申请/专利权人：深圳大学

申请日：2019-01-10

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109787376B

主分类号：H02J50/60

分类号：H02J50/60;H02J50/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：本发明公开了一种感应电能传输金属异物检测系统和方法，涉及感应电能传输技术领域，系统包括：第一线圈组和第一电压检测电路，第一线圈组包括至少一个感应线圈对，感应线圈对的输出端连接所述第一电压检测电路的输入端，感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，第一感应线圈的尾端和第二感应线圈的首端连接，第一感应线圈的尾端和第二感应线圈在所述感应线圈对的边缘区域形成交叉，使得在常态下第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差，本发明通过第一电压检测电路测量第一线圈组中感应线圈对产生的电压值，判断充电区域是否有金属异物，解决了现有技术中充电区域存在金属异物而可能会造成安全隐患的问题，结构简单，使用方便。

主权项：1.一种感应电能传输金属异物检测系统，应用于感应电能传输系统，其特征在于，包括：第一线圈组和第一电压检测电路，所述第一线圈组包括至少一个线圈对，所述线圈对的输出端连接所述第一电压检测电路的输入端，所述线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈的首端连接，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈在所述线圈对的边缘区域形成交叉，使得在常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差；所述第一线圈组包括第1至第N线圈对，第i线圈对的第一感应线圈设置在第i-1线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第i线圈对的第二感应线圈设置在所述第i-1线圈对的第二感应线圈的内侧，i＝2、3……N；还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述第二线圈组至少包括一个线圈对，所述线圈对的输出端连接所述第二电压检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组的位置重叠、输出端的方向垂直；所述第二线圈组包括第1至第M线圈对，第j线圈对的第一感应线圈设置在第j-1线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第j线圈对的第二感应线圈设置在所述第j-1线圈对的第二感应线圈的内侧，j＝2、3……M；所述第一电压检测电路包括第一多路电子开关、第一差分放大器和第一双极性电压采集器，所述第一线圈组的输出端与所述第一多路电子开关的输入端连接，所述第一多路电子开关的输出端与所述第一差分放大器的输入端连接，所述第一差分放大器输出端与所述第一双极性电压采集器的输入端连接；所述第二电压检测电路包括第二多路电子开关、第二差分放大器、第二双极性电压采集器，所述第二线圈组的输出端与所述第二多路电子开关的输入端连接，所述第二多路电子开关的输出端与所述第二差分放大器的输入端连接，所述第二差分放大器的输出端与所述第二双极性电压采集器的输入端连接；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的形状、大小相同，使得常态下所述第一感应线圈与第二感应线圈产生的磁通量的固定矢量差为0。

