一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，包括线圈矩阵，线圈矩阵包括分别由多个发射小线圈排列构成的发射线圈矩阵和接收线圈矩阵，具体按照以下步骤实施：1、启动发射小线圈，记录每个接收小线圈上的输出电压U

【技术实现步骤摘要】
一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法
本专利技术属于无线输电
，涉及一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法。
技术介绍
随着无线电能传输技术的不断发展，人们越来越看重如何提高无线输电系统的传输效率以及如何提高无线输电的传输距离。但无线输电中传输距离的增加会使得线圈之间的距离增大，这意味着发送与接收线圈之间的空间中进入异物的可能性也随之增大。目前稍远距离的无线输电系统线圈结构通常包括两线圈、三线圈以及四线圈等。然而无论是无线输电系统的磁耦合谐振式还是磁感应式输电方式，对于输电空间的环境要求都较为严格。当无线输电途径中异物如一些导磁材料进入后，会使发射线圈发送的能量被导磁材料大量吸收而导致传输的效率大大降低。另外在高频磁场的作用下可能发生涡流效应加热异物，威胁到人身安全或设备的正常运行。因此检测输电途径中是否存在其他的导磁材料对于无线输电系统能否高效率运行有重要的意义。目前常见的异物检测方法包括机器视觉方法、热能损耗检测方法和阻抗变化检测方法等。机器视觉方法通过摄像头采集空间的图像再经过神经网络算法判断输电空间是否存在异物，这种方法需要摄像头和高性能微处理器等，成本高。热能损耗检测方法通过系统发射功率的变化和输出功率来检测热能损耗，这种方法检测精度不高，且无法得知线圈中异物的位置。阻抗变化检测方法通过检测输入侧线圈的阻抗变化来检测异物，同时可以检测导磁材料和生物体。这种方法对于阻抗变化不大情况的检测精度不高，且特征提取的算法难度较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，解决了现有技术中存在的异物检测复杂且实现难度较大或精度不高的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，包括线圈矩阵，所述线圈矩阵包括发射线圈矩阵和接收线圈矩阵，所述发射线圈矩阵由多个发射小线圈排列构成，所述接收线圈矩阵由多个接收小线圈排列构成，具体按照以下步骤实施：步骤1、启动发射小线圈，记录每个接收小线圈上的输出电压UOm,n；步骤2、根据每个接收小线圈上的输出电压UOm,n，计算每个发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感；步骤3、根据每个接收小线圈与不同发射小线圈之间的位置计算每个发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感；步骤4、根据步骤2和步骤3得到的互感值确定无线输电系统中异物的位置。本专利技术的特点还在于：步骤1具体为，首先，启动第1个发射小线圈TX1，发射小线圈的输入电压为US，记录此时每个接收小线圈的输出电压分别为UO1,n，记录完每个接收小线圈的输出电压后关闭第1个发射小线圈TX1；然后，启动第2个发射小线圈TX2，同时记录此时每个接收小线圈的输出电压分别为UO2,n，记录完每个接收小线圈的输出电压后关闭第2个发射小线圈TX2，以此类推，依次按照顺序完成发射线圈TX3到TX9启动与关闭，并记录启动时的每个接收小线圈的输出电压。步骤2中发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感的计算如下式：其中，j为虚数符号，RL为负载电阻，US为发射小线圈的输入电压，UOm,n为每个接收小线圈上的输出电压，Rm为发射小线圈的等效电阻，Lm为发射小线圈的等效电感，Cm为发射小线圈的等效电容，Rn'为接收小线圈的等效电阻，Ln'为接收小线圈的等效电感，Cn'为接收小线圈的等效电容，ω为系统的工作角频率，Am,n＝(Rm+jωLm+1/jωCm)(Rn'+jωLn'+1/jωCn'+RL)。步骤3发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感计算如下式：式中，和分别表示发射小线圈和接收小线圈与初始位置的夹角，空气真空磁导率μ0＝4π×10-7N/A2，dm,n表示两两小线圈的轴向偏移距离，N为小线圈的绕制圈数，dl1、dl2为发射小线圈和接收小线圈的积分微元，R为小线圈的平均半径，h为小线圈之间的垂直距离。步骤4具体为，当通过步骤2和步骤3得到的相同编号的发射小线圈和接收小线圈之间的互感值相同时，发射线圈矩阵与接收线圈矩阵之间没有异物；当通过步骤2得到的相同编号的发射小线圈和接收小线圈之间的互感值小于通过步骤3得到的相同编号的发射小线圈和接收小线圈之间的互感值时，则该编号的发射小线圈和接收小线圈之间存在异物。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法通过在无线输电系统中设置线圈矩阵，根据接收线圈和发射线圈之间的传输特性变化对接收线圈输出电压的影响来检测异物，当发射线圈和接收线圈之间存在导磁体或生物体等异物时，会检测到接收线圈的电压变化，通过判断电压变化情况得到线圈间互感的变化，再根据互感的变化规律确定输电系统中是否存在异物以及异物出现的位置，该检测方法简单、可靠，易于实现。附图说明图1是本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法中线圈矩阵的结构图；图2是本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法的无线输电系统等效电路图；图3是本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法中线圈矩阵中一对发射小线圈和接收小线圈的等效电路图；图4是通过本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法得到的无线输电系统中异物出现前后线圈之间的互感变化曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，包括线圈矩阵，如图1所示，线圈矩阵的结构是由一个发射线圈矩阵和一个接收线圈矩阵组成，其中，发射线圈矩阵和接收线圈矩阵均由多个(本例中选择9个，但实际中不仅限于9个)小线圈排列构成，发射线圈矩阵中每个发射小线圈分别记为TXm(m＝1～9)，接收线圈矩阵中每个接收小线圈分别记为RXn(n＝1～9)，单独的每个发射小线圈和接收小线圈均满足磁感应式无线输电方式，且每个发射小线圈的等效电路可以等效为电阻Rm、电感Lm和电容Cm的串联电路结构，以及接收小线圈的等效电路可以等效为电阻Rn’、电感Ln’和电容Cn’的串联电路结构，于是系统整体的等效电路可以表示为如图2所示，其中异物可以等效为一个电阻R0、电感L0和电容C0的串联电路结构。当无线输电系统空间中无异物时，定义每个发射小线圈与其对应的接收小线圈之间的电路模型如图3所示，以第1个发射小线圈进行分析，其等效电路为电阻R1、电感L1、电容C1串联以及第1个接收小线圈的等效电路为电阻R1’、电感L1’、电容C1’串联，第1个接收小线圈的输出电压为UO1,1，第1个发射小线圈和第1个接收小线圈之间的互感为M1,1，第1个发射小线圈上输入电压为逆变器输出电压有效值US，流过其上的电流为I1，第1个接收小线圈上流过的电流为I1’，那么根据基尔霍夫电压定律，对于第一组线圈由式(1)表示：当两个线圈之间距离确定时，设第1个发射小线圈上的电压为US，则两个线圈之间的传递函数如式(2)所示，其中ω为系统发射线圈的工作频率，RL为负载电阻值：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，其特征在于，包括线圈矩阵，所述线圈矩阵包括发射线圈矩阵和接收线圈矩阵，所述发射线圈矩阵由多个发射小线圈排列构成，所述接收线圈矩阵由多个接收小线圈排列构成，具体按照以下步骤实施：/n步骤1、启动发射小线圈，记录每个接收小线圈上的输出电压U

