本發(fā)明屬于電力電子、無線能量傳輸以及互感傳感器，具體涉及基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，水下、礦井、野外等環(huán)境中的用電需求急劇增加。無線電能傳輸技術(shù)憑借其非接觸傳能的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)無裸露、無人供電以及移動供電，成為這些特殊環(huán)境中的可靠供能方案。

2、在實際應(yīng)用中，無線電能傳輸系統(tǒng)的互感會隨著設(shè)備的三維移動而發(fā)生變化，這對系統(tǒng)的充電性能和控制方法提出了新的挑戰(zhàn)。例如，專利cn?107490737?a“一種無線充電系統(tǒng)負載和互感估計方法”通過利用原邊并聯(lián)電容的電壓以及無線能量傳輸線圈輸入電流的上升沿過零點在一個周期內(nèi)的時刻值，來替代各自基波分量的相位進行參數(shù)估計，并利用副邊電路反射復(fù)阻抗、副邊補償電容的等效輸入復(fù)阻抗與負載的函數(shù)關(guān)系來估計互感。然而，該方法在主功率電路啟動前無法進行互感測量，也無法直接應(yīng)用于其他無線電能傳輸拓撲。

3、另一項專利cn?110103739a“弱磁場激勵三線圈檢測裝置”通過對原邊激勵線圈施加激勵電流，并在副邊線圈開路的情況下，檢測原副邊線圈的電流來估計互感。這種方法需要通過通信手段獲取原副邊電流信息，并在副邊線圈開路時進行測量，可能會對功率傳輸造成擾動。

4、綜上所述，無線電能傳輸技術(shù)在實際應(yīng)用中面臨著互感變化帶來的挑戰(zhàn)，需要進一步研究和發(fā)展新的方法，以提高系統(tǒng)的充電性能和控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)及方法，通過利用組合梯度差動線圈簇構(gòu)成線圈傳感器，對功率線圈互感在寬水平、寬垂直范圍內(nèi)進行有效測量，為功率傳輸提供了重要的控制與監(jiān)測參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括原邊和副邊，

4、所述原邊包括發(fā)射線圈lp和原邊組合差動檢測線圈ldp，所述原邊組合差動檢測線圈ldp包括鐵氧體以及位于鐵氧體上層的差動檢測線圈ldt和位于鐵氧體下層的差動檢測線圈ldb，所述差動檢測線圈ldt和差動檢測線圈ldb關(guān)于鐵氧體中心軸對稱，所述發(fā)射線圈lp和原邊組合差動檢測線圈ldp關(guān)于發(fā)射線圈lp平面中心軸對稱，或者利用位置補償調(diào)節(jié)，使得差動檢測線圈ldb與發(fā)射線圈lp的原邊差動互感mpd為零；

5、所述副邊包括接收線圈ls和副邊組合差動檢測線圈lds，其中功率傳輸由發(fā)射線圈lp以及接收線圈ls耦合功率線圈互感m傳輸；

6、當(dāng)原邊向副邊發(fā)送功率時，副邊由接收線圈ls吸收功率，其中功率傳輸由發(fā)射線圈lp以及接收線圈ls耦合功率線圈互感m傳輸；

7、當(dāng)接收線圈ls和第i種組合差動互感檢測線圈ldi的副邊差動互感msd在某高度下差動數(shù)值恒定時，利用n對差動線圈構(gòu)成梯度組合差動線圈簇，在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)互感檢測的目的；

8、所述副邊組合差動檢測線圈lds發(fā)送弱功率檢測發(fā)射線圈lp的位置，實現(xiàn)原邊組合差動檢測線圈ldp定位，并通過查表法調(diào)整副邊線圈位置，使副邊線圈處于充電范圍內(nèi)。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述差動檢測線圈ldt包括差動檢測線圈ld1t、差動檢測線圈ld2t以及差動檢測線圈ld3t，所述差動檢測線圈ldb包括差動檢測線圈ld1b、差動檢測線圈ld2b以及差動檢測線圈ld3b。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈或圓形功率線圈，所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈或矩形差動線圈，即包括如下情況：當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為圓形功率線圈時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為圓形功率線圈時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp設(shè)置為矩形差動線圈，所述副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp設(shè)置為矩形差動線圈，所述副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述組合差動互感檢測線圈ldi關(guān)于鐵氧體中心軸對稱，且其半徑尺寸小于發(fā)射線圈lp與接收線圈ls半徑尺寸的十倍。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述組合差動互感檢測線圈ldi包括位于上層的差動互感檢測線圈ldit和位于下層的差動互感檢測線圈ldib，上層差動互感檢測線圈ldit與下層差動互感檢測線圈ldib異名端串聯(lián)。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：在所述接收線圈ls與發(fā)射線圈lp保持固定高度hi時，上層的差動互感檢測線圈ldit和下層的差動互感檢測線圈ldib與接收線圈ls的互感mdit與mdib的變化趨勢相同，使得兩者的差值mdi保持恒定，當(dāng)?shù)趇組差動互感檢測線圈ldi與接收線圈ls互感mdi保持恒定時，副邊組合差動檢測線圈lds能夠保證在n！種排列組合中，實現(xiàn)寬垂直范圍內(nèi)的水平范圍內(nèi)的互感測量。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述發(fā)射線圈lp與接收線圈ls為垂直中心軸對稱線圈構(gòu)型，第i組差動線圈簇也為垂直中心軸對稱線圈構(gòu)型。

