CN110884370B - 一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，包括：激励线圈、检测线圈和壳体；激励线圈和检测线圈均固定在壳体上；当无线充电装置停机检测时，激励线圈通电产生激励磁场，检测线圈拾取激励磁场或激励磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场A；当无线充电装置在役检测时，激励线圈不工作，无线充电装置激发原磁场,检测线圈拾取原磁场或原磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场B；当检测线圈拾取耦合磁场A时，与其相连的输出设备显示电压信号相对检测线圈拾取原磁场时显示电压信号变化，表示有导体异物；当检测线圈拾取耦合磁场B时，输出设备显示电压信号相对检测线圈拾取激励磁场时显示电压信号变化，表示有导体异物。

Description

一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置。
背景技术
由于国家能源结构的调整及新能源产业迅速发展，电动车辆逐渐占据了广大的市场。随着电动车辆的广泛使用，针对电动车辆的充电问题，研究者提出了多种充电方式。相比而言，无线充电无疑是很有前景的一种充电方式。电动车辆无线充电具有非接触、充电时间弹性、充电方便等优势，使电动车辆可以在堵车、等红绿灯、停放停车场等状态下进行充电，大大的节约了使用者的时间等。但是当电动车辆无线充电装置中落入导体异物时，不仅会影响无线充电装置的充电效率，而且不管是铁磁性金属异物、非铁磁性金属异物还是非金属，只要是导体，都可以在电动车辆的无线充电装置的激励下产生电涡流，而涡流效应会使导体异物的温度迅速升高，造成一定的安全隐患。因此，针对电动车辆无线充电装置需要进行导体异物检测，以保证电动车辆无线充电时的高效及安全。
现有技术中的导体异物检测装置，只适用于无线充电装置不停机检测，且只能检测金属异物，不能检测其他在高频电磁场下可以产生电磁效应的导体异物(如石墨等)。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，在无线充电装置处于停机和不停机的状态下，都能够检测出落入电动车辆无线充电装置中的导体异物。
本发明的技术方案为：一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，包括：激励线圈、检测线圈和壳体；激励线圈和检测线圈均固定在壳体上；
当无线充电装置停机检测时，激励线圈通电产生激励磁场，检测线圈用于拾取激励磁场或激励磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场A；
当无线充电装置在役检测时，激励线圈不工作，无线充电装置激发原磁场,检测线圈用于拾取原磁场或原磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场B；
当检测线圈拾取耦合磁场A时，与检测线圈相连的输出设备显示的电压信号相对于检测线圈拾取原磁场时显示的电压信号发生变化，用于表示存在导体异物；当检测线圈拾取耦合磁场B时，输出设备显示的电压信号相对于检测线圈拾取激励磁场时显示的电压信号发生变化，用于表示存在导体异物。
优选地，还包括升降机构，壳体一侧开设用于连通其内部和外部的滑槽；激励线圈和检测线圈均位于壳体设有滑槽一侧的外部；所述升降机构设置在壳体内部，激励线圈一端穿过壳体上的滑槽与设置在壳体内部的升降机构固定连接，当所述检测线圈发生提离和/或振动时，通过所述升降机构调整所述激励线圈相对检测线圈的高度。
优选地，还包括平衡线圈，所述平衡线圈位于激励线圈和检测线圈之间，当所述检测线圈发生提离和/或振动时，调整所述平衡线圈相对检测线圈的高度和/或角度，使检测线圈所拾取的磁场稳定不变。
优选地，还包括旋转升降机构，所述旋转升降机构设置在壳体内部空腔中，所述平衡线圈与所述旋转升降机构相连，通过所述旋转升降机构驱动平衡线圈升降和/或驱动平衡线圈旋转，以调整所述平衡线圈相对检测线圈的高度和/或角度。
优选地，还包括反馈控制调节单元，所述反馈控制调节单元设置在壳体的内部空腔中，激励线圈和检测线圈分别与反馈控制调节单元电连接，反馈控制调节单元为激励线圈供电、分别提取激励线圈和检测线圈相对于被测件表面的相对距离、根据相对距离计算处理后得出激励线圈所需调整的高度并依据计算的所需调整的高度以控制激励线圈升降；根据相对距离计算处理后得出平衡线圈所需调整的高度并依据计算的所需调整的高度或角度以控制平衡线圈升降和/或旋转。
