CN109873506A - 一种金属检测装置 - Google Patents

Abstract

一种金属检测装置，包括：多个线圈电路板和多个控制检测电路板；所述金属检测装置固定设置在汽车无线充电系统的发射线圈或接收线圈的表面，所述线圈电路板包括：多组PCB线圈、多个谐振电容、多个LED、多个线圈贴片焊盘和多个LED贴片焊盘；每个控制检测电路板与4个线圈电路板通过线圈贴片焊盘与LED贴片焊盘，沿着边沿半孔结构以邮票板结构的形式焊接在一起，所述控制检测电路板分别与每个所述线圈电路板电连接，该结构实现了线圈和检测电路的分立模块化，使得线圈电路板能够面积更小，探测有效面积更大，结构易于维护，生产成本较低，适合推广。

Description

一种金属检测装置

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，尤其是一种金属检测装置。

背景技术

电动汽车是一种新能源汽车，采用电池提供电能作为动力，绿色环保，污染少；电动汽车的使用有助于解决日益严峻的环境问题和能源问题，深受各国政府和人们的欢迎；电动汽车电池的电量有限，在电量较低时需要充电，目前充电方式有有线充电和无线充电两种方式，相比于有线充电的方式，无线充电作为一种新技术，不需要笨重的插头和电缆，无需对电源插座的距离过分要求，没有漏电危险，安全可靠，不需要人为操作，使用便捷。

但是无线充电系统会在发射线圈和接收线圈之间产生较大的电磁场，而金属物品在电磁场中会严重发热，产生很高的温度会带来火灾等危害，因此汽车无线充电系统需要配套能够检测金属异物的装置，方能安全的工作；

但是现有汽车无线充电金属检测装置中，均采用一个很多匝的大线圈，通常采用铜线绕制而成，很笨重，而且其有效的检测面积有效，更无法判断金属异物的所在位置；

例如：参照图1所示，公开号为CN201510178620.9的发明专利，该发明公开了一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，包括无线电能发射装置；无线电能发射装置的输入端与供电组件相连，输出端与无线电能发射线圈相连，无线电能发射线圈产生固定频率高频谐振磁场；无线电能接收装置，其输入端与无线电能接收线圈相连，无线电能接收线圈与无线电能发射线圈相互耦合；当无线电能接收线圈的谐振频率与无线电能发射线圈产生的固定频率相同时，无线电能接收线圈端产生感生电动势，并为与无线电能接收装置输出端相连的电动汽车蓄电池充电；金属检测装置包括敷设在无线电能发射线圈表面的平衡结构金属检测线圈；金属检测线圈与金属检测电路形成回路来检测磁场中是否存在金属异物。该发明通过设计平衡线圈的结构，旨在提高检测的有效面积，但是从平衡线圈的有效面积来看，其检测的有效设计依然很低，而且采用大铜线绕制，笨重，且无法判断金属异物所在，不具备后期维护的单元更换与检修；

有的采用多个小线圈，但是需要数量庞大的接头和线束将线圈连接到检测电路上，结构复杂，不易组装和生产，成本较高；后期维护也十分繁琐；

还有一种将充电耦合线圈作为金属检测线圈共用的方式，例如公开号为：CN109004759A的一种金属障碍物识别及自动清除的汽车无线充电系统，该发明中金属检测电路是的检测线圈和耦合元件中的发射线圈共用，无需单独的检测线圈，但是该结构存在较大的技术设计缺陷，比如：这篇专利文献缺少具体的实现方法，仅能测量发射大线圈的电压，在充电功率变化或者车辆偏移时，该理论是无法判断金属异物的有无，而且小金属异物引起的发射大线圈电压变化小到可能测量不到，而被各种误差掩盖，从实际角度来看是无法应用投产的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新的用于电动汽车无线充电的金属检测装置，通过合理利用线圈大小和数量，特别是连接结构方式，使得该装置能够区分和指示金属异物的位置，该装置以模块化的结构方式实现，大大简化了设计，方便生产和组装，提高了后期生产维护的一致性，降低了企业和用户成本；

一种金属检测装置，用于电动汽车无线充电时的金属检测，包括：多个线圈电路板和多个控制检测电路板；所述金属检测装置固定设置在汽车无线充电系统的发射线圈或接收线圈的表面；

