基于三线圈的无线供电电动车定位装置及定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置及定位方法，其中的定位装置包括：安装在电动车底盘上的三个相同的圆形定位线圈，三个定位线圈的圆心形成一个等腰直角三角形，等腰直角三角形的两条直角边的长度等于两根通电导轨之间的宽度；初始时刻时，位于等腰直角三角形直角顶点的定位线圈的圆心正对一根通电导轨，另外两个定位线圈的圆心分别向两根通电导轨的同侧偏移预设的距离，与直角顶点正对的通电导轨与其偏移角度最小的直角边在水平方向上形成的夹角α。本发明专利技术通过分析三个定位线圈的拾取电压的变化趋势能更好的使电动车与通电导轨对中，从而达到最强能量，同时能够精确判断出电动车的偏移方向及偏移程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动车无线供电
，更为具体地，涉及一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置及定位方法。
技术介绍
与传统汽车相比，电动汽车具有环保、效率高、维修方便、噪音低、维护成本低等绝对优势。但同时，相比于传统汽车技术，电动汽车的技术特别是供电技术方面还并不完善。无线供电技术作为一种新型电力传输技术，它的应用不仅可以增加充电的安全性和可靠性，当发射功率足够大时，甚至可以让电动车脱离锂电池，实现全程在线供电。然而无线供电电动车并非像交通轨道车一样只能在给定轨道上运行，它允许有一定的偏移自由度，当电动车偏移供电导轨的偏移角度在允许范围内仍可正常工作，当偏移角度太大将会降低电能的传输能力。人工驾驶电动车在行进过程中一般采用导轨式发射装置。当电动车沿着导轨运行时，就可以从导轨上获取持续的电能，从而可以大大减小电池的容量，甚至完全取消电池。基于此，设计一套合理的电动车位置检测系统可以为驾驶员实时提供电动车偏离轨道的状态，从而使得电动车更好地运行在预设轨道上、稳定地拾取电能。目前已有的电动车定位引导方式有激光引导、惯性引导、视觉引导、电磁引导、超声定位等等。激光引导是利用激光扫描器识别设置在电动车活动范围内的若干个定位标志来确定其坐标位置，其缺点是抗光干扰能力较差；惯性引导针是通过在路径上每隔一段距离设置一对磁钉，由磁栅尺检测进行位置检测与校准，其缺点是抗震动能力差；视觉引导是通过电动车在行进过程中摄像头实时获取前方参考物的位置进行电动车的位置分析，其缺点是成本较为昂贵；超声定位是利用超声波检测法实现放电点的定位，但其缺点是超声波受多径效应和非视距传播影响很大。此外，由于无线供电电动车在行驶过程中始终处于一个高磁场的环境当中，额外增加附件会受到磁场的影响且无法充分利用已有资源，相比之下电磁引导在无线供电电动车定位方面应用较多，其原理是通过设置在车身上的电磁传感器感受到周围磁场的强弱来进行位置检测。对于电磁引导定位方式，已有的设计针对的均为单根导轨通过电磁引导的方式进行路径选择，无法解决实际情况中驾驶员驾驶电动车在双导轨发射线圈上行驶时定位的问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置及定位方法，以解决无线供电电动车在通电导轨上运行时偏移角度的大小会影响电能传输能力的问题。本专利技术提供一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置，包括安装在无线供电电动车底盘上的三个相同的圆形的定位线圈，三个定位线圈的圆心形成一个等腰直角三角形，等腰直角三角形的两条直角边的长度等于两根通电导轨之间的宽度；其中，初始时刻时，位于等腰直角三角形直角顶点的定位线圈的圆心正对一根通电导轨，另外两个定位线圈的圆心分别向两根通电导轨的同侧偏移预设的距离，与直角顶点正对的通电导轨与其偏移角度最小的直角边在水平方向上形成的夹角α的取值范围为：0＜α≤αmax，时，从无线供电电动车的前后方向看，使位于前方的两个定位线圈在初始时刻的拾取电压达到最大，另一个定位线圈在初始时刻的拾取电压为零；其中，d为两根通电导轨之间的宽度，h为三个定位线圈构成的平面到所述两根通电导轨所在平面的距离。本专利技术还提供一种基于三线圈的无线供电电动车定位方法，利用基于三线圈的无线供电电动车定位装置对无线供电电动车进行定位，基于三线圈的无线供电电动车定位装置中的三个定位线圈分别为第一定位线圈、第二定位线圈和第三定位线圈，两根通电导轨分别为第一通电导轨和第二通电导轨，第一通电导轨相对于无线供电电动车的行驶方向位于第二通电导轨的左侧，初始时刻时，第一定位线圈的圆心正对第一通电导轨，从无线供电电动车的前后方向看，第三定位线圈位于第一定位线圈的后侧，该定位方法具体包括：分别采集第一定位线圈的电压ua、第二定位线圈的电压ub和第三定位线圈的电压uc；当ub-Δ≤ua≤ub+Δ且uc≤Δ时，无线供电电动车未偏移两根通电导轨；当ua[i]+Δ≤ua[i-n]或ub[i-n]-Δ≤ub[i]≤ub[i-n]+Δ或uc[i]≥uc[i-n]+Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的一侧偏移；当ua[i]+Δ≤ua[i-n]或ub[i]≥ub[i-n]+Δ或uc[i]≥uc[i-n]+Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的另一侧偏移；在电动车相对于两根通电导轨发生偏移时，定义三个偏移等级，分别为：εmin偏移角度较小、εmid偏移角度略大和εmax偏移角度较大，且三个偏移角度均小于90°；以及，当ua[i]+Δ≤ua[i-n]且ua≤Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmin；当ub-Δ≤ua≤ub+Δ且uc﹥Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmid；当ua≤Δ且ub[i-n]-Δ≤ub[i]≤ub[i-n]+Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmax；当ub[i]+Δ≤ub[i-n]且ub≤Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmin；当ub[i]﹥ub[i-n]+Δ且ub[i]﹥ub[i+n]+Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmid；当ua≤Δ时，无线供电电动车向两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmax；其中，Δ为第一定位线圈、第二定位线圈和第三定位线圈的实际合成电压Δu与理论合成电压Δu0的偏差，通过反复迭代的方式对Δ进行优化，从而使无线供电电动车定位装置达到更高的精度。本专利技术还提供一种无线供电电动车的位置检测系统，包括前述的基于三线圈的无线供电电动车定位装置、电压放大装置、整流装置和控制板，其中，基于三线圈的无线供电电动车定位装置用于拾取无线供电电动车的定位数据；电压放大装置用于放大所述定位数据；整流装置用于整流放大后的定位数据；控制板用于根据整流后的定位数据控制无线供电电动车的偏移。本专利技术提供的基于三线圈的无线供电电动车定位装置及定位方法，具有稳定性强、灵敏度高、成本较低、实用性高等优点，通过分析拾取的三个定位线圈的电压的变化趋势，能更好的使无线供电电动车与通电导轨对中，从而达到最强能量，同时能够精确判断出电动车的偏移方向及偏移程度。为了实现上述以及相关目的，本专利技术的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本专利技术的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。此外，本专利技术旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。附图说明通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：图1a和图1b为中间型拾取电压的变化趋势图；图2为双线圈拾取电压的变化趋势图；图3a-图3c为本专利技术实施例的双通电导轨与空间中某点P的示意图；图4为本专利技术实施例的三定位线圈的摆放位置图；图5a-图5c为本专利技术实施例的电动车直线行走时的电压变化图；图6为图5a-图5c的电压合成图；图7为合成电压与偏移角度的关系图；图8为电动车定位装置的定位模型图；图9为桥式整流电路的电路图；图10为Lf353P型号的差分放大电路的电路图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置，其特征在于，包括安装在无线供电电动车底盘上的三个相同的圆形的定位线圈，三个定位线圈的圆心形成一个等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的两条直角边的长度等于所述两根通电导轨之间的宽度；其中，初始时刻时，位于所述等腰直角三角形直角顶点的定位线圈的圆心正对一根通电导轨，另外两个定位线圈的圆心分别向所述两根通电导轨的同侧偏移预设的距离，与所述直角顶点正对的通电导轨与其偏移角度最小的直角边在水平方向上形成的夹角α的取值范围为：0＜α≤αmax，时，从所述无线供电电动车的前后方向看，使位于前方的两个定位线圈在初始时刻的拾取电压达到最大，另一个定位线圈在初始时刻的拾取电压为零；其中，d为两根通电导轨之间的宽度，h为三个定位线圈构成的平面到所述两根通电导轨所在平面的距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于三线圈的无线供电电动车定位装置，其特征在于，包括安装在无线供电电动车底盘上的三个相同的圆形的定位线圈，三个定位线圈的圆心形成一个等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的两条直角边的长度等于所述两根通电导轨之间的宽度；其中，初始时刻时，位于所述等腰直角三角形直角顶点的定位线圈的圆心正对一根通电导轨，另外两个定位线圈的圆心分别向所述两根通电导轨的同侧偏移预设的距离，与所述直角顶点正对的通电导轨与其偏移角度最小的直角边在水平方向上形成的夹角α的取值范围为：0＜α≤αmax，时，从所述无线供电电动车的前后方向看，使位于前方的两个定位线圈在初始时刻的拾取电压达到最大，另一个定位线圈在初始时刻的拾取电压为零；其中，d为两根通电导轨之间的宽度，h为三个定位线圈构成的平面到所述两根通电导轨所在平面的距离。