【技术特征摘要】
1.一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，其特征在于，包括线圈矩阵，所述线圈矩阵包括发射线圈矩阵和接收线圈矩阵，所述发射线圈矩阵由多个发射小线圈排列构成，所述接收线圈矩阵由多个接收小线圈排列构成，具体按照以下步骤实施：
步骤1、启动发射小线圈，记录每个接收小线圈上的输出电压UOm,n；
步骤2、根据每个接收小线圈上的输出电压UOm,n，计算每个发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感；
步骤3、根据每个接收小线圈与不同发射小线圈之间的位置计算每个发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感；
步骤4、根据步骤2和步骤3得到的互感值确定无线输电系统中异物的位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，其特征在于，所述步骤1具体为，首先，启动第1个发射小线圈TX1，发射小线圈的输入电压为US，记录此时每个接收小线圈的输出电压分别为UO1,n，记录完每个接收小线圈的输出电压后关闭第1个发射小线圈TX1；然后，启动第2个发射小线圈TX2，同时记录此时每个接收小线圈的输出电压分别为UO2,n，记录完每个接收小线圈的输出电压后关闭第2个发射小线圈TX2，以此类推，依次按照顺序完成发射线圈TX3到TX9启动与关闭，并记录启动时的每个接收小线圈的输出电压。


3.根据权利要求1所述的一种基于线圈矩阵的无线输电系统中异物检测方法，其特征在于，所述步骤2中发射小线圈与接收小线圈处线圈之间的互感的计算如...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙向东，陈泽驰，任碧莹，王之轩，张昭阳，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61