弱磁场激励三线圈检测装置
阅读：503发布：2024-01-22
专利汇可以提供弱磁场激励三线圈检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种弱 磁场 激励三线圈检测装置，包括交流激励源、检测 信号 采样 板、原边激励线圈，还包括副边响应线圈、响应线圈谐振网络、检测单元。交流激励源与原边激励线圈相连，副边响应线圈与响应线圈谐振网络相连。检测单元包括至少一个检测线圈，检测单元与检测信号采样板相连。本发明可以在较弱的励磁功率和励磁 电流 条件下得到足够的检测信号强度，降低励磁功耗，减小 电磁干扰 ，满足设备的电磁暴露的限制要求，并减小非 接触 变压器 副边感应电流对检测信号的不利影响。实现泊车导引、 位置 检测和互感参数检测，为电动 汽车 无线充电系统和自动泊车提供位置信息，具有系统成本较低、可靠性高、电磁 辐射 小的优点。，下面是弱磁场激励三线圈检测装置专利的具体信息内容。
1.弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，包括交流激励源、检测信号采样板、原边激励线圈，还包括副边响应线圈、响应线圈谐振网络、检测单元；
所述交流激励源与原边激励线圈相连，所述副边响应线圈与响应线圈谐振网络相连；
所述检测单元包括至少一个检测线圈，所述检测单元与检测信号采样板相连。
2.根据权利要求1所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，所述检测单元设置在所述原边激励线圈所在的原边侧。
3.根据权利要求2所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，所述检测单元设置在所述原边激励线圈磁场的感应盲点位置，与所述原边激励线圈解耦。
4.根据权利要求1-3任一所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，当所述检测单元中包括多个检测线圈时，检测线圈采用反向串联的差分连接方式形成一对或多对检测子单元。
5.根据权利要求1-3任一所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，所述原边激励线圈和/或副边响应线圈公用无线充电系统中非接触变压器的原边和/或副边线圈。
6.根据权利要求4所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，所述原边激励线圈和/或副边响应线圈公用无线充电系统中非接触变压器的原边和/或副边线圈。
7.根据权利要求4所述的弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，包括两对或两对以上所述检测子单元；对所述原边激励线圈施加交流激励电流构成定位磁场，当所述副边响应线圈进入所述定位磁场，所述检测信号采样板将各对检测子单元的端口电压υi发送给原边检测信号采样板中的控制器或副边检测信号采样板中的控制器；其中，接收检测数据的控制器已经预先存储根据互感模型感应电动势计算得到第i对所述检测子单元的端口电压υi与错位坐标(x，y)对应关系表Vi(x，y)；通过联立i个方程求解υi＝Vi(x，y)，得到所述原边激励线圈和副边响应线圈相对位置坐标x和y。
8.根据权利要求5所述弱磁场激励三线圈检测装置，其特征在于，包括两对或两对以上所述检测子单元；对所述原边激励线圈施加交流激励电流构成定位磁场，当所述副边响应线圈进入所述定位磁场，所述检测信号采样板将各对检测子单元的端口电压υi发送给原边检测信号采样板中的控制器或副边检测信号采样板中的控制器；其中，接收检测数据的控制器已经预先存储根据互感模型感应电动势计算得到第i对所述检测子单元的端口电压υi与错位坐标(x，y)对应关系表Vi(x，y)；通过联立i个方程求解υi＝Vi(x，y)，得到所述原边激励线圈和副边响应线圈相对位置坐标x和y。
