[发明专利]一种无线电能传输系统中耦合线圈互感系数在线测量方法

摘要

本发明公开了一种无线电能传输系统中耦合线圈互感系数的在线测量方法，其通过对信号发射端和接收端的信号载波幅值、无线电能系统的结构参数的运算处理，在不增加额外硬件成本的情况下，实现了无线电能传输系统中耦合线圈互感系数的在线测量。本发明可以有效解决外界因素导致耦合线圈互感系数变化所引发的系统工作点偏移问题，即通过对互感系数的在线实时测量，并结合控制器自动控制，可实现耦合线圈位置的自动调整以及无线电能传输系统的输出闭环控制。本发明可应用于无线电能传输系统的金属异物检测，相比于传统的平衡线圈金属检测技术，本发明没有在耦合线圈之间引入额外线圈或硬件设备，降低硬件设计难度，提高了检测可靠性。

主权项

1.一种无线电能传输系统中耦合线圈互感系数的在线测量方法，所述的无线电能传输系统包括原边供电单元和副边受电单元，原边供电单元与副边受电单元通过耦合线圈实现电能传输；所述原边供电单元由直流电源、逆变电路以及原边谐振回路依次连接组成后与耦合线圈原边相连，所述副边受电单元由负载、整流电路以及副边谐振回路依次连接组成后与耦合线圈副边相连；其特征在于，所述在线测量方法的具体实现过程如下：首先，利用通讯信号发射模块通过磁接口与副边谐振回路耦合，使所述通讯信号发射模块产生载波幅值为Vt的通讯信号A叠加至副边受电单元的功率载波上，且所述通讯信号A与功率载波基于不同的传输频率；加载有通讯信号A的功率载波通过耦合线圈传输至原边供电单元后，利用通讯信号接收模块通过磁接口与原边谐振回路耦合以对该功率载波进行滤波，得到经耦合传输衰减后载波幅值为Vr的通讯信号A'；最后，利用原边控制模块对通讯信号A'的载波幅值Vr进行采样，并结合耦合线圈、通讯信号发射模块和通讯信号接收模块的结构参数通过计算得到耦合线圈的互感系数；所述的通讯信号发射模块包括载波信号发生器、信号开关S1、电阻Rt、电容Ct和电感Lt4；其中，载波信号发生器的正极与电阻Rt的一端相连，电阻Rt的另一端与电感Lt4的同名端相连，电感Lt4的异名端与电容Ct的一端相连，电容Ct的另一端与信号开关S1的一端相连，开关S1的另一端与载波信号发生器的负极相连，所述电感Lt4与副边谐振回路耦合，信号开关S1的控制端接副边控制模块提供的开关信号；所述载波信号发生器与信号开关S1组成作为调制器，所述电阻Rt、电容Ct和电感Lt4组成作为发射选频器；所述通讯信号接收模块由解调器、电阻Rr、电容Cr和电感Lr3并联组成，所述电感Lr3与原边谐振回路耦合，所述电阻Rr、电容Cr和电感Lr3组成作为接收选频器；所述原边控制模块通过以下公式计算耦合线圈的互感系数：其中：M为耦合线圈的互感系数，ωd为通讯信号A的载波角频率，Rr为通讯信号接收模块中电阻Rr的电阻值，Rt为通讯信号发射模块中电阻Rt的电阻值，Lt4为通讯信号发射模块中电感Lt4的电感值，L1和L2分别为耦合线圈的原边电感值和副边电感值。