一种具有异物检测功能无线电能传输系统及异物检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有异物检测功能无线电能传输系统，包括发射端和接收端，所述发射端上设有初级线圈，所述接收端上设有次级线圈，所述次级线圈与第一电容并联，所述发射端上还设有检测线圈，所述检测线圈的一部分或全部位于所述初级线圈的外围,所述检测线圈与电流互感器相连,所述初级线圈与第一开关串联，构成第一串联体，所述检测线圈与第二开关串联，构成第二串联体，所述第一串联体的一端与所述第二串联体的一端均与第二电容串联，所述第一串联体与所述第二串联体并联。本发明适用于无线电能传输系统为大功率系统的情况，结构简单，易于实现，能显著提高异物检测过程中的灵敏度、准确性与可靠性。
【专利说明】一种具有异物检测功能无线电能传输系统及异物检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电能传输系统，尤其涉及一种具有异物检测功能的无线电能传输系统以及采用无线电能传输系统进行异物检测的方法。
【背景技术】
[0002]无线电能传输系统中的初级线圈和次级线圈之间存在金属异物时，会产生涡流，不仅能量损耗大，而且还会因涡流发热，产生安全隐患。因此，在无线传输系统进行电能传输之前，通常要进行异物检测。
[0003]目前，常见的异物检测方法有功率损耗法和初级线圈电流检测法。其中，功率损耗法主要是通过计算发射端的发送功率和接收端的接收功率差值与系统自身消耗的功率相比较，从而判断是否有异物的存在。初级线圈电流检测法主要是通过将初级线圈的检测电流与设定的阀值进行比较，来判断是否有异物存在。其原理是:当有异物存在时，由于异物需消耗一部分能量，故在负载接收能量为定值时，发射端将会发送更多的能量，势必会造成初级线圈中的电流增大，故只需要根据正常的电流值设定一定的阀值，通过阀值与检测电流的比较就能判断出初级线圈与次级线圈之间是否有异物存在。
[0004]上述两种异物检测方法虽具有较高的灵敏度，但均不适用于大功率无线电能传输系统的异物检测，原因是功率较小时，异物消耗的功率占发送端发送功率的比重大，引起初级线圈内电流变化的幅度也大，故采用上述两种方式均十分容易侦测到异物的存在。相反，在大功率系统中，异物消耗的功率占发送端发送功率的比重极小，引起初级线圈内电流变化的幅度也小，异物的存在对系统的功率和电流参数的影响微小。
【发明内容】
[0005]为了克服现有大功率无线电能传输系统使用过程中异物检测困难，而现有检测手段运用于大功率情况下灵敏度较低的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种具有异物检测功能无线电能传输系统，尤其适用于无线电能传输系统为大功率系统的情况，其结构简单，易于实现。
[0006]本发明还要解决的技术问题在于提出一种异物检测方法，能有效提高异物检测过程中的灵敏度、准确性与可靠性。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种具有异物检测功能无线电能传输系统，包括发射端和接收端，所述发射端上设有初级线圈，所述接收端上设有次级线圈，所述次级线圈与第一电容并联，所述发射端上还设有检测线圈，所述检测线圈的一部分或全部位于所述初级线圈的外围。
[0009]优选为，所述检测线圈的线圈直径大于所述初级线圈的线圈直径。
[0010]优选为，所述检测线圈与电流互感器相连。
[0011]优选为，所述初级线圈与第一开关并联，构成第一串联体，所述检测线圈与第二开关并联，构成第二串联体，所述第一串联体与所述第二串联体并联。
[0012]优选为，所述第一串联体的一端与所述第二串联体的一端均与第二电容串联。
[0013]一种用于具有异物检测功能无线电能传输系统的异物检测方法，按如下步骤实施:
[0014]S00:给发射端上电。
[0015]S10:所述无线电能传输系统的内部的控制器以预定的周期检测是否有接收端存在，若无接收端，进入S20步骤；若有接收端，所述无线电能传输系统处于被唤醒状态，进入S30步骤；
[0016]S20:所述无线电能传输系统进入待机模式，处于待唤醒状态；
[0017]S30:所述无线电能传输系统进入检测模式，对所述初级线圈与所述次级线圈之间是否存在异物进行检测；
[0018]S40:在所述检测模式下，所述控制器控制所述电流互感器检测所述检测线圈上的电压值，根据电压值判断是否存在异物，若存在异物，进入S20步骤，若不存在异物，进入S50步骤；
[0019]S50:所述无线电能传输系统进入工作模式，所述初级线圈对所述次级线圈进行电能传输。