9.根据权利要求1所述的弱磁场激励三线圈检测装置的偏航检测系统，其特征在于，所述检测单元设置在所述副边响应线圈所在的副边侧，所述检测单元包括两个检测线圈，所述两个检测线圈采用反向串联的差分连接方式并分别位于正向行驶轴线两侧，其中第一检测线圈与所述副边响应线圈同向绕制，第二检测线圈与所述副边响应线圈反向绕制。
10.根据权利要求9所述的弱磁场激励三线圈检测装置的偏航检测系统，其特征在于，对所述原边激励线圈施加激励电流，根据所述检测检单元的端口电压和所述响应线圈的电压/电流的相位关系进行偏航检测：当所述检测检单元的端口电压与所述响应线圈的电压/电流同相位，此时行进方向偏向所述第一检测线圈，当所述检测检单元的端口电压与所述响应线圈的电压/电流反向，此时行进方向偏向所述第二检测线圈。
11.根据权利要求1所述的弱磁场激励三线圈检测装置的弱磁场激励三线圈互感估计方法，其特征在于，包括如下步骤：通过对所述原边激励线圈施加激励电流，所述副边响应线圈所在的副边侧负载开路，副边检测信号采样板实时检测所述副边响应线圈感应电流Is；根据所述副边响应线圈感应电流Is和原边副边间互感M的关系：
获得原边副边间互感M；其中，Ip为原边激励线圈中的激励电流，ω为所述原边激励线圈中的激励电流Ip的角频率，R2为副边响应线圈的内阻，L2为副边响应线圈的自感，C2为负载开路时响应线圈谐振网络中L2和R2串联的等效电容。
弱磁场激励三线圈检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种弱磁场激励三线圈检测装置，属于无线供电及自动驾驶和自动泊车的技术领域。
背景技术
[0002] 无线供电技术已经应用到电动汽车、自动导引运输车(AGV，Automated Guided Vehicle)、无人机、自动驾驶等领域，尤其是需要自动充电的场合。相对于接触式供电，无线供电具有安全、灵活、无火花、少维护、可移动及易于实现自动充电等优势。
[0003] 由于无线供电系统原副边可分离，因此不可避免存在气隙变化、横向及纵向错位等多种情况，使得非接触变压器的耦合系数以及原副边绕组自感发生变化，使系统失谐，影响系统的传输效率和输出特性。
[0004] 为了减小错位偏移对无线供电系统特性的影响，业内研发人员提出通过优化设计非接触变压器、采用高阶补偿网络、采用动态调谐技术等手段来改善系统性能。陈乾宏，侯佳等提出的一种非接触变压器(CN201410528572.7，南京航空航天大学、中兴新能源汽车有限公司)公开了一种不对称的磁芯结构，通过增大副边磁芯面积减小耦合磁路磁阻，减小了非接触变压器耦合系数的错位敏感度。尽管现有技术能够在一定程度上缓解错位引起的低效率、输出功率波动等诸多问题，但是不能在根本上解决错位引起的系统特性变差的问题。SAEJ2954标准明确了电动汽车用无线充电器的偏移要求，同时也指出需要引入位置检测和导引技术，以改善无线充电系统性能，提高无线充电技术的用户体验。
[0005] 目前已经研发了低功率激磁LPE(Low Power Excitation)位置检测方法，用于无线充电系统。Yabiao Gao,Chen Duan,Aleff Antonio Oliveira等提出了原边激励线圈-检测线圈的两线圈LPE位置检测方法(Gao,Y.,C.Duan,A.A.Oliveira,A.Ginart,K.B.Farley和Z.T.H.Tse《. 3-D Coil Positioning Based on Magnetic Sensing for Wireless EV Charging》.IEEE Transactions on Transportation Electrification,期3(2017年9月):578–588.https://doi.org/10.1109/TTE.2017.2696787.)。为了减少成本提高系统集成度，位置检测用原边激励线圈公用无线充电系统中地面端非接触变压器的原边线圈，定位的检测线圈位于车载端的副边侧。通过对原边激励线圈施加交流激励电流，检测副边检测线圈的开路感应电压或谐振及近似谐振状态的感应电流，辨识原副边的相对位置。由于副边检测线圈的开路感应电压或谐振及近似谐振状态的感应电流与原边激励线圈与副边检测线圈之间的互感和原边激励电流成正比，而互感又与原副边的相对位置有关，故该方法可实现位置检测。
