[发明专利]一种应用于磁耦合谐振无线电能传输的单层阵列传感线圈式异物检测系统及其消盲方法

说明书

本发明公开了一种应用于磁耦合谐振无线电能传输的单层阵列传感线圈式异物检测系统及其消盲方法，所述检测系统包括发射端和接收端，发射端包括异物检测单层阵列传感线圈、发射线圈、发射端磁屏蔽层和发射端磁芯，接收端包括接收线圈、接收端磁屏蔽层和接收端磁芯；所述异物检测单层阵列传感线圈由若干个小尺寸的传感单元构成，所述若干个传感单元均匀密布，完整覆盖整个检测区域，不留任何空余空间，实现直接盲区的消除。本发明通过在异物检测系统工作时间内，各阵列式传感单元呈现按一定频率和规律的动态工作与停止，当某异物恰巧落在某特定反串联传感单元的间接盲区内时，其他反串联传感单元则能够实现对该异物的有效检测，实现间接盲区的消除。

技术领域

本发明属于无线电能传输异物检测技术领域，具体涉及一种应用于磁耦合谐振无线电能传输的单层阵列传感线圈式异物检测系统及其检测方法。

背景技术

无线电能传输技术突破线缆约束，无需电气连接，无外露接口，没有接触火花和磨损老化等问题，对雨雪等恶劣天气或环境具备较强的适应性，且能量发射装置几乎不占据地上空间，占地资源少、维护成本低。该技术不仅能促进电动汽车续航问题的缓解和车辆与电网互动能力的加强，而且在消费电子、无人机、机器人等应用领域也受到了国内外学术界和产业界的广泛关注。

异物是位于无线电能传输系统发射端和接收端之间任何不属于系统本身的物体，在众多种类的异物中，金属异物和生物体异物等会对系统传输功率、效率以及安全性产生严重的不良影响。异物检测技术是保障磁耦合谐振式无线电能传输系统安全稳定运行不可或缺的辅助功能。利用传感线圈进行异物检测的方法由于成本低、易与无线电能传输系统集成而成为实现异物检测功能的主要技术。目前，基于传感线圈的异物检测方法为了提高检测精度和灵敏度，通常采用阵列式传感线圈，并采用两个传感单元反串联的连接方式抵消能量传输磁场对检测的干扰和进一步增大传感线圈对异物的感知能力。然而，当某质地均匀的异物(如硬币或其他形状规则的金属片等)恰巧覆盖于反串联的两个传感单元的相同面积(如图1：异物关于平面β几何对称，反串联的检测单元也关于平面β几何对称，且异物在该组检测单元的正上方)，或者在当异物对两个反串联传感单元的电磁影响恰巧相同而发生抵消时的情况下，此种检测方式会由于线圈与异物间的解耦而导致失效，即此类方法会天然地造成检测盲区，此类盲区称为间接盲区，间接盲区的大小与传感单元结构和异物的结构与性质均有关，因此间接盲区出现的时间与空间具有一定的随机性，故而它对系统安全性的影响是恶劣而显著的，工程应用绝不允许出现此种情况。为了解决上述问题，工程上通常采用双层传感线圈协同工作的技术，具体是指，双层线圈通过平行错位的重叠布置而使两层传感线圈的各自盲区点实现交错，从而时刻保证在某一层传感线圈触发间接盲区时，另一层传感线圈可以正常进行该异物的识别，虽然方法奏效，但这会使系统成本和复杂度显著增加，并会对无线电能传输系统宝贵的能量传输距离有所牺牲。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种应用于磁耦合谐振无线电能传输的单层阵列传感线圈式异物检测系统及其消盲方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于磁耦合谐振无线电能传输的单层阵列传感线圈式异物检测系统，所述检测系统包括发射端和接收端，所述发射端包括异物检测单层阵列传感线圈、发射线圈、发射端磁屏蔽层和发射端磁芯，所述接收端包括接收线圈、接收端磁屏蔽层和接收端磁芯；所述异物检测单层阵列传感线圈由若干个小尺寸的传感单元构成，所述若干个传感单元均匀密布，完整覆盖整个检测区域，不留任何空余空间，以实现对异物检测直接盲区的消除；所述异物检测单层阵列传感线圈的整体尺寸等于或略微大于能量发射平面的有效面积。

进一步的，所述接收端与所述发射端上下相对设置，其中所述接收端磁屏蔽层铺设于所述接收端磁芯上端方，所述接收端磁芯下方铺设有所述接收线圈，所述接收线圈与所述异物检测单层阵列传感线圈上下相对设置，所述异物检测单层阵列传感线圈紧密铺设在所述发射线圈的上方，所述发射线圈下方依次铺设有所述发射端磁芯和发射端磁屏蔽层。