CN109720224A - 无线能量发射机构位置自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线能量发射机构位置自适应控制方法，该方法通过设置预定充电区域，且对无线能量接收机构的进入状况进行检查，当需要充电的无线能量接收机构进入预定充电区域时，通过控制无线能量发射机构分别在x、y、z三个方向上移动，使其寻找到最佳充电位置，从而确保最大效率的无线能量传输，无线能量发射机构采用多个方向遍历的方式寻优，寻优过程中能量分级控制，从而确保三维空间中最佳位置的定位。

Description

无线能量发射机构位置自适应控制方法
技术领域
本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种无线能量发射机构位置自适应控制方法。
背景技术
无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术借助磁场、电场、激光、微波等软介质实现电能从电源系统到用电设备的无电气接触传输，彻底摆脱了导体连接的束缚，从而具有便捷、灵活、安全、可靠等优点。作为一种电能柔性接入与传输方式，其广阔的市场前景和科学研究价值正日益引起全球专家学者的高度重视，现已成为现代电气工程及自动化领域研究的热点。
现有技术中，为了确保无线能量传输效率的最大化，对能量发射机构和能量接收机构之间的相对位置关系要求较高，而大多数的应用场景是将能量发射机构位置固定，通过限定能量接收机构的位置来满足其传输效率，但是针对部分应用场景来说，通过人为移动能量接收机构的位置使其精准定位，难度较大。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种无线能量发射机构位置自适应控制方法，通过对能量发射机构的位置进行适应性的调整，使其满足能量发射机构和能量接收机构之间的最大效率传输。
为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种无线能量发射机构位置自适应控制方法，关键在于包括以下步骤：
S1：获取无线能量接收机构进入预定充电区域且需要充电的指示信息；
S2：按照第一发射功率控制无线能量发射机构工作；
S3：控制无线能量发射机构沿x轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置x’；
S4：控制无线能量发射机构在x’处沿y轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置y’；
S5：按照第二发射功率控制无线能量发射机构工作；
S6：控制无线能量发射机构在坐标(x’,y’)处沿z轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置z’；
S7：维持坐标(x’,y’,z’)与第二发射功率工作，直至无线能量接收机构发出充电完成指令。
可选地，在预定充电区域中设置有用于检测无线能量接收机构是否进入的传感器装置，当检测到无线能量接收机构进入预定充电区域时，所述无线能量发射机构能收到所述传感器装置发出的第一指示信息。
可选地，在无线能量发射机构与无线能量接收机构之间设置有通信装置，用于传输无线能量接收机构需要充电的指示信息、充电完成指令以及无线能量发射机构移动过程中拾取电压变化情况。
可选地，步骤S3中无线能量发射机构在预定充电区域内沿x轴方向先按第一运动速度匀速从xmin移动到xmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置x’，然后按第二运动速度直接从xmax移动到位置x’处，其中xmin表示预定充电区域内x轴方向的最小坐标值，xmax表示预定充电区域内x轴方向的最大坐标值。
可选地，步骤S4中无线能量发射机构在x’处沿y轴方向先按第一运动速度匀速从ymin移动到ymax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置y’，然后按第二运动速度直接从ymax移动到位置y’处，其中ymin表示预定充电区域内y轴方向的最小坐标值，ymax表示预定充电区域内y轴方向的最大坐标值。
可选地，步骤S6中无线能量发射机构在(x’,y’)处沿z轴方向先按第一运动速度匀速从zmin移动到zmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置z’，然后按第二运动速度直接从zmax移动到位置z’处，其中zmin表示预定充电区域内z轴方向的最小坐标值，zmax表示预定充电区域内z轴方向的最大坐标值。
可选地，在预定充电区域内设置有用于控制无线能量发射机构沿x轴、y轴和z轴移动的三维伺服控制机构。
可选地，所述第一运动速度小于所述第二运动速度。
