应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，紧贴发射线圈安装由上下两层检测线圈组成的检测线圈系统，每层检测线圈都由两个单元检测线圈构成，每个单元检测线圈为“日”字形平衡线圈；可使每个单元检测线圈的两侧通过磁通相同时两侧产生大小相同方向相反的感应电压；上下两层的“日”字形平衡线圈成90度排列，将发射线圈的上表面分成大小相同的4个检测区；接收检测线圈系统中两个检测线圈的感应电压值，一个异物的侵入可同时影响上下各一个单元检测线圈的感应电压，被影响的上下两个单元检测线圈可确定4个检测区中的侵入区。检测线圈对于系统传输效率几乎没有影响；该检测方法具有检测灵敏，检测实时性高，无检测死区的优点。

A two-stage foreign object location detection method applied to radio energy transmission system

The invention relates to a two-stage foreign object positioning detection method applied to the radio energy transmission system. The detection coil system composed of two layers of detection coils is installed close to the transmission coil. Each layer of detection coil is composed of two unit detection coils, each unit detection coil is a \day\ shaped balance coil, which can make two sides of each unit detection coil pass through the same magnetic flux The side produces induction voltage with the same size and opposite direction; the \day\ balance coil of the upper and lower layers is arranged at 90 degrees, and the upper surface of the transmitting coil is divided into four detection areas with the same size; the induction voltage value of two detection coils in the receiving detection coil system can be affected by the invasion of a foreign object, and the induction voltage of the detection coil of the upper and lower units can be affected at the same time, and the upper and lower two affected Unit detection coil can determine the intrusion area in 4 detection areas. The detection coil has almost no effect on the transmission efficiency of the system; the detection method has the advantages of sensitive detection, high real-time detection and no detection dead zone.