[0006] 为了提高检测精度，希望副边检测线圈的检测信号只与激励线圈与检测线圈之间的互感和原边激励电流相关。但无线充电系统中非接触变压器的副边线圈一般会存在电流通路，当原边激励线圈施加激励电流时非接触变压器的副边线圈会感应出较大的感应电流，影响副边检测线圈的检测信号，影响位置检测精度。为避免非接触变压器的副边线圈感应电流对副边检测线圈感应电流或电压的影响，需要尽可能减小非接触变压器的副边线圈和副边检测线圈之间的互感，或者减小非接触变压器的副边线圈的感应电流。实际可以通过位置摆放减少非接触变压器的副边线圈和副边检测线圈之间的互感，或者通过激励频率偏离非接触变压器的副边线圈的谐振频率从而减少非接触变压器的副边线圈的感应电流，但仍然会受到非接触变压器副边线圈感应电流的影响。在非接触变压器的副边线圈串入继电器或者固态开关，可切断电流通路，但这将增加产品的体积和成本，并且增大无线充电系统功率传输时的损耗并影响其可靠性。如何减小非接触变压器副边感应电流的不利影响成为LPE位置检测待解决的技术问题。
[0007] 检测线圈和原边线圈的互感较小，为了提高检测精度，还希望原边激励线圈的激励电流强度足够。较大的激励电流会增大激励线圈周围的磁场强度，而过强磁场暴露会对人体健康造成危害。为了保护人体生物安全，相关组织对电磁暴露的限值做出了要求，为了满足该限值要求，参考SAE J2954中的线圈参数，LPE检测用的原边激励线圈激励电流有效值应小于1A。如何在尽可能小的原边激励线圈激励电流条件下保证检测线圈检测信号的强度成为LPE位置检测待解决的另一个技术问题。
[0008] 无线充电系统功率传输时，非接触变压器原边线圈的电流大大增加，检测线圈两端必然会感应出较大的感生电压，从而在信号检测电路中引入高压信号，增大信号检测电路的耐压要求和抗干扰要求，严重时甚至会引起高压击穿问题。减小功率传输时检测线圈两端的电压成为位置检测需要解决的另一个实际问题。
发明内容
[0009] 发明目的：针对上述背景技术的不足，提供一种弱磁场激励三线圈检测装置，可以在较弱的励磁功率和励磁电流条件下得到足够的检测信号强度，降低励磁功耗，减小电磁干扰，满足设备的电磁暴露的限制要求，并减小非接触变压器副边感应电流对检测信号的不利影响。
[0010] 技术方案：弱磁场激励三线圈检测装置，包括交流激励源、检测信号采样板、原边激励线圈，还包括副边响应线圈、响应线圈谐振网络、检测单元；
[0011] 所述交流激励源与原边激励线圈相连，所述副边响应线圈与响应线圈谐振网络相连；所述检测单元包括至少一个检测线圈，所述检测单元与检测信号采样板相连。
[0012] 进一步的，所述检测单元设置在所述原边激励线圈所在的原边侧。
[0013] 进一步的，所述检测单元设置在所述原边激励线圈磁场的感应盲点位置，与所述原边激励线圈解耦。
[0014] 进一步的，当所述检测单元中包括多个检测线圈时，检测线圈采用反向串联的差分连接方式形成一对或多对检测子单元。
[0015] 进一步的，所述原边激励线圈和/或副边响应线圈公用无线充电系统中非接触变压器的原边和/或副边线圈。
[0016] 进一步的，所述原边激励线圈和/或副边响应线圈公用无线充电系统中非接触变压器的原边和/或副边线圈。
[0017] 进一步的，包括两对或两对以上所述检测子单元；对所述原边激励线圈施加交流激励电流构成定位磁场，当所述副边响应线圈进入所述定位磁场，所述检测信号采样板将各对检测子单元的端口电压vi发送给原边检测信号采样板中的控制器或副边检测信号采样板中的控制器；其中，接收检测数据的控制器已经预先存储根据互感模型感应电动势计算得到第i对所述检测子单元的端口电压vi与错位坐标(x，y)对应关系表Vi(x，y)；通过联立i个方程求解vi＝Vi(x，y)，得到所述原边激励线圈和副边响应线圈相对位置坐标x和y。
[0018] 进一步的，包括两对或两对以上所述检测子单元；对所述原边激励线圈施加交流激励电流构成定位磁场，当所述副边响应线圈进入所述定位磁场，所述检测信号采样板将各对检测子单元的端口电压vi发送给原边检测信号采样板中的控制器或副边检测信号采样板中的控制器；其中，接收检测数据的控制器已经预先存储根据互感模型感应电动势计算得到第i对所述检测子单元的端口电压vi与错位坐标(x，y)对应关系表Vi(x，y)；通过联立i个方程求解vi＝Vi(x，y)，得到所述原边激励线圈和副边响应线圈相对位置坐标x和y。
