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

背景技術：

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

感應電能傳輸系統(tǒng)的結構及工作原理包括：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載所需的電能形式供給負載，實現(xiàn)能量的非接觸式傳輸。

在感應電能傳輸系統(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，高頻交變磁場會在金屬異物中產(chǎn)生渦流效應，金屬異物發(fā)熱，造成系統(tǒng)能量損耗，嚴重時引起火災，危及整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。由此，處于安全和節(jié)能的考慮，需要對感應電能傳輸系統(tǒng)的是否存在金屬異物進行檢測裝置。

感應電能傳輸系統(tǒng)中，已有的檢測金屬異物的方法主要有兩種：一是通過測量并計算出發(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，進而判斷是否有金屬異物的存在。二是通過將檢測感應電能傳輸系統(tǒng)的電流或者電壓與設定的閾值比較，來判斷是否有金屬異物的存在。這兩種方法能有效檢測出小功率感應電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物，但對于較大功率的感應電能傳輸系統(tǒng)，其檢測靈敏度低，不能有效檢測出金屬異物。因為，在功率較小時，金屬異物損耗功率占系統(tǒng)功率的比重大，引起的感應電能傳輸系統(tǒng)的功率、電流或電壓變化幅度大，因而可以檢測出金屬異物；然而在大功率感應電能傳輸系統(tǒng)中，金屬異物損耗功率占系統(tǒng)功率的比重很小，幾乎不會引起感應電能傳輸系統(tǒng)的電流或電壓幅值變化，因此金屬異物不易被檢測。

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明實現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種感應電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置，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線圈的補償裝置的輸入，補償裝置的輸出接檢測線圈；檢測線圈上的電流傳感器與處理器的電流信號輸入端相連；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；

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

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

所述的處理器的輸出端二與感應電能傳輸系統(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電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置對系統(tǒng)中的金屬異物進行檢測的方法，該方法的檢測簡單、方便，檢測靈敏度高，可有效地提高感應電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。

本發(fā)明實現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種使用上述的感應電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置對系統(tǒng)中的金屬異物進行檢測的方法，其作法是：

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

B、電壓傳感器檢測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定的電壓閾值進行比較：當輸出電壓值小于等于設定的電壓閾值，則判定感應電能傳輸系統(tǒng)中不存在金屬異物；否則，進行C步的操作；

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

本發(fā)明的工作原理是：

檢測線圈的極性與感應電能傳輸系統(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，檢測線圈則為單極性(即O字形線圈)；當能量發(fā)射線圈和能量拾取線圈為單極性(即O字形線圈)時，檢測線圈則為雙極性(即8字形線圈)。從而使得檢測線圈從能量發(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)射線圈的檢測線圈與能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈解耦，檢測線圈上的電流只來自于檢測裝置的高頻逆變器。控制器控制檢測裝置的高頻逆變器產(chǎn)生的設定電流為遠低于能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈的電流；加之補償裝置的作用，使得檢測裝置的高頻逆變器輸出的電壓電流同相，整個檢測裝置的功率損耗及工作功率均很小。當能量發(fā)射線圈附近出現(xiàn)金屬異物時，金屬異物表面產(chǎn)生渦流效應，使得檢測裝置的高頻逆變器輸出電壓增大，進而有效靈敏地檢測出金屬異物的存在。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

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

二、檢測裝置與感應電能傳輸系統(tǒng)之間無直接連接關系，僅僅是檢測線圈敷設在能量發(fā)射線圈表面，無需改變感應電能傳輸系統(tǒng)的結構。其適用性強，便于推廣。

三、利用檢測裝置獨立的小功率回路的電壓變化，實現(xiàn)對金屬異物的檢測判別。由于檢測線圈與能量發(fā)射線圈及能量拾取線圈解耦，檢測裝置形成獨立的小功率回路，其功率遠低于感應電能傳輸系統(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，而相比于檢測功率則很大。因此本發(fā)明對金屬異物的檢測靈敏度大幅提高，從而大大提高了感應電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖。

圖2a是實施例一的檢測線圈L的結構俯視圖。

圖2b是實施例一的能量發(fā)射線圈L1的結構俯視圖。

圖2c是實施例一的檢測線圈L敷設于能量發(fā)射線圈L1上后的俯視圖。

圖3a是實施例二的檢測線圈L結構俯視圖。

圖3b是實施例二的能量發(fā)射線圈L1結構俯視圖。

圖3c是實施例二的檢測線圈L敷設于能量發(fā)射線圈L1上后的俯視圖。

具體實施方式

實施例1

圖1示出，本發(fā)明的具體實施方式是，一種感應電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置，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的輸出接檢測線圈的補償裝置LC的輸入，補償裝置LC的輸出接檢測線圈L；檢測線圈L上的電流傳感器CC與處理器KS的電流信號輸入端相連；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，所述的檢測線圈L敷設在感應電能傳輸系統(tǒng)的能量發(fā)射線圈L1表面；

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

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

使用本例的感應電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置對系統(tǒng)中的金屬異物進行檢測的方法，其作法是：

A、處理器KS接收電流傳感器CC檢測出的檢測線圈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向檢測線圈L輸出設定的電流值；

B、電壓傳感器CV檢測出高頻逆變器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定的電壓閾值進行比較：當輸出電壓值小于等于設定的電壓閾值，則判定感應電能傳輸系統(tǒng)中不存在金屬異物；否則，進行C步的操作；

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

實施例2

本例的結構和檢測方法與實施例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，檢測線圈L為雙極性線圈，見圖3a、圖3b、圖3c。