优选地，所述反馈控制调节单元包括：距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块、控制模块和电源模块；所述电源模块分别与控制模块和激励线圈相连，控制模块控制电源模块为激励线圈供电；
所述激励线圈和检测线圈分别与距离信号提取模块电连接，距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块和控制模块依次相连，距离信号提取模块用于分别提取激励线圈和检测线圈相对于被测件表面的相对距离，并将提取的相对距离传输给距离信号接收模块，距离信号接收模块将相对距离处理后传输给计算模块，计算模块利用其内置的算法对相对位置进行分析处理后、计算得出检测线圈的耦合磁场A受提离和/或振动影响的改变量或耦合磁场B受提离和/或振动影响的改变量；
当无线充电装置停机检测时，计算模块根据耦合磁场A的改变量计算出激励线圈所需调整的高度、并传输给控制模块，控制模块控制升降机构升降和/或控制旋转升降机构升降和/或旋转，以平衡提离和/或振动效应对耦合磁场A的改变量；
当无线充电装置在役检测时，计算模块根据耦合磁场B的改变量计算出平衡线圈所需调整的角度和/或高度、并传输给控制模块，控制模块控制旋转升降机构带动平衡线圈升降和/或旋转，以平衡提离和/或振动效应对原磁场或耦合磁场B的改变量。
优选地，所述检测线圈采用“8”字型差动拾取线圈。
有益效果：
(1)本发明在无线充电装置处于停机和不停机的状态下，都能够检测出落入电动车辆无线充电装置中的导体异物，结构简单，适用范围广。
(2)本发明在检测线圈的设定范围内设置平衡线圈，用于平衡该检测装置由于工作环境(如路面不平)所受到的提离和/或振动效应。
附图说明
图1为本发明中激励线圈的结构示意图。
图2为本发明中平衡线圈的结构示意图。
图3为本发明中检测线圈的结构示意图。
图4为本发明处于状态A时激励线圈、平衡线圈和检测线圈的相对位置主视图。
图5为本发明处于状态A时激励线圈、平衡线圈和检测线圈的相对位置右视图。
图6为本发明处于状态B时激励线圈、平衡线圈和检测线圈的相对位置示意图，(a)主视图，(b)右视图。
图7为本发明处于状态C时激励线圈、平衡线圈和检测线圈的相对位置示意图，(a)主视图，(b)右视图。
其中，1-激励线圈，2-平衡线圈，3-检测线圈，4-壳体
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，在无线充电装置处于停机和不停机的状态下，都能够检测出落入电动车辆无线充电装置中的导体异物。
如图1-5所示，该导体异物检测装置包括：激励线圈1、平衡线圈2、检测线圈3、反馈控制调节单元、壳体4、升降机构和旋转升降机构；反馈控制调节单元包括：距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块、控制模块和电源模块；
该导体异物检测装置的整体连接关系为：
壳体4具有内部空腔，反馈控制调节单元设置在壳体4的内部空腔中，壳体4一侧开设用于连通其内部和外部的滑槽；激励线圈1、平衡线圈2和检测线圈3均位于壳体4设有滑槽一侧的外部；其中，激励线圈1一端穿过壳体4上的滑槽与设置在壳体4内部的升降机构固定连接，激励线圈1用于产生激励磁场，激励线圈1随升降机构的升降上下移动，激励线圈1升降用于平衡检测线圈3发生提离和/或振动时对其所检测到的磁场的影响，提高检测线圈的检测精度；平衡线圈2一端穿过壳体4上的滑槽与设置在壳体4内部空腔的旋转升降机构固定连接，平衡线圈2随旋转升降机构的升降上下移动和/或随旋转升降机构的旋转而转动(平衡线圈2的旋转轴垂直于滑槽所在平面)，检测线圈3固定在壳体4上；升降机构和旋转升降机构分别与控制模块电连接，控制模块控制升降机构的上升或下降以及旋转升降机构的上升或下降和正向或逆向旋转；激励线圈1、平衡线圈2和检测线圈3沿滑槽的滑动方向上下设置，且激励线圈1与检测线圈3平行，均水平设置，平衡线圈2位于激励线圈1和检测线圈3之间，用于平衡检测线圈3发生提离和/或振动时对其所检测到的磁场的影响。
电源模块分别与控制模块和激励线圈1相连，控制模块控制电源模块为激励线圈1输入交变电流，激励线圈1通电后产生激励磁场；检测线圈3通过信号调理电路与输出设备(如示波器或计算机等)相连，检测线圈3拾取无线充电装置周围的磁场(包括：激励线圈1产生的激励磁场或其与导体异物的二次磁场矢量叠加的耦合磁场A、无线充电装置激发的原磁场或其与导体异物的二次磁场的耦合磁场B)，信号调理电路对检测线圈3所输出的信号进行放大滤波，最后传输给输出设备，输出设备以波形的形式显示该电压信号，当耦合磁场相对于无线充电装置激发的原磁场或激励线圈产生的激励磁场发生变化时，输出设备显示的电压信号相对于无线充电装置激发的原磁场或激励线圈产生的激励磁场时对应的电压信号发生变化，以此判断是否有导体异物。
