專利名稱：感應功率傳輸?shù)闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如為便攜式電氣或電子設(shè)備供電的感應功率傳輸(inductive power transfer)方法、裝置禾口系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
適合于為便攜式設(shè)備供電的感應功率傳輸系統(tǒng)可以包括兩個部分·具有至少一個初級線圈的初級單元，所述初級單元通過所述初級線圈來驅(qū)動交 變電流，從而創(chuàng)建隨時間改變的磁通量?！づc所述初級單元分離的次級單元，所述次級單元具有次級線圈。當將所述次級線圈放在由所述初級線圈產(chǎn)生的隨時間改變的通量附近時，變化的 通量在次級線圈中感應出交變電流，并且因此可以將功率從初級單元感應地傳輸?shù)酱渭墕呜?。一般來說，次級單元將所傳輸?shù)墓β使o外部負載，并且次級單元可以被承載 到包括負載的主對象(host object)(次級設(shè)備)中或者由之承載。例如，主對象可以是具 有可充電電池組(battery)或電池的便攜式電氣或電子設(shè)備。在這種情況下，負載可以是 用于為電池組或電池充電的電池組充電器電路?？商鎿Q地，該次級單元可以連同合適的電 池組充電器電路一起結(jié)合在這樣的可充電電池或電池組(次級設(shè)備)中。在GB-A-2388716中描述了一類這樣的感應功率傳輸系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的顯著特性 是從物理上來說初級單元的磁系統(tǒng)的“開放”性質(zhì)；磁路徑的重要部分通過空氣。這準許 初級單元將功率供應給不同形狀和大小的次級單元，并且同時供應給多個次級單元。在 GB-A-2389720中描述了這樣的“開放”系統(tǒng)的另一個實例。盡管現(xiàn)在將注意力放在這樣的 “開放”且“多設(shè)備”系統(tǒng)上，但是這僅以實例的方式并且將會認識到本發(fā)明可以擴展到所有 感應系統(tǒng)，例如擴展到基本上“封閉”的系統(tǒng)，在所述“封閉”系統(tǒng)中初級單元與次級單元之 間存在近似1 1的關(guān)系，具有很少的放置自由性。返回到“開放”系統(tǒng)，這種系統(tǒng)會遭受許多問題。第一個問題是初級單元不可能 100%有效。例如，甚至在不存在次級單元或者不存在需要充電的次級單元時電子設(shè)備中的 切換損耗以及初級線圈中的I2R損耗會耗散功率。這會浪費能量，所以可能期望初級單元 在這種情況下進入低功率“待機模式”。這種系統(tǒng)的第二個問題是通常不可能機械地阻止將外來對象(foreign object) (由金屬制成)放在初級線圈附近并且與該線圈耦合。由金屬制成的外來對象可能使得在 其中感應出渦流。這樣的渦流傾向于起到排除通量的作用，但是因為材料具有電阻，所以流 動的渦流可以引起I2R損耗，這可以引起對對象的加熱。可能除了別的之外，存在兩個這種加熱會很顯著的特定情況·在任何金屬的電阻都高的情況下，例如如果它是不純的或薄的?！ぴ诓牧鲜氰F磁的情況下，例如包括鋼。這種材料具有高的導磁率，促進材料中的 高通量密度，并且引起高渦流且因此引起高的I2R損耗。
在本申請中，這種引起功率泄漏的外來對象被稱為“寄生負載(parasitic load)”?？蛇x地，在存在寄生負載時，初級單元將進入“停機模式(shutdown mode) ”，以避 免加熱它們。先前已考慮了解決這兩個問題的各種方法。先前所考慮的用于解決第一個問題(即當次級單元不需要充電時不必浪費功率) 的方法包括下述各項 在第一種方法中，次級單元在充電期間調(diào)制其感應負載，引起從初級單元取得的 功率的相應變化，以便將信息傳送回到初級單元。這向初級單元指示它應該不要處于待機 狀態(tài)?！ぴ诘诙N方法中，初級單元基于流入初級線圈的電流和/或該初級線圈上出現(xiàn) 的電壓的變化來確定是否存在次級單元或外來對象。如果檢測到需要充電的次級單元，則 初級單元可以不處入待機狀態(tài)。 在第三種方法中，初級單元改變其驅(qū)動頻率，并且因此改變調(diào)諧次級單元的耦合 因子(coupling factor)(即歸因于諧振)。如果次級單元沒有取得功率，則在掃頻時所取 得的功率基本上不存在差別，并且因此初級單元進入待機狀態(tài)。 