本實(shí)用新型涉及一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置。
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)重時引起火災(zāi),危及整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由此,處于安全和節(jié)能的考慮,需要對感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的是否存在金屬異物進(jìn)行檢測裝置。
感應(yīng)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(jìn)而判斷是否有金屬異物的存在。二是通過將檢測感應(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出小功率感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物,但對于較大功率的感應(yīng)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?yàn)?,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(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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的是提供一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的金屬異物檢測裝置,用該裝置進(jìn)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(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明的所采用的技術(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(bǔ)償裝置的輸入,補(bǔ)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(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。
本實(shí)用新型的使用方法是:
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(shè)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(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,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。
本實(shí)用新型的工作原理是:
檢測線圈的極性與感應(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,檢測線圈則為單極性(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,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??刂破骺刂茩z測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(dāng)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(yīng),使得檢測裝置的高頻逆變器輸出電壓增大,進(jìn)而有效靈敏地檢測出金屬異物的存在。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的有益效果是:
一、本實(shí)用新型在感應(yīng)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(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,對感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的工作無影響。
二、檢測裝置與感應(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、利用檢測裝置獨(dú)立的小功率回路的電壓變化,實(shí)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(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,而相比于檢測功率則很大。因此本實(shí)用新型對金屬異物的檢測靈敏度大幅提高,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)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖2a是實(shí)施例一的檢測線圈結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖2b是實(shí)施例一的能量發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖2c是實(shí)施例一的檢測線圈敷設(shè)于能量發(fā)射線圈上后的俯視圖。
圖3a是實(shí)施例二的檢測線圈結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3b是實(shí)施例二的能量發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖3c是實(shí)施例二的檢測線圈敷設(shè)于能量發(fā)射線圈上后的俯視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
圖1示出,本實(shí)用新型的具體實(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(bǔ)償裝置LC的輸入,補(bǔ)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(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)的金屬異物檢測裝置對系統(tǒng)中的金屬異物進(jìn)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(shè)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(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,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,檢測線圈L為雙極性線圈,見圖3a、圖3b、圖3c。