进一步的，所述线圈电路板包括：多组PCB线圈、多个谐振电容、多个LED、多个线圈贴片焊盘和多个LED贴片焊盘；所述线圈电路板结构采用4层PCB板的上下结构，所述谐振电容和LED设置在第一层，所述PCB线圈设置在第二和第三层，所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘设置在第四层；所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘作为焊接控制检测电路板的基座，将控制检测电路板焊接在所述线圈电路板的第四层的下方；所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘的设定位置与控制检测电路板四周设置的边沿半孔结构相对应；

进一步的，每组所述PCB线圈为双层结构，即每组PCB线圈采用上下2个线圈串联成一组的线圈结构；所述上下两个线圈分别设置在所述PCB板的第二层和第三层，每组PCB线圈和一个谐振电容并联成一个谐振单元，所有谐振单元的一端均电连接在一起，另一端均一一对应的电连接到每个线圈贴片焊盘上，所述线圈电路板上的每个LED对应一组或者多组所述PCB线圈；所述每个LED的一端均一一对应的电连接到每个所述LED贴片焊盘上；

作为一种举例说明，每组所述PCB线圈正上方设置有一个LED；

作为一种举例说明，每四组所述PCB线圈正中间的正上方设置有一个LED；

作为一种举例说明，所述PCB线圈与谐振电容及线圈贴片焊盘的数量彼此对应相等；

作为一种举例说明，所述LED的数量与所述LED贴片焊盘的数量彼此对应相等；

作为一种优选举例说明，所述每个线圈电路板上的PCB线圈数量为6组；

作为一种优选举例说明，所述PCB线圈的外边沿为接近正方形的螺旋线圈；这种线圈结构的特殊设计，大大增加了每组线圈的检测面积，避免了圆形线圈，对圆弧处缺失检测的不足；

作为一种优选举例说明，所述谐振电容和LED设置在所述线圈电路板的同一面，所述控制检测电路板焊接在所述线圈电路板的另一面；

作为一种举例说明，在所述LED一面外加一定厚度的网格结构，将每个LED隔开；这样LED点亮时互不干扰，可以明显区分亮灯区域；

作为一种举例说明，所述一定厚度优选2mm，网格结构材质选用不透光阻燃材质；

作为一种举例说明，所述线圈贴片焊盘与LED贴片焊盘均为导电性能良好的金属盘；

进一步的，所述控制检测电路板四周设置为边沿半孔结构，用于控制所述线圈电路板，每个控制检测电路板与4个所述线圈电路板通过线圈贴片焊盘与LED贴片焊盘，沿着边沿半孔结构以邮票板结构的形式焊接在一起，所述控制检测电路板分别与每个所述线圈电路板电连接；

进一步的，所述控制检测电路板包括：开关切换电路、LDC检测电路、LED控制电路和MCU电路，所述开关切换电路采用模拟开关电路结构，所述开关切换电路一端对应电连接一部分所述边沿半孔结构，通过一部分边沿半孔结构与线圈贴片焊盘焊接达到电导通，所述开关切换电路的另一端与所述LDC检测电路的一端电连接，所述LDC检测电路的另一端与MCU电路的一端电连接，所述MCU电路的另一端与所述LED控制电路的一端电连接，所述LED控制电路的另一端与所述另一部分边沿半孔结构电连接，通过另一部分边沿半孔结构与所述LED贴片焊盘电连接，用于控制LED的亮灭；

作为一种举例说明，所述每个边沿半孔结构彼此不导通；

进一步的，所述MCU电路用于控制所述LED控制电路、LDC检测电路、和开关切换电路；当所述线圈电路板与控制检测电路板以邮票板结构焊接导通后，MCU电路通过开关切换电路控制LDC检测电路一路一路的扫描每组PCB线圈，实施金属检测；所述LDC检测电路通过改变激励电流频率，直到该组PCB线圈和谐振电容发生谐振，再检测频率值或者电流值的大小，以此来判断该组PCB线圈阻抗的变化；

作为一种举例说明，每4个所述线圈电路板各自旋转相差90度摆放拼接后，再与一个所述控制检测电路板焊接，使得所述边沿半孔结构与贴片焊盘一一对应，达到焊接牢固和电导通效果，这种结构还避免了每个线圈电路板，需要生产开模四种结构的不足，一种结构生产定型，旋转拼接后，就可完成了本发明的结构改进；

作为一种举例说明，所述多个线圈贴片焊盘和多个LED贴片焊盘的焊接位置要做到与所述控制检测电路板边沿半孔结构的焊接位置相对应，同时还与开关切换电路及LED控制电路电连接关系相对应；