在第四種方法中，初級單元測量流入初級線圈的功率，并且如果該功率低于閾值 則進入脈沖待機狀態(tài)(pulsing standby state)。 在第五種方法中，初級單元包含檢測線圈，所述檢測線圈根據(jù)次級單元的位置而 使功率耦合回它們中。如果不存在設(shè)備，則初級單元進入待機模式。 在第六種方法中，次級單元具有與初級單元中的插槽適配的機械突出物，從而激 活它?！ぴ诘谄叻N方法中，初級單元驅(qū)動兩個線圈，并且在次級單元中存在兩個對應的功 率接收次級線圈。初級單元測量從每個初級線圈遞送的功率并且如果該功率低于閾值則進 入待機模式。·在第八種方法中，初級單元包括諧振回路(resonant tank)和控制電路，所述控 制電路用于在該諧振回路中維持比通過感應鏈路供應功率所需的能量要稍微更多的能量。 如果對功率的需要減少，則該控制電路用于停止進一步在該諧振回路中聚集能量?！ぴ诘诰欧N方法中，初級單元包括檢測初級線圈的平均電流并且將它與基準相比 較的比較器。如果該平均電流低于基準水平，則假設(shè)該初級單元處于無載狀態(tài)?！ぴ诘谑N方法中，初級單元在測量階段期間使初級線圈處于無驅(qū)動諧振狀況以 使得它起到諧振回路的作用，并且測量該諧振回路中的能量衰減以確定從它移除多少能 量。使得次級單元將不同負載放在用于不同的這些測量階段的初級線圈上，并且因此如果 存在次級單元則將檢測到從初級單元汲取的功率中的差別。在不存在次級單元的情況下， 初級單元可以進入待機模式。 在第十一種方法中，(一個或多個)次級單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載 狀態(tài)，在該時間期間初級單元測量從其初級線圈汲取的功率。如果在進入測量階段時從初 級線圈汲取的功率基本上沒有變化，則假設(shè)不存在需要功率的次級單元并且初級單元可以 進入待機狀態(tài)?！ぴ诘谑N方法中，(一個或多個)次級單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息傳達給初級單元。然后，初級單元測量從其初級線圈汲取的功率并且將其與功率需求相比 較。如果沒有接收到這樣的信息，則初級單元可以確定不存在次級單元并且可以進入待機 模式。先前所考慮的對第二問題(即寄生負載)的解決方案包括 在第十三種方法中，初級單元改變其驅(qū)動頻率。在該系統(tǒng)中，調(diào)諧次級單元，所以 該頻率變化將導致從初級單元取得的功率的變化。如果作為替代，負載是一塊金屬，則改變 頻率將沒有顯著效果并且初級單元將進入停機狀態(tài)。 在第十四種方法中，次級單元中的鍵(key)激活初級單元。假設(shè)如果存在次級單 元，則這在物理上將排除任何外來對象?！ぴ诘谑宸N方法中，初級單元通過驅(qū)動兩個初級線圈來將功率供應給次級單元。 如果由這兩個線圈供應的功率量不同，則初級單元假設(shè)負載不是有效的次級單元并且進入 停機模式。 在第十六種方法中，初級單元包括比較器，其用于檢測初級單元的線圈中的電壓 和電流的不平衡。這樣的不平衡被認為是指示外來體的檢測。 在第十七種方法中，次級單元在充電期間調(diào)制其感應負載，引起從初級單元取得 的功率的相應變化，以便將信息傳送回到初級單元。假設(shè)如果在初級單元中沒有接收到這 樣的信息，則或者不存在次級單元或者存在外來對象。·在第十八種方法中，初級單元基于流入初級線圈的電流和/或該初級線圈上出 現(xiàn)的電壓的變化來確定是否存在次級單元或外來對象。如果檢測到外來對象，則初級單元 可以進入停機模式。 在第十九種方法中，初級單元在測量階段期間使初級線圈處于無驅(qū)動諧振狀況。 實施一系列測量階段，在所述測量階段期間(一個或多個)次級單元將不同負載放置在初 級線圈上。測量階段被配置成使得初級單元可以確定是否存在不期望的寄生負載(即外來 對象)。如果確定存在外來對象，則初級單元可以進入停機模式。 在第二十種方法中，(一個或多個)次級單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載 狀態(tài)，在該時間期間初級單元測量從其初級線圈汲取的功率。如果在測量階段期間從初級 線圈汲取的功率例如高于閾值，則確定存在外來對象并且初級單元可以進入停機模式。 在第二十一種方法中，(一個或多個)次級單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息 傳達給初級單元。