CN113937909B - 带异物检测及清除功能的车用无线充电装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置及其控制方法，该装置包括安设于地面上的发射机构(1)；发射机构(1)包括固定在地面上的柔性层(11)，设置在柔性层(11)上的球形弧面层(13)，以及填充在柔性层(11)及球形弧面层(13)之间的刚性层(12)；刚性层(12)内设置有震动马达(121)。该装置将发射机构(1)的表面设置成球形弧面，一方面可降低异物附着在弧面上的几率，另一方面可使异物清除更容易；在地面上设置柔性层(11)，而在柔性层(11)、球形弧面层(13)之间设置刚性层(12)，并在刚性层(12)之间设置震动马达(121)，通过开启震动马达(121)，可使异物掉落。

Description

带异物检测及清除功能的车用无线充电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，及带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法。
背景技术
现有车用无线充电装置多将能量发射线圈及其传输线路铺设于地面及以下，如申请号为201810272362.4的中国发明专利申请《一种电动汽车无线充电方法》，申请号为201810601707.6的中国发明专利申请《一种带有无线充电装置的智慧型停车位》。这些设计并未考虑到异物存在于能量发射线圈上方(即能量发射线圈与能量接收线圈之间，即耦合机构之间)所带来的不利影响。由于无线充电系统在充电时，其耦合机构之间存在高频交变磁场，这会给生物体的健康带来一定程度的损伤，而金属异物误入则会影响系统充电效率，或是由于涡流效应等因素发热导致安全隐患。
发明内容
本发明提供带异物检测及清除功能的车用无线充电装置及其控制方法，解决的技术问题在于：如何在为电动车进行无线充电之前检测出耦合机构之间是否存在异物，以及在存在异物时如何自动清除异物。
为解决以上技术问题，本发明首先提供一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，包括安设于地面上的发射机构(1)；
所述发射机构(1)包括固定在地面上的柔性层(11)，设置在所述柔性层(11)上的球形弧面层(13)，以及填充在所述柔性层(11)及所述球形弧面层(13)之间的刚性层(12)；
所述球形弧面层(13)包括发射端磁芯层(131)以及嵌设在所述发射端磁芯层(131)上的能量发射线圈(132)；
所述刚性层(12)内设置有震动马达(121)。
优选的，所述能量发射线圈(132)适配所述发射端磁芯层(131)的弧度且等高地嵌设在所述发射端磁芯层(131)上。
优选的，所述发射端磁芯层(131)由交错分布的导磁块(1311)和非导磁刚性块(1312)构成。
优选的，以所述球形弧面层(13)的弧面顶点为圆心，所述导磁块(1311)和所述非导磁刚性块(1312)等圆心角扇形交错分布。
优选的，所述震动马达(121)横向安装于所述刚性层(12)的中心位置，其采用高电压横向震动马达。
带异物检测及清除功能的车用无线充电装置还包括安设于用电车辆(3)上的接收机构(2)；
所述接收机构(2)包括能量接收线圈(21)、接收端磁芯(22)，以及连接所述能量接收线圈(21)的接收电路(23)。
优选的，所述发射机构(1)还包括发射电路(14)、发射端控制器(15)；所述发射电路(14)包括顺序连接的高频逆变器(141)和二选一切换开关(142)，所述二选一切换开关(142)连接所述震动马达(121)及通过发射谐振网络(143)连接所述能量发射线圈(132)；所述发射端控制器(15)连接所述二选一切换开关(142)；
所述接收机构(2)还包括检测电路(24)，所述检测电路(24)包括接收端控制器(241)以及连接所述接收端控制器(241)的摄像头(242)、补光灯(243)；
所述接收端控制器(241)用于与所述发射端控制器(15)建立通讯互连，之后，用于打开所述摄像头(242)及所述补光灯(243)以拍摄所述发射机构(1)的表面，之后，用于根据拍取的照片判断所述能量接收线圈(21)与所述能量发射线圈(132)是否对准，若未对准则用于向车载电脑发送所述发射机构(1)与所述接收机构(2)之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则用于进一步判断所述发射机构(1)的表面是否存在异物，若不存在异物则用于向所述发射端控制器(15)发送充电指令，若存在异物则用于向所述发射端控制器(15)发送异物清除指令；