全文数据：一种感应电能传输金属异物检测系统和方法技术领域本发明涉及感应电能传输技术领域，尤其是一种感应电能传输金属异物检测系统和方法。背景技术感应电能传输InductivePowerTransfer,IPT技术利用电磁感应原理将电能以非接触的方式由电源端传送到用电设备端，从而实现无线电能传输，具有安全可靠、灵活便捷、环境友好、可全天候工作等优点，近年来受到了广泛关注。然而，当有金属异物如金属碎片、硬币、易拉罐等进入由发射线圈和接收线圈构成的能量传输区域时，将有可能阻碍能量传输或者降低能量传输效率，甚至由于金属异物被持续加热升温而引发燃烧事故。因此，为了使系统能够安全、高效的工作，有必要发明一种系统和方法，当有金属异物进入能量传输区域时，必须能够将异物准确地检测出来。发明内容本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种能够检测金属异物的系统。为此，本发明的第二个目的是提供一种可以检测金属异物的方法。本发明所采用的技术方案是：一种感应电能传输金属异物检测系统，包括：第一线圈组和第一电压检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第一电压检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈的首端连接，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈在所述感应线圈对的边缘区域形成交叉，使得在常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。进一步地，所述第一线圈组包括第1至第N线圈对，第i线圈对的第一感应线圈设置在第i-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第i线圈对的第二感应线圈设置在所述第i-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，i＝2、3……N。进一步地，还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述第二线圈组至少包括一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第二电压检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组的位置重叠、输出端的方向垂直。进一步地，所述第二线圈组包括第1至第M线圈对，第j线圈对的第一感应线圈设置在第j-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第j线圈对的第二感应线圈设置在所述第j-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，j＝2、3……M。进一步地，所述第一电压检测电路包括第一多路电子开关、第一差分放大器和第一双极性电压采集器，所述第一线圈组的输出端与所述第一多路电子开关的输入端连接，所述第一多路电子开关的输出端与所述第一差分放大器的输入端连接，所述第一差分放大器输出端与所述第一双极性电压采集器的输入端连接。进一步地，所述第二电压检测电路包括第二多路电子开关、第二差分放大器、第二双极性电压采集器，所述第二线圈组的输出端与所述第二多路电子开关的输入端连接，所述第二多路电子开关的输出端与所述第二差分放大器的输入端连接，所述第二差分放大器的输出端与所述第二双极性电压采集器的输入端连接。进一步地，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的形状、大小相同，使得常态下所述第一感应线圈与第二感应线圈产生的磁通量的固定矢量差为0。进一步地，所述第一线圈组与所述感应电能传输系统的充电感应区域的形状相匹配。本发明还公开了一种可以检测金属异物的方法，包括，采用第一电压检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过预设值来判断所述第一线圈组内是否包含金属异物和或金属异物的位置。进一步地，还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述方法还包括，检测第二电压检测电路的输出电压确定金属异物的二维位置。本发明的有益效果是：本发明通过采用第一电压检测电路测量第一线圈组中感应线圈对产生的电压值，判断充电区域是否有金属异物，解决了现有技术中充电区域存在金属异物而可能会造成安全隐患的问题，结构简单，使用方便。另外，本发明还设置第二线圈组和第二电压检测电路，通过综合比较第一电压检测电路和第二电压检测电路的输出结果，进一步定位异物的位置。附图说明图1是本发明中一种感应电能传输金属异物检测系统第一种具体实施例的结构示意图；图2是本发明中一种感应电能传输金属异物检测系统第一种具体实施例中感应线圈对的结构示意图；图3是本发明中一种感应电能传输金属异物检测系统第二种具体实施例的结构示意图；图4是本发明中一种感应电能传输金属异物检测系统第三种具体实施例的功能结构示意图；图5是本发明中一种感应电能传输金属异物检测系统第四种具体实施例的功能结构示意图；图6是本发明中一种感应电能传输金属异物检测方法第一种具体实施例的流程图；图7是本发明中一种感应电能传输金属异物检测方法第二种具体实施例的流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示，图1为本发明一种感应电能传输金属异物检测系统一具体实施例的结构示意图，包括：第一线圈组和第一电压检测电路，所述第一线圈组至少包括一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第一电压检测电路的输入端。第一线圈组置于充电磁场上方，当有金属异物掉落在第一线圈组中的某一感应线圈对中时，该感应线圈对产生的电压将会发生变化，通过第一电压检测电路可检测出该电压变化，从而确定有异物掉落在第一线圈组1的范围内。