然后，初級單元測量從其初級線圈汲取的功率并且將其與功率需求相比 較。如果所汲取的功率超過所需功率多于閾值，則確定存在外來對象并且初級單元可以進 入停機模式。許多這些方法假設(shè)初級單元與次級單元之間有1 1的關(guān)系。因此，對于諸如在 GB-A-2388716中描述的那些的系統(tǒng)這是不夠的，其中在GB-A-2388716中可以同時存在多 于一個次級單元(或次級設(shè)備)。例如，當存在兩個次級單元時(一個需要充電而另一個不 需要充電)，它們可能不工作。在存在有效的次級單元時，這些方法中的某些方法不能處理外來對象(例如一塊 金屬)。許多這些方法假設(shè)有效次級單元的物理或電氣存在暗示次級單元從物理上排除所 有外來對象。在特別是次級單元可以關(guān)于初級單元任意定位的情況下，這是不一定的，如在 GB-A-2388716中描述的那些。
就EMC(電磁兼容性)性能來說，不期望這些方法中的某些方法。例如，上述第三 和第十種方法包括頻率變化，并且這種變化可以引起與其它系統(tǒng)的干擾。典型地，感應設(shè)備 被設(shè)計成在所分配的頻率“通道(chimney)”或“窗口”內(nèi)操作，也就是說在與其它系統(tǒng)所使 用的頻率范圍分離的某個頻率范圍內(nèi)。通過變動或改變操作頻率，感應系統(tǒng)可能會增加與 EMC需求相沖突的風險。因此，這些方法將被認為是更詳細地突出它們可能的缺點。在第三種方法中，系統(tǒng)在次級側(cè)上諧振，但是不會在初級側(cè)上諧振。因此，當將有 效次級設(shè)備放在初級單元附近時，整個電路將具有諧振頻率。因此，變化驅(qū)動頻率將變化遞 送到次級側(cè)的功率，并且因此還變化初級感測電阻器中的電流。當不存在有效次級設(shè)備時， 該系統(tǒng)不會諧振，并且因此就一階而言驅(qū)動頻率中的變化可能沒有顯著效果。不具有諧振初級側(cè)可能是不利的。在不存在與電感器的阻抗相對的電容的情況 下，存在難以驅(qū)動的高阻抗負載。系統(tǒng)因此是低效率的。在諧振系統(tǒng)中，隨著瞬時電壓的變 化能量在電感器和電容器之間循環(huán)。在不存在電容的情況下，流出電感器的能量將簡單地 耗散到驅(qū)動器電子設(shè)備中。如果將諧振電容器添加到初級線圈中，則系統(tǒng)可能不會如下面這樣適當?shù)剡\行。 如果非諧振外來體在初級側(cè)附近，則因為諧振初級側(cè)的原因，在所遞送的功率還有感測電 流中仍將存在隨著頻率的變化。外來體可以以不可預測的方式變化電感和諧振頻率。如果 在初級線圈和次級線圈之間存在非常強的耦合，則在初級線圈上沒有電容器的情況下，可 以因為次級上的電容器而使初級電路諧振。然而，這對在其中至少一部分磁路中存在空氣 的無接觸系統(tǒng)不實用。先前所考慮的第三種方法使用10%的頻率調(diào)制來得到足夠的信噪比。10%實際上 是頻譜項中頻率的非常大的變化。典型地，存在允許輻射的某些“通道”，并且它們不能足夠 寬以容納這樣的頻率變化。另一個考慮是調(diào)制本身可以生成多諧波，所述多諧波可以在頻 率上從基波(fundamental)任一側(cè)擴展得很遠。頻率的變化還導致在某些時間間隔期間遞 送的較低的功率；負載可能必須能夠處理可用功率的這一周期性減少。轉(zhuǎn)向先前所考慮的第十種方法，系統(tǒng)通過允許初級單元立即停止將功率遞送給初 級線圈來運行。這允許系統(tǒng)中的能量衰減到零，并且有可能通過測量衰減率來測量系統(tǒng)中 的損耗。進行三個測量來從負載損耗和“友好的寄生損耗(friendly parasitic loss) ”(例 如包括在有效次級單元中的金屬部件)中隔離寄生損耗。該特定方法的主要缺點是功率被 暫停，也就是說當功率沒有被主動地(actively)傳輸時在無驅(qū)動狀態(tài)下進行測量。因此， 期望在次級設(shè)備中具有大的電容器。這樣的電容器可以是物理上大的，并且因此不期望集 成到諸如移動電話之類的現(xiàn)代次級設(shè)備中。然而，一個缺點是突然切斷功率引起產(chǎn)生寬的 頻率譜(參考階躍響應的傅立葉變換)的瞬態(tài)。當在電感器和電容器之間循環(huán)的能量衰減 時，從可以被暴露在開放系統(tǒng)中的初級線圈輻射該能量。該輻射功率的寬頻譜對于EMC來 說可能是問題。