所述发射端控制器(15)用于根据所述充电指令控制所述二选一切换开关(142)切换到所述高频逆变器(141)与所述发射谐振网络(143)之间的通路；以及用于根据所述异物清除指令控制所述二选一切换开关(142)切换到所述高频逆变器(141)与所述震动马达(121)之间的通路，所述震动马达(121)在获取到所述高频逆变器(141)输出的电源后开始震动工作，直至所述接收端控制器(241)向所述发射端控制器(15)发送充电指令。
本发明提供的一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其突出效果在于：
1、将发射机构(1)的表面设置成球形弧面，一方面可降低异物附着在弧面上的几率，另一方面可使异物清除更容易；
2、在地面上设置柔性层(11)，而在柔性层(11)、球形弧面层(13)之间设置刚性层(12)，并在刚性层(12)之间设置震动马达(121)，当球形弧面层(13)上存在异物需要清除时，通过开启震动马达(121)，在柔性层(11)的帮助下，柔性层(11)上的刚性层(12)和球形弧面层(13)包括异物都处于剧烈的震荡中，可使异物掉落；
3、将刚性层(12)设置为刚性一可保证震荡效果，二可以保护震动马达(121)；
4、将能量发射线圈(132)适配发射端磁芯层(131)的弧度且等高地嵌设在发射端磁芯层(131)上，以能够正对车辆底部的能量接收线圈(21)，实现较高的传输效果；
5、将发射端磁芯层(131)设置成导磁块(1311)和非导磁刚性块(1312)交错分布，易碎的导磁块(1311)用于增大能量密度，非导磁刚性块(1312)用于为球形弧面层(13)提供硬性支撑，以保护装置整体不被损坏；
6、发射机构(1)设置发射端控制器(15)、摄像头(242)、补光灯(243)，接收机构(2)设置接收端控制器(241)，彼此间进行无线通讯，以进行位置对准和异物检测，以及异物清除，从而能够保证在开启无线能量传输时，没有异物存在于耦合机构之间。
本发明还提供一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，包括步骤：
S1、车辆驶入停车位，停车位上的发射机构(1)与车辆上的接收机构(2)建立通讯连接；
S2、接收机构(2)拍摄发射机构(1)的表面；
S3、接收机构(2)根据拍取的照片判断接收机构(2)是否对准发射机构(1)是否对准，若未对准则向车载电脑发送发射机构(1)与接收机构(2)之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则进入下一步；
S4、接收机构(2)根据拍取的照片判断发射机构(1)的表面是否存在异物，若存在异物则向发射机构(1)发送异物清除指令并执行步骤S5、S6，若不存在异物则向发射机构(1)发送充电指令则执行步骤S7；
S5、发射机构(1)根据异物清除指令控制震动马达(121)工作，能量发射线圈(132)不工作；
S6、接收机构(2)持续拍摄发射机构(1)的表面并判断异物是否清除完毕，若否则继续判断，若是则向发射机构(1)发送充电指令并执行步骤S7；
S7、发射机构(1)根据充电指令控制能量发射线圈(132)工作，震动马达(121)不工作。
进一步地，步骤S5具体包括步骤：
S51、发射端控制器(15)根据异物清除指令控制二选一切换开关(142)切换到高频逆变器(141)与震动马达(121)之间的通路；
S52、震动马达(121)在获取到高频逆变器(141)输出的电源后开始震动工作。
进一步地，步骤S7具体包括步骤：
S71、发射端控制器(15)根据充电指令控制二选一切换开关(142)切换到高频逆变器(141)与发射谐振网络(143)之间的通路，此时能量发射线圈(132)工作；
S72、在能量发射线圈(132)的工作过程中，接收机构(2)定时拍摄发射机构(1)的表面，并判断是否存在异物，若存在异物则向发射端控制器(15)发送异物清除指令并转入步骤S5，若不存在异物则不反应。
本发明提供的一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，其突出效果在于：
1、在无线充电前基于图像识别对接收机构(2)先进行对准，然后再进行异物检测，并在检测到异物后通过开启震动马达(121)对发射机构(1)表面的异物进行清除，清除完成后再开启充电通道进行无线能量传输，从而可确保开启无线充电前耦合机构之间不存在异物；
2、在无线充电期间，定期检测耦合机构之间是否出现异物，并在出现异物时立即切断充电线路，并开启震动马达(121)进行异物清除，以确保整个无线充电过程中耦合机构之间几乎无异物存在。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置中发射机构的半剖图；
图2是本发明实施例1提供的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置中发射机构的俯视图；