作为一种效果举例说明，所述邮票版结构能够同时实现电气连接和结构连接，使得5块电路板非常牢固地焊接在一起，不需要任何导线和接口，结构简单，易于组装，一致性高，也不需要接插、针座与排线，大大减小了整体装置的厚度，在汽车无线充电的金属探测上，提高了设备的耐用程度，延长了使用寿命，并增加了对抗复杂环境的适应程度；

作为一种优选举例说明，所述LDC检测电路的主控芯片是LDC1314或者LDC1000中的一种；

作为一种举例说明，所述LED控制电路采用MBI5024电路实现；

为了更好的说明本发明的工作原理，现简要通过工作过程描述如下：(以安装在发射线圈结构为例)

当有金属物品落到所述线圈电路板上时，正下方的该组PCB线圈的等效阻抗将会发生变化，MCU电路通过开关切换电路控制LDC检测电路一路一路扫描每组PCB线圈，找到检测值发生变化的位置，发现金属异物，再通过LED控制电路点亮该位置上方对应的LED，指示金属异物的位置，因此本装置能够检测出金属异物指示金属异物所在具体位置。

有益效果：

本发明通过有多线圈和LED的4个线圈电路板和1个检测控制板以邮票板的形式焊接在一起，实现了线圈和检测电路的分立模块化，线圈电路板能够面积更小，成本很低。

多个小线圈可以精确定位，LED能够实时指示位置；不需要额外的连接线束和接头，能够简化结构，方便生产和组装，提高一致性，进一步降低成本。

本发明采用4块同样的线圈电路板拼接成为一块大板的结构设计，可根据具体面积选择需要的线圈电路板的数量，更加灵活方便，也易于维修；

附图说明

图1是本发明一实施例中金属检测装置的系统结构示意图；

图2是本发明一实施例中线圈电路板和控制检测电路板的PCB层次以及相对位置的关系示意图；

图3是本发明一实施例中PCB线圈的结构示意图；

图4是本发明一实施例中线圈电路板上LED和外加网状结构的关系示意图；

图5是本发明一实施例中4个线圈电路板拼接时的相对位置示意图；

图6是本发明一实施例中控制检测电路板边沿半孔的结构示意图；

图7是本发明一实施例中4个线圈电路板和1个控制检测电路板以邮票板焊接时的结构示意图；

具体实施方式

下面，参考附图1至图7所示，一种金属检测装置，用于电动汽车无线充电时的金属检测，包括：多个线圈电路板1和多个控制检测电路板2；所述金属检测装置固定设置在汽车无线充电系统的发射线圈或接收线圈的表面；

进一步的，所述线圈电路板1包括：多组PCB线圈10、多个谐振电容11、多个LED12、多个线圈贴片焊盘13a和多个LED贴片焊盘13b；所述线圈电路板1的结构采用4层PCB板的上下结构，所述谐振电容11和LED12设置在第一层，所述PCB线圈10设置在第二和第三层，所述线圈贴片焊盘13a和LED贴片焊盘13b设置在第四层；所述线圈贴片焊盘13a和LED贴片焊盘13b作为焊接控制检测电路板2的基座，将控制检测电路板2焊接在所述线圈电路板1的第四层的下方；所述线圈贴片焊盘13a和LED贴片焊盘13b的设定位置与控制检测电路板2四周设置的边沿半孔结构相对应；

进一步的，每组所述PCB线圈10为双层结构，即每组PCB线圈10采用上部线圈100和下部线圈101两个线圈串联成一组的线圈结构；所述上部线圈100和下部线圈101两个线圈分别设置在所述PCB板的第二层和第三层，每组PCB线圈10和一个谐振电容11并联成一个谐振单元，所有谐振单元的一端均电连接在一起，另一端均一一对应的电连接到每个线圈贴片焊盘13a上，所述线圈电路板1上的每个LED12对应一组或者多组所述PCB线圈10；所述每个LED的一端均一一对应的电连接到每个所述LED贴片焊盘13b上；

