CN111355311A - 无线功率传输装置的距离检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种无线功率传输装置的距离检测方法及系统。该无线功率传输装置包括发射端电路及接收端电路，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合形成感应电路，其中，该距离检测方法包含：根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值；根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。本发明的无线功率传输装置的距离检测方法及系统通过采用检测电路模块的电气参数的方法来计算出该发射线圈和该接收线圈之间的距离，使得距离的检测可不受障碍物的影响，且使得电路模块和线圈的设计更为灵活。

Description

无线功率传输装置的距离检测方法及系统
技术领域
本发明是关于一种无线功率传输装置，特别是关于一种无线功率传输装置的距离检测方法及系统。
背景技术
在无线功率传输系统中，传输线圈(例如包含发射线圈和接收线圈)之间的距离对传输系统的运行效率、传输系统的功率容量以及控制系统运行的稳定性具有重要的影响。在传输线圈之间的距离较大时，传输系统的效率会明显降低或传输系统的功率容量会降低。
为了改善上述提到的几点，需要检测出传输线圈之间的距离，然后通过调整传输线圈之间的距离，优化传输系统的运行效率或传输系统的功率容量。
而目前对于距离的检测，一般是采用光学、声学或磁场等相关的传感器或检测设备。对于光学、声学相关的传感器，有安装不方便和易受障碍物影响的缺点；而磁场相关的传感器由于需要安装在传输线圈附近，会增加传输线圈部分的体积，而且需要多条检测信号线，在电路模块和传输线圈分开的应用场景中，系统设计会比较复杂。
例如，如图1、2所示，图1示出了现有技术中一种检测传输线圈之间的距离的系统，图2示出了多个线圈传感器的分布。如图1、2所示，其是采用多个线圈传感器来检测不同位置处的磁场强度(例如可通过设置在不同位置处的传感线圈110来检测二次线圈21的磁场强度)，并根据不同位置磁场强度的对比来确定传输线圈的位置信息。此种方法应用于电路模块与传输线圈一体的系统时，是可以接受的，但在电路模块与传输线圈分开的应用里，在电路模块与传输线圈之间的信号线会比较多，而且线圈传感器会增大传输线圈部分的体积。
因此，迫切需要一种无线功率传输装置的距离检测方法及系统，可以解决上述的一或多个缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种无线功率传输装置的距离检测方法及系统，通过检测电路模块的电气参数来计算出传输线圈的激磁电感，并由此推导出传输线圈之间的距离，以解决现有技术中的一或多个缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无线功率传输装置的距离检测方法，其特点在于，该无线功率传输装置包括发射端电路及接收端电路，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合形成感应电路，其中，该距离检测方法包含：
根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值；
根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
在本发明的一或多个实施例中，该接收端电路的电气参数包括相关于该接收端电路的输出电压，该发射端电路的电气参数包括相关于该发射端电路的电流和工作频率。
在本发明的一或多个实施例中，该感应电路的该激磁电感的电感值是根据归算到该发射线圈的等效电压、该发射线圈的无功电流、以及该发射端电路的工作频率计算得到，其中归算到该发射线圈的等效电压是通过对相关于该接收端电路的输出电压进行电压归算得到。
在本发明的一或多个实施例中，该感应电路的该激磁电感的电感值Lm是根据以下关系式计算得到：
Figure BDA0001913580050000021
其中，Veq为归算到该发射线圈的等效电压，It_r为该发射线圈的无功电流，fs为该发射端电路的工作频率。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端电路包含逆变电路、第一串联补偿电路以及该发射线圈，该第一串联补偿电路是电性连接于该逆变电路和该发射线圈之间；该接收端电路包含该接收线圈、第二串联补偿电路以及整流电路，该第二串联补偿电路是电性连接于该接收线圈和该整流电路之间。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端电路还包含第一变压电路，电性连接于该逆变电路和该第一串联补偿电路之间；及/或，该接收端电路还包含第二变压电路，电性连接于该整流电路和该第二串联补偿电路之间。