图3是本发明实施例1提供的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的半剖图；
图4是本发明实施例1提供的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的电路拓扑图；
图5是本发明实施例2提供的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法的工作流程图。
附图标记包括：发射机构1，柔性层11，刚性层12，震动马达121，球形弧面层13，发射端磁芯层131，导磁块1311，非导磁刚性块1312，能量发射线圈132，发射电路14，高频逆变器141，二选一切换开关142，发射谐振网络143，发射端控制器15，接收机构2，能量接收线圈21，接收端磁芯22，接收电路23，检测电路24，接收端控制器241，摄像头242、补光灯243，用电车辆3。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
实施例1
为了保证无线充电过程中耦合机构之间不存在异物，本实施例提供一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，包括安设于地面上的发射机构1，如图1的半剖图和图2的俯视图所示，该发射机构1包括固定在地面上的柔性层11，设置在柔性层11上的球形弧面层13，以及填充在柔性层11及球形弧面层13之间的刚性层12；球形弧面层13包括发射端磁芯层131以及嵌设在发射端磁芯层131上的能量发射线圈132；刚性层12内设置有震动马达121。
本例将发射机构1的表面设置成球形弧面，一方面可降低异物附着在弧面上的几率，另一方面可使异物清除更容易。
本例在地面上设置柔性层11，而在柔性层11、球形弧面层13之间设置刚性层12，并在刚性层12之间设置震动马达121，当球形弧面层13上存在异物需要清除时，通过开启震动马达121，在柔性层11的帮助下，柔性层11上的刚性层12和球形弧面层13包括异物都处于剧烈的震荡中，可使异物掉落；
本例还将刚性层12设置为刚性一可保证震荡效果，二可以保护震动马达121。
为了实现较高的无线传输效率，本例能量发射线圈132适配发射端磁芯层131的弧度且等高地嵌设在发射端磁芯层131上，以能够正对车辆底部的能量接收线圈21。这里，能量发射线圈132设置为圆环形，每层绕制有7匝，共绕制有3层，具体每层绕制的匝数和总层数根据具体应用需求而定，本例仅为示例。
如图2所示，发射端磁芯层131由交错分布的导磁块1311和非导磁刚性块1312构成。以球形弧面层13的弧面顶点O为圆心，导磁块1311和非导磁刚性块1312等圆心角扇形交错分布。易碎的导磁块1311用于增大能量密度，非导磁刚性块1312用于为球形弧面层13提供硬性支撑，以保护装置整体不被损坏。需要说明的是，导磁块1311和非导磁刚性块1312交错分布的方式有很多，不限于图2示例，可考虑加工条件、材料要求、成本等多个因素做其他设计。
从图1还可以看到，震动马达121横向安装于刚性层12的中心位置，其采用高电压横向震动马达，震动效果好，容易清除球面异物且便于布置。
如图3的剖视图和图4的电路结构图所示，本实施例提供的一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，还包括安设于用电车辆3上的接收机构2。接收机构2包括能量接收线圈21、接收端磁芯22，以及连接能量接收线圈21的接收电路23。具体的，接收电路23主要包括接收谐振网络、整流滤波电路、电池。
接收机构2还包括检测电路24，检测电路24包括接收端控制器241以及连接接收端控制器241的摄像头242、补光灯243。
除图1、2示出的结构外，发射机构1还包括发射电路14、发射端控制器15。发射电路14包括顺序连接的高频逆变器141和二选一切换开关142，二选一切换开关142连接震动马达121及通过发射谐振网络143连接能量发射线圈132；发射端控制器15连接二选一切换开关142。当然，发射电路14还包括连接市电的交流转直流电路，交流转直流电路连接高频逆变器141，进一步将直流转化为交流。
接收端控制器241用于与发射端控制器15建立通讯互连，之后，用于打开摄像头242及补光灯243以拍摄发射机构1的表面，之后，用于根据拍取的照片判断能量接收线圈21与能量发射线圈132是否对准，若未对准则用于向车载电脑发送发射机构1与接收机构2之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则用于进一步判断发射机构1的表面是否存在异物，若不存在异物则用于向发射端控制器15发送充电指令，若存在异物则用于向发射端控制器15发送异物清除指令。
