本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

感應(yīng)電能傳輸技術(shù)已應(yīng)用于為通訊工具、家用電器、電動(dòng)汽車、植入式醫(yī)療設(shè)備、軌道交通列車等供電。與傳統(tǒng)的接觸式取電方式相比，感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的電能傳輸過程不受粉塵污垢、風(fēng)雨冰雪等自然天氣以及其他化學(xué)物質(zhì)的影響，不存在接觸火花以及機(jī)械磨損問題，有效地提高了供電安全及可靠性。

感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理包括：直流電在高頻逆變器作用下變換成高頻的交流電；高頻的交流電在能量發(fā)射線圈上激發(fā)高頻磁場；能量拾取線圈與能量發(fā)射線圈相互耦合，能量拾取線圈耦合高頻磁場感應(yīng)出同頻交變電壓，同頻交變電壓經(jīng)過電能變換裝置變換成負(fù)載所需的電能形式供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)能量的非接觸式傳輸。

在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，是由能量發(fā)射線圈和能量拾取線圈之間的耦合傳遞能量，當(dāng)金屬異物(如螺釘、硬幣、鑰匙)存在于能量發(fā)射線圈中，高頻交變磁場會(huì)在金屬異物中產(chǎn)生渦流效應(yīng)，金屬異物發(fā)熱，造成系統(tǒng)能量損耗，嚴(yán)重時(shí)引起火災(zāi)，危及整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由此，處于安全和節(jié)能的考慮，需要對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的是否存在金屬異物進(jìn)行檢測(cè)裝置。

感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，已有的檢測(cè)金屬異物的方法主要有兩種：一是通過測(cè)量并計(jì)算出發(fā)射端的發(fā)送功率和接收端的接收功率的差值，將該差值與系統(tǒng)正常損耗功率比較，進(jìn)而判斷是否有金屬異物的存在。二是通過將檢測(cè)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的電流或者電壓與設(shè)定的閾值比較，來判斷是否有金屬異物的存在。這兩種方法能有效檢測(cè)出小功率感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物，但對(duì)于較大功率的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)，其檢測(cè)靈敏度低，不能有效檢測(cè)出金屬異物。因?yàn)?，在功率較小時(shí)，金屬異物損耗功率占系統(tǒng)功率的比重大，引起的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的功率、電流或電壓變化幅度大，因而可以檢測(cè)出金屬異物；然而在大功率感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，金屬異物損耗功率占系統(tǒng)功率的比重很小，幾乎不會(huì)引起感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的電流或電壓幅值變化，因此金屬異物不易被檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的是提供一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置，用該裝置進(jìn)行金屬異物檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)的影響小，原理簡單，異物檢測(cè)的靈敏度高，可有效地提高感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置，其特征在于：

直流電源的兩端接高頻逆變器的輸入，高頻逆變器的輸出接檢測(cè)線圈的補(bǔ)償裝置的輸入，補(bǔ)償裝置的輸出接檢測(cè)線圈；檢測(cè)線圈上的電流傳感器與處理器的電流信號(hào)輸入端相連；高頻逆變器輸出端上的電壓傳感器與處理器的電壓信號(hào)輸入端相連；處理器的輸出端一與高頻逆變器的控制端相連；

所述的檢測(cè)線圈敷設(shè)在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈表面；

所述的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈為雙極性線圈，檢測(cè)線圈為單極性線圈；或者所述的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈為單極性線圈，檢測(cè)線圈為雙極性線圈；

所述的處理器的輸出端二與感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的主處理器的輸入端相連。

本發(fā)明的第二目的是提供一種使用上述的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置對(duì)系統(tǒng)中的金屬異物進(jìn)行檢測(cè)的方法，該方法的檢測(cè)簡單、方便，檢測(cè)靈敏度高，可有效地提高感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種使用上述的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置對(duì)系統(tǒng)中的金屬異物進(jìn)行檢測(cè)的方法，其作法是：

A、處理器接收電流傳感器檢測(cè)出的檢測(cè)線圈的電流值，并以該電流值作為控制反饋值，控制高頻逆變器向檢測(cè)線圈輸出設(shè)定的電流值；

B、電壓傳感器檢測(cè)出高頻逆變器的輸出電壓值，并輸送給處理器；處理器將接收到的輸出電壓值與設(shè)定的電壓閾值進(jìn)行比較：當(dāng)輸出電壓值小于等于設(shè)定的電壓閾值，則判定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中不存在金屬異物；否則，進(jìn)行C步的操作；

C、處理器判定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中存在金屬異物，并向感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的主處理器發(fā)出切斷信號(hào)，主處理器切斷感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