在本发明的一或多个实施例中，归算到该发射线圈的等效电压Veq是通过以下方法之一获得：
方法1：获取该接收端电路的该整流电路的输出电压Vout，对该整流电路的输出电压Vout进行电压归算，得到归算到该发射线圈的等效电压Veq；
方法2：获取该接收端电路的该整流电路前的交流电压Vrec，对该整流电路前的交流电压Vrec进行电压归算，得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。
在本发明的一或多个实施例中，该发射线圈的无功电流It_r是通过以下方法之一获得：
方法1：获取该发射线圈的总电流It和有功电流It_a，并根据
Figure BDA0001913580050000031
计算出该发射线圈的无功电流It_r；
方法2：获取该发射线圈的总电流It和该发射端电路的该逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It的相位差θ，并根据It_r＝It*sin(θ)计算出该发射线圈的无功电流It_r。
在本发明的一或多个实施例中，该接收端电路的电气参数是通过无线通讯方式或电力线载波方式被传输至位于发射端的距离计算单元以与该发射端电路的电气参数进行计算；或者，该发射端电路的电气参数是通过无线通讯方式或电力线载波方式被传输至位于接收端的距离计算单元以与该接收端电路的电气参数进行计算。
在本发明的一或多个实施例中，根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离的步骤中是通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
在本发明的一或多个实施例中，所述查表的方法包含：
分别设置该发射线圈和该接收线圈之间的距离为多个不同的距离值，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值；
根据上述测量所得到的结果，制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格；
根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值，自该表格中查询出其是位于哪两个相邻的距离值所组成的一距离范围所对应的激磁电感值范围之间，并将所述两个相邻的距离值的其中之一作为该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
在本发明的一或多个实施例中，在制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格时还包含：
根据上述测量所得到的结果，在该表格的所述多个不同的距离值之间线性地插入一些距离值及激磁电感值。
在本发明的一或多个实施例中，所述曲线拟合的方法包含：
将该发射线圈和该接收线圈之间的距离设置为多个不同的距离值，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值；
根据上述测量所得到的结果，通过曲线拟合的方式，得到距离值与激磁电感值的关系式gap＝f(Lm)；
根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值Lm，以及所述关系式gap＝f(Lm)计算出该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
为了实现上述目的，本发明还提供一种无线功率传输装置的距离检测系统，其特点在于，该无线功率传输装置包括发射端电路及接收端电路，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合形成感应电路，该距离检测系统包括：
发射端检测单元，用以检测该发射端电路的电气参数；
接收端检测单元，用以检测该接收端电路的电气参数；
距离计算单元，设置于该无线功率传输装置的发射端或接收端；
数据传输单元，用以将该接收端电路的电气参数或该发射端电路的电气参数通过无线通讯方式或电力线载波方式传输至该距离计算单元；
其中该距离计算单元用以根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值，以及根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
在本发明的一或多个实施例中，该接收端电路的电气参数包括相关于该接收端电路的输出电压，该发射端电路的电气参数包括相关于该发射端电路的电流和工作频率。
在本发明的一或多个实施例中，该距离计算单元根据归算到该发射线圈的等效电压、该发射线圈的无功电流、以及该发射端电路的工作频率计算得到激磁电感的电感值，其中归算到该发射线圈的等效电压是通过对相关于该接收端电路的输出电压进行电压归算得到。
在本发明的一或多个实施例中，该距离计算单元是根据以下关系式计算得到该感应电路的该激磁电感的电感值Lm：