发射端控制器15用于根据充电指令控制二选一切换开关142切换到高频逆变器141与发射谐振网络143之间的通路；以及用于根据异物清除指令控制二选一切换开关142切换到高频逆变器141与震动马达121之间的通路，震动马达121在获取到高频逆变器141输出的电源后开始震动工作，直至接收端控制器241向发射端控制器15发送充电指令。
需要说明的是，在其他实施方式中，二选一切换开关142可替换为其他具有相同功能的开关。
本例在发射机构1设置发射端控制器15、摄像头242、补光灯243，接收机构2设置接收端控制器241，彼此间进行无线通讯，以进行位置对准和异物检测，以及异物清除，从而能够保证在开启无线能量传输时，没有异物存在于耦合机构之间。
实施例2
为了完整、清楚地展现实施例1所示带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制过程，本实施例提供一种带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，如图5的流程图所示，包括步骤：
S1、车辆驶入停车位，停车位上的发射机构1(的发射端控制器15)与车辆上的接收机构2(的接收端控制器241)建立通讯连接；
S2、接收机构2拍摄发射机构1(球形弧面层13)的表面；
S3、接收机构2根据拍取的照片判断接收机构2是否对准发射机构1，若未对准则向车载电脑发送发射机构1与接收机构2之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则进入下一步；
S4、接收机构2根据拍取的照片判断发射机构1的表面是否存在异物，若存在异物则向发射机构1发送异物清除指令并执行步骤S5、S6，若不存在异物则向发射机构1发送充电指令则执行步骤S7；
S5、发射机构1根据异物清除指令控制震动马达121工作，能量发射线圈132不工作；
S6、接收机构2持续拍摄发射机构1的表面并判断异物是否清除完毕(还可以采用其他判断方式，比如是否达到既定时间，传感器是否监测到有异物)，若否则继续判断，若是则向发射机构1发送充电指令并执行步骤S7；
S7、发射机构1根据充电指令控制能量发射线圈132工作，震动马达121不工作。
该控制方法在无线充电前基于图像识别对接收机构2先进行对准，然后再进行异物检测，并在检测到异物后通过开启震动马达121对发射机构1表面的异物进行清除，清除完成后再开启充电通道进行无线能量传输，从而可确保开启无线充电前耦合机构之间不存在异物。
进一步地，步骤S5具体包括步骤：
S51、发射端控制器15根据异物清除指令控制二选一切换开关142切换到高频逆变器141与震动马达121之间的通路；
S52、震动马达121在获取到高频逆变器141输出的电源后开始震动工作。
通过二选一切换开关142，控制在震动马达121工作时能量发射线圈132不工作，在能量发射线圈132工作时，震动马达121不工作，以确保异物清除工作与无线充电工作的有序切换。
进一步地，步骤S7具体包括步骤：
S71、发射端控制器15根据充电指令控制二选一切换开关142切换到高频逆变器141与发射谐振网络143之间的通路，此时能量发射线圈132工作；
S72、在能量发射线圈132的工作过程中，接收机构2定时拍摄发射机构1的表面，并判断是否存在异物，若存在异物则向发射端控制器15发送异物清除指令并转入步骤S5，若不存在异物则不反应。
该步骤在无线充电期间，定期检测耦合机构之间是否出现异物，并在出现异物时立即切断充电线路，并开启震动马达121进行异物清除，以确保整个无线充电过程中耦合机构之间几乎无异物存在。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其特征在于，包括安设于地面上的发射机构（1）；
所述发射机构（1）包括固定在地面上的柔性层（11），设置在所述柔性层（11）上的球形弧面层（13），以及填充在所述柔性层（11）及所述球形弧面层（13）之间的刚性层（12）；
所述球形弧面层（13）包括发射端磁芯层（131）以及嵌设在所述发射端磁芯层（131）上的能量发射线圈（132）；
所述刚性层（12）内设置有震动马达（121）；
该装置还包括安设于用电车辆（3）上的接收机构（2）；
所述接收机构（2）包括能量接收线圈（21）、接收端磁芯（22），以及连接所述能量接收线圈（21）的接收电路（23）；
所述发射机构（1）还包括发射电路（14）、发射端控制器（15）；所述发射电路（14）包括顺序连接的高频逆变器（141）和二选一切换开关（142），所述二选一切换开关（142）连接所述震动马达（121）及通过发射谐振网络（143）连接所述能量发射线圈（132）；所述发射端控制器（15）连接所述二选一切换开关（142）；
