CN112556637B - 基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统及方法，其中，在发射线圈和接收线圈上下完全对齐后，分别在发射线圈的下部中心与接收线圈的上部同向安装一电子罗盘。当线圈发生角度偏移时，发射线圈与接收线圈的电子罗盘分别测量各自的地磁分量信息；通过滤波和运放电路进行信号处理后，通过DSP控制器采集并解算上下两个线圈所处的地磁航向角；将两个地磁航向角相减就是两线圈之间的角度偏移值。本发明的无线充电线圈角度偏移定位系统结构简单，所需硬件数量少，成本低，且并非依赖特定线圈设计，对于任何形状或间距的收发线圈均适用，通用性强，能够实现精确的偏移角度定位，响应速度快，不易受干扰。

Description

基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统及方法
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统及方法。
背景技术
电动汽车无线充电是磁耦合谐振式无线电能传输技术中最有前途的应用之一。为了进行高效稳定的电能传输，系统要求发射线圈与接收线圈在对准的情况下才能进行高效稳定的电能传输，通常电动汽车无线充电装置的发射线圈埋于地下，接收线圈安装在车辆上，实际工况中无法确保车辆每一次都精准地将接收线圈与发射线圈对齐，因此需要设计接收线圈定位系统，在驾驶人员停车后，将检测此时的位置信息反馈给处理器或驾驶人员，以供自动泊车系统或驾驶员调整电动汽车移动到线圈对准的位置。
无线充电系统的线圈定位主要包括二维平面内的横向纵向定位和角度定位。对于横向纵向定位已有相应的技术取得了很好的效果，而对于接收线圈与发射线圈之间的角度定位研究较少，即都忽略了接收线圈发生平面旋转的情况，如果发射线圈与接收线圈存在角度偏移情况，依旧会降低无线充电系统的传输功率与效率。
发明内容
针对上述背景技术中所指出的问题，本发明提出一种成本低廉，可灵活便捷地实现收发线圈间角度偏移定位的基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统及方法。
本发明所采用的技术方案为：
基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统，包括第一电子罗盘、第二电子罗盘、发射线圈、接收线圈、第一滤波电路、第一运放电路、第二滤波电路、第二运放电路和DSP控制器；所述发射线圈和所述接收线圈水平设置并保持上下完全对齐；所述第一电子罗盘安装在所述发射线圈下部中心位置，所述第二电子罗盘安装在所述接收线圈上部中心位置，两电子罗盘同向设置；
所述第一电子罗盘、所述第一滤波电路、所述第一运放电路和所述DSP控制器依次相连，所述第二电子罗盘、所述第二滤波电路、所述第二运放电路和所述DSP控制器依次相连； 所述DSP控制器采集所述两电子罗盘测量的地磁信息并解算出两线圈的角度偏移值。
进一步地，上述基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统还包括通讯模块和上位机，所述DSP控制器、所述通讯模块和所述上位机依次相连，所述上位机实时显示地磁信息及线圈角度偏移数据。
基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位方法，包括如下步骤：
步骤一、建立平面电子罗盘坐标系，电子罗盘中心与线圈中心重合，电子罗盘坐标系也为线圈坐标系；线圈坐标系为X B OY B，O为线圈中心，X B轴为电子罗盘正向放置的方向，以X B轴方向确定Y B轴；在坐标系X B OY B中确定地理北OX L ，地理东OY L ；对于地磁场水平分量OH，其X轴分量为H X，Y轴分量为H Y，与OX L 的夹角为磁偏角D；OX B与OH的夹角为磁航向角β，β=arctan（H Y/H X）；
步骤二、第一电子罗盘采集地磁场在发射线圈坐标系X轴的分量H X1和Y轴的分量H Y1，第二电子罗盘采集地磁场在接收线圈坐标系X轴的分量H X2和Y轴的分量H Y2；DSP控制器采集经过滤波和运放处理后的H X1、H Y1、H X2和H Y2数据，进行磁航向角计算；当接收线圈发生偏转时，由于同一个地点磁偏角D不变，表示OH的方向固定不变，因而偏转后得到的磁航向角为β 2，减去发射线圈的磁航向角β 1，可得两线圈之间的夹角α；
β 1 =arctan（H Y1/H X1） （1）
β 2 =arctan（H Y2/H X2） （2）；
步骤三、计算结果通过通讯模块发送至上位机实时显示。
进一步地，步骤二中，由于磁航向角β通过正切函数获得，其值域为
Figure 884447DEST_PATH_IMAGE001
；实际电子罗盘输出的HX和HY是存在0的情况的，因此为保证磁航向角计算的有效性，在
Figure 86889DEST_PATH_IMAGE002
范围内，通过公式（3）计算磁航向角；
Figure 167978DEST_PATH_IMAGE003
将公式（1）与公式（2）分别进行公式（3）的变化后，得到0°至360°内的磁航向角
Figure 485565DEST_PATH_IMAGE004
，由于发射线圈和接收线圈地理坐标系相同且磁偏角D相同，所以线圈偏移角度α可通过发射线圈和接收线圈的磁航向角相减获得：
Figure 44722DEST_PATH_IMAGE005
Figure 632829DEST_PATH_IMAGE006