先前考慮的其中(一個或多個)次級單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載狀態(tài) 的第二十種方法可能需要在每個次級單元中使用大的保持(holdup)電容器，以維持在測 量階段期間的功率傳輸。就成本和大小來說這是不利的。先前考慮的其中(一個或多個)次級單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息傳達給 初級單元的第二十一種方法需要實施通信鏈路。這可能是復雜的技術(shù)并且例如在存在多個次級單元的情況下可能需要一定程度的沖突檢測。期望解決某些或所有上面提到的問題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面的實施例，提供一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元中使用 的檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級單元附近的 該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動初級單 元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中供應給初級單元的一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值從第 一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來 檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對象的存在。初級單元的電特性可以是從初級單元汲取的功率電平(level ofpower)，或者例 如根據(jù)所汲取的功率電平而變化的特性。在本發(fā)明的實施例中，在與無驅(qū)動狀態(tài)相對的驅(qū)動狀態(tài)中完成評估(例如測量)。 也就是說，可以不必暫停功率傳輸，并且次級單元中可能不需要相當大的存儲電容器。此 外，本發(fā)明的實施例不依賴于頻率變化技術(shù)，就系統(tǒng)容量和EMC性能來說這都是有利的。“驅(qū) 動狀態(tài)”可以被解釋成意味著驅(qū)動信號被主動供應而不是被動(passively)供應的時候。 初級單元可以例如通過臨時主動供應驅(qū)動信號來進入這種驅(qū)動狀態(tài)，即使它處于“待機”或 “停機”模式。有利地，有可能通過以這種方式驅(qū)動初級單元來檢測該初級單元附近的一個或多 個次級單元和/或外來對象。也就是說，本方法使得能夠處理初級單元與次級單元和/或 外來對象之間的“1 多”關(guān)系，以及1 1關(guān)系。這種方法包括驅(qū)動初級單元以使得信號幅值顯著變化。期望這種變化是顯著的 (即實質(zhì)變化)以使得補償所汲取的功率中的噪聲或其它小變化。一種以這種方式來驅(qū)動 初級單元的可能的方式是變化初級單元的一個或多個初級線圈上的電壓電平，這在下文中 將變得顯而易見。這種方法可以適于檢測需要或不需要功率的次級單元的存在，以及可選地在它們 之間加以區(qū)別。這種方法可以適合于控制在這種感應功率傳輸系統(tǒng)中的感應功率傳輸，并 且可以包括在檢測到外來對象的情況下和/或在沒有檢測到需要功率的次級單元的情況 下限制或停止來自初級單元的感應功率供應。這種驅(qū)動包括控制初級單元以便將供應給初級單元的一個或多個初級線圈的電 驅(qū)動信號的幅值從第一值變化成第二值。變化驅(qū)動信號的幅值是相對直接的驅(qū)動方法，因 此就成本和復雜性來說它是有利的。相反，變化與驅(qū)動信號有關(guān)的其它參數(shù)可能是復雜的 并且具有不期望的負面影響。例如，變化驅(qū)動信號的頻率可以導致差的EMC(電磁兼容性) 性能。在一個實施例中，有可能慢慢地緩升或緩降驅(qū)動信號的幅值，而不是分段變化幅值， 以便回避與瞬態(tài)有關(guān)的問題。第一和第二值可以表征電驅(qū)動信號。例如驅(qū)動信號可以是波動信號或交變信號。 其幅值本質(zhì)上隨著時間變化，并且這些值可以表征波動信號或交變信號(例如就其峰值或 RMS值而言)。這些值可以是在初級單元的一個或多個初級線圈上供應的交變電位差的峰值或均方根(root-mean-square)值。