本發(fā)明的工作原理是：

檢測(cè)線圈的極性與感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈的極性不同，當(dāng)能量發(fā)射線圈和能量拾取線圈為雙極性(即8字形線圈)時(shí)，檢測(cè)線圈則為單極性(即O字形線圈)；當(dāng)能量發(fā)射線圈和能量拾取線圈為單極性(即O字形線圈)時(shí)，檢測(cè)線圈則為雙極性(即8字形線圈)。從而使得檢測(cè)線圈從能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈得到的能量都為0，從而巧妙地將緊靠能量發(fā)射線圈的檢測(cè)線圈與能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈解耦，檢測(cè)線圈上的電流只來自于檢測(cè)裝置的高頻逆變器?？刂破骺刂茩z測(cè)裝置的高頻逆變器產(chǎn)生的設(shè)定電流為遠(yuǎn)低于能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈的電流；加之補(bǔ)償裝置的作用，使得檢測(cè)裝置的高頻逆變器輸出的電壓電流同相，整個(gè)檢測(cè)裝置的功率損耗及工作功率均很小。當(dāng)能量發(fā)射線圈附近出現(xiàn)金屬異物時(shí)，金屬異物表面產(chǎn)生渦流效應(yīng)，使得檢測(cè)裝置的高頻逆變器輸出電壓增大，進(jìn)而有效靈敏地檢測(cè)出金屬異物的存在。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中加入的檢測(cè)線圈與能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈解耦，檢測(cè)裝置與感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)之間沒有能量傳輸和電壓感應(yīng)關(guān)系，對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的工作無影響。

二、檢測(cè)裝置與感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)之間無直接連接關(guān)系，僅僅是檢測(cè)線圈敷設(shè)在能量發(fā)射線圈表面，無需改變感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其適用性強(qiáng)，便于推廣。

三、利用檢測(cè)裝置獨(dú)立的小功率回路的電壓變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬異物的檢測(cè)判別。由于檢測(cè)線圈與能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈解耦，檢測(cè)裝置形成獨(dú)立的小功率回路，其功率遠(yuǎn)低于感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸功率；同一金屬異物引起的功率損耗相比于傳輸功率，占比很低，而相比于檢測(cè)功率則很大。因此本發(fā)明對(duì)金屬異物的檢測(cè)靈敏度大幅提高，從而大大提高了感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖。

圖2a是實(shí)施例一的檢測(cè)線圈L的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2b是實(shí)施例一的能量發(fā)射線圈L1的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2c是實(shí)施例一的檢測(cè)線圈L敷設(shè)于能量發(fā)射線圈L1上后的俯視圖。

圖3a是實(shí)施例二的檢測(cè)線圈L結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3b是實(shí)施例二的能量發(fā)射線圈L1結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3c是實(shí)施例二的檢測(cè)線圈L敷設(shè)于能量發(fā)射線圈L1上后的俯視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

圖1示出，本發(fā)明的具體實(shí)施方式是，一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置，其特征在于：

直流電源E的兩端接高頻逆變器H的輸入，高頻逆變器H的輸出接檢測(cè)線圈的補(bǔ)償裝置LC的輸入，補(bǔ)償裝置LC的輸出接檢測(cè)線圈L；檢測(cè)線圈L上的電流傳感器CC與處理器KS的電流信號(hào)輸入端相連；高頻逆變器H輸出端上的電壓傳感器CV與處理器KS的電壓信號(hào)輸入端相連；處理器KS的輸出端一與高頻逆變器H的控制端相連；

圖2c示出，所述的檢測(cè)線圈L敷設(shè)在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈L1表面；

圖2a、圖2b示出，本例的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈L1為雙極性線圈，檢測(cè)線圈L為單極性線圈；

所述的處理器KS的輸出端二與感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的主處理器的輸入端相連。

使用本例的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測(cè)裝置對(duì)系統(tǒng)中的金屬異物進(jìn)行檢測(cè)的方法，其作法是：

A、處理器KS接收電流傳感器CC檢測(cè)出的檢測(cè)線圈L的電流值，并以該電流值作為控制反饋值，控制高頻逆變器H向檢測(cè)線圈L輸出設(shè)定的電流值；

B、電壓傳感器CV檢測(cè)出高頻逆變器H的輸出電壓值，并輸送給處理器KS；處理器KS將接收到的輸出電壓值與設(shè)定的電壓閾值進(jìn)行比較：當(dāng)輸出電壓值小于等于設(shè)定的電壓閾值，則判定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中不存在金屬異物；否則，進(jìn)行C步的操作；

C、處理器KS判定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中存在金屬異物，并向感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的主處理器發(fā)出切斷信號(hào)，主處理器切斷感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

實(shí)施例2

本例的結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方法與實(shí)施例1的基本相同，唯一不同的僅僅是：能量發(fā)射線圈L1為單極性線圈，檢測(cè)線圈L為雙極性線圈，見圖3a、圖3b、圖3c。