可选地，所述第一发射功率大于第二发射功率。
本发明的显著效果是：
通过设置预定充电区域，且对无线能量接收机构的进入状况进行检查，当需要充电的无线能量接收机构进入预定充电区域时，通过控制无线能量发射机构移动，使其寻找到最佳充电位置，从而确保最大效率的无线能量传输，无线能量发射机构采用多个方向遍历的方式寻优，寻优过程中能量分级控制，从而确保三维空间中最佳位置的定位。
附图说明
图1为本发明的控制流程图；
图2为具体实施例中控制无线能量发射机构移动的伺服机构结构示意图；
图3为具体实施例中无线能量发射机构移动过程中无线能量接收机构的电压变化状态图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，本实施例以无线充电汽车为例对本发明提出的一种无线能量发射机构位置自适应控制方法进行详细描述，具体包括以下步骤：
S1：获取无线能量接收机构进入预定充电区域且需要充电的指示信息；
本例中的无线能量接收机构设置在电动汽车上，无线能量发射机构设置在电动汽车专用充电车位上，根据车位的大小以及不同车型底盘的高低情况，在电动汽车专用充电车位上对应设置有可以沿着x轴、y轴以及z轴三个方向运动的移动导轨和伺服机构，无线能量发射可以在电动汽车专用充电车位上移动，在电动汽车专用充电车位上或者无线能量发射机构上设置有用于检测无线能量接收机构是否进入的传感器装置，比如超声波传感器，可以检测电动汽车是否进入该车位，当检测到电动汽车进入预定充电区域时，所述无线能量发射机构能收到所述传感器装置发出的第一指示信息，可以用于进行系统唤醒。在电动汽车上对应配置有能够与无线能量发射机构通信的通信模块，当电动汽车进入专用充电车位后，可以主动向无线能量发射机构发出需要充电的指示信息。
S2：系统唤醒后，先按照第一发射功率控制无线能量发射机构工作；由于能量发射机构和能量接收机构之间的偏离关系可能较远，为了满足能量接收机构电压检测的灵敏度要求，可以通过增加发射功率的形式来进行初步定位；
S3：控制无线能量发射机构沿x轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置x’；
通过图3可以看出，由于无线能量传输效率随着偏移距离的变化会随着发生变化，通过在无线能量发射机构沿x轴方向移动过程中检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，即可得到x轴方向的最佳位置x’；
S4：控制无线能量发射机构在x’处沿y轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置y’；
S5：按照第二发射功率控制无线能量发射机构工作；
当x轴和y轴两个方向位置调整完成后，可以基本确定能量发射机构已经处于能量接收机构的正下方，此时只需要调整z轴方向的间隔距离即可，因此可以将发射功率调整为正常状态，确保位置调整完成后即可正常进行无线能量传输；
S6：控制无线能量发射机构在坐标(x’,y’)处沿z轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置z’；
S7：维持坐标(x’,y’,z’)与第二发射功率工作，直至无线能量接收机构发出充电完成指令。
在上述控制过程中，为了保证采样准确性并节约位置调整时间，步骤S3中无线能量发射机构在预定充电区域内沿x轴方向先按第一运动速度匀速从xmin移动到xmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置x’，然后按第二运动速度直接从xmax移动到位置x’处，其中xmin表示预定充电区域内x轴方向的最小坐标值，xmax表示预定充电区域内x轴方向的最大坐标值，第一运动速度小于第二运动速度，当寻找到最佳位置时，可以实现快速调整。
同理，步骤S4中无线能量发射机构在x’处沿y轴方向先按第一运动速度匀速从ymin移动到ymax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置y’，然后按第二运动速度直接从ymax移动到位置y’处，其中ymin表示预定充电区域内y轴方向的最小坐标值，ymax表示预定充电区域内y轴方向的最大坐标值。
同理，步骤S6中无线能量发射机构在(x’,y’)处沿z轴方向先按第一运动速度匀速从zmin移动到zmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置z’，然后按第二运动速度直接从zmax移动到位置z’处，其中zmin表示预定充电区域内z轴方向的最小坐标值，zmax表示预定充电区域内z轴方向的最大坐标值。
鉴于z轴方向的最小坐标值与最大坐标值与电动汽车底盘参数有关，因此在具体实施时，电动汽车可以在发送需要充电的控制指令中附带自身底盘参数信息，防止在高度方向调整位置时与汽车底盘发生碰撞。