，表示接收线圈顺时间方向偏移；
Figure 353660DEST_PATH_IMAGE007
，表示接收线圈逆时间方向偏移。
进一步地，线圈偏移角度定位精度在±1°内。
本发明的有益效果在于：
本发明的无线充电线圈角度偏移定位系统结构简单，所需硬件数量少，成本低，且并非依赖特定线圈设计，对于任何形状或间距的收发线圈均适用，通用性强，能够实现精确的偏移角度定位，响应速度快，不易受干扰。
附图说明
图1为基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统的结构示意图；
图2为磁航向角计算原理图；
图3为线圈偏移角度计算原理图，其中，左图发射接收线圈完全对齐，右图发生线圈偏移；
附图标记：1-第一电子罗盘，2-第二电子罗盘，3-发射线圈，4-接收线圈，5-第一滤波电路，6-第一运放电路，7-第二滤波电路，8-第二运放电路，9-DSP控制器，10-通讯模块，11-上位机。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示的基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位系统，包括第一电子罗盘1、第二电子罗盘2、发射线圈3、接收线圈4、第一滤波电路5、第一运放电路6、第二滤波电路7、第二运放电路8、DSP控制器9、通讯模块10和上位机11。发射线圈3和接收线圈4水平设置并保持上下完全对齐。第一电子罗盘1安装在发射线圈3下部中心位置，第二电子罗盘2安装在接收线圈4上部中心位置，两电子罗盘同向设置。
第一电子罗盘1、第一滤波电路5、第一运放电路6和DSP控制器9依次相连，第二电子罗盘2、第二滤波电路7、第二运放电路8和DSP控制器9依次相连。 DSP控制器9、通讯模块10和上位机11依次相连，DSP控制器9采集两电子罗盘测量的地磁信息并解算出两线圈的角度偏移值，上位机11实时显示地磁信息及线圈角度偏移数据。
基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位方法，参见图1至3，包括如下步骤：
步骤一、采用电子罗盘进行线圈角度偏移定位，需要建立平面电子罗盘坐标系，由于电子罗盘中心与线圈中心重合，电子罗盘坐标系也为线圈坐标系。线圈坐标系为X B OY B，O为线圈中心，X B轴为电子罗盘正向放置的方向，以X B轴方向确定Y B轴。在坐标系X B OY B中确定地理北OX L ，地理东OY L 。对于地磁场水平分量OH，其X轴分量为H X，Y轴分量为H Y，与OX L 的夹角为磁偏角D（同一个地点的磁偏角D是相等的）。OX B与OH的夹角为磁航向角β，β=arctan（H Y/H X），如图2所示。
步骤二、第一电子罗盘1采集地磁场在发射线圈坐标系X轴的分量H X1和Y轴的分量H Y1，第二电子罗盘2采集地磁场在接收线圈坐标系X轴的分量H X2和Y轴的分量H Y2。 DSP控制器9采集经过滤波和运放处理后的H X1、H Y1、H X2和H Y2数据，进行磁航向角计算。
参见图3（图3中下角标1对应于第一电子罗盘1和发射线圈3，下角标2对应于第二电子罗盘2和接收线圈4），当两个线圈完全对齐时，由于两个电子罗盘同向放置，它们的磁航向角是相等的，差为0。当接收线圈4发生偏转时，由于同一个地点磁偏角D不变，表示OH的方向固定不变，因而偏转后得到的磁航向角为β 2，减去发射线圈3的磁航向角β 1，可得两线圈之间的夹角α。
β 1 =arctan（H Y1/H X1） （1）
β 2 =arctan（H Y2/H X2） （2）
需要注意的是由于磁航向角β通过正切函数获得，其值域为
Figure 660008DEST_PATH_IMAGE001
。实际电子罗盘输出的HX和HY是存在0的情况的，因此为保证磁航向角计算的有效性，在
Figure 757277DEST_PATH_IMAGE008
范围内，通过公式（3）计算磁航向角。
Figure 793366DEST_PATH_IMAGE003
将公式（1）与公式（2）分别进行公式（3）的变化后，得到0°至360°内的磁航向角
Figure 560465DEST_PATH_IMAGE004
，由于发射线圈3和接收线圈4地理坐标系相同且磁偏角D相同，所以线圈偏移角度α可以通过发射线圈3和接收线圈4的磁航向角相减获得：
Figure 478742DEST_PATH_IMAGE005
按图3中坐标系，
Figure 771182DEST_PATH_IMAGE009
，表示接收线圈4顺时间方向偏移。
Figure 458515DEST_PATH_IMAGE007
，表示接收线圈4逆时间方向偏移。
步骤三、计算结果通过通讯模块10发送至上位机11实时显示。
至此，完成电动汽车无线充电系统中收发线圈的角度偏移定位，最终的定位精度在±1°内。
本发明依据地磁场理论，通过解算两线圈的地磁航向角并做差，得到线圈之间的偏移角度，能够实现360°全范围内的线圈角度偏移定位。系统结构简单，所需硬件数量少，通用性强，对于任何形状或间距的收发线圈均适用。角度定位精度高，且可通过上位机实时观察定位结果。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、建立平面电子罗盘坐标系，电子罗盘中心与线圈中心重合，电子罗盘坐标系也为线圈坐标系；线圈坐标系为X B OY B，O为线圈中心，X B轴为电子罗盘正向放置的方向，以X B轴方向确定Y B轴；在坐标系X B OY B中确定地理北OX L ，地理东OY L ；对于地磁场水平分量OH，其X轴分量为H X，Y轴分量为H Y，与OX L 的夹角为磁偏角D；OX B与OH的夹角为磁航向角β，β=arctan（H Y/H X）；