作为一种举例说明，每组所述PCB线圈10正上方设置有一个LED12；

作为一种举例说明，每四组所述PCB线圈10正中间的正上方设置有一个LED12；

作为一种举例说明，所述PCB线圈10与谐振电容11及线圈贴片焊盘13a的数量彼此对应相等；

作为一种举例说明，所述LED12的数量与所述LED贴片焊盘13b的数量彼此对应相等；

作为一种优选举例说明，所述每个线圈电路板1上的PCB线圈10数量为6组；

作为一种优选举例说明，所述PCB线圈10的外边沿为接近正方形的螺旋线圈；这种线圈结构的特殊设计，大大增加了每组线圈的检测面积，避免了圆形线圈，对圆弧处缺失检测的不足；

作为一种优选举例说明，所述谐振电容11和LED12设置在所述线圈电路板1的同一面，所述控制检测电路板2焊接在所述线圈电路板1的另一面；

作为一种举例说明，在所述LED12一面外加一定厚度的网格结构14，将每个LED12隔开；这样LED12点亮时互不干扰，可以明显区分亮灯区域；

作为一种举例说明，所述一定厚度优选2mm，网格结构14材质选用不透光阻燃材质；

作为一种举例说明，所述线圈贴片焊盘13a与LED贴片焊盘13b均为导电性能良好的金属盘；

进一步的，所述控制检测电路板2四周设置为边沿半孔结构，用于控制所述线圈电路板1，每个控制检测电路板2与4个所述线圈电路板1通过线圈贴片焊盘13a与LED贴片焊盘13b，沿着边沿半孔结构以邮票板结构的形式焊接在一起，所述控制检测电路板2分别与每个所述线圈电路板1电连接；

进一步的，所述控制检测电路板2包括：开关切换电路20、LDC检测电路21、LED控制电路22和MCU电路23，所述开关切换电路20采用模拟开关电路结构，所述开关切换电路20一端对应电连接一部分所述边沿半孔结构24a，通过一部分边沿半孔结构24a与线圈贴片焊盘13a焊接达到电导通，所述开关切换电路20的另一端与所述LDC检测电路21的一端电连接，所述LDC检测电路21的另一端与MCU电路23的一端电连接，所述MCU电路23的另一端与所述LED控制电路22的一端电连接，所述LED控制电路22的另一端与所述另一部分边沿半孔结构24a电连接，通过另一部分边沿半孔结构24a与所述LED贴片焊盘13b电连接，用于控制LED12的亮灭；

作为一种举例说明，所述每个边沿半孔结构彼此不导通；

进一步的，所述MCU电路23用于控制所述LED控制电路22、LDC检测电路21和开关切换电路20；当所述线圈电路板1与控制检测电路板2以邮票板结构焊接导通后，MCU电路23通过开关切换电路20控制LDC检测电路21一路一路的扫描每组PCB线圈10，实施金属检测；所述LDC检测电路21通过改变激励电流频率，直到该组PCB线圈10和谐振电容11发生谐振，再检测频率值或者电流值的大小，以此来判断该组PCB线圈10阻抗的变化；

作为一种举例说明，每4个所述线圈电路板1各自旋转相差90度摆放拼接后，再与一个所述控制检测电路板2焊接，使得所述边沿半孔结构与贴片焊盘一一对应，达到焊接牢固和电导通效果，这种结构还避免了每个线圈电路板1，需要生产开模四种结构的不足，一种结构生产定型，旋转拼接后，就可完成了本发明的结构改进；

作为一种举例说明，所述多个线圈贴片焊盘13a和多个LED贴片焊盘13b的焊接位置要做到与所述控制检测电路板2边沿半孔结构的焊接位置相对应，同时还与开关切换电路20及LED控制电路22电连接关系相对应；

作为一种效果举例说明，所述邮票版结构能够同时实现电气连接和结构连接，使得5块电路板非常牢固地焊接在一起，不需要任何导线和接口，结构简单，易于组装，一致性高，也不需要接插、针座与排线，大大减小了整体装置的厚度，在汽车无线充电的金属探测上，提高了设备的耐用程度，延长了使用寿命，并增加了对抗复杂环境的适应程度；

作为一种优选举例说明，所述LDC检测电路21的主控芯片是LDC1314或者LDC1000中的一种；

作为一种举例说明，所述LED控制电路22采用MBI5024电路实现；

为了更好的说明本发明的工作原理，现简要通过工作过程描述如下：(以安装在发射线圈结构为例)

当有金属物品落到所述线圈电路板1上时，正下方的该组PCB线圈10的等效阻抗将会发生变化，MCU电路23通过开关切换电路20控制LDC检测电路21一路一路扫描每组PCB线圈10，找到检测值发生变化的位置，发现金属异物，再通过LED控制电路22点亮该位置上方对应的LED12，指示金属异物的位置，因此本装置能够检测出金属异物指示金属异物所在具体位置。

