一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法，所述装置包括：发射线圈、检测线圈、信号调理电路、电压信号采样电路、预存器、扫描比对电路和显示器；所述检测线圈固定在接收端处，发射线圈中通入励磁电流，位置检测过程开启，检测线圈的感应电压值通过信号调理电路进行调理，通过电压信号采样电路对电压信号进行采样，再与预存器中预存的感应电压数表做比对，通过显示器显示数值结果。本发明专利技术使用四个大线圈进行磁场采集，扩大了装置的能检范围，提升了装置的检测精度、简化了装置的设计复杂度，实现了检测过程与能量传递过程互不干扰、独立有效地进行。独立有效地进行。独立有效地进行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，特别涉及一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题与能源压力的突出，电动汽车的推广受到了世界各国的青睐。电动汽车无线充电技术相比传统插拔式充电技术有着更好的安全性和灵活性，应用前景十分广阔。在目前已知的无线电能传输方式中，磁耦合谐振的方法利用高频交变磁场作为能量传输介质，能够实现在中远距离范围内以很高的效率传递较大功率的电能，被广泛地应用在拥有无线充电功能的电动汽车上，使得电能补给成本更低，安全性更强。
[0003]耦合机构的对位检测作为无线电能传输系统辅助功能的研究重点之一，对于该领域的工程化和产业化具有重要意义。优秀的对位检测装置能够提供接收端与发射端之间精准的相对位置信息，并对接收端加以引导实现耦合机构正对，从而使得耦合机构的抗偏移要求显著下降，设计成本以及系统的复杂度也有所降低。低功率激励(LPE,Low Power Excitation)指在进行耦合机构对位检测过程中，为了保证系统的安全性而在发射端通入低功率小电流进行励磁以供检测线圈采集定位。
[0004]现有技术文献：
[0005]东南大学的Chengyun Li团队提出了一种基于陀螺仪的位置检测算法，能够同时对接收端的坐标与旋转角度进行检测且检测误差不超过4cm。
[0006]香港大学的Chau团队设计了的12TMR传感器阵列形式，通过对耦合机构附近的磁感应强度B的检测，实现了对圆形线圈的定位，其精度达到了1cm。
[0007]韩国KAIST的研究团队通过设计动态无线充电系统的周期性磁芯结构，达到了人工设计磁场特征的目的，从而完成了动态充电中的位置检测。
[0008]KAIST的Rim团队通过设计检测线圈网格阵的方法将水平面位置的坐标化，不仅完成了位置的检测还可以进行金属异物的检测，成功的将多个功能集成到一套系统中。
[0009]国内中惠创智设计了一种基于多个检测线圈的位置检测装置，实现了原副边耦合机构相对位置比较精确的检测。
[0010]现有技术的水平以及存在的问题(缺陷)：
[0011]目前采用传感器阵列的检测装置目前只能适用于频率低于12kHz的低频磁场，且传感器数量多达12个，使用DAC采集卡采集信号，成本极高。若提高检测磁场的频率，检测成本会更加大幅度提升。
[0012]目前采用测量线圈的检测装置需要多个检测线圈平铺覆盖待检测区域，小的检测线圈检测精度与能检范围均不能达到产业化的标准，且在发射端与接收端之间密集的铺设检测线圈会导致能量传递效率下降。
[0013]采用陀螺仪进行定位的方法很难实现远距离定位于引导，检测范围在十几厘米以
内，且检测误差最大4厘米，不能满足远距离、高精度的检测要求。

技术实现思路

[0014]本专利技术为对接收端位置进行引导，本专利技术的一个目的在于提出一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法，具体为:
[0015]一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置，其特征是：所述装置包括：发射线圈、检测线圈、信号调理电路、电压信号采样电路、预存器、扫描比对电路和显示器；
[0016]所述检测线圈固定在接收端处，发射线圈中通入励磁电流，位置检测过程开启，检测线圈的感应电压值通过信号调理电路进行调理，通过电压信号采样电路对电压信号进行采样，再与预存器中预存的感应电压数表做比对，通过显示器显示数值结果。
[0017]优选地，检测线圈共四个，四个线圈固定在接收端下方，四个线圈共面且相对接收端中心对称放置，四个线圈按田字型分别放置在接收端下方区域的四个象限位置。