[0019] 弱磁场激励三线圈检测装置的偏航检测系统，所述检测单元设置在所述副边响应线圈所在的副边侧，所述检测单元包括两个检测线圈，所述两个检测线圈采用反向串联的差分连接方式并分别位于正向行驶轴线两侧，其中第一检测线圈与所述副边响应线圈同向绕制，第二检测线圈与所述副边响应线圈反向绕制。
[0020] 进一步的，对所述原边激励线圈施加激励电流，根据所述检测检单元的端口电压和所述响应线圈的电压/电流的相位关系进行偏航检测：当所述检测检单元的端口电压与所述响应线圈的电压/电流同相位，此时行进方向偏向所述第一检测线圈，当所述检测检单元的端口电压与所述响应线圈的电压/电流反向，此时行进方向偏向所述第二检测线圈。
[0021] 弱磁场激励三线圈检测装置的弱磁场激励三线圈互感估计方法，包括如下步骤：通过对所述原边激励线圈施加激励电流，所述副边响应线圈所在的副边侧负载开路，副边检测信号采样板实时检测所述副边响应线圈感应电流Is；根据所述副边响应线圈感应电流Is和原边副边间互感M的关系：
[0022]
[0023] 获得原边副边间互感M；其中，Ip为原边激励线圈中的激励电流，ω为所述原边激励线圈中的激励电流Ip的角频率，R2为副边响应线圈的内阻，L2为副边响应线圈的自感，C2为负载开路时响应线圈谐振网络中L2和R2串联的等效电容。
[0024] 有益效果：(1)本发明公开了一种弱磁场激励三线圈位置检测方法，利用非接触变压器副边线圈和检测线圈的互感品质因数来放大检测信号，可以降低原边激励电流强度，增强检测信号幅度，避免了非接触变压器副边线圈感应电流对检测信号的干扰。
[0025] (2)本发明检测线圈放置原边侧，利于电动汽车无线充电系统车载侧轻量化。
[0026] (3)本发明根据原边线圈磁场规律，将检测线圈放置至原边磁场盲点位置，减少检测线圈和原边线圈的耦合，在无线充电系统功率传输时可大大降低检测线圈的端口电压，降低了检测线圈的绝缘要求。
[0027] (4)本发明利用副边谐振回路在副边线圈产生几倍到十几倍与原边电流的感应电流，检测线圈的检测信息强度和激励角频率的平方成正比，在高频系统中可以实现远距离的位置辨识。
[0029] 图1为本发明采用检测单元位于原边激励线圈侧的三线圈位置检测装置的示意图；
[0030] 图2为本发明采用检测单元位于副边响应线圈的三线圈位置检测装置的示意图；
[0031] 图3为LPE位置检测方法示意图；
[0032] 图4为本发明检测线圈沿y方向差分放置在磁场盲点的示意图；
[0033] 图5为本发明检测线圈沿x方向差分放置在磁场盲点的示意图；
[0034] 图6为本发明检测装置与电动汽车无线充电系统结合的结构示意图；
[0035] 图7为本发明的偏航检测系统示意图；
[0036] 图8为本发明偏航检测系统的副边响应线圈在不同的错位情况下副边响应线圈电流的有效值信息示意图；
[0037] 图9为本发明偏航检测系统的差分检测线圈在不同的错位情况下感应电压的有效值信息示意图；
[0038] 图10为本发明偏航检测系统实现辅助引导功能示意图一；
[0039] 图11为本发明偏航检测系统实现辅助引导功能示意图二；
[0040] 图12为本发明弱磁场激励三线圈互感估计的电路图；
[0041] 图13为本发明的检测线圈示意图；
[0042] 图中标号说明：
[0043] 001为原边激励线圈；
[0044] 002为副边响应线圈；
[0045] 003为检测单元；
[0046] 004为响应线圈谐振网络；
[0047] 005为LPE位置检测方法中的激励线圈；
[0048] 006为LPE位置检测方法中的检测线圈；
[0049] 100为非接触变压器副边线圈中心轴；
[0050] 101为非接触变压器副边线圈；
[0051] 102为非接触变压器原边线圈；
[0052] 103为非接触变压器原边线圈上磁感应强度约为0的磁场盲点；
[0053] 201、203为差分放置的检测子单元；
[0054] 201A、203A为检测子单元中正向绕制的绕组；