上述过程中，无线能量接收机构需要充电的指示信息、充电完成指令以及无线能量发射机构移动过程中拾取电压变化情况均可以通过通信装置传输到无线能量发射机构中，当无线能量接收机构充电完成后，无线能量发射机构停止能量发射，且可以通过伺服机构的控制将其回收到原始位置，避免车辆再次进入时对其造成损坏，具体实施时，专用充电车位中还设置有无线能量发射机构的安全回收屋。
基于上述描述可以理解，本发明通过对无线能量发射机构的位置进行自适应调整，可以满足停放在不同位置处的无线能量接收机构实现无线能量传输效率最大化的能量传输，该方法控制步骤简单，信息检测方便，调整时间短，能有效应用于无线能量传输系统中。
最后需要说明的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：获取无线能量接收机构进入预定充电区域且需要充电的指示信息；
S2：按照第一发射功率控制无线能量发射机构工作；
S3：控制无线能量发射机构沿x轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置x’；
S4：控制无线能量发射机构在x’处沿y轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置y’；
S5：按照第二发射功率控制无线能量发射机构工作；
S6：控制无线能量发射机构在坐标(x’,y’)处沿z轴方向移动，检测无线能量接收机构拾取电压变化情况，寻找拾取电压最大值所对应的位置z’；
S7：维持坐标(x’,y’,z’)与第二发射功率工作，直至无线能量接收机构发出充电完成指令。
2.根据权利要求1所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：在预定充电区域中设置有用于检测无线能量接收机构是否进入的传感器装置，当检测到无线能量接收机构进入预定充电区域时，所述无线能量发射机构能收到所述传感器装置发出的第一指示信息。
3.根据权利要求1所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：在无线能量发射机构与无线能量接收机构之间设置有通信装置，用于传输无线能量接收机构需要充电的指示信息、充电完成指令以及无线能量发射机构移动过程中拾取电压变化情况。
4.根据权利要求1所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：步骤S3中无线能量发射机构在预定充电区域内沿x轴方向先按第一运动速度匀速从xmin移动到xmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置x’，然后按第二运动速度直接从xmax移动到位置x’处，其中xmin表示预定充电区域内x轴方向的最小坐标值，xmax表示预定充电区域内x轴方向的最大坐标值。
5.根据权利要求4所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：步骤S4中无线能量发射机构在x’处沿y轴方向先按第一运动速度匀速从ymin移动到ymax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置y’，然后按第二运动速度直接从ymax移动到位置y’处，其中ymin表示预定充电区域内y轴方向的最小坐标值，ymax表示预定充电区域内y轴方向的最大坐标值。
6.根据权利要求5所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：步骤S6中无线能量发射机构在(x’,y’)处沿z轴方向先按第一运动速度匀速从zmin移动到zmax，通过第一采样频率采集无线能量接收机构拾取电压，得到其移动过程中电压波形变化情况，通过寻找拾取电压最大值所对应的位置z’，然后按第二运动速度直接从zmax移动到位置z’处，其中zmin表示预定充电区域内z轴方向的最小坐标值，zmax表示预定充电区域内z轴方向的最大坐标值。
7.根据权利要求4-6任一所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：在预定充电区域内设置有用于控制无线能量发射机构沿x轴、y轴和z轴移动的三维伺服控制机构。
8.根据权利要求4-6任一所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：所述第一运动速度小于所述第二运动速度。
9.根据权利要求1所述的无线能量发射机构位置自适应控制方法，其特征在于：所述第一发射功率大于第二发射功率。
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