技术领域
[0001] 本
发明属于无线
电能高频电磁
力领域，尤其是涉及一种用于电动汽车无线充电系统的金属异物驱离装置。
背景技术
[0002] 金属异物进入电动汽车无线充电系统中时，会导致系统出现如下问题：传输效率降低、系统传输
频率等参数发生改变、
涡流效应造成金属发热而引起的安全隐患，因此在电动汽车进行无线充电之前，需要对无线充电区域的金属异物进行检测和驱离，以保证充电的传输效率以及系统的安全性，推动实现电动汽车无线充电的自动化和智能化。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明旨在提出一种用于电动汽车无线充电系统的金属异物驱离装置，以及时检测并驱离
电动车无线充电系统中的金属异物，保证充电的传输效率以及系统的安全性。
[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0005] 用于电动汽车无线充电系统的金属异物驱离装置，包括上位机、金属异物驱离模
块以及金属异物检测模块；
[0006] 所述上位机分别连接所述金属异物驱离模块和所述金属异物检测模块，并控制所述金属异物驱离模块和所述金属异物检测模块的开启与关闭；
[0007] 所述金属异物检测模块连接无线充电系统，用于检测无线充电区域是否存在金属异物；
[0008] 所述金属异物驱离模块包括驱离线圈，所述驱离线圈通过产生高频电磁力对金属异物进行驱离。
[0009] 进一步的，所述金属异物驱离模块还包括依次连接的整流逆变单元、降压
变压器以及脉冲波生成单元；
[0010] 所述整流逆变单元用于将市电进行整流和逆变产生高频交流电输入到
降压变压器中；
[0011] 所述降压变压器用于将整流逆变出的高压低
电流变为低压高电流；
[0012] 所述脉冲波生成单元用于将低压高电流变为高频脉冲
信号，将该脉冲信号供给所述驱离线圈，实现对金属异物的驱离。
[0013] 进一步的，所述整流逆变单元生成的高频交流电的
频率范围为：2.5kHz～3.5kHz。
[0014] 进一步的，所述降压变压器生成的低压高电流的
电压范围为：9V～11V。
[0015] 进一步的，所述脉冲波生成单元生成频率范围在4.5kHz～5.5kHz、电流范围在0-100A的高频脉冲信号。
[0016] 进一步的，所述金属异物检测模块包括检测线圈，所述检测线圈连接整流分压单元，所述整流分压单元连接
数据采集卡，所述数据采集卡连接所述上位机。
[0017] 进一步的，所述驱离线圈包括设置在底部的底盘、对称设置在所述底盘上的4个二级线圈以及设置在所述二级线圈上方的一级线圈，所述一级线圈
覆盖所述4个二级线圈的各自的中心区域，所述一级线圈和所述二级线圈将充电区域全面覆盖。
[0018] 更进一步的，所述一级线圈的上方还设置有表面光滑的锥形封盖。
[0019] 相对于
现有技术，本发明所述的用于电动汽车无线充电系统的金属异物驱离装置具有以下优势：
[0020] (1)本发明所述的金属异物驱离模块配
合金属异物检测模块，能够准确检测并驱离无线充电装置工作区域的金属异物，保证无线充电系统的安全性与可靠性。
[0021] (2)本发明设计了一种新型的驱离线圈，由五个线圈组成，分为一级、二级线圈，一级线圈位于4个二级线圈的正上方，消除了4个二级线圈各自中心处的驱离死区，二级线圈位于一级线圈正下方，消除了一级线圈中心处的驱离死区，将驱离线圈制造成与充电区域相同尺寸(根据充电装置尺寸等比例增大减小)，从而能够全面覆盖充电区域，避免了死区的存在，同时通过设置两层线圈有效的增强了
磁场。
[0022] (3)为一级、二级线圈同时通入高频脉冲信号后，线圈在短时间内产生磁场，磁场布满充电区域，由于高频脉冲在短时间内变化，因此产生的磁场会迅速发生变化，并在金属异物内形成涡流，产生与驱离线圈磁场方向相反的磁场，因此产生强大的斥力，本发明利用此原理使金属异物发生震动甚至弹起，达到有效驱离金属异物的效果。
[0023] (4)本发明在一级线圈上方增加了光滑的锥形封盖，当金属异物受到斥力时会发生震动甚至弹起，落到所述锥形封盖上的金属异物会滑落下来，方便金属异物的驱离，保证了驱离金属异物的效率，在驱离线圈不工作时也能保证圆形，柱形等金属异物不会停留在系统工作区域，进一步提高了金属异物驱离效率。
附图说明
[0024] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025] 图1为本发明实施例所述的驱离装置结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例所述的驱离装置内部结构示意图；
[0027] 图3为本发明实施例所述的驱离线圈结构示意图；
[0028] 图4为本发明实施例所述的驱离线圈和金属异物检测模块的
位置关系图；
[0029] 图5为本发明实施例所述的锥形封盖的正视图、俯视图以及侧视图；
[0030] 图6为本发明实施例所述的金属异物检测模块原理图；
[0031] 图7为本发明实施例所述的检测线圈结构图；
[0032] 图8为本发明实施例所述的整流分压单元原理图；
[0033] 图9为本发明实施例所述的数据采集卡AD转换原理图。
[0034] 附图标记说明：