激励线圈1、平衡线圈2和检测线圈3分别与距离信号提取模块电连接，距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块和控制模块依次相连，无线充电装置停机检测时，距离信号提取模块(如测距传感器)分别提取激励线圈1、平衡线圈2和检测线圈3相对于被测件(无线充电装置)表面的相对距离，并将提取的相对距离以电信号的形式传输给距离信号接收模块存储，距离信号接收模块中设置数模转换器，数模转换器将接收到的电信号形式转换为数字信号形式并传输给计算模块，计算模块(内置设定算法)利用其内设的算法对相对位置的数字信号进行分析处理后计算得出检测线圈3所检测到的磁场受提离和/或振动影响，为了平衡提离和/或振动的影响，进而计算出激励线圈1所需调整的高度和/或平衡线圈2所需调整的角度和高度，并传输给控制模块，控制模块控制升降机构操作激励线圈1和/或旋转升降机构操作平衡线圈2进行相应调整，以平衡检测线圈3发生提离和/或振动时对所检测到的磁场的影响。
该导体异物检测装置的工作原理为：
当无线充电装置停机检测时，控制模块激励线圈1通电，使其产生激励磁场，检测线圈3拾取激励磁场，与其相连的显示设备显示激励磁场对应的电压信号；当无线充电装置中存在导体异物时，导体异物中产生感生涡流，进而感生出二次磁场，检测线圈3拾取耦合磁场A(激励磁场与二次磁场的矢量叠加)，与其相连的输出设备显示耦合磁场A对应的电压信号，依据电压信号的变化判断是否有导体异物，若有导体异物后，清除导体异物即可；
当无线充电装置在役(不停机)检测时，激励线圈1不工作，无线充电装置激发原磁场，检测线圈3拾取原磁场，与其相连的输出设备显示原磁场对应的电压信号；当无线充电装置中存在导体异物时，检测线圈3拾取耦合磁场B(原磁场与二次磁场的矢量叠加)，与其相连的输出设备显示耦合磁场B对应的电压信号；依据电压信号的变化判断是否有导体异物，若有导体异物后，清除导体异物即可；
无线充电装置不论是停机检测还是在役检测，为了平衡电动车辆的提离和/或振动效应，都可以在检测线圈3之上设置平衡线圈2；平衡线圈2用于平衡检测线圈3发生提离和/或振动时对所拾取的磁场的影响，为了平衡检测线圈3发生提离和/或振动时对所拾取的磁场的影响，控制模块根据计算模块计算的激励线圈1所需调整的高度，控制升降机构上升或下降设定高度，以便于带动激励线圈1上升或下降设定高度(检测线圈3所拾取的磁场相对于无提离或振动效应时所拾取的磁场变小时，调整激励线圈1下降设定高度，使检测线圈3所拾取的磁场增强，检测线圈3所拾取的磁场相对于无提离或振动效应时所拾取的磁场变大时，调整激励线圈1上升设定高度，使检测线圈3所拾取的磁场变小)。
状态A(令其为初始状态)时，激励线圈1和检测线圈3均处于水平状态且相互平行，平衡线圈2处于竖直状态并位于激励线圈1和检测线圈3之间(即平衡线圈2所在平面垂直于激励线圈1所在平面和检测线圈3所在平面)；
如图6和7所示，状态B为激励线圈1和平衡线圈2相对检测线圈3下降设定高度以及平衡线圈2所在平面相对检测线圈3所在平面转动设定锐角，状态C为激励线圈1和平衡线圈2相对检测线圈3下降设定高度以及平衡线圈2所在平面相对检测线圈3所在平面转动90°使三者平行；由于检测线圈3和被测件表面存在提离和/或振动效应，为了保持检测线圈3检测到耦合磁场的稳定性，控制模块根据计算模块计算的平衡线圈2所需调整的角度和高度，控制旋转升降机构正向或逆向旋转设定角度和/或控制旋转升降机构上升或下降设定高度，以便于带动平衡线圈2正向或逆向旋转设定角度、带动平衡线圈2上升或下降设定高度，以此平衡该检测装置相对无线充电装置运动过程中提离和/或振动效应对耦合磁场的影响。
平衡提离或振动效应对原磁场的影响，是为了避免检测线圈3检测到提离或振动效应产生的磁场与原磁场的耦合磁场，防止误判为有导体异物；没有导体异物时，激励线圈产生的激励磁场没有提离或振动效应；
平衡提离或振动效应对耦合磁场A或耦合磁场B的影响，是为了避免检测线圈3检测不到耦合磁场(提离或振动效应产生的磁场可能会将导体异物感生的二次磁场平衡)，防止误判为无导体异物。
实施例2：