本发明通过有多线圈和LED的4个线圈电路板和1个检测控制板以邮票板的形式焊接在一起，实现了线圈和检测电路的分立模块化，线圈电路板能够面积更小，成本很低，多个小线圈可以精确定位，LED能够实时指示位置；不需要额外的连接线束和接头，能够简化结构，方便生产和组装，提高一致性，进一步降低成本；本发明采用4块同样的线圈电路板拼接成为一块大板的结构设计，可根据具体面积选择需要的线圈电路板的数量，更加灵活方便，也易于维修；

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属检测装置，用于电动汽车无线充电时的金属检测，其特征在于，包括：多个线圈电路板和多个控制检测电路板；所述金属检测装置固定设置在汽车无线充电系统的发射线圈或接收线圈的表面；

所述线圈电路板包括：多组PCB线圈、多个谐振电容、多个LED、多个线圈贴片焊盘和多个LED贴片焊盘；所述线圈电路板结构采用4层PCB板的上下结构，所述谐振电容和LED设置在第一层，所述PCB线圈设置在第二和第三层，所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘设置在第四层；所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘作为焊接控制检测电路板的基座，将控制检测电路板焊接在所述线圈电路板的第四层的下方；所述线圈贴片焊盘和LED贴片焊盘的设定位置与控制检测电路板四周设置的边沿半孔结构相对应；每组PCB线圈采用上下2个线圈串联成一组的线圈结构；所述上下两个线圈分别设置在所述PCB板的第二层和第三层，每组PCB线圈和一个谐振电容并联成一个谐振单元，所有谐振单元的一端均电连接在一起，另一端均一一对应的电连接到每个线圈贴片焊盘上，所述线圈电路板上的每个LED对应一组或者多组所述PCB线圈；所述每个LED的一端均一一对应的电连接到每个所述LED贴片焊盘上；

所述控制检测电路板四周设置为边沿半孔结构，用于控制所述线圈电路板，每个控制检测电路板与4个所述线圈电路板通过线圈贴片焊盘与LED贴片焊盘，沿着边沿半孔结构以邮票板结构的形式焊接在一起，所述控制检测电路板分别与每个所述线圈电路板电连接。

2.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述控制检测电路板包括：开关切换电路、LDC检测电路、LED控制电路和MCU电路，所述开关切换电路采用模拟开关电路结构，所述开关切换电路一端对应电连接一部分所述边沿半孔结构，通过一部分边沿半孔结构与线圈贴片焊盘焊接达到电导通，所述开关切换电路的另一端与所述LDC检测电路的一端电连接，所述LDC检测电路的另一端与MCU电路的一端电连接，所述MCU电路的另一端与所述LED控制电路的一端电连接，所述LED控制电路的另一端与所述另一部分边沿半孔结构电连接，通过另一部分边沿半孔结构与所述LED贴片焊盘电连接，用于控制LED的亮灭。

3.根据权利要求2所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述MCU电路用于控制所述LED控制电路、LDC检测电路、和开关切换电路；当所述线圈电路板与控制检测电路板以邮票板结构焊接导通后，MCU电路通过开关切换电路控制LDC检测电路一路一路的扫描每组PCB线圈，实施金属检测；所述LDC检测电路通过改变激励电流频率，直到该组PCB线圈和谐振电容发生谐振，再检测频率值或者电流值的大小，以此来判断该组PCB线圈阻抗的变化。

4.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述PCB线圈的外边沿为接近正方形的螺旋线圈。

5.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，在所述LED一面外加一定厚度的网格结构，将每个LED隔开；这样LED点亮时互不干扰，可以明显区分亮灯区域。

6.根据权利要求5所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述多个线圈贴片焊盘和多个LED贴片焊盘的焊接位置要做到与所述控制检测电路板边沿半孔结构的焊接位置相对应，同时还与开关切换电路及LED控制电路电连接关系相对应。

7.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述LDC检测电路的主控芯片是LDC1314或者LDC1000中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述LED控制电路采用MBI5024电路实现。

9.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述谐振电容和LED设置在所述线圈电路板的同一面，所述控制检测电路板焊接在所述线圈电路板的另一面。

10.根据权利要求1所述的一种金属检测装置，其特征在于，所述线圈贴片焊盘与LED贴片焊盘均为导电性能良好的金属盘。