Figure BDA0001913580050000051
其中，Veq为归算到该发射线圈的等效电压，It_r为该发射线圈的无功电流，fs为该发射端电路的工作频率。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端电路包含逆变电路、第一串联补偿电路以及该发射线圈，该第一串联补偿电路是电性连接于该逆变电路和该发射线圈之间；该接收端电路包含该接收线圈、第二串联补偿电路以及整流电路，该第二串联补偿电路是电性连接于该接收线圈和该整流电路之间。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端电路还包含第一变压电路，电性连接于该逆变电路和该第一串联补偿电路之间；及/或，该接收端电路还包含第二变压电路，电性连接于该整流电路和该第二串联补偿电路之间。
在本发明的一或多个实施例中，该接收端检测单元是用以检测该接收端电路的该整流电路的输出电压Vout，并对该整流电路的输出电压Vout进行电压归算，以得到归算到该发射线圈的等效电压Veq；或者，该接收端检测单元是用以检测该接收端电路的该整流电路前的交流电压Vrec，并对该整流电路前的交流电压Vrec进行电压归算，以得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端检测单元是用以检测该发射线圈的总电流It和有功电流It_a，并根据
Figure BDA0001913580050000061
计算出该发射线圈的无功电流It_r；或者，该发射端检测单元是用以检测该发射线圈的总电流It和该逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It的相位差θ，并根据It_r＝It*sin(θ)计算出该发射线圈的无功电流It_r。
在本发明的一或多个实施例中，该发射端电路的工作频率fs是从控制器直接获取或是通过硬件电路检测得到。
在本发明的一或多个实施例中，该距离计算单元是通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
本发明是通过检测电路模块的某些电气参数，然后通过计算得出传输线圈通过磁耦合形成的感应电路的电感量，由此推出传输线圈之间的距离，可以有效解决现有技术的缺陷。在本发明中，由于距离检测系统的检测电路(例如发射端检测单元和接收端检测单元)检测的信号是电气信号，该信号是由传输线圈之间的相对位置和工作状态决定的，因此可不受障碍物的影响；且由于检测电路是在电路模块上，因此对于安装没有影响，并且不会增加电路模块与传输线圈之间的信号检测线。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为现有技术中一种检测传输线圈之间的距离的系统；
图2为多个线圈传感器(例如图1中的传感线圈)的分布示意图；
图3为本发明一较佳实施例的无线功率传输装置的距离检测方法流程图；
图4为本发明一较佳实施例的无线功率传输装置的距离检测系统的结构示意图；
图5A为图4中无线功率传输装置的发射端电路的一较佳实施例的示意图；
图5B为图4中无线功率传输装置的发射端电路的另一较佳实施例的示意图，其中该发射端电路还包含有变压电路；
图6A为图4中无线功率传输装置的接收端电路的一较佳实施例的示意图；
图6B为图4中无线功率传输装置的接收端电路的另一较佳实施例的示意图，其中该接收端电路还包含有变压电路；
图7A为本发明利用发射端检测单元来检测发射端电路的发射线圈的无功电流的一较佳实施例的结构示意图；
图7B为本发明利用发射端检测单元来检测发射端电路的发射线圈的无功电流的另一较佳实施例的结构示意图；
图8A为本发明利用接收端检测单元来检测接收端电路的整流电路的输出电压Vout，以得到归算到发射线圈的等效电压Veq的一较佳实施例的结构示意图；
图8B为本发明利用接收端检测单元来检测接收端电路的整流电路前的交流电压Vrec，以得到归算到发射线圈的等效电压Veq的另一较佳实施例的结构示意图；
图9A为本发明的发射线圈和接收线圈的耦合关系的等效电路图；
图9B为本发明的无线功率传输装置的补偿电路为串联补偿时的耦合关系的等效电路图；
图10A为本发明的无线功率传输装置的距离检测系统应用于一具体实施例中进行距离检测的结构示意图，其中接收端电路中含有变压器，且整流电路为全波整流；
图10B为本发明的无线功率传输装置的距离检测系统应用于另一具体实施例中进行距离检测的结构示意图，其中接收端电路中不含有变压器。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更佳详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
