[发明专利]一种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置及位置检测方法

说明书

技术领域:

本发明涉及电学领域，尤其涉及无线充电技术，特别是一种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置及位置检测方法。

背景技术:

电磁感应式无线充电已被广泛应用于电动汽车、手机通讯以及无线卫星等领域。该充电方式中的能量发射线圈与接收线圈间的相对位置对于电能传输的效率有着严重的影响。通常，两线圈间的耦合系数越大，传输电能的效率越高。但线圈不同的相对位置，将会使两线圈的耦合系数产生很大的差异，从而带来效率的急剧变化。因而，采用低成本、简单、可靠的位置检测装置，对于提升感应式无线能量传输系统的效率具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置，所述的这种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置要解决现有技术中传统电磁感应充电装置的能量发射线圈与接收线圈相互间的位置关系和移动机构的导引不当导致两线圈耦合系数不高、电磁感应充电效率低下的技术问题。

本发明的这种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置，包括第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、发射线圈、接收线圈和电磁感应充电装置的副边线圈，其中，所述的副边线圈设置在接收线圈上平面中央，所述的发射线圈设置在接收线圈上方，所述的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈设置在接收线圈上平面且分别各自围成面积大小完全等同的圆形形状，所述的圆形形状的中心连线在同一平面上呈正三角形排布，所述的正三角形的中心与电磁感应充电装置的副边线圈的中心重合，所述的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈均由导电线圈绕制。

进一步的，第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈所用材料和导电特性完全一致。

进一步的，第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈均是非闭合线圈。

本发明还提供了一种利用上述检测装置实现的磁性线圈位置检测方法，其中，将输入的感应电动势信号通过精密整流电路，后接滤波电阻、滤波电容构成的RC滤波电路，将经过整流电路输出的电压变为稳定直流电压以供测量。

进一步的，将感应电动势信号与同频的正弦或余弦三角函数相乘后，再经过低通滤波器无限积分，得到解调后的信号及幅值信息以供测量。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明的这种用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置及位置检测方法，包括三个检测线圈，检测线圈感应电动势的测量，以及最后的实现控制策略。三个检测线圈是由导电线圈绕制；检测线圈感应电动势的测量包括两种方法，第一种是采用精密整流电路加RC滤波的方式，另一种是通过本振、模拟乘法器加滤波器的方式；实现控制策略包括将测量的感应电动势进行计算，并得出为对准能量发射线圈和接收线圈应如何移动位置。所述的三个检测线圈都是非闭合线圈，三个检测线圈所用材料和导电特性完全一致，三个检测线圈分别围成的形状为圆形且在同一平面内，面积相等，大小完全相同，三个检测线圈围成的圆形的中心在平面上呈正三角形排布，且正三角形的中心与电磁感应充电装置的副边线圈的中心重合。

所述的检测线圈感应电动势的测量的第一种方法是由一个经典精密整流电路构成的，将检测线圈上感应出的正弦电压整流，并通过RC滤波电路，变为稳定的直流电压以便测量。

所述的检测线圈感应电动势的测量的第二种方法由本振、模拟乘法器和滤波器构成，充分利用检测线圈上感应出的为正弦电压及正弦函数的正交性，并通过滤波器解调，从而测出感应电动势。

实现控制策略为在同一次测量中，得出u₁:u₂:u₃的比值(三个检测线圈感应电动势的比值)，由此来判断能量发射线圈与接收线圈间的相对位置，并按照电压最高的那个检测线圈方向移动接收线圈位置来将能量发射线圈与接收线圈对准。

本发明能够精确测量能量发射线圈和接收线圈相互间的位置关系，给出移动机构的导引，以便之后的校准，有利于提高能量发射线圈和接收线圈间的耦合系数，可大大提高电磁感应充电的效率；本发明的结构精简，便于实现，经济实用性很强，可实现批量生产使用。

附图说明：

图1是本发明的用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置的工作流程图。

图2是本发明的用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置中三个检测线圈相互位置关系的结构示意图。

图3是本发明的用于电磁感应式无线充电的磁性线圈位置检测装置中三个检测线圈与能量接收线圈相互位置关系的结构示意图。