步骤二、第一电子罗盘（1）采集地磁场在发射线圈坐标系X轴的分量H X1和Y轴的分量H Y1，第二电子罗盘（2）采集地磁场在接收线圈坐标系X轴的分量H X2和Y轴的分量H Y2；DSP控制器（9）采集经过滤波和运放处理后的H X1、H Y1、H X2和H Y2数据，进行磁航向角计算；当接收线圈（4）发生偏转时，由于同一个地点磁偏角D不变，表示OH的方向固定不变，因而偏转后得到的磁航向角为β 2，减去发射线圈（3）的磁航向角β 1，可得两线圈之间的夹角α；
β 1 =arctan（H Y1/H X1） （1）
β 2 =arctan（H Y2/H X2） （2）；
步骤三、计算结果通过通讯模块（10）发送至上位机（11）实时显示；
步骤二中，由于磁航向角β通过正切函数获得，其值域为
Figure 492474DEST_PATH_IMAGE001
；实际电子罗盘输出的HX和HY是存在0的情况的，因此为保证磁航向角计算的有效性，在
Figure 161353DEST_PATH_IMAGE002
范围内，通过公式（3）计算磁航向角；
Figure 92400DEST_PATH_IMAGE003
将公式（1）与公式（2）分别进行公式（3）的变化后，得到0°至360°内的磁航向角
Figure 846729DEST_PATH_IMAGE004
，由于发射线圈（3）和接收线圈（4）地理坐标系相同且磁偏角D相同，所以线圈偏移角度α可通过发射线圈（3）和接收线圈（4）的磁航向角相减获得：
Figure 583741DEST_PATH_IMAGE005
Figure 44809DEST_PATH_IMAGE006
，表示接收线圈（4）顺时间方向偏移；
Figure 474654DEST_PATH_IMAGE007
，表示接收线圈（4）逆时间方向偏移。
2.根据权利要求1所述的基于电子罗盘的无线充电线圈角度偏移定位方法，其特征在于，线圈偏移角度定位精度在±1°内。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116647058B (zh) * 2023-05-19 2024-01-26 深圳麦基克斯科技有限公司 基于智能无线充电器的效率监控方法和智能无线充电器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107749677A (zh) * 2017-10-27 2018-03-02 珠海格力电器股份有限公司 原副边线圈盘对准方法、对准设备及无线电能传输系统
CN111009971A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 长沙理工大学 一种基于织网形无线充电接受线圈位置获取装置及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI263793B (en) * 2005-08-23 2006-10-11 Chiu-Hsiang Lo Electric auxiliary cart having remote control calling system
US10137794B2 (en) * 2014-09-15 2018-11-27 Stmicroelectronics, Inc. Method and apparatus for a wireless charging system
KR101887738B1 (ko) * 2016-03-11 2018-08-10 현대자동차주식회사 무선 전력 전송 코일의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용하는 장치
KR20170142678A (ko) * 2016-06-20 2017-12-28 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기
CN111133656A (zh) * 2017-07-20 2020-05-08 Tdk株式会社 用于无线电力传输系统的主组装件、定位系统、以及确定主组装件和辅组装件之间的距离的方法
CN207496493U (zh) * 2017-11-27 2018-06-15 浙江万安亿创电子科技有限公司 用于电动汽车无线充电系统的车辆对齐引导装置
CN209756835U (zh) * 2019-04-18 2019-12-10 北京有感科技有限责任公司 一种汽车无线充电定位系统的磁感电路
CN112186908B (zh) * 2020-09-27 2022-06-14 东南大学 一种无线充电线圈三维多自由度精确角度定位方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107749677A (zh) * 2017-10-27 2018-03-02 珠海格力电器股份有限公司 原副边线圈盘对准方法、对准设备及无线电能传输系统
CN111009971A (zh) * 2019-12-24 2020-04-14 长沙理工大学 一种基于织网形无线充电接受线圈位置获取装置及方法

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