本发明主要涉及一种无线功率传输装置的距离检测方法及系统。其中，本发明的无线功率传输装置包括有一发射端电路及一接收端电路等电路模块，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合可形成一感应电路，且该感应电路具有一激磁电感。本发明特别的是，通过检测相关电路模块的电气参数，可以计算出该感应电路的激磁电感的电感值Lm，并可由该激磁电感的电感值Lm推导或计算出传输线圈之间的距离，即该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
如图3所示，示出了本发明一较佳实施例的无线功率传输装置的距离检测方法，其主要包括以下步骤：
步骤31，根据接收端电路的电气参数和发射端电路的电气参数计算感应电路的激磁电感的电感值Lm；以及
步骤32，根据感应电路的激磁电感的电感值计算发射线圈和接收线圈之间的距离。
其中，在步骤31中，该接收端电路的电气参数可至少包括相关于该接收端电路的输出电压，而该发射端电路的电气参数可至少包括相关于该发射端电路的电流和工作频率。当然，可以理解的是，在其它实施例中，还可以包括其它的电气参数，这些并不作为对本发明的限制。
并且，较佳地，该感应电路的该激磁电感的电感值Lm可根据归算到该发射线圈的等效电压Veq、该发射线圈的无功电流It_r、以及该发射端电路的工作频率fs计算得到，其中归算到该发射线圈的等效电压Veq可通过对相关于该接收端电路的输出电压进行电压归算得到。
例如，该感应电路的激磁电感的电感值Lm可根据以下关系式计算得到：
Figure BDA0001913580050000091
其中，Veq为归算到该发射线圈的等效电压，It_r为该发射线圈的无功电流，fs为该发射端电路的工作频率。相关电气参数的具体的检测方法和计算过程将在后文详细描述。
在步骤32中，可通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。相关方法也将在后文详细描述。
如图4所示，示出了本发明一较佳实施例的无线功率传输装置的距离检测系统的结构。本发明的无线功率传输装置的距离检测系统可与该无线传输装置电性连接，用以实现传输线圈(即该发射线圈和该接收线圈)之间的距离的检测。该距离检测系统主要包括有发射端检测单元、接收端检测单元、数据传输单元以及距离计算单元。该发射端检测单元可电性连接至该无线功率传输装置的发射端电路，用以检测该发射端电路的电气参数。该接收端检测单元可电性连接至该无线功率传输装置的接收端电路，用以检测该接收端电路的电气参数。该距离计算单元可设置于该无线功率传输装置的发射端或接收端。该数据传输单元是用以将该接收端电路的电气参数或该发射端电路的电气参数通过无线通讯方式或电力线载波方式传输至该距离计算单元。其中，该距离计算单元是用以根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值，以及根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
如图5A所示，本发明的无线功率传输装置的发射端电路可包含逆变电路、串联补偿电路以及发射线圈。其中，该逆变电路可以为半桥逆变电路或全桥逆变电路，且电性连接于一输入电能，用以接收输入直流电能并转换为交流电能。该发射线圈是用以发射交流电能。该串联补偿电路是电性连接于该逆变电路和该发射线圈之间，用以补偿该发射线圈的部分无功功率。
在其它实施例中，本发明的无线功率传输装置的发射端电路还可包含变压电路，例如可为一变压器，电性连接于该逆变电路和该串联补偿电路之间，如图5B所示，用以实现电压的变换。
如图6A所示，本发明的无线功率传输装置的接收端电路可包含该接收线圈、串联补偿电路以及整流电路。其中，该接收线圈是用以接收该发射线圈发送的交流电能。该串联补偿电路是电性连接于该接收线圈和该整流电路之间，用以补偿该接收线圈的无功能量。该整流电路是电性连接于该串联补偿电路，用以接收交流电能并转化为直流电能，其中该整流电路可以为全波整流或全桥整流。
在其它实施例中，本发明的无线功率传输装置的接收端电路还可包含变压电路，例如可为一变压器，电性连接于该整流电路和该串联补偿电路之间，如图6B所示，用以实现电压的变换。
在本发明中，该发射端检测单元可包括发射线圈的无功电流检测电路和逆变电路工作频率检测电路。
该发射线圈的无功电流检测电路是用于检测发射线圈的无功电流It_r。其中，该发射线圈的无功电流It_r可通过以下方法之一获得：
第一种方法，如图7A所示，通过该发射线圈的无功电流检测电路，先获取该发射线圈的总电流It和有功电流It_a，然后根据
Figure BDA0001913580050000101
计算出该发射线圈的无功电流It_r。其中，该有功电流It_a可利用一低通滤波器进行低通滤波而获得，该发射线圈的无功电流It_r可利用一无功电流计算模块对该发射线圈的总电流It和有功电流It_a进行无功电流计算而获得。