2.如权利要求1所述的基于三线圈的无线供电电动车定位装置，其中，所述三个定位线圈的形状、大小、电感值完全相同。3.如权利要求1所述的基于三线圈的无线供电电动车定位装置，其中，位于所述等腰直角三角形直角顶点的定位线圈为第一定位线圈，与所述第一定位线圈的圆心正对的通电导轨为第一通电导轨，位于所述第一定位线圈的相对于所述无线供电电动车的行驶方向的后侧的定位线圈为第三定位线圈，另外的定位线圈和通电导轨分别为第二定位线圈和第二通电导轨，所述第一通电导轨相对于所述无线供电电动车的行驶方向位于所述第二通电导轨的左侧，其中，所述第一通电导轨在空间中P点产生的磁感应强度B1为： B 1 = μ 0 I 4 πr 1 ( cosθ 1 - cosθ 2 ) - - - ( 1 ) ]]>式(1)中，P点为所述第三定位线圈的位置，μ0为真空磁导率，I为通电导轨的电流强度，r1为所述P点到所述第一通电导轨的垂直距离，θ1和θ2分别为所述第一通电导轨两端的电流元到所述P点的位矢之间的夹角；所述第二通电导轨在所述P点产生的磁感应强度B2为： B 2 = μ 0 I 4 πr 2 ( cosθ 3 - cosθ 4 ) - - - ( 2 ) ]]>式(2)中，r2为所述P点到所述第二通电导轨的垂直距离，θ3和θ4分别为所述第二通电导轨两端的电流元到所述P点的位矢之间的夹角；通过所述第三定位线圈的磁通量为：φ＝B1S sinβ1+B2S sinβ2 (3)式(3)中，β1和β2分别为通过所述第三定位线圈的磁感应强度B1、B2与所述第三定位线圈所在平面的夹角。4.一种基于三线圈的无线供电电动车定位方法，利用权利要求4所述的基于三线圈的无线供电电动车定位装置对无线供电电动车进行定位，所述方法包括：分别拾取第一定位线圈的电压ua、第二定位线圈的电压ub和第三定位线圈的电压uc，；当ub-Δ≤ua≤ub+Δ且uc≤Δ时，所述无线供电电动车未偏移两根通电导轨；当ua[i]+Δ≤ua[i-n]或ub[i-n]-Δ≤ub[i]≤ub[i-n]+Δ或uc[i]≥uc[i-n]+Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的一侧偏移；当ua[i]+Δ≤ua[i-n]或ub[i]≥ub[i-n]+Δ或uc[i]≥uc[i-n]+Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的另一侧偏移；在所述无线供电电动车相对于所述两根通电导轨发生偏移时，定义三个偏移等级，分别为：εmin偏移角度较小、εmid偏移角度略大和εmax偏移角度较大，且三个偏移角度均小于90°；以及，当ua[i]+Δ≤ua[i-n]且ua≤Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmin；当ub-Δ≤ua≤ub+Δ且uc﹥Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmid；当ua≤Δ且ub[i-n]-Δ≤ub[i]≤ub[i-n]+Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的一侧偏移的程度为εmax；当ub[i]+Δ≤ub[i-n]且ub≤Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmin；当ub[i]﹥ub[i-n]+Δ且ub[i]﹥ub[i+n]+Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmid；当ua≤Δ时，所述无线供电电动车向所述两根通电导轨的另一侧偏移的程度为εmax；其中，Δ为所述第一定位线圈、所述第二定位线圈和所述第三定位线圈的实际合成电压Δu与理论合成电压Δu0的偏差，通过反复迭代的方式对Δ进行优化。5.如权利要求4所述的基于三线圈的无线供电电动车定位方法，其特征在于，所述Δu的计算公式为： Δ u = u a ‾ - u b ‾ + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙跃，唐春森，贾鑫，王智慧，戴欣，朱婉婷，叶兆虹，苏玉刚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50