【技术实现步骤摘要】
应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法
本专利技术涉及一种金属异物检测技术，特别涉及一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法。
技术介绍
处于高频交变磁场环境下的金属异物因涡流效应会对无线电能传输造成极大的安全隐患。为此，采用不同方法的异物检测系统的研究成为无线电能传输技术研究的热点。其中，根据传输功率的变化对金属异物进行检测是最常见的方法，但由于体积小的金属异物造成的功耗很小，因此检测精度较低。还有研究人员提出采用热成像探头对金属异物进行检测的方法，也就是利用金属异物因涡流效应造成的温度升高来对异物进行检测。这种方法和前面的方法相比，检测灵敏度有一定的提高，但是热成像探头脆弱易损坏，且异物的检测只能在异物产生了功耗，温度升高之后进行检测，存在严重的延时性。随着无线电能传输技术在功率、效率和传输距离等方面的日趋成熟，该技术的研究重点开始更多的转向系统的安全性和可靠性；当有金属异物存在于线圈间隙中时，金属异物在交变磁场的作用下势必会造成涡流损耗，在降低系统传输效率的同时会释放大量的热量，使异物温度急剧升高，降低系统的安全性；目前提出的传输功率和热成像探头检测方法存在检测精度低，检测延时性高等缺陷。
技术实现思路
本专利技术是针对金属异物检测的精度和灵敏度的问题，提出了一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，采用两级检测线圈，每级检测线圈由两个单元平衡检测线圈构成，当有异物存在于线圈间隙时，异物将会打破单元平衡检测线圈原本平衡的状态，输出的感应电压升高，通过两级检测线圈互相配合实现对金属异物的定位。该检测方法具有造价低，参数提取简单，检测实时性好，响应灵敏度高、无检测死区等优点。仿真和实验结果表明当取阈值电压1.7V时，该检测方法可以将侵入系统的大小为20mm*20mm*20mm的铁块检测出来。本专利技术的技术方案为：一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，紧贴发射线圈安装检测线圈系统，检测线圈系统由上下两层检测线圈组成，贴近发射线圈一层检测线圈为一级检测线圈，另一上面一层检测线圈为二级检测线圈；每级检测线圈都由两个单元检测线圈构成，每个单元检测线圈为“日”字形平衡线圈，平衡线圈两侧采用反向绕制的方式，反向绕制的两侧要大小相等、形状相同，可使每个单元检测线圈的两侧通过磁通相同时两侧产生大小相同方向相反的感应电压；并且构成每一级的两个单元检测线圈大小、形状也要相同，每级中两个并列紧靠的单元检测线圈正好覆盖发射线圈的上表面，上下两层的“日”字形平衡线圈成90度排列，将发射线圈的上表面分成大小相同的4个检测区；接收检测线圈系统中两个检测线圈的感应电压值，一个异物的侵入同时影响两级检测线圈中的各一个单元检测线圈的感应电压，被影响的上下两个单元检测线圈确定4个检测区中的侵入区。所述检测线圈系统进行检测前，需确定平衡检测线圈的阈值电压，平衡检测线圈处于完全对称的发射线圈磁场中时，如无异物其平衡检测线圈输出的感应电压为零伏，为理想状态；通过对Maxwell中的磁耦合执行机构模型和Simplorer中的外电路建立联合仿真，将不同金属材料和大小的异物对于一次侧磁场磁感应强度的影响反映到检测线圈的感应电压中，检测线圈输出的感应电压大小和发射线圈产生的磁场的幅值成正比，找到磁场强度影响最小的材料处于发射线圈产生的磁场磁感应强度最小的区域时，检测线圈能够检测出的最小面积和厚度；使用磁场强度影响最小的材料根据异物最小面积和厚度进行的仿真，得到检测线圈的阈值电压。本专利技术的有益效果在于：本专利技术应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，检测线圈直接和电压表相连，回路电阻无限大，检测线圈对于系统传输效率几乎没有影响；该检测方法通过测量异物改变线圈间隙磁场分布造成的感应电压变化实现对异物的定位检测，具有检测灵敏，检测实时性高，无检测死区的优点；利用附加多级检测线圈对异物进行定位检测，用户可以根据实际需求调整定位精度，灵活性高；检测线圈采用单匝平衡检测线圈，绕制方式简单，造价低。附图说明图1为本专利技术带有两级检测线圈的磁耦合执行机构示意图；图2为本专利技术铁块侵入时发射线圈上表面磁感应强度云图；图3为本专利技术铁磁性金属附加磁场与原磁场叠加示意图；图4a为本专利技术发射线圈表面特定取值线上磁感应强度大小在同一位置大小相同材质不同的异物的仿真结果图；图4b为本专利技术发射线圈表面特定取值线上磁感应强度大小在同一位置大小不同的铁块的仿真结果图；图4c为本专利技术发射线圈表面特定取值线上磁感应强度大小在同一分区不同位置大小相同的铁块的仿真结果图；图5为本专利技术两级检测线圈结构图；图6为本专利技术两级检测线圈检测分区图；图7为本专利技术带有检测线圈的磁耦合执行机构模型等效电路模型图；图8a为本专利技术同一位置大小相同材质不同的异物下检测线圈输出电压的仿真结果图；图8b为本专利技术同一分区不同位置大小相同的铁块下检测线圈输出电压的仿真结果图；图8c为本专利技术同一位置大小不同的铁块下检测线圈输出电压的仿真结果图；图9a为本专利技术铁块置于a分区的仿真结果图；图9b为本专利技术铁块置于b分区的仿真结果图；图9c为本专利技术铁块置于c分区的仿真结果图；图9d为本专利技术铁块置于d分区的仿真结果图。具体实施方式1、金属异物对磁场的影响：为了分析金属异物对发射端磁场特性的影响并获得有效的检测原理，在Maxwell中搭建如图1所示带有两级检测线圈的磁耦合执行机构模型，在两块正对的屏蔽铝板之间，靠近铝板分别搁置发射和接收线圈，在发射接收线圈与铝板的空隙间等间距放置铁氧体，为了测试需要，在发射线圈上表面附加两级平衡检测线圈系统，用于金属异物定位检测。仿真分析金属异物在不同情况下对发射线圈原磁场的影响。模型参数如表1所示：表1如图2所示铁块侵入时发射线圈上表面磁感应强度云图，金属异物由120mm*120mm*20mm的铁块模拟，仿真结果显示铁块所处区域的磁感应强度由原来的深灰渐变为浅灰，有了明显的增强。为了研究分析不同材质金属对于磁场的影响，分别将大小、形状都想同的铁、铜、铝置于发射和接收线圈之间，观察三种不同材质金属对磁感应强度B的影响。为了研究分析不同材质金属对于磁场的影响，分别将大小、形状都想同的铁、铜、铝置于发射和接收线圈之间，观察三种不同材质金属对磁感应强度B的影响。图4a为当相位取0deg时，穿过三种异物的观测线上的磁感应强度仿真曲线图。如图4a所示，当系统中没有金属异物时，发射线圈产生的磁场呈对称分布。当铜块侵入系统，异物附近磁场的磁感应强度明显减小，而无异物侧磁场的磁感应强度没有发生明显的变化。这是因为当发射线圈通以交流电流I1时,在线圈周围就会产生一个交变磁场H1,非铁磁金属处于交变磁场中时金属内便感应出涡电流I2,该涡电流I2也将产生一个与H1方向相反的新磁场H2,力图削弱原磁场H1,从而削弱发射线圈的磁感应强度。铝和铜的电导率数量级都为-8，在一次侧磁场频率一定的情况下两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，其特征在于，紧贴发射线圈安装检测线圈系统，检测线圈系统由上下两层检测线圈组成，贴近发射线圈一层检测线圈为一级检测线圈，另一上面一层检测线圈为二级检测线圈；每级检测线圈都由两个单元检测线圈构成，每个单元检测线圈为“日”字形平衡线圈，平衡线圈两侧采用反向绕制的方式，反向绕制的两侧要大小相等、形状相同，可使每个单元检测线圈的两侧通过磁通相同时两侧产生大小相同方向相反的感应电压；并且构成每一级的两个单元检测线圈大小、形状也要相同，每级中两个并列紧靠的单元检测线圈正好覆盖发射线圈的上表面，上下两层的“日”字形平衡线圈成90度排列，将发射线圈的上表面分成大小相同的4个检测区；接收检测线圈系统中两个检测线圈的感应电压值，一个异物的侵入同时影响两级检测线圈中的各一个单元检测线圈的感应电压，被影响的上下两个单元检测线圈确定4个检测区中的侵入区。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于无线电能传输系统的两级异物定位检测方法，其特征在于，紧贴发射线圈安装检测线圈系统，检测线圈系统由上下两层检测线圈组成，贴近发射线圈一层检测线圈为一级检测线圈，另一上面一层检测线圈为二级检测线圈；每级检测线圈都由两个单元检测线圈构成，每个单元检测线圈为“日”字形平衡线圈，平衡线圈两侧采用反向绕制的方式，反向绕制的两侧要大小相等、形状相同，可使每个单元检测线圈的两侧通过磁通相同时两侧产生大小相同方向相反的感应电压；并且构成每一级的两个单元检测线圈大小、形状也要相同，每级中两个并列紧靠的单元检测线圈正好覆盖发射线圈的上表面，上下两层的“日”字形平衡线圈成90度排列，将发射线圈的上表面分成大小相同的4个检测区；接收检测线圈系统中两个检测线圈的感应电压值，一个异物的侵入同时影响两级检测线圈中的各一个单元检测线圈的感应电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏能弘，王跃跃，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31