在实施例1的基础上，检测线圈3采用“8”字型差动拾取线圈，在检测过程中，当无线充电装置中没有导体异物时，由于没有磁通量的改变，所以“8”字型差动拾取线圈的输出电压为零；当无线充电装置中存在导体异物时，导体异物中会产生感应涡流并产生二次磁场，导致激励磁场和二次磁场的矢量叠加的耦合磁场发生变化，使得“8”字型差动拾取线圈中的电压信号不能相互抵消，有电压信号输出，以此能够灵敏的判断无线充电装置中是否存在导体异物。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，包括：激励线圈、检测线圈和壳体；激励线圈和检测线圈均固定在壳体上；
当无线充电装置停机检测时，激励线圈通电产生激励磁场，检测线圈用于拾取激励磁场或激励磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场A；
当无线充电装置在役检测时，激励线圈不工作，无线充电装置激发原磁场,检测线圈用于拾取原磁场或原磁场与导体异物产生的二次磁场的耦合磁场B；
当检测线圈拾取耦合磁场A时，与检测线圈相连的输出设备显示的电压信号相对于检测线圈拾取激励磁场时显示的电压信号发生变化，用于表示存在导体异物；当检测线圈拾取耦合磁场B时，输出设备显示的电压信号相对于检测线圈拾取原磁场时显示的电压信号发生变化，用于表示存在导体异物。
2.如权利要求1所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，还包括升降机构，壳体一侧开设用于连通其内部和外部的滑槽；激励线圈和检测线圈均位于壳体设有滑槽一侧的外部； 所述升降机构设置在壳体内部，激励线圈一端穿过壳体上的滑槽与设置在壳体内部的升降机构固定连接，当所述检测线圈发生提离和/或振动时，通过所述升降机构调整所述激励线圈相对检测线圈的高度。
3.如权利要求2所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，还包括平衡线圈，所述平衡线圈位于激励线圈和检测线圈之间，当所述检测线圈发生提离和/或振动时，调整所述平衡线圈相对检测线圈的高度和/或角度，使检测线圈所拾取的磁场稳定不变。
4.如权利要求3所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，还包括旋转升降机构，所述旋转升降机构设置在壳体内部空腔中，所述平衡线圈与所述旋转升降机构相连，通过所述旋转升降机构驱动平衡线圈升降和/或驱动平衡线圈旋转，以调整所述平衡线圈相对检测线圈的高度和/或角度。
5.如权利要求4所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，还包括反馈控制调节单元，所述反馈控制调节单元设置在壳体的内部空腔中，激励线圈和检测线圈分别与反馈控制调节单元电连接，反馈控制调节单元为激励线圈供电、分别提取激励线圈和检测线圈相对于被测件表面的相对距离、根据相对距离计算处理后得出激励线圈所需调整的高度并依据计算的所需调整的高度以控制激励线圈升降；根据相对距离计算处理后得出平衡线圈所需调整的高度并依据计算的所需调整的高度或角度以控制平衡线圈升降和/或旋转。
6.如权利要求5所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，所述反馈控制调节单元包括：距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块、控制模块和电源模块；所述电源模块分别与控制模块和激励线圈相连，控制模块控制电源模块为激励线圈供电；
所述激励线圈和检测线圈分别与距离信号提取模块电连接，距离信号提取模块、距离信号接收模块、计算模块和控制模块依次相连，距离信号提取模块用于分别提取激励线圈和检测线圈相对于被测件表面的相对距离，并将提取的相对距离传输给距离信号接收模块，距离信号接收模块将相对距离处理后传输给计算模块，计算模块利用其内置的算法对相对位置进行分析处理后、计算得出检测线圈的耦合磁场A受提离和/或振动影响的改变量或耦合磁场B受提离和/或振动影响的改变量；
当无线充电装置停机检测时，计算模块根据耦合磁场A的改变量计算出激励线圈所需调整的高度、并传输给控制模块，控制模块控制升降机构升降和/或控制旋转升降机构升降和/或旋转，以平衡提离和/或振动效应对耦合磁场A的改变量；
当无线充电装置在役检测时，计算模块根据耦合磁场B的改变量计算出平衡线圈所需调整的角度和/或高度、并传输给控制模块，控制模块控制旋转升降机构带动平衡线圈升降和/或旋转，以平衡提离和/或振动效应对原磁场或耦合磁场B的改变量。
7.如权利要求1或2所述的用于电动车辆无线充电装置的导体异物检测装置，其特征在于，所述检测线圈采用“8”字型差动拾取线圈。
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