15、基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

16、步驟1：副邊組合差動檢測線圈lds先向原邊組合差動檢測線圈ldp發(fā)送充電信號，通過副邊組合差動檢測線圈lds接收到信號強度判斷是否滿足充電要求，否則根據(jù)副邊檢測線圈互感檢測結(jié)果，通過查表法調(diào)整接收線圈ls位置；

17、步驟2：根據(jù)原邊組合差動檢測線圈ldp上的電壓vdi，選擇差動線圈簇的梯度組合類型；

18、步驟3：原邊組合差動檢測線圈ldp進行原邊互感檢測，計算互感m用于功率控制，并向發(fā)射線圈lp發(fā)送充電指令，進行充電；

19、步驟4：副邊組合差動檢測線圈lds接收到發(fā)射線圈lp發(fā)送的電力，間隔不同的時間段，重復(fù)步驟2的操作；若上述步驟中，不滿足充電條件，即充電終止，返回第一步等待。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

21、由于無線能量傳輸系統(tǒng)是基于線圈互感進行能量傳輸，因而同樣可以借助線圈傳感器獲取功率線圈互感，并用于充電過程的定位與控制過程；在本發(fā)明中，通過利用梯度組合式差動線圈簇，通過線圈簇組合設(shè)計，滿足充電范圍了寬范圍的互感檢測需求，滿足充電定位與互感檢測需求，提高了充電過程的穩(wěn)定性和可靠性，并為無線功率控制的過程提供了控制和監(jiān)測的重要參數(shù)。

技術(shù)特征：

1.基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括原邊和副邊，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述差動檢測線圈ldt包括差動檢測線圈ld1t、差動檢測線圈ld2t以及差動檢測線圈ld3t，所述差動檢測線圈ldb包括差動檢測線圈ld1b、差動檢測線圈ld2b以及差動檢測線圈ld3b。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈（4）或圓形功率線圈（2），所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈（3）或矩形差動線圈（5），即包括如下情況：當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為圓形功率線圈（2）時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈（3）；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈（4）時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp和副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈（3）；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為圓形功率線圈（2）時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp設(shè)置為矩形差動線圈（5），所述副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈（3）；當(dāng)發(fā)射線圈lp和接收線圈ls設(shè)置為矩形功率線圈（4）時，所述原邊組合差動檢測線圈ldp設(shè)置為矩形差動線圈（5），所述副邊組合差動檢測線圈lds設(shè)置為圓形差動線圈（3）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述組合差動互感檢測線圈ldi關(guān)于鐵氧體（1）中心軸對稱，且其半徑尺寸小于發(fā)射線圈lp與接收線圈ls半徑尺寸的十倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述組合差動互感檢測線圈ldi包括位于上層的差動互感檢測線圈ldit和位于下層的差動互感檢測線圈ldib，上層差動互感檢測線圈ldit與下層差動互感檢測線圈ldib異名端串聯(lián)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：在所述接收線圈ls與發(fā)射線圈lp保持固定高度hi時，上層的差動互感檢測線圈ldit和下層的差動互感檢測線圈ldib與接收線圈ls的互感mdit與mdib的變化趨勢相同，使得兩者的差值mdi保持恒定，當(dāng)?shù)趇組差動互感檢測線圈ldi與接收線圈ls互感mdi保持恒定時，副邊組合差動檢測線圈lds能夠保證在n！種排列組合中，實現(xiàn)寬垂直范圍內(nèi)的水平范圍內(nèi)的互感測量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射線圈lp與接收線圈ls為垂直中心軸對稱線圈構(gòu)型，第i組差動線圈簇也為垂直中心軸對稱線圈構(gòu)型。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于梯度組合式差動線圈寬范圍定位檢測系統(tǒng)及方法，其對功率傳輸系統(tǒng)的原副邊互感M進行檢測，用于線圈位置調(diào)節(jié)以及功率控制需求，從而實現(xiàn)原邊的功率高效穩(wěn)定傳輸。本發(fā)明通過梯度組合差動線圈簇，與原邊發(fā)射線圈互感解耦，通過梯度組合，實現(xiàn)寬水平、寬垂直范圍內(nèi)的線圈互感檢測，并通過副邊線圈簇定位，調(diào)整線圈位置，實現(xiàn)寬水平、寬垂直范圍內(nèi)的線圈動態(tài)調(diào)節(jié)能力。本發(fā)明的適用性廣泛，可用于各種垂直中心對稱的無線電能傳輸系統(tǒng)中。

技術(shù)研發(fā)人員：劉勝,熊文靜,韓華,趙一,王輝,譚鎵巍
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15