[0018]优选地，当启动无线充电系统的LPE模式，选择300
‑
2kW的输出功率作为基准功率。
[0019]一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1：接收端进行匀速率运动，从初始时刻t0进行采样，电压信号采样电路以固定频率对检测线圈进行采样，得到感应电压；
[0021]步骤2：根据采样后的感应电压，与预存的数值进行对比，确定初始时刻接收端的位置；
[0022]步骤3：待经过一段时间后，电压信号采样电路再次进行采样，确定当前时刻的感应电压；
[0023]步骤4:根据当前时刻的感应电压，与预存的数值进行对比，确定当前时刻接收端位置；
[0024]步骤5：根据接收端的初始位置和接收端的当前位置，对接收端的运动状态进行矫正和判断，直至将接收端引导至正对位置。
[0025]优选地，通过下式表示步骤1中的固定频率：
[0026]ν＝1/Δt。
[0027]有益效果：
[0028]本专利技术利用电磁特性进行检测，可以对任意频率电磁场下的无线充电系统进行位置检测，适用性强，且仅仅需要低功率激励即可完成检测，检测过程耗能小、速度快、精度高，安全性好。检测装置采用磁场采集线圈，成本低、集成度高，装置体积小重量轻，能够适用于多种车型及其他无线供电装置的接收端位置检测，普适度高。
[0029]使用四个大线圈进行磁场采集，扩大了装置的能检范围，提升了装置的检测精度、简化了装置的设计复杂度，且最大限度地减小了充电过程中对接收端的电磁屏蔽作用与大功率磁场对检测线圈的影响，实现了检测过程与能量传递过程互不干扰、独立有效地进行。
附图说明
[0030]图1为一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测
装置图；
[0031]图2为针对方形线圈的位置检测线圈布局图；
[0032]图3为矩形线圈结构及其表面磁感应强度大小分布示意图。
[0033]图4为接收端不同位置下检测线圈与发射线圈间耦合系数图；
[0034]图5为一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测方法流程图。
具体实施方式
[0035]根据图1
‑
图5所示，是本专利技术提供一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置及方法：
[0036]一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置，其特征是：所述装置包括：发射线圈、检测线圈、信号调理电路、电压信号采样电路、预存器、扫描比对电路和显示器；
[0037]所述检测线圈固定在接收端处，发射线圈中通入励磁电流，位置检测过程开启，检测线圈的感应电压值通过信号调理电路进行调理，通过电压信号采样电路对电压信号进行采样，再与预存器中预存的感应电压数表做比对，通过显示器显示数值结果。
[0038]该装置具体形式为四个等大的磁场采集线圈，按“田”字型分别放置在接收端下方区域的四个象限位置，磁场采集线圈最大限度地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置，其特征是：所述装置包括：发射线圈、检测线圈、信号调理电路、电压信号采样电路、预存器、扫描比对电路和显示器；所述检测线圈固定在接收端处，发射线圈中通入励磁电流，位置检测过程开启，检测线圈的感应电压值通过信号调理电路进行调理，通过电压信号采样电路对电压信号进行采样，再与预存器中预存的感应电压数表做比对，通过显示器显示数值结果。2.根据权利要求1所述的一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置，其特征在于，检测线圈共四个，四个线圈固定在接收端下方，四个线圈共面且相对接收端中心对称放置，四个线圈按田字型分别放置在接收端下方区域的四个象限位置。3.根据权利要求1所述的一种基于田字形阵列式磁场采集线圈的无线电能传输系统接收端位置检测装置，其特征在于，当启动无线充电系统的LPE模式，选择300
‑
2kW的输出功率作...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，孙天，钱科军，李亚飞，朱春波，齐超，刘乙，朱冰珂，郑众，谢鹰，周磊，张晓明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：