4U型定位辅助磁耦合机构及基于此的定位系统、方法技术方案

本发明专利技术涉及无线充电定位技术领域，具体公开了一种4U型定位辅助磁耦合机构及基于此的定位系统、方法，该4U型定位辅助磁耦合机构包括设于发射端的4U型定位辅助线圈，该线圈包括位于同一水平面上且竖直设置的四个U型线圈，其中两个U型线圈对称设置在X轴的正、负半轴上，剩下两个U型线圈对称设置在Y轴的正、负半轴上。4U型定位辅助线圈磁场范围大，可以大幅提升磁机构偏移容忍度。该定位系统及方法，利用U型线圈的结构特性与磁场特性，对四个U型线圈采取频率控制的方式以实现在定位过程中准确区分四个U型线圈的工作状态与工作时间，进而通过接收线圈电流与位置变化的对应关系，实现接收线圈定位检测，使得定位范围更广、精确度更高。度更高。度更高。

【技术实现步骤摘要】
4U型定位辅助磁耦合机构及基于此的定位系统、方法


[0001]本专利技术涉及无线充电定位
，尤其涉及一种应用于电动汽车无线充电的4U型定位辅助线圈、4U型定位辅助磁耦合机构、基于4U型定位辅助磁耦合机构的定位系统及基于4U型定位辅助磁耦合机构的定位方法。