第二种方法，如图7B所示，通过该发射线圈的无功电流检测电路，先获取该发射线圈的总电流It和该发射端电路的逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It的相位差θ，然后根据It_r＝It*sin(θ)计算出该发射线圈的无功电流It_r。其中，该相位差θ可利用一相位差检测模块对该发射端电路的逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It进行相位差检测而获得，该发射线圈的无功电流It_r可利用一无功电流计算模块对该总电流It和该相位差θ进行无功电流计算而获得。
该逆变电路工作频率检测电路用于检测逆变电路的工作频率fs，该工作频率fs可作为相关于发射端电路的工作频率，其可以从控制器直接获取或者通过硬件电路检测得到。
在本发明中，该接收端检测单元是为了得到归算到该发射线圈的等效电压Veq，其可通过以下方法之一获得：
第一种方法，如图8A所示，可以先获取该接收端电路的整流电路的输出电压Vout，然后对该整流电路的输出电压Vout进行电压归算，进而得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。其中，以如图6B所示的包含有变压电路的接收端电路为例，其中该变压电路例如为变压器，其原副边的匝比例如为Np:Ns，且该发射线圈与该接收线圈的匝比例如为Nt:Nr，则归算到该整流电路前的交流电压的有效值为
Figure BDA0001913580050000111
再经过接收线圈和变压电路(例如变压器)归算到发射端的发射线圈的等效电压的有效值为
Figure BDA0001913580050000112
第二种方法，如图8B所示，可以先获取该接收端电路的整流电路前的交流电压Vrec，然后对该整流电路前的交流电压Vrec进行电压归算，进而得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。其中，以如图6B所示的包含有变压电路的接收端电路为例，通过与上述第一种方法相同的匝比归算即可得到归算到发射端的发射线圈的等效电压Veq。
在本发明中，由于该发射端检测单元和该接收端检测单元分别设置在发射端和接收端，所以需要通过该数据传输单元将检测到的数据传输到该距离计算单元。
当该距离计算单元设置于发射端时，可通过无线通讯方式或电力线载波方式将该接收端电路的电气参数传输至该距离计算单元，以与该发射端电路的电气参数进行计算。
当该距离计算单元设置于接收端时，可通过无线通讯方式或电力线载波方式将该发射端电路的电气参数传输至该距离计算单元，以与该接收端电路的电气参数进行计算。
在本发明中，该距离计算单元是根据该数据传输单元传输的数据，计算得出该发射线圈和该接收线圈通过磁耦合所形成的感应电路的激磁电感的电感值Lm，再根据激磁电感Lm与该发射线圈和该接收线圈之间的距离的对应关系，推算出该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
其中，该发射线圈和该接收线圈之间的距离的具体计算方法如下：
首先，发射线圈和接收线圈的耦合关系可以等效为如图9A、9B所示的电路，其中，Ls1是发射线圈的漏感，Ls2是接收线圈归算到发射线圈的等效漏感，Lm是归算到发射线圈的激磁电感。该无线功率传输装置的发射端电路和接收端电路的补偿电路均为串联补偿，其中，Zc1是发射端电路的补偿阻抗，Zc2是接收端电路的补偿阻抗，并且工作在Zc1补偿发射线圈的漏感Ls1、Zc2补偿接收线圈的漏感Ls2的条件下。
在功率传输过程中，逆变电路工作在谐振频率附近，以输入电压Vin的矢量角为参考，则归算到发射线圈的等效电压Veq的矢量角接近0，且
Figure BDA0001913580050000121
发射线圈的无功电流近似为
Figure BDA0001913580050000122
则可以得出
Figure BDA0001913580050000123
其中，发射线圈的无功电流It_r、逆变电路的工作频率fs、归算到发射线圈的等效电压Veq都可以通过检测或归算得到，由此可以求得归算到发射线圈的激磁电感Lm。
由发射线圈与接收线圈之间的距离和激磁电感Lm的对应关系，可以得出发射线圈和接收线圈之间的距离。例如，可以通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
其中，所述查表的方法可包含：
(1)分别设置该发射线圈和该接收线圈之间的距离为多个不同的距离值，例如：0mm，1mm，2mm，3mm，….，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值。
(2)根据上述测量所得到的结果，制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格。其中，在制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格时，可以直接采用上述测量所得到的值；当然，也可以根据上述测量所得到的结果，在该表格的所述多个不同的距离值之间线性地插入一些距离值及激磁电感值，从而增加表格的精度。
