[发明专利]一种非接触电能传输装置及位置检测方法

说明书

本发明公开了一种基于柔性行波预激励的位置检测方法及非接触电能传输装置，该非接触电能传输装置包括：预激励用功率变换单元、预激励绕组、原边磁芯、原边控制器、副边功率绕组、副边磁芯、负载以及副边功率变换单元。所述位置检测方法为：对原边预激励绕组预先施加自由、灵活、可变的激励来构造磁场幅度和波峰、波谷位置可调的柔性行波，依据变激励最值搜索找到输出反馈或原边采样信号的峰值所对应的激励特征来判断得到副边绕组的中心位置，从而提供位置信息用于原副边绕组对位或者非接触电能传输系统控制。本发明所提基于柔性行波预激励的位置检测方法，其原边预激励绕组可以为原边功率发射绕组，也可以为附加绕组。且该方法对两种典型副边绕组结构（盘式、DD）均适用。

技术领域

本发明涉及电力电子技术、非接触供电技术，具体涉及一种基于“柔性行波预激励”的位置检测方法及非接触电能传输装置。

背景技术

非接触供电利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(用电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电，具有良好的应用前景。

虽然非接触供电优点突出，但是依然存在一些实际问题需要解决，其中一个关键问题就是原副边绕组的准确对位问题。一般情况下，当原副边变压器错位时，原副边耦合变差导致非接触电能传输系统的功率传输能力与效率明显下降：损耗增加，器件应力增加，系统可靠性降低，充电时间延长，用户体验变差。

原副边相对位置检测(即位置检测)，可以为绕组持续提供准确的导引信息，直至原副边准确对位；也可以为原边系统提供副边的位置信息，从而方便原边系统调节激励、绕组结构、补偿参数等，实现小范围错位时功率的高效、稳定传输。因此，快速、准确的定位系统是整个非接触电能传输系统中不可或缺的一部分。

现有的位置检测方法包括，图像识别、GPS、mmWave、光栅、RFID等方法，不能同时满足非接触电能传输系统在成本、精度、体积、场景等方面的实际要求。如果能够利用非接触电能传输系统本身的磁场特性实现一定精度的位置检测，将极大的降低成本，提高其实用性。

非接触电能传输的实际应用中，副边绕组可以为DD绕组(绕组结构如图2，其主磁通示意图如图4)，可以为盘式绕组(绕组结构如图3，主磁通示意图如图5)。传统的依据预激励的磁场特性的位置检测方法，如图6所示，副边输出电压随着副边位置的相对偏移而变化，由输出感应电压的数值规律可以判断得到副边的相对偏移程度，即副边位置。但是，不同匝数的副边绕组在相同的错位下的输出电压并不相同，如图6中绕组1测试曲线以及绕组2的测试曲线。因此该种方法只能针对特定结构特定尺寸、匝数的副边绕组，或者依赖数据库，适用性有限。

对此，本发明提出了基于“柔性行波磁场预激励”的位置检测方法。所谓“柔性行波磁场定向调控”，即通过对非接触供电系统的原边绕组施加自由、灵活、可变的激励来实现对空间磁场动态调节，根据原副边的反馈信号来判断得到副边绕组结构中心位置。不局限于传统预激励方法，本发明利用柔性行波激励，通过比较不同激励条件下的副边输出相对电压或相对功率，以最大输出功率和/或最大输出电压和/或最大输出电流对对应的激励条件来反推副边相对位置，降低了对副边输出的绝对数值的依赖性以及对副边参数、结构提前预知的要求。此外,本发明并不额外增加位置检测装置，利用主功率线圈本身实现较为准确的位置检测，解决非接触电能传输系统中原副边绕组的对位问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：主要解决非接触电能传输系统中原副边绕组相对位置信息获取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置包括预激励用功率变换单元、预激励绕组、原边磁芯、控制器、副边/原边功率绕组、副边磁芯、副边功率变换单元及负载；