所述接收机构（2）还包括检测电路（24），所述检测电路（24）包括接收端控制器（241）以及连接所述接收端控制器（241）的摄像头（242）、补光灯（243）；
所述接收端控制器（241）用于与所述发射端控制器（15）建立通讯互连，之后，用于打开所述摄像头（242）及所述补光灯（243）以拍摄所述发射机构（1）的表面，之后，用于根据拍取的照片判断所述能量接收线圈（21）与所述能量发射线圈（132）是否对准，若未对准则用于向车载电脑发送所述发射机构（1）与所述接收机构（2）之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则用于判断所述发射机构（1）的表面是否存在异物，若不存在异物则用于向所述发射端控制器（15）发送充电指令，若存在异物则用于向所述发射端控制器（15）发送异物清除指令；
所述发射端控制器（15）用于根据所述充电指令控制所述二选一切换开关（142）切换到所述高频逆变器（141）与所述发射谐振网络（143）之间的通路；以及用于根据所述异物清除指令控制所述二选一切换开关（142）切换到所述高频逆变器（141）与所述震动马达（121）之间的通路，所述震动马达（121）在获取到所述高频逆变器（141）输出的电源后开始震动工作，直至所述接收端控制器（241）向所述发射端控制器（15）发送充电指令。
2.根据权利要求1所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其特征在于：所述能量发射线圈（132）适配所述发射端磁芯层（131）的弧度且等高地嵌设在所述发射端磁芯层（131）上。
3.根据权利要求2所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其特征在于：所述发射端磁芯层（131）由交错分布的导磁块（1311）和非导磁刚性块（1312）构成。
4.根据权利要求3所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其特征在于：以所述球形弧面层（13）的弧面顶点为圆心，所述导磁块（1311）和所述非导磁刚性块（1312）等圆心角扇形交错分布。
5.根据权利要求1所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置，其特征在于：所述震动马达（121）横向安装于所述刚性层（12）的中心位置，其采用高电压横向震动马达。
6.根据权利要求1~5任一项所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、车辆驶入停车位，停车位上的发射机构（1）与车辆上的接收机构（2）建立通讯连接；
S2、接收机构（2）拍摄发射机构（1）的表面；
S3、接收机构（2）根据拍取的照片判断接收机构（2）是否对准发射机构（1）是否对准，若未对准则向车载电脑发送发射机构（1）与接收机构（2）之间的位置信息并重新判断是否对准，若对准则进入下一步；
S4、接收机构（2）根据拍取的照片判断发射机构（1）的表面是否存在异物，若存在异物则向发射机构（1）发送异物清除指令并执行步骤S5、S6，若不存在异物则向发射机构（1）发送充电指令则执行步骤S7；
S5、发射机构（1）根据异物清除指令控制震动马达（121）工作，能量发射线圈（132）不工作；
S6、接收机构（2）持续拍摄发射机构（1）的表面并判断异物是否清除完毕，若否则继续判断，若是则向发射机构（1）发送充电指令并执行步骤S7；
S7、发射机构（1）根据充电指令控制能量发射线圈（132）工作，震动马达（121）不工作。
7.根据权利要求6所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，其特征在于，步骤S5具体包括步骤：
S51、发射端控制器（15）根据异物清除指令控制二选一切换开关（142）切换到高频逆变器（141）与震动马达（121）之间的通路；
S52、震动马达（121）在获取到高频逆变器（141）输出的电源后开始震动工作。
8.根据权利要求7所述的带异物检测及清除功能的车用无线充电装置的控制方法，其特征在于，步骤S7具体包括步骤：
S71、发射端控制器（15）根据充电指令控制二选一切换开关（142）切换到高频逆变器（141）与发射谐振网络（143）之间的通路，此时能量发射线圈（132）工作；
S72、在能量发射线圈（132）的工作过程中，接收机构（2）定时拍摄发射机构（1）的表面，并判断是否存在异物，若存在异物则向发射端控制器（15）发送异物清除指令并转入步骤S5，若不存在异物则不反应。
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