(3)根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值Lm，自该表格中查询出其是位于哪两个相邻的距离值所组成的一距离范围(gap_n,gap_n+1)所对应的激磁电感值范围之间，则将所述两个相邻的距离值gap_n，或gap_n+1的其中之一作为该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
其中，所述曲线拟合的方法可包含：
(1)将该发射线圈和该接收线圈之间的距离设置为多个不同的距离值，例如：0mm，1mm，2mm，3mm，….，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值。
(2)根据上述测量所得到的结果，通过曲线拟合的方式，得到距离值与激磁电感值的关系式gap＝f(Lm)。
(3)根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值Lm，以及所述关系式gap＝f(Lm)计算出该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
下面将结合图10A、图10B所示的实施例详细说明本发明的距离检测方法。
如图10A所示，示出了本发明的无线功率传输装置的距离检测系统应用于一具体实施例中进行距离检测的结构，本实施例中的无线功率传输装置的发射端电路的逆变电路为全桥逆变电路，串联补偿电路为串联电容C1补偿。接收端电路的整流电路为全波整流，并含有变压器，该变压器的原副边的匝比为Np:Ns，串联补偿电路为串联电容C2补偿。发射线圈与接收线圈的匝比为1:1。
发射线圈的无功电流It_r是通过发射端检测单元的发射端无功电流检测电路来进行检测，其检测方法采用上述第一种方法，即通过检测发射线圈的总电流It和有功电流It_a，然后根据
Figure BDA0001913580050000141
计算出该发射线圈的无功电流It_r；工作频率fs是直接从数字控制器中获取。
接收端检测单元检测的是整流电路的输出电压Vout，则归算到发射线圈的等效电压
Figure BDA0001913580050000142
数据传输单元包含发射端通讯模块、接收端通讯模块，接收端通讯模块接收归算到该发射线圈的等效电压Veq的信号，并将该信号传输到发射端通讯模块，发射端通讯模块将归算到该发射线圈的等效电压Veq的信号传输给距离计算单元。
距离计算单元根据发射端检测单元的发射端无功电流检测电路所检测到的无功电流It_r的信号、从数字控制器中获取的工作频率fs的信号、以及接收端传输过来的归算到该发射线圈的等效电压Veq的信号，以及关系式
Figure BDA0001913580050000143
计算得到归算到发射线圈的激磁电感Lm；然后根据实际测量出的激磁电感Lm和传输线圈之间的距离的对应关系(例如通过查表的方法或曲线拟合的方法)，计算或推导得到传输线圈之间的距离，即该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
如图10B所示，示出了本发明的无线功率传输装置的距离检测系统应用于另一具体实施例中进行距离检测的结构，其与图10A的区别之一在于，接收端电路中不含有变压器。通过与图10A类似的方法，同样可以计算或推导出该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
综上，本发明是通过检测电路模块的某些电气参数，然后通过计算得出传输线圈通过磁耦合形成的感应电路的激磁电感的电感值，由此可以计算或查询出传输线圈之间的距离，从而可以有效解决现有技术的缺陷。
在本发明中，由于距离检测系统的检测电路(例如发射端检测单元和接收端检测单元)检测的信号是电气信号，该信号是由传输线圈之间的相对位置和工作状态决定的，因此可不受障碍物的影响。并且，由于检测电路是在电路模块上，因此对于安装没有影响，并且不会增加电路模块与传输线圈之间的信号检测线，使得电路模块和传输线圈的设计更灵活。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (23)

1.一种无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该无线功率传输装置包括发射端电路及接收端电路，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合形成感应电路，其中，该距离检测方法包含：
根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值；
根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该接收端电路的电气参数包括相关于该接收端电路的输出电压，该发射端电路的电气参数包括相关于该发射端电路的电流和工作频率。