類似地，這些值可以是通過初級單元的一個或多個初級線 圈的交變電流的峰值或均方根值。這種類型的值相對來說比較容易控制和維持。如果這種初級單元的初級線圈中的信號的幅值變化了，則可以花費時間來穩(wěn)定 (settle)它?？蛇x地，因此該方法包括維持所述第一和第二值平穩(wěn)達足夠長的時間以便該 初級單元的操作穩(wěn)定。該第二值可以比第一值大，或者相反，該第二值可以比第一值小。第二值可以比第 一值大或小5%到50%之間(例如10%)。在一個實施例中，可以期望第二值比第一值大， 旨在引起所汲取的功率量的增加，例如在存在外來對象的情況下。次級單元中的功率調(diào)節(jié) 可以通過降壓調(diào)節(jié)器來進行，當降壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓接近其輸出電壓時，所述降壓調(diào)節(jié) 器的操作通常是更高效的。降壓調(diào)節(jié)器通常僅可以下轉(zhuǎn)換電壓。可以上轉(zhuǎn)換的升壓轉(zhuǎn)換器 通常比降壓轉(zhuǎn)換器的效率低。通過旨在增加所汲取的功率量，也就是說在測量階段期間通 過升高電壓，電壓在大多數(shù)時間將是較低的電壓，并且效率將更好。在一個實施例中，可以 期望使用升壓轉(zhuǎn)換器，而不是降壓轉(zhuǎn)換器/調(diào)節(jié)器。初級單元可以包括DC-AC轉(zhuǎn)換裝置(例如逆變器或其它DC到AC轉(zhuǎn)換器)，其用于 將DC電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成隨時間改變的電驅(qū)動信號，以供應給所涉及的一個或多個初級線 圈。在這種情況下，這種驅(qū)動可以包括控制轉(zhuǎn)換裝置的操作。轉(zhuǎn)換裝置的操作可以由占空 比支配，在這種情況下驅(qū)動可以包括控制DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的占空比。初級單元還可以包括用于根據(jù)DC輸入信號來輸出DC電驅(qū)動信號的DC-DC轉(zhuǎn)換裝 置。在這種情況下，這種驅(qū)動可以包括控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的操作。該DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的 操作可以由占空比來管理，在這種情況下驅(qū)動可以包括控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的占空比。與控制DC-AC轉(zhuǎn)換裝置相比，更優(yōu)選地是控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置。DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的 非50%占空比可以導致偶次和奇次諧波。與奇次諧波相比，諧振電路可能不會很好地濾波 偶次(例如2次)諧波，因為在頻率范圍中更接近該奇次諧波。可以認為這種驅(qū)動包括將初級單元的操作從變化之前的現(xiàn)有狀態(tài)重新配置成變 化之后的變化后狀態(tài)，這兩個狀態(tài)都是該初級單元的驅(qū)動狀態(tài)。因此，這種評估可以包括獲 得處于現(xiàn)有狀態(tài)和變化后狀態(tài)的初級單元的電特性水平的測量，例如所汲取的功率電平， 或者根據(jù)所汲取的功率電平而變化的特性。該方法可以包括在現(xiàn)有狀態(tài)期間維持第一值以 及在變化后狀態(tài)期間維持第二值。這可以有利地包括確保維持第一和第二值足夠長的時間 以獲得有效測量。這種評估可以包括就初級線圈信號進行電壓和電流測量。不需要直接在初級線圈 處進行這種測量，并且所述這種測量例如可以是就上面提到的DC電驅(qū)動信號的電壓和/或 電流測量?？梢灾苯釉诔跫壘€圈處進行這種測量，或者至少在這種轉(zhuǎn)換裝置的AC側(cè)進行這 種測量，在這種情況下，它們可以是就上面提到的隨時間改變的電驅(qū)動信號的電壓和電流測量。該方法可以包括取得所述電壓和電流的一系列樣本，并且這種評估基于樣本系 列。這些樣本可以被平均化或者以某一其它方式結(jié)合以改進這種評估的可靠性。