CN115313677A - 一种用于无线充电的异物检测方法、无线充电方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无线充电的异物检测方法、无线充电方法及系统，异物检测方法包括充电前异物检测，充电前异物检测由发射线圈在小功率状态下工作，并通过红外温度传感器采集检测区域内的温度数据，且基于温度数据判断发射线圈与接收线圈之间是否存在异物。无线充电方法基于前述方法实施异物检测。充电系统用于前述充电方法。本发明的有益效果是，检测方法基于发射线圈小功率工作状态实施，可在充电前和充电过程中实现异物检测，且检测范围宽。充电方法具有前述异物检测过程，并在检测到异物时报警。充电系统利用发射线圈小功率工作状态实施充电前的异物检测，可降低系统设计难度，并节省空间。
Description
技术领域
本发明涉及异物检测的技术，特别是一种用于无线充电的异物检测方法、无线充电方法及系统。
背景技术
近年来，无线充电技术凭借安全、快捷方便的优点，在许多领域得到了推广与应用。由于无线充电系统利用高频交变磁场来实现电能的非接触传输，因此在实际应用中，存在着外部异物侵入系统交变磁场的情况。如果侵入的物体是金属异物，会造成系统充电效率的下降，同时金属异物的涡流效应会产生大量的热，对无线充电系统造成安全隐患，如果侵入的物体是生物体，磁场产生的电磁辐射可能会对生物体的健康造成影响，因此针对无线充电系统的异物检测技术不可或缺。
目前，针对无线充电系统中的异物检测方案颇多，根据检测原理和实现手段的不同，可以分为以下三类方式：基于原接收系统参数的检测方案、添加检测线圈的检测方案以及添加相机、超声波等其他辅助传感器的检测方案。其中添加检测线圈的方案由于实现成本较低、检测精度较高，目前应用较广。此类方法主要利用检测线圈来提取异物信息，因此设计适当的检测线圈排布是该类方案实现的关键。同时由于检测线圈与无线充电系统的原接收线圈存在耦合，该方法还需要克服来自发射线圈、外界复杂电磁环境以及检测系统本身的噪声干扰，对信号处理电路的设计有较高要求。为了消除检测盲区，提高检测的范围及灵敏度，该类方案通常会增加检测线圈的层数或匝数，这会加大检测线圈与系统原接收的耦合程度，进而增加系统设计难度。同时由于线圈层数和面积增加，导致检测系统进一步占用原系统空间。除此之外，此方案异物检测的范围集中于检测线圈覆盖的面积，难以对充电系统的周边范围进行检测，导致不能对检测范围需求较大的场合进行异物检测。
发明内容
本发明的第一目的是针对现有无线充电技术中需要专门设置异物检测装置的不足，提供一种用于无线充电的异物检测方法，该方法利用充电线圈自身的小功率工作状态进行异物检测，从而使无线充电系统不需单独设置检测线圈，节省了系统占用空间。本发明的第二目的提供一种无线充电方法，该方法利用前述异物检测方法在充电前和充电过程中进行异物检测，以确保充电安全。本发明的第三目的提供一种无线充电系统，该系统结构简单，空间占用少，并可有效降低设计难度。
为实现本发明的第一目的，本发明采用如下技术方案。
一种用于无线充电的异物检测方法，包括充电前异物检测，所述充电前异物检测由发射线圈在小功率状态下工作，并通过红外温度传感器采集检测区域内的温度数据，且基于温度数据判断发射线圈与接收线圈之间是否存在异物。
采用前述方案的检测方法，利用了金属异物在高频交变磁场中产生的涡流热效应，通过红外测温传感器检测发射线圈区域的温度变化，以此，作为金属异物检测的判断依据。在无线充电工作前，令发射线圈在小功率范围内工作，若系统产生的交变磁场中存在金属异物，金属异物的表面温度会在涡流的作用下出现明显的温升，其发出的红外辐射的波长也将发生改变，该改变被红外测温传感器采集，作为金属异物存在的标志。对于生物异物来说，由于生物体的体温恒定，发射红外辐射的波长也恒定，有着和金属异物不同的变化趋势，因此，可以作为分别金属异物和生物体的依据。其中，发射线圈在小功率范围内工作是指充电前检测时，发射线圈工作的功率小于其额定功率，由于本方法利用了发射线圈在小功率工作状态下进行异物检测，无需单独设置检测系统，从而简化了无线充电系统的结构，节省了空间，降低了系统设计难度。
优选的，还包括充电过程中的异物检测；所述充电过程中的异物检测主要利用红外温度传感器采集发射线圈与接收线圈之外的周边区域的温度数据，并基于温度变化数据和运动特征判断是否有异物侵入。以在充电过程，主要检测生物侵入导致短路和生物触电伤亡隐患；当然，也可检测到运动的导体进入充电区的隐患，确保充电过程安全。
进一步优选的，还包括基于菲涅尔透镜拓宽红外温度传感器的探测区域。以尽量使检测范围扩大，并消除检测盲区，确保检测可靠性。
优选的，所述红外温度传感器按每1秒采集4～5次数据。这样可以在避免在充电过程中进入异物的同时，还能减小电能的过多消耗。
为实现第二目的，本发明采用如下技术方法。
一种无线充电方法，用于对待充电设备进行无线充电，包括实现第一目的的异物检测方法，以在检测到异物时，停止发射线圈工作；在未检测到异物时，发射线圈按设定功率向接收线圈充电。
采用前述方案的充电方法，利用发射线圈在小功率工作状态下进行异物检测，无需单独设置检测系统，从而简化了无线充电系统的结构，节省了空间，降低了系统设计难度。
优选的，还包括在检测到有异物时发出报警信号。以通过报警信号告知管理人员或充电人员，以便及时排除故障后再充电。
为实现本发明的第三目的，本发明采用如下技术方案。
一种无线充电系统，用于实现第二目的的无线充电方法，包括发射线圈、接收线圈和报警装置，所述发射线圈和接收线圈的外周均安装有数个红外温度传感器；所述红外温度传感器和接收线圈均与报警装置电连接，所述发射线圈与控制器电连接，所述控制器与报警装置电连接；所述红外温度传感器用于充电前和充电过程中检测充电区域是否存在有异物。
采用前述方案的充电系统，利用发射线圈在小功率工作状态下进行异物检测，无需单独设置检测系统，并通过设置报警装置，在红外温度传感器检测到充电区域内有物体的表面温度迅速升温并超过控制器设定的温度阈值时，或通过该红外温度传感器检测到该区域内有运动异物时，判断出该区域内存在导体异物或生物异物，控制器通过报警装置发出信号，与此同时，控制器发出对发射线圈停止充电的指令；如果在该区域未检测异物时，控制器使所有设备均保持正常工作，直至充电结束。相对于通过加大检测线圈的层数或匝数来消除检测盲区，降低了系统设计难度，并避免加大占用原系统空间。
优选的，所述红外温度传感器上安装有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜用于扩大所述红外温度传感器的检测范围。
通过在红外温度传感器上安装有菲涅尔透镜，达到检测区域内无检测盲区，甚至可以实现红外温度传感器的检测区域形成部分重叠，从而提升检测准确性。
本发明的有益效果是，检测方法基于发射线圈小功率工作状态实施，并利用金属异物在高频交变磁场中产生的涡流热效应，通过红外测温传感器检测发射线圈区域的温度变化，以及生物高于环境温度恒定温度特点，以及运动特征，从而可以在充电前和充电过程中实现异物检测，且检测范围宽。充电方法具有前述异物检测过程，并在检测到异物时报警。充电系统利用发射线圈小功率工作状态实施充电前的异物检测，充电过程中利用并利用红外温度传感器检测，可代替通过加大检测线圈的层数或匝数来消除检测盲区，降低了系统设计难度，并避免加大占用原系统空间。
附图说明
图1是本发明中充电方法的工作原理图。
图2是本发明中无线充电系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例一，参见图1和图2，一种用于无线充电的异物检测方法，包括充电前异物检测，所述充电前异物检测由发射线圈在小功率状态下工作，并通过红外温度传感器采集检测区域内的温度数据，且基于温度数据判断发射线圈与接收线圈之间是否存在异物。
还包括充电过程中的异物检测；所述充电过程中的异物检测主要利用红外温度传感器采集发射线圈与接收线圈之外的周边区域的温度数据，并基于温度变化数据和运动特征判断是否有异物侵入。
还包括基于菲涅尔透镜拓宽红外温度传感器的探测区域。
其中，所述红外温度传感器按每1秒采集4～5次数据。
实施例二，参见图1和图2，一种无线充电方法，用于对待充电设备进行无线充电，包括实施例一的异物检测方法，以在检测到异物时，停止发射线圈工作；在未检测到异物时，发射线圈按设定功率向接收线圈充电。
还包括在检测到有异物时发出报警信号。
实施例三、参见图1和图2，一种无线充电系统，用于实现第二目的的无线充电方法，包括发射线圈、接收线圈和报警装置，所述发射线圈和接收线圈的外周均安装有数个红外温度传感器；所述红外温度传感器和接收线圈均与报警装置电连接，所述发射线圈与控制器电连接，所述控制器与报警装置电连接；所述红外温度传感器用于充电前和充电过程中检测充电区域是否存在有异物。
其中，红外温度传感器上安装有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜用于扩大所述红外温度传感器的检测范围。
在实际充电操作时，在充电前，首先对发射线圈进行小功率充电，并使所有红外温度传感器保持检测状态采集信号。当红外温度传感器检测到充电区域内有物体表面温度迅速升温并超过设置阈值时，或通过该红外温度传感器检测到该区域内有运动特征时，判断出该区域内存在异物，则控制器对报警装置发出信号，与此同时，控制器发出对发射线圈停机指令，以便清理掉该区域内的异物；如果在该区域未检测到物体的表面温度迅速升温并超过设置阈值，且没有运动特征时，控制器则令发射线圈按正常功率或额定功率充电。在充电过程中，通过红外温度传感器的持续性检测，若发现异物则停止充电，如未发现异物则持续充电，直至充电结束。在清理完异物后，再次充电时，充电系统重复充电前检测工作，直至无异物后，持续充电和持续检测，直至充电结束。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种用于无线充电的异物检测方法，包括充电前异物检测，其特征在于，所述充电前异物检测由发射线圈在小功率状态下工作，并通过红外温度传感器采集检测区域内的温度数据，且基于温度数据判断发射线圈与接收线圈之间是否存在异物。
2.根据权利要求1所述的用于无线充电的异物检测方法，其特征在于，还包括充电过程中的异物检测；所述充电过程中的异物检测主要利用红外温度传感器采集发射线圈与接收线圈之外的周边区域的温度数据，并基于温度变化数据和运动特征判断是否有异物侵入。
3.根据权利要求2所述的用于无线充电的异物检测方法，其特征在于，还包括基于菲涅尔透镜拓宽红外温度传感器的探测区域。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于无线充电的异物检测方法，其特征在于，所述红外温度传感器按每1秒采集4～5次数据。
5.一种无线充电方法，用于对待充电设备进行无线充电，其特征在于，包括权利要求1-4中任意一项所述的异物检测方法，以在检测到异物时，停止发射线圈工作；在未检测到异物时，发射线圈按设定功率向接收线圈充电。
6.根据权利要求5所述的无线充电方法，其特征在于，还包括在检测到有异物时发出报警信号。
7.一种无线充电系统，其特征在于，用于权利要求5或6所述的无线充电方法，包括发射线圈、接收线圈和报警装置，所述发射线圈和接收线圈的外周均安装有数个红外温度传感器；所述红外温度传感器和接收线圈均与报警装置电连接，所述发射线圈与控制器电连接，所述控制器与报警装置电连接；所述红外温度传感器用于充电前和充电过程中检测充电区域是否存在有异物。
8.根据权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，所述红外温度传感器上安装有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜用于扩大所述红外温度传感器的检测范围。
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