如图2所示，感应线圈对包括第一感应线圈4和第二感应线圈5，所述第一感应线圈4和第二感应线圈5分别包括首端和尾端，所述第一感应线圈的尾端42和所述第二感应线圈的首端43通过导线5连接，第一感应线圈的尾端42和所述第二感应线圈在所述感应线圈对的边缘区域形成交叉，使得在常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。在第一感应线圈4和第二感应线圈5在感应线圈对的边缘处交叉的设计，可以减少在充电区域内的检测盲区，提高检测效率。具体的，所述第一线圈组包括第1至第N线圈对，所述第i线圈对的第一感应线圈设置在所述第i-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第i线圈对的第二感应线圈设置在所述第i-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，所述i＝2、3……N。如图1所示，本实施里中包括第一感应线圈对1和第二感应线圈对2，第二感应线圈2对的第一感应线圈和第二感应线圈分别位于所述第一感应线圈对的内侧，使得同一线圈对的两个感应线圈距离尽可能的远，可有效降低异物沿同一个线圈对的两个线圈对称分布而无法检测的概率。如图2所示，为了方便计算，本实施例中设置第一感应线圈4和第二感应线圈5的面积相同，使用时将第一感应线圈4和第二感应线圈5对称于磁场放置，第一感应线圈4和第二感应线圈5通过的磁通量的大小相同，电流方向相反，第一感应线圈4和第二感应线圈5输出的电压差值为零。当第一电压检测电路检测出感应项圈对的结出电压大于0V时，则证明感应线圈对中有异物掉落。实际应用中，由于检测线圈对加工误差、发射线圈加工误差、检测电路误差等原因可能导致第一感应线圈4和第二感应线圈5的磁场分布并不完全相同，从而产生一定的微小电压差，该电压差即为判断线圈对中是否有异物掉落的第一预设值，当感应线圈对的输出电压大于预设值时证明有异物掉落。如图3所示，第一电压检测电路包括第一多路电子开关、第一差分放大器和第一双极性电压采集器，所述第一线圈组的输出端与所述第一多路电子开关的输入端连接，所述第一多路电子开关的输出端与所述第一差分放大器的输入端连接，所述第一差分放大器输出端与所述第一双极性电压采集器的输入端连接。第一多路电子开关用于控制切换输出到第一差分放大器的线圈对，第一差分放大器用于放大输入到第一差分放大器的输出信号，第一双极性电压采集器用于判断所述电压差值的大小和方向，当所述电压为正值且大于第一阈值时，金属异物位于第一感应线圈4所在区域，当时所述电压为负值且绝对值大于第一阈值时，金属异物位于第二感应线圈5所在区域，当时所述电压为正值且大于第一阈值时，金属异物位于第一感应线圈4所在区域，通过设置第一多路电子开关轮流将感应线圈对的电压轮流输出到第一差分放大器和第一双极性电压采集器可减少硬件成本，提高硬件实用效率。如图4所示，为了进一步确定金属异物的位置，在另一个实施例中还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述第二线圈组至少包括一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第二电压检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组的位置重叠、输出端的方向垂直。第二线圈组包括第1至第M线圈对，所述第j线圈对的第一感应线圈设置在所述第j-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第j线圈对的第二感应线圈设置在所述第j-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，所述j＝2、3……M。本实施例中第二线圈组包括第一线圈对B1-1、B1-2和第二线圈对B2-1、B2-2，其中第二线圈对B2-1、B2-2的第一感应线圈设置B2-1设置在第一线圈对B1-1、B1-2的第一感应线圈B1-1的内侧，第二线圈对B2-1、B2-2的第二感应线圈设置B2-2设置在第一线圈对B1-1、B1-2的第二感应线圈B1-2的内侧。具体的，所述第二电压检测电路包括第二多路电子开关、第二差分放大器、第二双极性电压采集器，所述第二线圈组的输出端与所述第二多路电子开关的输入端连接，所述第二多路电子开关的输出端与所述第二差分放大器的输入端连接，所述第二差分放大器的输出端与所述第二双极性电压采集器的输入端连接。和前述原理一致，通过第二双极性电压采集电路和第二多路控制开关可进一步判断金属异物的掉落位置，第一多路电子开关控制A1-1和A1-2的线圈对的开关导通，且第一双极性电压采集器的输出为正值且大于第一预设值时，可判断出金属异物掉落在A1-1线圈的区域，进一步地，当第二多路电子开关控制B1-1、B1-2的线圈对的开关导通时，第二双极性电压采集器的输出为负值，且绝对值大于第二预设值，可判断出金属异物位于线圈B1-2的范围内，综上，可判断出金属异物掉落在线圈A1-1和线圈B1-2的交汇处。如图5所示，第一线圈组和第二线圈组中感应线圈的形状可以按照需要灵活设置，图5为充电感应区域为圆形时，第一线圈组和第二线圈组拟合圆形检测区域的示意图，其原理与上述完全相同。如图6所示，本发明还提出了一种感应电能传输金属异物检测方法，包括如下步骤：S2，采用第一电压检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过预设值，若是，则所述第一线圈组内包含金属异物，所述预设值的大小为当感应线圈对内不存在异物时的输出电压。根据电压的正负值可异物掉落的具体线圈。S4，检测第二电压检测电路的输出电压确定金属异物的具体位置。当确认有金属异物时，再导通第二电压检测电路，可提高检测效率，节约资源。如图7所示，在另一个实施例中，包括如下步骤：S1，采用第一多路电子开关控制所述第一线圈组内的感应线圈对依次导通；S2，采用第一电压检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过第一预设值，若是进入步骤S3。S3，采用第二多路电子开关控制所述第二线圈组内的感应线圈对依次导通；S4，检测第二电压检测电路的输出电压确定金属异物的具体位置。通过设置第一多路电子开关和第二多路电子开关轮流导通，可减少硬件成本，提高硬件使用效率。以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

权利要求：1.一种感应电能传输金属异物检测系统，应用于感应电能传输系统，其特征在于，包括：第一线圈组和第一电压检测电路，所述第一线圈组包括至少一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第一电压检测电路的输入端，所述感应线圈对包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈的首端连接，所述第一感应线圈的尾端和所述第二感应线圈在所述感应线圈对的边缘区域形成交叉，使得在常态下所述第一感应线圈和第二感应线圈产生的磁场具有固定的矢量差。2.根据权利要求1所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第一线圈组包括第1至第N线圈对，第i线圈对的第一感应线圈设置在第i-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第i线圈对的第二感应线圈设置在所述第i-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，i＝2、3……N。3.根据权利要求1所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述第二线圈组至少包括一个感应线圈对，所述感应线圈对的输出端连接所述第二电压检测电路的输入端，所述第一线圈组与所述第二线圈组的位置重叠、输出端的方向垂直。4.根据权利要求3所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第二线圈组包括第1至第M线圈对，第j线圈对的第一感应线圈设置在第j-1感应线圈对的第一感应线圈的内侧，所述第j线圈对的第二感应线圈设置在所述第j-1感应线圈对的第二感应线圈的内侧，j＝2、3……M。5.根据权利要求1或2所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第一电压检测电路包括第一多路电子开关、第一差分放大器和第一双极性电压采集器，所述第一线圈组的输出端与所述第一多路电子开关的输入端连接，所述第一多路电子开关的输出端与所述第一差分放大器的输入端连接，所述第一差分放大器输出端与所述第一双极性电压采集器的输入端连接。6.根据权利要求3或4所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第二电压检测电路包括第二多路电子开关、第二差分放大器、第二双极性电压采集器，所述第二线圈组的输出端与所述第二多路电子开关的输入端连接，所述第二多路电子开关的输出端与所述第二差分放大器的输入端连接，所述第二差分放大器的输出端与所述第二双极性电压采集器的输入端连接。7.根据权利要求1所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的形状、大小相同，使得常态下所述第一感应线圈与第二感应线圈产生的磁通量的固定矢量差为0。8.根据权利要求1所述的一种感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，所述第一线圈组与所述感应电能传输系统的充电感应区域的形状相匹配。9.一种感应电能传输金属异物检测方法，应用于权利要求1至8任一项所述的感应电能传输金属异物检测系统，其特征在于，采用第一电压检测电路检测所述第一线圈组的输出的电压是否超过预设值来判断所述第一线圈组内是否包含金属异物和或金属异物的位置。10.根据权利要求9所述的一种感应电能传输金属异物检测方法，还包括第二线圈组和第二电压检测电路，所述方法还包括，检测第二电压检测电路的输出电压确定金属异物的二维位置。

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