3.根据权利要求2所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该感应电路的该激磁电感的电感值是根据归算到该发射线圈的等效电压、该发射线圈的无功电流、以及该发射端电路的工作频率计算得到，其中归算到该发射线圈的等效电压是通过对相关于该接收端电路的输出电压进行电压归算得到。
4.根据权利要求3所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该感应电路的该激磁电感的电感值Lm是根据以下关系式计算得到：
Figure FDA0001913580040000011
其中，Veq为归算到该发射线圈的等效电压，It_r为该发射线圈的无功电流，fs为该发射端电路的工作频率。
5.根据权利要求4所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该发射端电路包含逆变电路、第一串联补偿电路以及该发射线圈，该第一串联补偿电路是电性连接于该逆变电路和该发射线圈之间；该接收端电路包含该接收线圈、第二串联补偿电路以及整流电路，该第二串联补偿电路是电性连接于该接收线圈和该整流电路之间。
6.根据权利要求5所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该发射端电路还包含第一变压电路，电性连接于该逆变电路和该第一串联补偿电路之间；及/或，该接收端电路还包含第二变压电路，电性连接于该整流电路和该第二串联补偿电路之间。
7.根据权利要求5所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，归算到该发射线圈的等效电压Veq是通过以下方法之一获得：
方法1：获取该接收端电路的该整流电路的输出电压Vout，对该整流电路的输出电压Vout进行电压归算，得到归算到该发射线圈的等效电压Veq；
方法2：获取该接收端电路的该整流电路前的交流电压Vrec，对该整流电路前的交流电压Vrec进行电压归算，得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。
8.根据权利要求5所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该发射线圈的无功电流It_r是通过以下方法之一获得：
方法1：获取该发射线圈的总电流It和有功电流It_a，并根据
Figure FDA0001913580040000021
计算出该发射线圈的无功电流It_r；
方法2：获取该发射线圈的总电流It和该发射端电路的该逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It的相位差θ，并根据It_r＝It*sin(θ)计算出该发射线圈的无功电流It_r。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，该接收端电路的电气参数是通过无线通讯方式或电力线载波方式被传输至位于发射端的距离计算单元以与该发射端电路的电气参数进行计算；或者，该发射端电路的电气参数是通过无线通讯方式或电力线载波方式被传输至位于接收端的距离计算单元以与该接收端电路的电气参数进行计算。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离的步骤中是通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
11.根据权利要求10所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，所述查表的方法包含：
分别设置该发射线圈和该接收线圈之间的距离为多个不同的距离值，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值；
根据上述测量所得到的结果，制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格；
根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值，自该表格中查询出其是位于哪两个相邻的距离值所组成的一距离范围所对应的激磁电感值范围之间，并将所述两个相邻的距离值的其中之一作为该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
12.根据权利要求11所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，在制定包含激磁电感值与距离值的对应关系的表格时还包含：
根据上述测量所得到的结果，在该表格的所述多个不同的距离值之间线性地插入一些距离值及激磁电感值。
13.根据权利要求10所述的无线功率传输装置的距离检测方法，其特征在于，所述曲线拟合的方法包含：
将该发射线圈和该接收线圈之间的距离设置为多个不同的距离值，并分别测量出该感应电路的该激磁电感在所述多个不同的距离值下所对应的激磁电感值；
