CN109638974A - 一种感应电能传输系统异物检测装置和方法 - Google Patents

一种感应电能传输系统异物检测装置和方法 Download PDF

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田劲东
杨海亮
田勇
向利娟
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Abstract

本发明公开了一种感应电能传输系统异物检测装置和方法，涉及感应电能传输技术领域，装置包括第一线圈组和检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的外环呈环状，所述第一感应线圈的内环呈齿轮状，所述第二感应线圈的外环呈齿轮状，与所述第一感应线圈的内环齿合，所述第二感应线圈的内环呈环状，常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。本发明使得当异物掉落到第一线圈组所在的充电磁场区域内时，检测电路能够通过电压的变化进行异物检测，解决了现有技术中充电区域存在异物而可能会造成安全隐患的问题，结构简单，使用方便。

Description

一种感应电能传输系统异物检测装置和方法
技术领域
本发明涉及感应电能传输技术领域，尤其是一种感应电能传输系统异物检测装置和方法。
背景技术
感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)技术利用电磁感应原理将电能以非接触的方式由电源端传送到用电设备端，从而实现无线电能传输，具有安全可靠、灵活便捷、环境友好、可全天候工作等优点，近年来受到了广泛关注。然而，当有异物(如金属碎片、硬币、易拉罐等)进入由发射线圈和接收线圈构成的能量传输区域时，将有可能阻碍能量传输或者降低能量传输效率，甚至由于金属异物被持续加热升温而引发燃烧事故。因此，为了使系统能够安全、高效的工作，有必要发明一种系统和方法，当有异物进入能量传输区域时，必须能够将异物准确地检测出来。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种能够检测异物的一种感应电能传输系统异物检测装置。
为此，本发明的第二个目的是提供一种能够检测异物的一种感应电能传输系统异物检测的方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种感应电能传输系统异物检测装置，应用于感应电能传输系统，包括：第一线圈组和检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的外环呈环状，所述第一感应线圈的内环呈齿轮状，所述第二感应线圈的外环呈齿轮状，与所述第一感应线圈的内环齿合，所述第二感应线圈的内环呈环状，常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。
进一步地，所述第一感应线圈的外环为圆环。
进一步地，所述第一线圈组包括第一至第N感应线圈对，所述第一至第N线圈对沿所述圆环内径均匀分布。
进一步地，还包括第二线圈组，所述第二线圈组与所述第一线圈组在空间上位置重叠，所述第一线圈组与所述第二线圈的形状和大小相同，所述第二线圈组的输出端连接所述检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组齿合的区域在空间上错开。
进一步地，所述检测电路包括多路电子开关和差分放大器，所述第一线圈组的输出端与所述多路电子开关的输入端连接，所述多路电子开关的输出端与所述差分放大器的输入端连接。
进一步地，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的形状、大小相同。
进一步地，所述第一线圈组与充电感应区域的形状相匹配。
第二方面，本发明提供一种感应电能传输系统异物检测方法，包括，采用检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过预设值。
进一步地，还包括第二线圈组，所述方法还包括，使用检测电路检测第二线圈组的输出电压是否超过预设值。
进一步地，所述感应电能传输异物检测方法具体为：
采用多路电子开关控制所述第一线圈组内的感应线圈对依次导通；
采用检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值；
采用多路电子开关控制所述第二线圈组内的感应线圈对依次导通；
检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用设置第一线圈组和第一检测电路，使得当异物掉落到第一线圈组所在的充电磁场区域内时，检测电路能够通过电压的变化进行异物检测，解决了现有技术中充电区域存在异物而可能会造成安全隐患的问题，结构简单，使用方便。
另外，本发明还设置第二线圈组，第二线圈组的输出端与检测电路的输入端连接，覆盖第一线圈组的检测盲区，使得检测效果更佳准确。
附图说明
图1是本发明中一种感应电能传输系统异物检测装置第一种具体实施例的结构示意图；
图2是本发明中一种感应电能传输系统异物检测装置第二种具体实施例的结构示意图；
图3是本发明中一种感应电能传输系统异物检测装置第一种具体实施例中感应线圈对异物检测存在盲区的示意图；
图4是本发明中一种感应电能传输系统异物检测装置第二种具体实施例中感应线圈对异物检测克服盲区现象的结构示意图；
图5是本发明中一种感应电能传输系统异物检测方法一个具体实施例的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，图1为本发明一种感应电能传输系统异物检测装置第一种具体实施例的结构示意图，包括：第一线圈组和检测电路，本实施例中采用电压检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对(a1,a2)，所述感应线圈对的输出端连接所述第一检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈a1的外环呈圆环状，所述第一感应线圈的内环呈齿轮状，所述第二感应线圈a2的外环呈齿轮状，与所述第一感应线圈的内环齿合，所述第二感应线圈的内环呈环状。