對于進一 步的這種改進，可以認為驅(qū)動和評估形成一組方法步驟，并且該方法可以包括實施多個這 樣的組并且這種檢測基于兩個或更多這樣的組?？梢砸赃@種方式使用其它平均化。如果確定初級單元的電特性由于這種驅(qū)動而已顯著變化，則可以確定在所述初級單元附近存在所述外來對象。如果(例如)(一個或多個)初級線圈上的電壓顯著增加，則 外來對象(例如一串鑰匙或一塊金屬)可以汲取顯著更多的功率，或者如果該電壓顯著降 低則汲取顯著更少的功率?？蛇x地配置該系統(tǒng)的所述次級單元或每個所述次級單元，以使得當該次級單元在 初級單元附近并且從其感應地接收到功率時，其電特性以期望的方式(例如它是調(diào)節(jié)的次 級設(shè)備)響應于這種驅(qū)動，該方法還包括根據(jù)這種評估的結(jié)果以及這種期望響應或每個這 種期望響應來確定所述次級單元和/或外來對象是否存在于所述初級單元附近。例如可以 將所述結(jié)果與期望響應或每個期望響應相比較。對于次級單元或每個次級單元來說，該次級單元的電特性可以是其從初級單元汲 取的功率，或者例如根據(jù)其從初級單元汲取的功率而變化的特性。如果所述評估的結(jié)果至少部分與所述期望響應或任何所述期望響應無關(guān)(或者 不與其相對應、或者不與其相映射、或者不承載其特征)，則可以確定存在外來對象。如果所 述評估的結(jié)果至少部分與所述期望響應或一個所述期望響應有關(guān)，則可以確定存在次級單 元。對于所述次級單元或至少一個次級單元來說，該期望響應可能是這樣的，其電特性不會 響應于這種驅(qū)動而顯著變化。例如，次級單元可以被調(diào)節(jié)，以使得它們從初級單元汲取相同 功率量，只要該功率量是可用的。一個所述次級單元的期望響應可以不同于其它這種次級單元的期望響應。這種期 望響應可以是不同的，因為所涉及的次級單元的類型不同，以及/或者因此該次級單元被 結(jié)合到不同類型的次級設(shè)備中。鑒于此，該方法還包括在初級單元中、從處于功率需求狀態(tài)的次級單元或每個次 級單元接收與對所涉及的次級單元的期望響應有關(guān)的信息。該信息不必直接詳述相關(guān)的期 望響應。例如，該信息可以僅標識所涉及的次級單元的類型，并且該方法可以還包括基于所 涉及的次級單元的所標識類型來確定期望響應。例如，初級單元可以存儲(或訪問)詳述 不同類型的次級單元的期望響應的信息?？蛇x地，該方法包括當實施檢測時，使用與次級單元或每個次級單元施加到初級 單元上的寄生負載有關(guān)的次級單元補償信息，以便補償該次級單元或每個次級單元的所述 寄生負載。例如，有可能以這種方式來補償存在于期望要存在并且因此不可避免的(一個 或多個)次級單元中的金屬(或某一其它寄生負載)。在沒有該補償?shù)那闆r下，有可能可以 在(一個或多個)次級單元中檢測到作為構(gòu)成外來體的實質(zhì)寄生負載。初級單元可以從次 級單元或每個次級單元中接收這種次級單元補償信息。在初級單元中從一個或多個次級單元接收的一部分或所有這種信息可以經(jīng)由通 信鏈路接收，該通信鏈路與感應功率的傳輸所構(gòu)成的鏈路分離，例如通過RFID鏈路或某些 其它分離的通信鏈路、無線電或其它方式。例如，可以使用紅外或超聲通信?？梢越?jīng)由感應 功率的傳輸所構(gòu)成的感應通信鏈路接收一部分或所有這種信息?？梢允褂猛ㄐ沛溌返娜魏谓M合。該方法還可以包括當實施這種檢測時使用與初級單元本身的損耗有關(guān)的初級單 元補償信息，以便補償所述損耗。例如，有可能以這種方式來補償存在于期望要存在并且因 此不可避免的初級單元中的金屬(或某一其它寄生負載)。在沒有該補償?shù)那闆r下，有可能 可以在該初級單元自身中檢測到作為構(gòu)成外來體的實質(zhì)寄生負載。當有效地處于電磁隔離中時，可能從初級單元進行的測量得到一部分或所有這種初級單元補償信息。在檢測到初級單元附近的外來對象之后，該方法可以包括限制或停止來自初級單 元的感應功率供應。這可以被稱為進入“停機”操作模式。在檢測到一個或多個需要功率 的次級單元之后，該方法可以包括維持或調(diào)整來自初級單元的感應功率供應以滿足這種需 要。這可以被稱為進入“操作”或“正?！辈僮髂Ｊ?。在不存在一個或多個需要功率的次級 單元的情況下檢測到一個或多個不需要功率的次級單元之后，該方法可以包括限制或停止 來自該初級單元的感應功率供應。這可以被稱為進入“待機”操作模式?？