根据上述测量所得到的结果，通过曲线拟合的方式，得到距离值与激磁电感值的关系式gap＝f(Lm)；
根据计算出的该感应电路的该激磁电感的电感值Lm，以及所述关系式gap＝f(Lm)计算出该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
14.一种无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该无线功率传输装置包括发射端电路及接收端电路，该发射端电路的发射线圈与该接收端电路的接收线圈通过磁耦合形成感应电路，该距离检测系统包括：
发射端检测单元，用以检测该发射端电路的电气参数；
接收端检测单元，用以检测该接收端电路的电气参数；
距离计算单元，设置于该无线功率传输装置的发射端或接收端；
数据传输单元，用以将该接收端电路的电气参数或该发射端电路的电气参数通过无线通讯方式或电力线载波方式传输至该距离计算单元；
其中该距离计算单元用以根据该接收端电路的电气参数和该发射端电路的电气参数计算该感应电路的激磁电感的电感值，以及根据该感应电路的该激磁电感的电感值计算该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
15.根据权利要求14所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该接收端电路的电气参数包括相关于该接收端电路的输出电压，该发射端电路的电气参数包括相关于该发射端电路的电流和工作频率。
16.根据权利要求15所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该距离计算单元根据归算到该发射线圈的等效电压、该发射线圈的无功电流、以及该发射端电路的工作频率计算得到激磁电感的电感值，其中归算到该发射线圈的等效电压是通过对相关于该接收端电路的输出电压进行电压归算得到。
17.根据权利要求16所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该距离计算单元是根据以下关系式计算得到该感应电路的该激磁电感的电感值Lm：
Figure FDA0001913580040000041
其中，Veq为归算到该发射线圈的等效电压，It_r为该发射线圈的无功电流，fs为该发射端电路的工作频率。
18.根据权利要求17所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该发射端电路包含逆变电路、第一串联补偿电路以及该发射线圈，该第一串联补偿电路是电性连接于该逆变电路和该发射线圈之间；该接收端电路包含该接收线圈、第二串联补偿电路以及整流电路，该第二串联补偿电路是电性连接于该接收线圈和该整流电路之间。
19.根据权利要求18所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该发射端电路还包含第一变压电路，电性连接于该逆变电路和该第一串联补偿电路之间；及/或，该接收端电路还包含第二变压电路，电性连接于该整流电路和该第二串联补偿电路之间。
20.根据权利要求18所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该接收端检测单元是用以检测该接收端电路的该整流电路的输出电压Vout，并对该整流电路的输出电压Vout进行电压归算，以得到归算到该发射线圈的等效电压Veq；或者，该接收端检测单元是用以检测该接收端电路的该整流电路前的交流电压Vrec，并对该整流电路前的交流电压Vrec进行电压归算，以得到归算到该发射线圈的等效电压Veq。
21.根据权利要求18所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该发射端检测单元是用以检测该发射线圈的总电流It和有功电流It_a，并根据
Figure FDA0001913580040000042
计算出该发射线圈的无功电流It_r；或者，该发射端检测单元是用以检测该发射线圈的总电流It和该发射端电路的该逆变电路的输出电压Vinv与该总电流It的相位差θ，并根据It_r＝It*sin(θ)计算出该发射线圈的无功电流It_r。
22.根据权利要求17所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该发射端电路的工作频率fs是从控制器直接获取或是通过硬件电路检测得到。
23.根据权利要求17所述的无线功率传输装置的距离检测系统，其特征在于，该距离计算单元是通过查表的方法或曲线拟合的方法来获得该发射线圈和该接收线圈之间的距离。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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