技术介绍

[0002]电动汽车偏移最佳充电点会极大地限制其充电功率，因此在偏移容忍度内如何实现车辆定位是目前电动汽车无线充电系统的关键问题之一。
[0003]目前，采用摄像机、激光进行定位的方法已经用于电动汽车无线充电系统，但前者对区域内障碍物的敏感程度高使得定位误差大，后者易受环境影响，且引入二次系统使得成本大幅提升。对此，增加辅助线圈以实现定位检测的方法受到了越来越多的关注。比如采用四个圆形辅助线圈对称分布于方形接收线圈外围，并利用电磁平衡原理进行定位，该定位方法精度可达1厘米，但辅助线圈与主线圈之间的交叉耦合很大，气隙间距较大时耦合系数很低。比如将四个半径极小的圆形线圈对称内嵌于圆形接收线圈内部构成辅助机构实现定位，该方法减小了辅助线圈之间的交叉耦合，但因其尺寸限制，使得偏移容忍度低即定位范围受限。同时，目前引入辅助线圈的定位方式大多为基于发射端检测的被动式定位，且需要在现有车载线圈结构上进行二次开发，导致系统冗余度增加，通用性低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种4U型定位辅助磁耦合机构及基于该机构的定位系统、方法，解决的技术问题在于：如何使得接收线圈在发生不同程度的偏移时，仍处于定位辅助线圈的有效磁场内，并能够检测出接收线圈的偏移量。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术首先提供一种4U型定位辅助线圈，包括位于同一水平面上且竖直设置的四个U型线圈，其中：第一U型线圈与第三U型线圈对称设置在X轴的正、负半轴上且每个U型线圈的两个端面之间的中心连线投影在X轴上为一条直线；第二U型线圈与第四U型线圈对称设置在Y轴的正、负半轴上且每个U型线圈的两个端面之间的中心连线投影在Y轴上为一条直线。
[0006]U型线圈对接收线圈的位置变化较为敏感，适用于无线充电定位系统。组成的4U型定位辅助线圈磁场范围大，可以大幅提升磁机构偏移容忍度，而以点状结构置于功率发射线圈端，可以最大限度地减小自身对功率发射线圈的影响。
[0007]优选的，所述U型线圈包括U型导磁机构以及缠绕在所述U型导磁机构上的绕线，所述绕线的缠绕方式为：从所述U型导磁机构的一端顺着U形的方向螺旋缠绕至另一端。
[0008]本例的4U型定位辅助线圈采用螺线管型绕制方式，其磁力线集中、耦合系数高，可以提高垂直方向磁场距离。
[0009]基于该4U型定位辅助线圈，本专利技术还提供一种4U型定位辅助磁耦合机构，包括位于发射端的所述4U型定位辅助线圈，和位于接收端的方形接收线圈。当方形线圈作为接收
线圈，U型线圈作为发射线圈时，以U型线圈的中心为坐标原点O，中心到端点的水平方向为Y轴方向，以垂直于U型线圈的方向为X轴方向，耦合系数k的变化与偏移情况有关，耦合系数k随着X轴的偏移逐渐减小，随着Y轴的偏移先增大后减小。U型线圈对方形接收线圈位置变化较为敏感，适用于无线充电定位系统。
[0010]基于该4U型定位辅助磁耦合机构，本专利技术还提供一种定位系统，包括位于发射端的辅助定位模块，及位于接收端的电流检测模块；
[0011]所述辅助定位模块包括顺序连接的直流电源、逆变电路、原边补偿网络、开关切换电路、所述4U型定位辅助线圈；
[0012]所述开关切换电路包括四个独立连接四个所述U型线圈的开关，以控制各自线路的所述U型线圈工作；
[0013]所述电流检测模块连接所述方形接收线圈，用于获取所述方形接收线圈的感应电流。
[0014]优选的，该定位系统还包括位于发射端的变频控制模块、频率采集模块，及位于接收端的对比模块；
[0015]所述变频控制模块连接四个所述开关，用于在定位模式下以不同开关频率控制四个所述开关轮流开启；
[0016]所述频率采集模块用于采集每个所述U型线圈在工作时的工作频率；
[0017]所述对比模块用于根据所述工作频率及对应的感应电流确定所述方形接收线圈的中心相对充电区域正中心的水平偏移量，并将所述水平偏移量发送至驾驶操作终端用于显示。
[0018]对应该定位系统，本专利技术还提供一种基于4U型定位辅助磁耦合机构的定位方法，包括步骤：
[0019]S1：在检测到车辆驶入充电区域时，切换发射端至定位模式，此时功率发射电路不工作、所述4U型定位辅助线圈工作；
[0020]S2：判断所述方形接收线圈是否存在感应电流，若是则进入下一步，若否则调整所述方形接收线圈的位置后重新判断；
[0021]S3：变频控制所述4U型定位辅助线圈的4个U型线圈工作；
[0022]S4：采集各个U型线圈在工作时的工作频率及此时所述方形接收线圈的感应电流；
[0023]S5：根据所述工作频率及对应的感应电流在数据库中比对，确定所述方形接收线圈的中心相对于所述坐标原点O的水平偏移量；
[0024]S6：根据所述水平偏移量调整所述方形接收线圈的位置；
[0025]S7：重复步骤S4～S6直至所述方形接收线圈在各开关频率下的感应电流等于最佳停车点处的电流值。
[0026]进一步地，所述步骤S3具体为：以不同的开关频率轮流开启四个U型线圈。
[0027]进一步地，四个U型线圈的开关频率接近但不等于耦合频率。
[0028]进一步地，所述步骤S5具体包括步骤：
[0029]S51：在第一次测得感应电流时，通过此时测得的频率值确定所述方形接收线圈在被开启的U型线圈附近，通过测得的感应电流确定此时所述方形接收线圈的中心可能位于的第一组坐标；
[0030]S52：在第二次测得感应电流时，通过此时测得的频率值确定所述方形接收线圈在被开启的U型线圈附近，并通过测得的感应电流确定此时所述方形接收线圈的中心可能位于的第二组坐标；
[0031]S53：确定所述第一组坐标和所述第二组坐标中的重合点为此时所述方形接收线圈的中心，并以所述重合点与充电区域正中心之间的水平位移为水平偏移量。
[0032]进一步地，在所述步骤S7后还包括步骤：
[0033]S8：切换发射端至充电模式，此时所述功率发射电路工作，所述4U型定位辅助线圈不工作。
[0034]本专利技术提供的基于4U型定位辅助线圈的定位系统及方法，在定位模式下，当方形、U型线圈进行能量传输时，耦合系数k随着X轴的偏移逐渐减小，随着Y轴的偏移先增大后减小，且在对称结构上存在相同的点，利用U型线圈的结构特性与磁场特性，对四个U型线圈采取频率控制的方式以实现在定位过程中准确区分四个U型线圈的工作状态与工作时间，进而通过互感模型和聂以曼公式分析互感M、接收线圈电流与位置变化的对应关系，采集不同U型线圈与接收线圈工作时的电流，并通过自学习的方式实现接收线圈定位检测。相较于传统定位方法，该定位系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.4U型定位辅助线圈，其特征在于，包括位于同一水平面上且竖直设置的四个U型线圈，其中：第一U型线圈与第三U型线圈对称设置在X轴的正、负半轴上且每个U型线圈的两个端面之间的中心连线投影在X轴上为一条直线；第二U型线圈与第四U型线圈对称设置在Y轴的正、负半轴上且每个U型线圈的两个端面之间的中心连线投影在Y轴上为一条直线。2.根据权利要求1所述的4U型定位辅助线圈，其特征在于：所述U型线圈包括U型导磁机构以及缠绕在所述U型导磁机构上的绕线，所述绕线的缠绕方式为：从所述U型导磁机构的一端顺着U形的方向螺旋缠绕至另一端。3.4U型定位辅助磁耦合机构，其特征在于：包括位于发射端的权利要求1或2所述的4U型定位辅助线圈，和位于接收端的方形接收线圈。4.基于权利要求3所述4U型定位辅助磁耦合机构的定位系统，其特征在于：包括位于发射端的辅助定位模块，及位于接收端的电流检测模块；所述辅助定位模块包括顺序连接的直流电源、逆变电路、原边补偿网络、开关切换电路、所述4U型定位辅助线圈；所述开关切换电路包括四个独立连接四个所述U型线圈的开关，以控制各自线路的所述U型线圈工作；所述电流检测模块连接所述方形接收线圈，用于获取所述方形接收线圈的感应电流。5.根据权利要求4所述的基于4U型定位辅助磁耦合机构的定位系统，其特征在于：还包括位于发射端的变频控制模块、频率采集模块，及位于接收端的对比模块；所述变频控制模块连接四个所述开关，用于在定位模式下以不同开关频率控制四个所述开关轮流开启；所述频率采集模块用于采集每个所述U型线圈在工作时的工作频率；所述对比模块用于根据所述工作频率及对应的感应电流确定所述方形接收线圈的中心相对充电区域正中心的水平偏移量，并将所述水平偏移量发送至驾驶操作终端用于显示。6.基于4U型定位辅助磁耦合机构的定位方法，其特征在于，包括步骤：S1：在检测到车辆驶入充电区域时，切换发射端至定位模式，此时功率发射电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨奕，谢诗云，张路，曹桂梅，张葛，李恋，张小钦，王雩语，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：