识的位置是预激励线圈中心轴相对于坐标系原点的位置，预激励线圈在地面侧时位置辨识的坐标系如图9(a)所示，预激励线圈在汽车侧时位置辨识的坐标系如图9(b)所示。
地面发射端即感应侧控制器通过感应侧无线通信模块210、预激励侧无线通信模块211或手动输入得到预激励绕组信息：预激励绕组102的内半径rmin、外半径rmax、匝数n、距离磁传感器安装平面的距离h、预激励电流大小i。
如图4所示，感应部分控制器209根据副边绕组信息按照预激励绕组路径积分计算出单匝预激励线圈301在安装平面的磁感应强度的分布图，此时，分布规律是不考虑磁芯影响的。
为了准确描述磁场分布情况，根据本专利公布的修正方法，对不考虑磁芯影响时单匝预激励线圈在磁传感器安装平面上的磁感应强度分布302进行线性的放大，放大系数G称为磁场增益系数。
磁场增益系数范围为1～2，根据磁芯铺设情况预估磁场增益系数，例如，预估为1.5，按照单匝线圈的计算方式，从内半径rmin到外半径rmax计算不同半径预激励绕组在磁传感器安装平面上的磁感应强度分布规律，累加并乘以磁场增益系数得到考虑磁芯影响时预激励绕组在磁传感器安装平面上102的磁感应强度分布规律401，如图5所示，其中，O点为感应侧主功率绕组中心点，磁传感器布置安装后，其相对感应侧绕组中心的坐标的相对位置已知。
本实施例中磁传感器对称放置，其所围图形中心为O点，并且O点与感应部分主功率绕组中心重合。
所以，根据各传感器的坐标，就可以推算出感应侧绕组中心的坐标。此实施例的具体磁场分布规律如下：
当传感器按感应部分主功率绕组中心对称排布时，可以通过分区辨识方法缩小检测区域进而提高检测效率。
根据各个线性霍尔传感器测得的磁感应强度求出各个线性霍尔传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离m1、m2、m3、m4，根据各霍尔传感器的安装坐标和到预激励绕组中心轴的距离可以计算出预激励绕组中心轴相对于对称中心的坐标。
感应部分控制器根据磁传感器实时输出的电压v计算出各个磁传感器所在位置的磁感应强度垂直分量Bz：
Bz＝k·v (2)，
其中，k为磁传感器的灵敏度；
联立方程组(1)和(2)可以计算出某个磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的节点距离m，同理可以求出各个传感器节点距离。根据线性霍尔传感器的正方形摆放方式，把检测区域分为四个区域分别检测，已知四个线性霍尔传感器中右上角的传感器到右下角的传感器距离为d，根据两个传感器的安装坐标和之前算出的两传感器到预激励绕组中心轴的距离m1、m2可以列出两个用两点坐标表示距离的方程，进而联立这两个方程求出预激励绕组中心轴相对于对称中心的坐标P(x，y)中的两个未知数x和y。
预激励绕组相对激励部分绕组位置固定，激励部分主功率绕组与感应部分主功率绕组的相对错位信息可以由坐标和预激励绕组相对激励部分绕组的相对位置关系转换得到。
为了更准确地确定磁场增益系数，根据本专利公布的系数检测方法，在待充电的电动汽车逐步靠近充电点的过程中，线性霍尔传感器输出电压会出现过零点，根据传感器安装坐标，可以通过位置辨识出的坐标计算出现特征点传感器的偏移距离并与过零点特征的偏移距离比较，如果相差较大调整并更新磁场增益系数直至达到预期精度。
x、y坐标轴对预激励绕组为盘式线圈形式、预激励绕组圆盘内径为2cm、外径为5cm、匝数为10、磁芯为铺满的圆盘磁芯、气隙为3cm、磁传感器选用灵敏度系数k＝50mv/GS的线性霍尔传感器时，本发明公开的计算公式求得的预激励绕组产生的磁场分布如图6所示，其它形式预激励绕组结果可以类比。
在预激励绕组圆盘内径为10.8cm、外径为24cm、匝数为36、磁芯为铺满的圆盘磁芯、气隙为5cm、磁传感器选用灵敏度系数k＝50mv/GS的线性霍尔传感器、预激励电流为5A的直流的实验条件下，通用磁场分布计算结果与实测结果对比图如图7所示，最终的位置估计实验结果如图8所示。
由图7可知，通用磁场分布计算规律针对不同磁芯分布时是准确有效的。mzc为磁场过零点到预激励绕组中心轴的准确距离，此距离不受磁场增益系数的影响，所以当磁场增益系数不准确时，此距离可以作为判断位置辨识系统是否准确的依据。
由图8可知，在y方向没有错位的情况，不同x位置检测的y方向错位的测量值检测精度在1cm内，在y方向错位-2cm的情况，不同x位置检测的y方向错位的测量值的检测精度在1cm内，本发明的绕组位置辨识方法在较大范围内都可以实现精准的位置辨识。
Claims (10)
1.基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，采用分别位于非接触变压器两侧的激励部分和感应部分组成的装置实现，感应部分安装平面上排布有磁传感器，采集磁传感器检测数据并依据采集的数据以及预激励绕组信息构建磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离与磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量的对应关系，再由对应关系和实时采集的磁传感器检测数据计算各磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离，根据磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标，计算预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的距离得到预激励绕组偏离感应部分主功率绕组的错位信息。
2.根据权利要求1所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，根据磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心坐标的方法为：磁传感器在安装平面上呈中心对称布置，在磁传感器排列形成的中心对称形状内分区辨识预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标，组合中心对称形状的边及磁传感器安装位置与感应部分主功率绕组中心点连线对辨识区域进行分区，选择磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴距离之和最小的分区作为检测区域，在检测区域内根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标。
3.根据权利要求2所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，在检测区域内根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴相对于感应部分主功率绕组中心的坐标的方法为：根据预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影关系确定预激励绕组中心轴偏离感应部分主功率绕组中心O的错位距离OP：
L为对称形状中心到边的距离，(x0,y0)为预激励绕组中心轴在磁传感器安装位置连线上的投影坐标，
m1和m2为检测区域内两磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的距离，d为对称形状的边长。
4.根据权利要求1所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，采用分段式激励形式对预激励绕组的每一分段绕组进行预激励，磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离与磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量的对应关系为：
其中，Bz(m)表示磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离为m时磁传感器安装平面上磁感应强度垂直分量，G为磁场增益系数，μ0为真空磁导率，l为预激励绕组线圈路径，l0为预激励绕组第一分段绕组的路径，ln为预激励绕组第n分段绕组的路径，in为预激励绕组第n分段绕组的预激励电流，