[0055] 201B、203B为检测子单元中反向绕制的绕组；
[0056] 202为y方向差分放置的检测子单元端口电压；
[0057] 204为x方向差分放置的检测子单元端口电压；
[0058] 301为原边主控制器；
[0059] 302为原边无线通信模块；
[0060] 303为AC电源和PFC；
[0061] 304为驱动电路；
[0062] 305为逆变桥；
[0063] 306为原边补偿网络；
[0064] 401为励磁电源；
[0065] 402为位置检测控制器；
[0066] 403为采样电路；
[0067] 405为电流互感器；
[0068] 501为副边主控制器；
[0069] 502为副边无线通信模块；
[0070] 503为车载显示模块；
[0071] 504为副边补偿网络；
[0072] 505为整流电路；
[0073] 506为负载；
[0074] 507为切载继电器；
[0075] 601为汽车偏航至检测线圈反方向绕制侧时差分检测线圈和副边响应线圈的电压相位关系；
[0076] 602为汽车偏航至检测线圈同方向绕制侧时差分检测线圈和副边响应线圈的电压相位关系；
[0077] 603为偏航检测单元中的检测线圈端口电压；
[0078] 604为偏航检测单元中的响应线圈端口电压；
[0079] 701A为偏航检测单元中的检测线圈中与副边响应线圈同向绕制的线圈；
[0080] 701B为偏航检测单元中的检测线圈中与副边响应线圈反向绕制的线圈；
[0081] 702为偏航检测单元中的副边响应线圈；
[0082] 801为副边线圈不同偏移位置时的电流互感器检测信号，正对处出现峰值；
[0083] 803为原边侧差分检测线圈(y方向)的感应电压值，当y方向无错位时此电压为0；
[0084] 804为原边侧差分检测线圈(y方向)的感应电压值的反向峰值；
[0085] 802为原边侧差分检测线圈(y方向)的感应电压值的正向峰值；
[0086] 901为偏航检测提示效果；
[0087] 902为位置检测提示效果；
[0088] 903为蜂窝形状的检测线圈；
[0089] 904为不规则形状的检测线圈；
[0090] 905为与激励线圈共形的检测线圈；
[0091] 906为多线圈组合的检测线圈；
[0092] 907为负载开路时与响应线圈相连的谐振网络；
[0093] 908为响应线圈的内阻。
具体实施方式
[0094] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0095] 为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其它元件或特征“下”的元件将位置检测在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上方位和下方位两者，装置可以以其它方式位置检测(旋转90度或位于其它方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0096] 传统的LPE位置检测方法如图3所示，其有效检测信号va如下所示：
[0097] va＝jM13ωIp (1)
[0098] 其中，M13为LPE位置检测方法中的激励线圈005和检测线圈006的互感，ω为激励线圈005中激励电流Ip的角频率。
[0099] 实施例1
[0100] 为了说明本实施例的弱磁场激励三线圈检测装置，下面结合附图给出详细说明。原边激励线圈001用于产生定位磁场，另一侧的副边响应线圈002与响应线圈谐振网络004相连，其中检测单元003位于原边激励线圈侧，如图1所示；或位于副边响应线圈侧，如图2所示。检测单元003为一个检测线圈，或由多个检测线圈连接形成检测子单元，检测单元003的感应电动势v3可由以下公式计算：
[0101] v3＝jM13ωIp+jM23ωIs (2)
[0102] 其中，ω为原边激励线圈001中激励电流Ip的角频率，M13为原边激励线圈001和检测单元003间的互感，M23为副边响应线圈002和检测单元003间的互感，ω为原边激励线圈001中激励电流Ip的角频率，Is是副边响应线圈002中的电流。具体的：
