无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法，检测装置包括：电能发射电感线圈、电能接收电感线圈、采样电感线圈、采样电路、充电管理系统及人机交互界面；电能发射电感线圈与电能接收电感线圈之间无物理连接；采样电感线圈不少于三个，以多边形顶点的位置固定于电能接收电感线圈周围；采样电感线圈与采样电路电连接；采样电路与充电管理系统电连接，充电管理系统与人机交互界面电连接。当电能发射电感线圈与电能接收电感线圈同轴心时，电能发射电感线圈、电能接收电感线圈以及采样电感线圈均为以电能发射电感线圈轴心为对称布置。由此，本发明可使电能发射、接收电感线圈准确对齐，提高电力能源的利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法。

背景技术

无线供电技术以非物理接触的方式供电，随着该技术的成熟，越来越受到人们的关注和社会的认可，大大方便了无线产品的使用。当前的电磁共振或电磁感应的无线电能传输设备主要使用电感线圈作为能量收发的天线；然而，在电能传输前，发射装置与接收装置的电能发射、接收电感线圈需要一个有效的相对位置，以减少能量逸散，确保电能传输的效率；通常情况下，发射装置与接收装置的电感线圈的平面最好能相互平行，其轴心最好在同一轴线上，并减少垂直距离，尽量靠近，这样能获得最大的传输效率。

比如当前汽车无线充电桩的设计结构一般如下：

电能发射装置的电能发射电感线圈设置于地面的汽车充电区；电能接收装置安装于汽车上，连接汽车电池充电管理系统，电能接收电感线圈设置于汽车底部；当汽车需要充电时，驶入充电区，在没有定位检测装置的情况下，驾驶员只能通过目测判断电能发射电感线圈的位置，无法准确地对准电能发射电感线圈与电能接收电感线圈。

综上所述，本技术领域亟需一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置及方法，以克服电能发射、接收电感线圈无法准确对齐的缺陷，尽可能地减少电力能源的浪费和损失。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置，以使电能发射、接收电感线圈准确对齐，提高电力能源的利用率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置，包括：电能发射电感线圈、电能接收电感线圈、采样电感线圈、采样电路、充电管理系统以及人机交互界面；其中，所述电能发射电感线圈与所述电能接收电感线圈之间无任何物理连接或机械接触；所述采样电感线圈不少于三个，以多边形顶点的位置固定于所述电能接收电感线圈的周围；所述采样电感线圈分别与所述采样电路电连接；所述采样电路与所述充电管理系统电连接，所述充电管理系统与所述人机交互界面电连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，当所述电能发射电感线圈与所述电能接收电感线圈同轴心时，所述电能发射电感线圈、所述电能接收电感线圈以及所述采样电感线圈均为以电能发射电感线圈轴心为对称布置。

本发明还提供一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测方法，其包括上述的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置，检测步骤如下：

1)设定当电能接收电感线圈与电能发射电感线圈在给定轴向距离的前提下，两者处于同轴位置时，三个采样电感线圈的感应电压为U、V、W，为位置对正时的基准采样感应电压；

2)将带有所述采样电感线圈的电能接收电感线圈初步移动到所述电能发射电感线圈的轴向上，粗定位；

3)检测各个采样电感线圈的感应电压UxVxWx，分别判断是否满足：Ux＝U、Vx＝V、Wx＝W；

4)如果没有达到上述条件，则通过驱动装置或人工在同一平面上，移 动带有所述采样电感线圈的电能接收电感线圈，再次检测各个采样电感线圈的感应电压UxVxWx；并再次分别判断是否满足：Ux＝U、Vx＝V、Wx＝W；

5)如果仍未达到步骤3)所述条件则重复执行步骤4)；如果达到步骤3)所述条件则实现位置对中，检测对位过程结束。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述基准采样感应电压通过实验测量或理论计算获得。

优选地，当所述电能发射电感线圈和电能接收电感线圈在轴心对正情况下，所述电能发射电感线圈、所述电能接收电感线圈以及所述采样电感线圈均为以电能发射电感线圈轴心对称布置时，所述U＝V＝W。

此外，本发明还提供一种无线充电汽车，其包括上述的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置。

优选地，所述电能接收电感线圈、所述采样电感线圈、所述采样电路、所述充电管理系统以及所述人机交互界面皆安装于汽车上；其中，所述电能接收电感线圈与所述采样电感线圈安装于汽车底部；所述人机交互界面安装于汽车驾驶室内。