为预激励绕组积分微元，R为预激励绕组积分微元到磁传感器的距离大小，
为预激励绕组积分微元到磁传感器方向的单位向量，
代表两向量乘法运算取z方向分量。
5.根据权利要求4所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，根据磁场过零点到预激励绕组中心轴的准确距离来确定磁场增益系数的取值：磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离与磁场增益系数无关，其准确值由Bz(m)＝0来求取；磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离由磁传感器检测数据为零时其它磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的多个单点距离以及磁传感器之间的几何关系来求取，其它磁传感器安装位置到预激励绕组中心轴的单点距离由Bz(m)得到；令磁场过零点到预激励绕组中心轴的距离等于其准确值即可确定磁场增益系数。
6.根据权利要求1所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，
激励部分包括：预激励电源、激励部分控制器、预激励绕组，预激励电源与预激励绕组相连，激励部分控制器接收感应部分发送的预激励使能信号，预激励电源在收到激励部分控制器传输的使能信号后启动，
感应部分包括：感应部分控制器及排布在安装平面上的磁传感器，感应部分控制器采集磁传感器检测数据并依据采集的数据以及预激励绕组信息确定预激励绕组偏离感应部分主功率绕组的错位信息。
7.根据权利要求6所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，所述预激励绕组是公用非接触变压器原边绕组或副边绕组的一套绕组或独立安装的一套绕组。
8.根据权利要求6所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，所述激励部分还包括接收预激励使能信号、传输预激励绕组信息、接收预激励绕组偏离感应部分主功率绕组的错位信息的预激励侧无线通信模块，所述感应部分还包括与预激励侧无线通信模块通信的感应侧无线通信模块。
9.根据权利要求6所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，所述磁传感器为霍尔传感器和/或磁感应线圈和/或磁通门和/或薄膜磁致电阻传感器和/或磁阻敏感器和/或电涡流式传感器和/或磁性液体加速度传感器和/或磁性液体水平传感器。
10.根据权利要求6所述基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识方法，其特征在于，采用分段激励形式对预激励绕组施加预激励电流：预激励绕组的每一分段分别与一路预激励电源连接，激励部分控制器控制各路预激励电源的输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811274464.6A CN109412280B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811274464.6A CN109412280B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109412280A CN109412280A (zh) | 2019-03-01 |
| CN109412280B true CN109412280B (zh) | 2020-11-24 |
Family
ID=65469697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811274464.6A Active CN109412280B (zh) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | 基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109412280B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021022817A1 (zh) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | 华为技术有限公司 | 一种无线充电装置、位置检测的方法及系统 |
| CN114069893A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-18 | 歌尔科技有限公司 | 一种无线充电底座及系统 |
| CN115180364B (zh) * | 2022-08-01 | 2024-02-27 | 宁夏广天夏科技股份有限公司 | 基于gmi磁传感器的矿用输送带异物监测装置及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014217213A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 受電装置、駐車支援装置、および電力伝送システム |
| CN107196420A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-09-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种无线充电装置及其无线充电方法 |
| CN107370244A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-11-21 | 西安电子科技大学 | 一种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置及位置检测方法 |
| CN107528389A (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-29 | 现代自动车株式会社 | 线圈对准方法和使用该方法的电动车辆无线电力传输装置 |
| CN107749677A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 原副边线圈盘对准方法、对准设备及无线电能传输系统 |
| CN107787542A (zh) * | 2015-06-23 | 2018-03-09 | 高通股份有限公司 | 用于电动车辆无线感应充电系统中的引导和对准的系统、方法和装置 |
| CN108494031A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 南京航空航天大学 | 一种非接触电能传输装置及位置检测方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6129890B2 (ja) * | 2015-02-25 | 2017-05-17 | 本田技研工業株式会社 | 受電体及び該受電体を備える車両 |
| JP2018064326A (ja) * | 2016-10-11 | 2018-04-19 | 本田技研工業株式会社 | 送電装置 |
| CN107592610B (zh) * | 2017-07-28 | 2020-05-15 | 昆明理工大学 | 一种可充电传感器网络的谐振中继器位置确定方法 |
-
2018
- 2018-10-30 CN CN201811274464.6A patent/CN109412280B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014217213A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 受電装置、駐車支援装置、および電力伝送システム |