[0020]进一步的，步骤S40按如下步骤实施:
[0021]S401:所述电流互感器检测所述检测线圈上的电流检测值，且将所述电流检测值转化成电压检测值V;
[0022]S402:预设电压阀值AV，所述控制器内部的比较器比较所述电压检测值V与所述电压阀值AV和电压初始值Vtl之和的大小；
[0023]S403:若V > Λ V+V0,进入S20步骤，发出警报，若V彡Λ V+V0,进入S50步骤。
[0024]进一步的，所述无线电能传输系统中没有异物存在时，所述电流互感器检测所述检测线圈上的电流初始值，且将所述电流初始值转化成电压初始值V。。
[0025]本发明的有益效果为:本发明在无线电能传输系统中增设了检测线圈，使得异物检测器进行异物检测时不再依赖无线电能传输系统的初级线圈，即不管无线电能传输系统为大功率或小功率系统，均不会对异物检测过程产生影响。一种用于具有异物检测功能无线电能传输系统的异物检测方法，通过设定电压阀值和电压初始值，使得无线电能传输系统使用环境发生变化后，电压初始值能随时更新，且保持固定的电压阀值，从而提高异物检测过程中的灵敏度、准确性与可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明【具体实施方式】提供的具有异物检测功能无线电能传输系统的主电路图；
[0027]图2是本发明【具体实施方式】提供的发射端的结构示意图；
[0028]图3是本发明【具体实施方式】提供的异物检测方法的流程图；
[0029]图4是本发明【具体实施方式】提供的检测模式的流程图。
[0030]图中:
[0031]1、初级线圈；2、次级线圈；3、第一电容；4、检测线圈；5、第一开关；6、第二开关；
7、第二电容。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0033]如图1所示，是本实施例中提供的具有异物检测功能无线电能传输系统的主电路图。
[0034]一种具有异物检测功能无线电能传输系统，包括发射端和接收端，所述发射端上设有初级线圈I和检测线圈4，所述接收端上设有次级线圈2。所述检测线圈4与电流互感器相连，所述电流互感器用于检测检测线圈4上的电流信号或电流值，并将电流信号转换成电压信号。
[0035]在无线电能传输系统中增设了检测线圈，使得异物检测器进行异物检测时不再依赖无线电能传输系统的初级线圈，即不管无线电能传输系统为大功率或小功率系统，均不会对异物检测过程产生影响
[0036]所述初级线圈I与第一开关5串联，构成第一串联体；所述检测线圈4与第二开关6串联，构成第二串联体。所述第一串联体与所述第二串联体并联，所述第一串联体的一端与所述第二串联体的一端均与第二电容7串联。所述次级线圈2与第一电容3并联。
[0037]其中，所述第一开关5的开闭状态决定所述初级线圈I是否工作，所述第二开关6的开闭状态决定所述检测线圈4是否工作。
[0038]如图2所示，是本实施例中提供的发射端的结构示意图。
[0039]所述检测线圈4与所述初级线圈I位置关系可以是所述检测线圈4的一部分或全部位于所述初级线圈I的外围，即所述检测线圈4的线圈直径大于所述初级线圈I的线圈直径。从图中可以看出，本实施例的优选方式是所述检测线圈4的全部位于所述初级线圈I的外围，这样使得所述检测线圈4的检测区域覆盖所述初级线圈I的工作区域。
[0040]如图3所示，是本实施例中提供的异物检测方法的流程图。
[0041]一种用于具有异物检测功能无线电能传输系统的异物检测方法，按如下步骤实施:
[0042]SOO步骤:给无线电能传输系统的发射端上电，此时，第一开关5与第二开关6均断开。
[0043]SlO步骤:所述无线电能传输系统的内部的控制器以预定的周期检测是否有接收端存在，若无接收端，进入S20步骤；若有接收端，所述无线电能传输系统处于被唤醒状态，进入S30步骤。
[0044]S20步骤:所述无线电能传输系统进入待机模式，处于待唤醒状态。
[0045]S30步骤:所述无线电能传输系统进入检测模式，第一开关5断开，第二开关6闭合，对所述初级线圈I与所述次级线圈2之间是否存在异物进行检测。所述检测线圈4的工作频率与所述次级线圈2的工作频率相差较大，通常所述检测线圈4的工作频率为110K，所述次级线圈2的工作频率为20K。由于频率相差较大，检测过程中所述次级线圈2吸收的能量较少，故检测过程消耗的电能也小。另外，由于所述检测线圈4的工作频率较高，频率高异物产生涡流的效果就越明显，就越容易被检测，故采用独立的检测线圈4通高频电能有效提高异物检测的灵敏度与准确性。
[0046]S40步骤:在所述检测模式下，所述控制器控制所述电流互感器检测检测所述检测线圈4上的电流值判断是否存在异物，若存在异物，进入S20步骤，若不存在异物，进入S50步骤。
[0047]S50步骤:所述无线电能传输系统进入工作模式，第一开关5闭合，第二开关6断开，所述初级线圈I对所述次级线圈2进行电能传输。
[0048]从上述步骤中可以看出，在进行电能传输之前就先进行了异物检测，故不会因为负载的变化影响检测线圈4的检测可靠性，提高了异物检测的准确性。
[0049]如图4所示，是本实施例中提供的检测模式的流程图。
[0050]检测模式下，按如下步骤实施:
[0051]S401步骤:所述电流互感器检测所述检测线圈4上的电流检测值，且将所述电流检测值转化成电压检测值V ；
[0052]S402步骤:预设电压阀值AV，所述控制器内部的比较器比较所述电压检测值V与所述电压阀值△ V和电压初始值Vtl之和的大小；
[0053]S403步骤:若V〉Δ V+V0,进入S20步骤，发出警报，若V彡Λ V+V。，进入S50步骤。
[0054]其中，电压初始值Vtl是指所述无线电能传输系统中没有异物存在时，所述电流互感器检测所述检测线圈4上的电流初始值，且将所述电流初始值转化成的电压初始值。
[0055]从中可以看出，无线电能传输系统中通过设定电压阀值和电压初始值，使得无线电能传输系统使用环境发生变化后，电压初始值能随时更新，且保持固定的电压阀值，从而提高异物检测过程中的灵敏度、准确性与可靠性。
[0056]本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种具有异物检测功能无线电能传输系统，包括发射端和接收端，所述发射端上设有初级线圈(1)，所述接收端上设有次级线圈(2)，其特征在于:所述发射端上还设有检测线圈(4)，所述检测线圈(4)的一部分或全部位于所述初级线圈(I)的外围。
2.根据权利要求1所述的具有异物检测功能无线电能传输系统，其特征在于，所述次级线圈与第一电容并联。
3.根据权利要求1所述的具有异物检测功能无线电能传输系统，其特征在于: 所述初级线圈(I)与第一开关(5)串联，构成第一串联体； 所述检测线圈(4)与第二开关(6)串联，构成第二串联体； 所述第一串联体与所述第二串联体并联。
4.根据权利要求3所述的具有异物检测功能无线电能传输系统，其特征在于:所述第一串联体的一端与所述第二串联体的一端均与第二电容(7)串联。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有异物检测功能无线电能传输系统，其特征在于，所述检测线圈(4)的线圈直径大于所述初级线圈(I)的线圈直径。
6.根据权利要求5所述的具有异物检测功能无线电能传输系统，其特征在于，所述检测线圈(4)与电流互感器相连。
7.一种用于权利要求1-6任一项所述的具有异物检测功能无线电能传输系统的异物检测方法，其特征在于，按如下步骤实施: SOO:给发射端上电； S10:所述无线电能传输系统内部的控制器以预定的周期检测是否有接收端存在，若无接收端，进入S20步骤；若有接收端，所述无线电能传输系统处于被唤醒状态，进入S30步骤； S20:所述无线电能传输系统进入待机模式，处于待唤醒状态； S30:所述无线电能传输系统进入检测模式，对所述初级线圈(I)与所述次级线圈(2)之间是否存在异物进行检测； S40:在所述检测模式下，所述控制器控制所述电流互感器检测所述检测线圈(4)上的电压值，依据电压值判断是否存在异物，若存在异物，进入S20步骤，若不存在异物，进入S50步骤； S50:所述无线电能传输系统进入工作模式，所述初级线圈(I)对所述次级线圈(2)进行电能传输。
8.根据权利要求7所述的异物检测方法，其特征在于，步骤S40按如下步骤实施: 5401:所述电流互感器检测所述检测线圈(4)上的电流检测值，且将所述电流检测值转化成电压检测值V ; 5402:预设电压阀值AV，所述控制器内部的比较器比较所述电压检测值V与所述电压阀值Λ V和电压初始值Vtl之和的大小； 5403:gV> Δ V+V0,进入S20步骤，发出警报，若VS Λ V+V。，进入S50步骤。
9.根据权利要求8所述的异物检测方法，其特征在于，所述无线电能传输系统中没有异物存在时，所述电流互感器检测所述检测线圈(4)上的电流初始值，且将所述电流初始值转化成电压初始值％。
【文档编号】H02J17/00GK104242477SQ201310254035
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】李聃, 周娅娜 申请人:海尔集团技术研发中心, 海尔集团公司