[0035] 1-上位机；2-金属异物驱离模块；3-金属异物检测模块；4-整流逆变单元；5-降压变压器；6-脉冲波生成单元；7-驱离线圈；701-一级线圈；702-二级线圈。
具体实施方式
[0036] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0037] 如图1-图8所示，本发明提出一种用于电动汽车无线充电系统的金属异物驱离装置，包括上位机1、金属异物驱离模块2以及金属异物检测模块3，上位机1连接金属异物驱离模块2并控制金属异物驱离装置2的开启与关闭，上位机1还连接金属异物检测模块3并控制金属异物检测模块3的开启与关闭，金属异物检测模块3连接无线充电系统；
[0038] 金属异物检测模块3检测线圈，检测线圈连接整流分压单元，整流分压单元连接数据采集卡，数据采集卡连接上位机1，检测线圈两端感应出高频交流电，通过整流分压单元将交流电整流为直流电，并传输到数据采集卡，数据采集卡将多路电压进行高
精度采集并传到上位机1。检测线圈如图7所示，由四个盘式螺旋线圈组成，铺设于无线充电系统发射线圈表面，其尺寸可根据发射线圈表面大小等比例变换，从而实现全区域覆盖，避免了检测盲区的出现，检测线圈连接整流分压单元，整流分压单元由整流
电路、滤波电路、分压电路三部分组成，其基本拓扑结构如图8所示，D1、D2、D3和D4是整流
二极管，C1和C2是滤波电容，除掉电压谐波，经过分压
电阻R1和
采样电阻R2，最终向数据采集卡输出稳定直流电压；数据采集卡的核心部件为AD7606芯片和STM32
单片机，AD芯片的
模数转换器是逐次渐进型模数转换器，原理图如图9所示，工作过程为：先进行初始化，将逐次渐进寄存器所有位置零，然后开始进行数据转换，将逐次渐进寄存器最高位置1送入D/A转换器，生成一个模拟量u0送入电压比较器，和输入模拟量u1进行比较，若u1＞u0，则此数位置位保留，否则此位清除。重复此过程，直至转换结束，逐次渐进寄存器的量会传输到缓冲寄存器，这就是系统最终值，顺序脉冲发生器用于产生比较用的脉冲。
[0039] 金属异物驱离模块2包括整流逆变单元4、降压变压器5、脉冲波生成单元6以及驱离线圈7，整流逆变单元4、降压变压器5以及脉冲波生成单元6以及驱离线圈7依次连接，驱离线圈7设置在金属异物检测模块3上方；
[0040] 整流逆变单元4连接市电，用于将市电进行整流和逆变，产生高频交流电，输入到降压变压器5中，整流逆变单元4生成的高频交流电的频率范围为：2.5kHz～3.5kHz，降压变压器5将整流逆变出的高压低电流变为低压高电流，为脉冲波生成单元6供电，降压变压器5生成的低压高电流的电压范围为：9V～11V，脉冲波生成单元6将低压高电流变为高频脉冲信号，将该脉冲信号供给驱离线圈7，实现对金属异物的驱离，脉冲波生成单元6生成频率范围在4.5kHz～5.5kHz、电流范围在0-100A的高频脉冲信号；
[0041] 驱离线圈7包括五个盘式螺旋线圈、设置在底部的托盘以及设置在顶部的锥形封盖，所述盘式螺旋线圈分布为两层，下面一层为4个二级线圈702，所述4个二级线圈以所述托盘的中心对称布置于所述托盘上，第一二级线圈的尾端连接第二二级线圈的首端，第二二级线圈的尾端连接第三二级线圈的首端，第三二级线圈的尾端连接第四二级线圈的首端，所述第一二级线圈的首端和所述第四二级线圈的尾端连接脉冲波生成单元6，上面一层为一级线圈701，所述一级线圈覆盖所述4个二级线圈的各自的中心区域，且所述一级线圈中心与底部的托盘中心重合，所述一级线圈的首端和尾端分别连接脉冲波生成单元6；所述一级线圈消除了所述4个二级线圈的各自的中心区域的驱离死区并起到了增强磁场的作用，所述4个二级线圈消除了一级线圈中心处的驱离死区，使用时，将驱离线圈7设计成与充电区域相同的尺寸，从而全面覆盖充电区域，避免死区的存在，一级线圈的上方设置有锥形封盖，如图6所示，锥形封盖具有一定
角度，且锥形封盖表面设置成光滑表面，便于金属异物的滑落；
[0042] 驱离线圈7驱离金属异物的工作原理如下：驱离线圈5固定在无线充电系统中的发射线圈正上方，利用脉冲波生成单元6为一级、二级线圈同时通入高频脉冲信号后，所述驱离线圈在短时间内产生磁场，磁场布满充电区域，由于高频脉冲在短时间内变化，因此产生的磁场会迅速发生变化，并在金属异物内形成涡流，产生与所述驱离线圈磁场方向相反的磁场，因此所述驱离线圈与金属异物之间产生强大的斥力，使金属异物发生震动甚至弹起；
[0043] 在充电区域增加了光滑的锥形封盖，当金属异物受到斥力时会发生震动甚至弹起，落到所述锥形封盖上的金属异物会滑落下来，方便金属异物的驱离，保证了驱离金属异物的效率，在驱离线圈不工作时也能保证圆形，柱形等金属异物不会停留在系统工作区域，提高了异物驱离效率。
[0044] 本发明所述的驱离装置的使用方法包括如下步骤：
[0045] 步骤1：上位机控制所述金属异物检测模块为开启状态，检测无线充电系统中是否有金属异物；
[0046] 若有，进行步骤2；
[0047] 若无，电动汽车正常充电；
[0048] 步骤2：上位机控制所述金属异物驱离模块为开启状态，对金属异物进行驱离，达到设定驱离时间(如10s)后，关闭所述金属异物驱离模块；
[0049] 步骤3：重复步骤1，直至无线充电区域中不存在金属异物。
[0050] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