本发明的有益效果是：构造简单，定位快速准确，作为无线电能传输设备的电能收、发电感线圈相对位置的确定方法，对无线电能传输设备的自动或手动对准奠定基础。

附图说明

图1为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的立体结构示意图；

图2为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的俯视结构示意图；

图3为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的左视结构 示意图；

图4为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的采样电路的结构示意图；

图5为本发明的无线充电汽车的立体结构示意图一；

图6为本发明的无线充电汽车的俯视结构示意图；

图7为本发明的无线充电汽车的左视结构示意图；

图8为本发明的无线充电汽车的立体结构示意图二；

在图1～8中，各标号所表示的部件名称如下：A为电能发射电感线圈；B为电能接收电感线圈；C1、C2、C3为采样电感线圈；D为汽车；E为路面；F为无线充电车位；G为充电管理系统；H为人机交互界面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1～4所示，其中，图1为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的立体结构示意图；图2为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的俯视结构示意图；图3为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的左视结构示意图；图4为本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的采样电路的结构示意图。

本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置的结构为：不少于三个的采样电感线圈C1、C2、C3以多边形顶点的位置固定于电能无线接收设备的电能接收电感线圈B周围，以在无线电能传输时采集电能发射电感线圈A的电能强度；通过图4所示的采样电路比较多个采样电感线圈C1、C2、C3所采电压，便可由充电管理系统用几何运算确定电能接收电感线圈B与电能发射电感线圈A之间的相对位置；最后，将此相对位置呈现于人机交互 界面。

由此，本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置，包括：电能发射电感线圈、电能接收电感线圈、采样电感线圈、采样电路、充电管理系统以及人机交互界面；其中，所述电能发射电感线圈与所述电能接收电感线圈之间无任何物理连接或机械接触；所述采样电感线圈不少于三个，以多边形顶点的位置固定于所述电能接收电感线圈的周围；所述采样电感线圈分别与所述采样电路电连接；所述采样电路与所述充电管理系统电连接，所述充电管理系统与所述人机交互界面电连接。

优选地，当所述电能发射电感线圈与所述电能接收电感线圈同轴心时，所述电能发射电感线圈、所述电能接收电感线圈以及所述采样电感线圈均为以电能发射电感线圈轴心为对称布置。

本发明还提供一种无线电能传输的收发线圈相对位置检测方法，其包括上述的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置，检测步骤如下：

1)设定当电能接收电感线圈与电能发射电感线圈在给定轴向距离的前提下，两者处于同轴位置时，三个采样电感线圈的感应电压为U、V、W，为位置对正时的基准采样感应电压；

2)将带有所述采样电感线圈的电能接收电感线圈初步移动到所述电能发射电感线圈的轴向上，粗定位；

3)检测各个采样电感线圈的感应电压UxVxWx，分别判断是否满足：Ux＝U、Vx＝V、Wx＝W；

4)如果没有达到上述条件，则通过驱动装置或人工在同一平面上，移动带有所述采样电感线圈的电能接收电感线圈，再次检测各个采样电感线圈的感应电压UxVxWx；并再次分别判断是否满足：Ux＝U、Vx＝V、Wx＝W；

5)如果仍未达到步骤3)所述条件则重复执行步骤4)；如果达到步骤3)所述条件则实现位置对中，检测对位过程结束。

优选地，所述基准采样感应电压通过实验测量或理论计算获得。

优选地，当所述电能发射电感线圈和电能接收电感线圈在轴心对正情况下，所述电能发射电感线圈、所述电能接收电感线圈以及所述采样电感线圈均为以电能发射电感线圈轴心对称布置时，所述U＝V＝W。

此外，本发明还提供一种无线充电汽车，其包括上述的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置。请参照图5～8所示，其中，图5为本发明无线充电汽车的立体结构示意图一；图6为本发明无线充电汽车的俯视结构示意图；图7为本发明无线充电汽车的左视结构示意图；图8为本发明无线充电汽车的立体结构示意图二。其最优实施方案可为：把三个采样电感线圈C1、C2、C3以正多边形顶点的位置安装于汽车底部的圆形电能接收电感线圈B周围，且三个所述采样电感线圈皆设于采样电路中；当汽车D需要充电时，汽车D接近无线充电车位F，设于无线充电车位F的地面E上的圆形电能发射电感线圈A开始以较少的能量输出，汽车驶入无线充电车位F；当电能接收电感线圈B未能对准电能发射电感线圈A时，采样电感线圈C1、C2、C3所采电压不一致，经采样电路比较、充电管理系统G进行几何运算，可得出电能接收电感线圈B与电能发射电感线圈A间的相对位置，并通过人机交互界面H提醒司机进行位置调整；当电能接收电感线圈B与电能发射电感线圈A对准后，电能无线传输装置才开始以大功率能量输出对汽车电池进行充电；为了得到更精确和更大范围的定位，可视情况增加采样电感线圈的数量，并分散于汽车D底部。

本发明的无线电能传输的收发线圈相对位置检测装置构造简单，定位快速准确，而方法作为无线电能传输设备的电能收、发电感线圈相对位置的确定方法，对无线电能传输设备的自动或手动对准奠定基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。