| CN107787542A (zh) * | 2015-06-23 | 2018-03-09 | 高通股份有限公司 | 用于电动车辆无线感应充电系统中的引导和对准的系统、方法和装置 |
| CN107528389A (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-29 | 现代自动车株式会社 | 线圈对准方法和使用该方法的电动车辆无线电力传输装置 |
| CN107370244A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-11-21 | 西安电子科技大学 | 一种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置及位置检测方法 |
| CN107196420A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-09-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种无线充电装置及其无线充电方法 |
| CN107749677A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 原副边线圈盘对准方法、对准设备及无线电能传输系统 |
| CN108494031A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-04 | 南京航空航天大学 | 一种非接触电能传输装置及位置检测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "An Elliptical Magnetic Field-Orientated Control for Interoperability and Misalignment Tolerance in Inductive Power Transfer ";Wei Gao，et al.;《2018 IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies: Wireless Power Transfer (Wow)》;20180830;第1-6页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109412280A (zh) | 2019-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109412280B (zh) | 基于预激励磁场的无线电能传输绕组位置辨识装置及方法 | |
| US11207989B2 (en) | Wireless charging of electric vehicles | |
| CN108337919B (zh) | 用于标识无线充电系统中的线圈未对准/互耦的快速方法 | |
| US10784725B2 (en) | Vehicle misalignment measurement and compensation in dynamic wireless charging applications | |
| US20240113563A1 (en) | Wireless power transfer device | |
| US20130320759A1 (en) | Contactless power transfer device for moving object | |
| CN207442545U (zh) | 一种对准引导装置以及能进行对准引导的感应充电系统 | |
| CN110103739A (zh) | 弱磁场激励三线圈检测装置 | |
| Babu et al. | Sensor system to aid the vehicle alignment for inductive EV chargers | |
| US20190217726A1 (en) | Electric vehicle detection for roadway wireless power transfer | |
| JP5983281B2 (ja) | 非接触給電システム | |
| WO2014002940A1 (ja) | 非接触電力伝送装置 | |
| Zhang et al. | Coil positioning based on DC pre-excitation and magnetic sensing for wireless electric vehicle charging | |
| CN112350459B (zh) | 一种抗偏移的导轨式动态无线充电系统及其位置校正方法 | |
| CN108494031B (zh) | 一种非接触电能传输装置及位置检测方法 | |
| Wang et al. | Multipurpose flexible positioning device based on electromagnetic balance for EVs wireless charging | |
| Wang et al. | A PSO-based optimization design of W-type noncontact transformer for stable power transfer in DWPT system | |
| CN101714828B (zh) | 具有位置偏差检测功能的拾电器 | |
| Mosammam et al. | Electromagnetic analysis for dd pad magnetic structure of a wireless power transfer (WPT) for electrical vehicles | |
| CN110248838B (zh) | 用于检查感应式充电系统的初级单元或次级单元的方法 | |
| CN112398239B (zh) | 可校正位置的导轨式动态无线充电系统及其位置校正方法 | |
| Moghaddami et al. | Sensorless electric vehicle detection in inductive charging stations using self-tuning controllers | |
| Hu et al. | Optimal design of electromagnetic coupling mechanism for ICPT system | |
| US20230040294A1 (en) | Wireless Charging Vehicle and Wireless Charging Method Thereof | |
| CN100462681C (zh) | 高压巡线机器人沿输电线路进行导航的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 29, Qinhuai District, Qinhuai District, Nanjing, Jiangsu Patentee after: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Country or region after: China Patentee after: Jiangsu Zhanxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: No. 29, Qinhuai District, Qinhuai District, Nanjing, Jiangsu Patentee before: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Country or region before: China Patentee before: JIANGSU ZHANXIN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |