本发明专利技术公开了一种安装在地面上的原边、异物检测方法及装置，上述原边包括：磁芯以及绕在两个底部向外扩展的磁芯边柱上的原边绕组，还包括：在两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组之上沿着Y轴方向安装的一对或多对异物检测线圈对，一对或多对异物检测线圈对与原边所在的平面平行，以X轴方向对称的两个异物检测线圈为一对；一对或多对异物检测线圈对的边沿将两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组的边沿完全覆盖，其中，Y轴方向和X轴方向平行于原边所在平面，Y轴方向为磁芯边柱的延伸方向，X轴方向垂直于Y轴方向。本发明专利技术公开的安装在地面上的原边、异物检测方法及装置，能够有效进行异物检测，保证安全充电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输领域，具体涉及一种安装在地面上的原边、异物检测方法及装置。
技术介绍
日益增长的汽车数量，对以石油和天然气为主的能源提出了很高的需求，而随着石化能源日益枯竭，长期来看油价将居于高位。同时，汽车尾气所带来的空气污染也越来越严重。发展电动汽车(EV，Electric Vehicle)，是世界公认的缓解能源短缺和环境污染的有效策略。电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。电动汽车由于其节能、环保、噪音小等优势，其前景被广泛看好。然而，电动汽车的发展仍然面临着很多技术问题，动力电池及其充电技术是发展电动汽车最重要的因素之一。电池充电技术分为有线充电(接触式充电)和无线充电。对于有线充电，其运作模式和现有的加油站类似，需要手动专人进行操作，这种方式的缺点是显而易见的，比如虽然有严格的设计规范保证安全，但是充电口在高电压、大电流冲击下，容易打火，导致器件老化；充电接口部件容易沾染灰尘、雨雾、油烟等，监测维护麻烦；从日常经验看，大功率插座的损害率都非常高，而充电站的插座需要经常插拔，问题将更加严重。无线充电，也称为无线供电(WPT，Wireless Power Transmission)，是通过电磁感应等技术，在充电器和设备之间的空气中传输电能，使得电流流动从而为电池充电的技术。这种无线充电方法有效地应用于需要大容量电池充电手持通信装置、电动汽车等，而且由于连接点埋于地下，因此几乎没有漏电等危险，能够防止有线充电方式中连接不良的问题。而且，无线充电能够做到无人值守，无须动手，
全自动操作，安全可靠；可以做到常用常充，提高电池寿命和长期使用后的整车价值；中功率充电，对电网压力小，方便在停车场、车库普及安装充电装置。近年来，无线充电核心技术日益成熟，无线充电技术主要有以下三种：射频或微波WPT、电磁感应式WPT以及电磁共振式WPT。电磁感应式WPT是基于电磁感应原理，利用原、副边分离的变压器(称为松耦合变压器)，在较近距离条件下(如20cm)进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术，其无线充电端到端效率已经接近90％，无线充电功率可达30kw，甚至更高。本专利技术应用于电磁感应式WPT系统，如无特殊说明，下文描述提及的无线充电系统指的是电磁感应式WPT系统。图1是现有技术中电动汽车无线充电的位置示意图。图2是现有技术中原边、副边以及异物的位置关系示意图。如图1所示，电动汽车102停靠在具有无线充电功能的停车位101中，无线充电是通过分别安装在停车位地面上和电动汽车上的原边和副边103来实现的。直角坐标系OXYZ固定在原边上，原点O取为原边201的中心，OXY在为原边所在的平面上，X-轴正方向指向为电动汽车车头方向，Z-轴正方向为垂直向上。副边202上也有类似的直角坐标系O’X’Y’Z’，原点O’取为副边202的中心，在理想情况下，O’Z’与OZ重合，OO’为原副边之间的标称气隙大小，O’X’在OXY平面的垂直投影与OX重合，O’Y’在OXY平面的垂直投影与OY重合。图2重点突出了无线充电系统的原边201和副边202。其中，原边201固定安装在停车位地面上，副边202固定安装在电动汽车上。图3为现有技术的松耦合变压器示意图，采用平面U型磁芯，参考中国专利申请CN200910032016.X“边沿扩展型高耦合系数非接触变压器”。下半部分为变压器原边301，上半部分为变压器副边302，其绕组采用分布式平面绕组结构，这种U型磁芯能够在一定的横向尺寸下获得较大的磁柱间距离，以提高耦合系数。原边磁芯303和副边磁芯304为平面U型磁芯，磁芯303由磁芯边柱303A和303B和磁芯顶柱303C组成。磁芯的材料有很多种，可以根据变压器的应用场景选择合适的材料。电动汽车无线充电系统使用的松
耦合变压器为高频变压器，磁芯一般选择铁氧体磁芯。原边绕组305和副边绕组306采用分布式平面绕组布置方式，可增大漏磁通闭合的磁路长度，同时增大相应的磁阻。原边绕组305分绕在两个底部向外扩展的磁芯边柱上，两个磁芯边柱上的两部分绕组顺向串联成一个原边绕组305。副边绕组306的缠绕方式与原边绕组305类似。松耦合变压器的原边301和副边302之间存在较大的气隙307，其大小为20cm左右，作为磁介质。当在原边绕组305加高频交流电流时，原边磁芯303产生交变的磁场，该磁场通过空气气隙307传到副边磁芯304中，这时副边绕组306中将有交变的磁场穿过，会产生感应电动势，实现能量的无线传输。图3中所示原边绕组305和副边绕组306中的电流方向只是示例了某个时间点的电流方向。由于无线充电系统的原副边分离，如图3所示，由于原边301和副边302之间存在气隙307，特别是在电动汽车无线充电应用时，原副边之间存在较大的气隙，有可能会进入异物203。而且对于公共充电站，可能为露天环境，无线充电功率发射线圈上方很可能会有石子，树叶，生活垃圾等杂物，以及硬币、钥匙链、铁片、金属包装纸等金属物质。我们将这种在无线充电时存在于原副边之间的异常物体称之为异物。在功率传输过程中气隙间具有很强的交变磁场，会在异物中感应出电动势。如果介质为绝缘体或者电阻率较高的不良导体，感应电动势所产生的涡流不大，功率损耗较小；但如果介质为金属导体，由于其电阻率较低，相同电动势会产生较大的涡流，从而产生了较大的功率损耗，导致导体的温度上升，如果附近有易燃物品就存在火灾的隐患。根据有关仿真和试验，0.5W到1W功率损耗，就可以使一枚硬币的温度上升超过80℃。而对于充电功率动辄几千瓦甚至几十千瓦的电动汽车无线充电系统，万分之几的功率损耗就可以使异物升温到足够点燃附近树叶、纸片等的程度。而在无线充电系统中，由于影响充电效率的因素非常多，有效检测千分之一的异常功率泄漏，还存在非常大的困难。因此，对于电动汽车等应用的高功率无线充电系统，目前仍然缺乏行之有效的异物检测技术。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种安装在地面上的原边、异物检测方法及装置，有效进行异物检测，保证安全充电。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种安装在地面上的原边，包括：磁芯以及绕在两个底部向外扩展的磁芯边柱上的原边绕组，还包括：在所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组之上沿着Y轴方向安装的一对或多对异物检测线圈对，所述一对或多对异物检测线圈对与原边所在的平面平行，以X轴方向对称的两个异物检测线圈为一对；所述一对或多对异物检测线圈对的边沿将所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组的边沿完全覆盖，其中，所述Y轴方向和所述X轴方向平行于所述原边所在平面，所述Y轴方向为所述磁芯边柱的延伸方向，所述X轴方向垂直于所述Y轴方向。本专利技术还提供一种基于所述原边的异物检测方法，包括以下步骤：当不存在副边时，检测每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压；计算每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度；当存在一对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度大于预设的异物检测阈值时，则确定原边上存在异物。进一步地，所述异物检测方法，还包括：当所有的异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度均不大于预设的异物检测阈值时，则本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种安装在地面上的原边，包括：磁芯以及绕在两个底部向外扩展的磁芯边柱上的原边绕组，其特征在于，还包括：在所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组之上沿着Y轴方向安装的一对或多对异物检测线圈对，所述一对或多对异物检测线圈对与原边所在的平面平行，以X轴方向对称的两个异物检测线圈为一对；所述一对或多对异物检测线圈对的边沿将所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组的边沿完全覆盖，其中，所述Y轴方向和所述X轴方向平行于所述原边所在平面，所述Y轴方向为所述磁芯边柱的延伸方向，所述X轴方向垂直于所述Y轴方向。
【技术特征摘要】
1.一种安装在地面上的原边，包括：磁芯以及绕在两个底部向外扩展的磁芯边柱上的原边绕组，其特征在于，还包括：在所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组之上沿着Y轴方向安装的一对或多对异物检测线圈对，所述一对或多对异物检测线圈对与原边所在的平面平行，以X轴方向对称的两个异物检测线圈为一对；所述一对或多对异物检测线圈对的边沿将所述两个底部向外扩展的磁芯边柱以及其上绕制的原边绕组的边沿完全覆盖，其中，所述Y轴方向和所述X轴方向平行于所述原边所在平面，所述Y轴方向为所述磁芯边柱的延伸方向，所述X轴方向垂直于所述Y轴方向。2.一种基于如权利要求1所述的原边的异物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：当不存在副边时，检测每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压；计算每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度；当存在一对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度大于预设的异物检测阈值时，则确定原边上存在异物。3.如权利要求2所述的异物检测方法，其特征在于，还包括：当所有的异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度均不大于预设的异物检测阈值时，则确定原边上不存在异物。4.如权利要求2所述的异物检测方法，其特征在于，还包括：当原边上不存在异物，且不存在副边时，检测每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压，并设置此时所述每对异物检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度为所述异物检测阈值。5.如权利要求2或4所述的异物检测方法，其特征在于：所述每对异物
\t检测线圈对中两个异物检测线圈的感应电压差异度为η＝...
【专利技术属性】
技术研发人员：范杰，刘俊强，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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