[0103]
[0104] Ls为副边负载开路时与副边响应线圈002连接的响应线圈谐振网络004的等效电感，Rs为副边响应线圈002的内阻，M12是原边激励线圈001和副边响应线圈002间的互感。将公式(3)代入公式(2)，得到：
[0105]
[0106] 当ω确定时， 为常数。M13和M23会随原边激励线圈001和副边响应线圈002位置发生变化而变化。
[0107] 通过对原边激励线圈001施加谐振频率或近似谐振频率的激励电流，使得Ls≈0，进而使得副边响应线圈002产生 倍的响应电流Is，此时
[0108]
[0109] 相比传统的LPE位置检测方法的有效检测信号va，通过互感品质因数大幅度放大v3随副边响应线圈002与原边激励线圈001位置变化的变化幅度。
[0110] 由互感模型中线圈互感计算方法计算副边响应线圈002与原边激励线圈001不同的相对位置坐标(x，y)情况下M12、M23及M13的值，由公式5可以计算得到v3与位置坐标(x，y)的关系表V(x，y)。
[0111] 位置检测时通过实时监测v3，查找预先计算得到的关系表V(x，y)，求出v3＝V(x，y)的解x和y，即得到副边响应线圈002与原边激励线圈001相对位置坐标(x，y)。
[0112] 实施例2
[0113] 与实施例1的区别仅在于：
[0114] 分析公式(5)所示感应电动势v3的构成，当原边激励线圈001和副边响应线圈002位置发生变化时，无论检测单元003安装至原边激励线圈侧还是安装至副边响应线圈侧，M13的变化趋势和M23·M12变化趋势是不同的。为使检测单元003的感应电动势v3随位置变化趋势简化，本实施例的弱磁场激励三线圈检测装置，把检测单元003安装至原边激励线圈侧，即检测单元003和原边激励线圈001相对位置固定，进而使得在任何情况下M13固定不变。通过对原边激励线圈001施加谐振频率或近似谐振频率的激励电流，使得Ls≈0，进而使得副边响应线圈002产生 倍的响应电流Is，此时：
[0115]
[0116] 其中C为偏置常数，且
[0117] C＝jwIp·M13 (7)
[0118] 相比传统的LPE位置检测方法的有效检测信号va，，通过互感品质因数大幅度放大v3随副边响应线圈002和检测单元003位置变化的变化幅度。
[0119] 由互感模型中线圈互感计算方法计算副边响应线圈002与原边激励线圈001不同的相对位置坐标(x，y)情况下M12·M23的值，由公式6可以计算得到v3与位置坐标(x，y)的关系表V(x，y)。
[0120] 位置检测时通过实时监测v3，查找预先计算得到的关系表V(x，y)，求出v3＝V(x，y)的解x和y，即得到副边响应线圈002与原边激励线圈001相对位置坐标(x，y)。
[0121] 实施例3
[0122] 与实施例2的区别仅在于：
[0123] 为减小感应电动势v3中偏置常数C的影响，本实施例将检测单元003安装至原边激励线圈001感应盲点处，即磁感应强度约为0的位置，使得任何情况下M13≈0，简化公式(6)使检测单元003的感应电动势v3随原边激励线圈001和副边响应线圈002相对位置单调变化、减小激励电流、放大检测信号及减小原边激励电流的干扰。
[0124] 此时：
[0125]
[0126] 由互感模型中线圈互感计算方法计算副边响应线圈002与原边激励线圈001不同的相对位置坐标(x，y)情况下M12·M23的值，由公式8可以计算得到v3与位置坐标(x，y)的关系表V(x，y)。
[0127] 位置检测时通过实时监测v3，查找预先计算得到的关系表V(x，y)，求出v3＝V(x，y)的解x和y，即得到副边响应线圈002与原边激励线圈001相对位置坐标(x，y)。
[0128] 实施例4
[0129] 与实施例2的区别仅在于：
[0130] 为减小感应电动势v3中偏置常数C的影响，如图4或图5，检测单元003由线圈采用反向串联的差分连接方式形成，并且原边激励线圈001公用无线充电系统中非接触变压器的原边线圈102，副边响应线圈002公用无线充电系统中非接触变压器的副边线圈101。
[0131] 检测子单元的端口电压：
[0132]