常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差，本实施例中，第一感应线圈和第二感应线圈的形状、大小相同，第一感应线圈和第二感应线圈中的感应电流方向相反，因此，当第一感应线圈和第二感应线圈中无异物存在时，第一感应线圈和第二感应线圈中产生的电压的绝对值之差等于零或者接近于零(实际应用中，由于线圈加工误差、反射线圈加工误差、检测电路误差等原因可能导致每个线圈所在区域的磁场分布并不完全相同，从而产生一定的微小电压差)。
当某线圈组中存在金属异物时，就会破坏原有磁场分布，由于异物被磁场加热引起热量损耗，导致异物所在的感应线圈的输出电压减小，该线圈对的感应电压差值不为零且绝对值大于预设的阈值，通过检测该电压差的变化即可实现对金属异物的检测。同时，通过比较感应电压的正负值，也可以进一步判断出异物掉落在哪一个感应线圈中。
本实施例中，第一感应线圈组的外环为圆环，与感应电能传输系统的充电区域相匹配。
如图2所示，在另一实施例中，感应电能传输异物检测的装置的第一线圈组中包括多个个感应线圈对((a1,a2)(b1、b2)……)，从外向内排列，沿所述圆环内径均匀分布，与充电感应区域的形状相同，每个线圈对用于检测线圈对所在的环状区域内是否有异物掉落。
本实施例中，检测电路包括多路电子开关和差分放大器，所述线圈组的输出端与所述多路电子开关的输入端连接，所述多路电子开关的输出端与所述差分放大器的输入端连接。
多路电子开关用于控制感应线圈对依次导通，可以起到降低硬件成本的目的，差分放大器用于放大感应电压便于读数。
如图3所示，当异物P刚好沿第一感应线圈和第二感应线圈齿合处对称分布的时候，在第一感应线圈和第二感应线圈产生的电压的变化相同，即此时感应电能传输异物检测装置无法检测出异物，感应电能传输异物检测装置存在检测盲区。
为了解决这一问题，如图4所示，在另一个实施例中，设置第二线圈组，所述第二线圈组与所述第一线圈组在空间上位置重叠，所述第一线圈组与所述第二线圈的形状和大小相同，所述第二线圈组的输出端连接所述检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组齿合的区域在空间上错开，使得异物不可能同时掉落在第一线圈组和第二线圈组的检测盲区中，达到异物检测的目的。
本实施例中还包括报警装置，所述报警装置的输入端连接所述电压检测装置的输出端，当所述检测电路的值超过第一预设值时，所述报警装置发出报警信号。
如图5所示，本发明还提出了一种感应电能传输系统异物检测方法，包括如下步骤：
Step1，采用多路电子开关控制所述第一线圈组内的感应线圈对依次导通；
Step2，采用检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值；
Step3，采用多路电子开关控制所述第二线圈组内的感应线圈对依次导通；
Step4，检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值。
当电压电测电路检测的输出电压超过预设值时，则证明感应线圈对区域内存在金属异物，通过定位多路电子开关的导通状态及输出电压的正负值确定异物具体掉落的线圈位置。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种感应电能传输系统异物检测装置，应用于感应电能传输系统，其特征在于，包括：第一线圈组和检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的外环呈环状，所述第一感应线圈的内环呈齿轮状，所述第二感应线圈的外环呈齿轮状，与所述第一感应线圈的内环齿合，所述第二感应线圈的内环呈环状，常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。
2.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，所述第一感应线圈的外环为圆环。
3.根据权利要求2所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，所述第一线圈组包括第一至第N感应线圈对，所述第一至第N线圈对沿所述圆环内径均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，还包括第二线圈组，所述第二线圈组与所述第一线圈组在空间上位置重叠，所述第一线圈组与所述第二线圈的形状和大小相同，所述第二线圈组的输出端连接所述检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组齿合的区域在空间上错开。
5.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，所述检测电路包括多路电子开关和差分放大器，所述第一线圈组的输出端与所述多路电子开关的输入端连接，所述多路电子开关的输出端与所述差分放大器的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的形状、大小相同。
7.根据权利要求4所述的一种感应电能传输系统异物检测装置，其特征在于，所述第一线圈组与充电感应区域的形状相匹配。
8.一种感应电能传输系统异物检测方法，应用于权利要求1至7任一项所述的感应电能金属异物检测系统，其特征在于，采用检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过预设值。
9.根据权利要求8所述的一种感应电能传输系统异物检测方法，其特征在于，还包括第二线圈组，所述方法还包括，使用检测电路检测第二线圈组的输出电压是否超过预设值。
10.根据权利要求9所述的一种感应电能传输系统异物检测方法，其特征在于，所述感应电能传输异物检测方法具体为：
采用多路电子开关控制所述第一线圈组内的感应线圈对依次导通；
采用检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值；
采用多路电子开关控制所述第二线圈组内的感应线圈对依次导通；
检测电路检测所述线圈组的输出的电压是否超过预设值。
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