[发明专利]用于检测无线充电系统中的外物的方法和系统

说明书

技术领域

本公开的实施例总体上涉及无线功率传输设备。具体而言，本公开的实施例涉及用于检测可能对无线充电设备造成干扰的外物的方法和系统。

背景技术

无线功率目前被广泛用于对移动设备充电、对电动车辆充电、对生物医学设备供电，以及用于其它应用。无线功率传输使用将功率传送至功率接收器的功率发送器来实施。功率接收器经常与通过无线功率传输系统充电的终端设备集成或者与之相连，虽然功率发送器设备通常并非物理接合至终端设备。连接至发送器的电子器件将来自电源(无论是交流还是直流)的功率变换为适当形式以对发送器中的功率发送器线圈进行驱动。功率随后使用电感耦合而从功率发送器线圈传输至功率接收器线圈。接收器中的电子器件随后对来自接收器线圈的功率进行调整，从而生成用于对设备进行供电或者对连接至设备的电池进行充电的适当输出。

在理想的无线功率传输系统中，所发送的功率和所接收的功率是相等的，这意味着在传输期间没有功率损失。然而，由于功率是使用电磁场进行发送的，所以当该磁场与并未被配置为对设备进行供电或充电的金属或导电部分进行交互时，系统中的能量会有所损失。所导致的功率损失不仅使得无线充电系统的效率下降，而且还导致了金属部分的发热。该发热进而会损坏设备或者对用户安全形成威胁。

发明内容

本公开的实施例包括用于在无线功率发送器系统中使用一个或多个外物检测线圈以检测外物的存在的方法和系统。某些实施例在不需要或者不接收来自接收器系统的有关功率数量与所发送功率数量相比较的信息的情况下检测外物。一些实施例包括比功率发送器线圈更小的检测线圈。这使得能够检测小的外物，比如硬币、戒指以及其它类似大小的外物。

在一些实施例中，线圈阵列中的一个或多个检测线圈被用来检测可能干扰从功率发送器线圈向功率接收器线圈的功率无线传输的外物。正如其它实施例，线圈阵列中的线圈能够被配置为具有比无线功率传输系统的功率发送器线圈更小并且优选地与外物的大小相当的大小，因此改善了外物检测线圈和外物之间的耦合(并且因此改善了检测灵敏度)。检测阵列的线圈可以处于单个层级中或者处于彼此有所偏移的多个层级中以提供更为彻底的检测范围。

实施例还能够通过适当设置检测线圈的大小而改变在Z方向(功率传输方向)上的检测距离。这使得在被充电的设备的友好寄生组件更为远离功率发送器系统和功率接收系统之间的接口的情况下，检测线圈能够检测到外物而并不会将该友好寄生组件错误地识别为外物。

其它参数也能够进行改变以改变Z方向中的检测距离。例如，某些实施例使用包括检测线圈的谐振电路。谐振电路的表现被用来识别外物的存在。可能添加与检测线圈串联连接(或者与电容器串联连接)的电阻器。通过添加电阻器，谐振电路的品质因数有所减小，因此也使得检测距离有所减小。在另一种方法中，还能够通过改变该谐振电路的频率来调整检测距离。谐振频率的调整例如能够通过改变谐振电路中的电容器值来完成。

在其它实施例中，检测线圈连接至位置单元，该位置单元使用来自线圈的检测响应以确定外物的位置。

在一些实施例中，作为接收器线圈电路的一部分的电容器能够在使用外物检测线圈之前被充电。通过对这些电容器进行“预充电”，接收器线圈在外物检测线圈的初始操作期间所吸收的能量有所减少。这降低了外物检测系统和方法将错误地将接收器线圈和电路识别为外物的可能性。

附图说明

图1是在没有外物的情况下的无线功率传输系统的图示。

图2(a)是一个实施例中的没有外物的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及相伴的波形。

图2(b)一个实施例中的具有外物的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及相伴的波形。

图3(a)是一个实施例中的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及相伴的波形。

图3(b)是一个实施例中的无线功率传输系统中的外物检测传感器的电路图以及相伴的波形。

图4(a)是一个实施例中的包括代表性的友好寄生组件和外物的无线功率传输系统的截面图。

图4(b)是一个实施例中的包括代表性的友好寄生组件和外物的无线功率传输系统的分解图。

图5是一个实施例中的无线功率传输系统发送器线圈以及外物检测线圈的阵列的图示。

图6是图示出一个实施例中的针对假设的10mm外物半径而作为检测线圈半径的函数的、外物检测线圈和外物之间的耦合的图形。