[0133] 其中，vpositive、vnegative分别是检测子单元中正向绕制的绕组和反向绕制的绕组的感应电动势；Mpositive、Mnegative分别是检测子单元中正向绕制的绕组和反向绕制的绕组与非接触变压器副边线圈101的互感，QM为互感品质因数，当非接触变压器副边线圈中心轴100靠近检测子单元中正向绕制的绕组时Mpositive＞Mnegative，以Ip方向作为参考方向，vd电压极性为负，反之极性为正。同理可以判断偏移方向。
[0134] 由互感模型中线圈互感计算方法计算非接触变压器副边线圈101与非接触变压器原边线圈102不同的相对位置坐标(x，y)情况下Mpositive、Mnegative的值，由公式(9)可以计算得到vd与位置坐标(x，y)的关系表V(x，y)。
[0135] 位置检测时通过实时监测vd，查找预先计算得到的关系表V(x，y)，求出vd＝V(x，y)的解x和y，即得到非接触变压器副边线圈101与非接触变压器原边线圈102相对位置坐标(x，y)。
[0136] 作为本实施例的进一步的改进：反向串联的差分连接方式的检测单元还可以布设在非接触变压器原边线圈102的感应盲点处，即磁感应强度约为0的位置，此时公式(9)中常数C约等于0。
[0137] 实施例5
[0138] 以电动汽车无线充电系统为例，本实施例的弱磁场激励三线圈检测装置，如图4、图5、图6、图10、图11所示，包括由激励电源401和逆变桥305组成的交流激励源、由采样电路403和位置检测控制器402组成原边检测信号采样板、由电流检测元件电流互感器405和副边主控制器501组成副边检测信号采样板、原边激励线圈001公用的非接触变压器原边线圈
102，副边响应线圈002公用的非接触变压器副边线圈101、响应线圈谐振网络004为副边补偿网络504、检测单元003。其中，检测单元003由x方向差分放置的检测子单元203和y方向差分放置的检测子单元201构成，检测子单元由至少两个线圈采用反向串联的差分连接方式形成，并设置在非接触变压器原边线圈102的感应盲点处。交流激励源与非接触变压器原边线圈102相连，非接触变压器副边线圈101与对应的谐振网络504相连，检测单元003与原边检测信号采样板相连，电流互感器405与副边主控制器501相连。
102，副边响应线圈002公用的非接触变压器副边线圈101、响应线圈谐振网络004为副边补偿网络504、检测单元003。其中，检测单元003由x方向差分放置的检测子单元203和y方向差分放置的检测子单元201构成，检测子单元由至少两个线圈采用反向串联的差分连接方式形成，并设置在非接触变压器原边线圈102的感应盲点处。交流激励源与非接触变压器原边线圈102相连，非接触变压器副边线圈101与对应的谐振网络504相连，检测单元003与原边检测信号采样板相连，电流互感器405与副边主控制器501相连。
[0139] 如图5和图10所示，以任一方向差分放置的检测子单元203为例进行说明，检测子单元203的端口电压为：
[0140] υd＝-QM·ωIp·(Mpositive-Mnegative) (10)
[0141] 其中，ω为非接触变压器原边线圈102中激励电流Ip的角频率，QM为互感品质因数，即 其中M12为非接触变压器原边线圈102与非接触变压器副边线圈101间的互感，Rs为非接触变压器副边线圈101的内阻。Mpositive、Mnegative分别是检测子单元中正向绕制的绕组201A/203A与非接触变压器副边线圈101的互感，以及反向绕制的绕组201B/203B与非接触变压器副边线圈101的互感，当非接触变压器副边线圈中心轴100靠近检测子单元中正向绕制的绕组201A/203A时Mpositive＞Mnegative，以Ip方向作为参考方向，vd电压极性为负，反之极性为正。同理可以判断y方向的偏移方向。
[0142] 如图7所示，非接触变压器副边线圈101中的电流Is随偏移程度逐渐衰减，根据Is和vd可以对检测区域进行分区预判，准确坐标可以根据互感模型进行计算：
[0143] 1、定义x方向为汽车行驶前进方向，对原边激励线圈施加交流激励电流构成定位磁场，当副边响应线圈进入定位磁场，电流互感器405测得的Is，由副边无线通信模块502发送给原边无线通信模块302并由原边主控制器301对数据进行处理，其中，原边主控制器301已经预先存储根据互感模型感应电动势计算得到x方向差分放置的检测子单元端口电压vx、y方向差分放置的检测子单元端口电压vy与错位坐标(x，y)对应关系表Vx(x，y)和Vy(x，y)；
[0144] 2、通过联立求解vx＝Vx(x，y)和vy＝Vy(x，y)，得到非接触变压器原边线圈102、非接触变压器副边线圈101相对位置坐标x和y，即得到位置信息坐标(x，y)。
[0145] 其中，非接触变压器原边线圈102和非接触变压器副边线圈101的气隙高度位置信息z的检测，可以通过增加检测信息，进而增加联立方程组数确定位置坐标x和y和z。
[0146] 在非接触变压器原边线圈102和非接触变压器副边线圈101进行功率传输时，由于M13≈0，非接触变压器原边线圈102与差分检测线圈中正向绕制的绕组203A、201A完全解耦，非接触变压器原边线圈102与差分检测线圈中反向绕制的绕组203B、201B完全解耦。
[0147] 所以，检测子单元中正向绕制的绕组203A、201A和反向绕制的绕组203B、201B的端口电压最大值：
[0148] υmax＝-QM·ωIpmax·M23
[0149] 由于Ipmax是位置检测时非接触变压器副边线圈101中的电流大小的6～10倍，所以非接触变压器原边线圈102和非接触变压器副边线圈101进行功率传输时vmax不会超过位置检测时绕组端口电压的10倍，如本实施例中vmax不会超过100V，所以本实施例在无线充电系统功率传输时可大大降低检测线圈的端口电压，降低了检测线圈的绝缘要求。
[0150] 实施例6
[0151] 一种弱磁场激励三线圈检测装置的偏航检测系统，以电动汽车为例，如图7、图10、图11所示，偏航检测单元设置在副边响应线圈702所在的副边侧，偏航检测单元由与副边响应线圈702同向绕制的线圈701A以及与副边响应线圈702反向绕制的线圈701B反向串联组成，线圈701A和线圈701B分别位于正向行驶轴线两侧。
[0152] 偏航检测系统的偏航检测方法具体步骤如下：
[0153] 1、通过对非接触变压器原边线圈102施加激励电流，检测偏航检测单元端口的感应电压和响应线圈702的电压/电流的相位关系；
[0154] 2、根据偏航检测单元端口的感应电压和响应线圈702的电压/电流的相位关系进行偏航检测：当感应电压与响应线圈的电压/电流同相位，此时行进方向偏向偏航检测单元中的检测线圈中与响应线圈同向绕制的部分701A，当感应电压与响应线圈的电压/电流反向，此时行进方向偏向偏航检测单元中的检测线圈中与响应线圈反向绕制的部分701B。
[0155] 当检测出偏航方向时，通过车载显示器提示驾驶者调整前进方向，如偏航检测提示效果901。
[0156] 实施例7
[0157] 一种弱磁场激励三线圈检测装置的弱磁场激励三线圈互感估计方法，非接触变压器原边线圈102施加Ip＝0.4A的恒流激励，由于负载开路，如图12。其中：
[0158] 非接触变压器副边线圈101的内阻R2＝72mΩ，非接触变压器原边线圈102激励电流的角频率ω＝85×103×2π，非接触变压器副边线圈101的自感L2＝75.8μH，与非接触变压器副边线圈101连接的谐振网络中串联电容C2s＝208nF、并联电容Cf2＝59nF。根据已知量，测量此时Is＝4A可以估计出非接触变压器原边线圈102和非接触变压器副边线圈101的互感M12大小为：
[0159]
[0160] 互感估计的误差是主要由非接触变压器副边线圈101的自感L2的变化引起。
[0161] 需要说明的是，以上各实施例中涉及的检测线圈的形状不限于圆形盘式，也不限于单个或多个，如图12，还可以是蜂窝形状检的测线圈903、不规则形状的检测线圈904、与激励线圈共形的检测线圈905、多线圈组合的检测线圈906等。
[0162] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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