赡芷谕藱z測何時進入停機模式之外還檢測進入待機模式的條件。例如，在 本方法的第一個方面中，在沒有檢測到需要功率的次級單元的期望行為的情況下有可能限 制或停止感應功率供應，這可能是所有存在的不需要功率的次級單元的結(jié)果(而不是存在 外來對象的結(jié)果)。初級單元可以被配置成需要用戶輸入以退出停機模式，但是不需要用戶 數(shù)輸入以退出待機模式。在一些實施例中，本發(fā)明可以有助于驅(qū)動單個初級線圈，并且在其它實施例中，可 以有助于驅(qū)動多個不同初級線圈。例如，一個實施例可以包括在利用第一幅值的信號驅(qū)動 的一個初級線圈到利用第二幅值的信號驅(qū)動的第二初級線圈之間的切換，或者例如同時在 驅(qū)動第一數(shù)目的初級線圈(例如一個)和驅(qū)動第二數(shù)目的初級線圈(例如兩個或更多個) 之間的切換，所述第二數(shù)目不同于所述第一數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面的實施例，提供一種在感應功率傳輸系統(tǒng)中使用的初級 單元，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級單元附近的該系統(tǒng) 中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該初級單元包括驅(qū)動裝置(例如 驅(qū)動電路)，在操作中驅(qū)動所述初級單元以使得其附近的純電阻性負載從初級單元汲取的 功率量將顯著變化；用于評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性的影響的裝置(例如電路)；以 及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對象 的存在的裝置(例如電路)。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面的實施例，提供一種感應功率傳輸系統(tǒng)，其包括初級單 元和至少一個次級單元，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級 單元附近的至少一個所述次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該系統(tǒng)包括驅(qū)動裝 置(例如驅(qū)動電路)，在操作中驅(qū)動所述初級單元以使得其附近的純電阻性負載從初級單 元汲取的功率量將顯著變化；用于評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性的影響的裝置(例如 電路)；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或 外來對象的存在的裝置(例如電路)。根據(jù)本發(fā)明的第四個方面的實施例，提供一種計算機程序，當在初級單元的計算 設(shè)備上執(zhí)行所述計算機程序時，使得所述初級單元實施根據(jù)前面提到的本發(fā)明的第一個方 面所述的檢測方法。這種計算機程序可以被存儲在任何適合的載體介質(zhì)上，并且可以通過 通信鏈路作為載體信號而傳送，這種鏈路例如是互聯(lián)網(wǎng)的一部分。根據(jù)本發(fā)明的第五個方面的實施例，提供一種用于通過電磁感應將功率從初級單 元傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元的系統(tǒng)；所述初級單元包括初級線圈；與所述 初級線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個電平之間調(diào)整所述初級線圈的電壓或 電流的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；所述次級單元包括次級線圈；電壓或電流轉(zhuǎn)換器；其中所述電壓或電流調(diào)節(jié)器起作用以使得 從該次級線圈汲取的功率是電壓或電流輸入電平的已知函數(shù)；其中所述初級單元測量由所 述初級線圈在至少兩個初級線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且根據(jù)此來停止或限制 到所述初級線圈的功率。根據(jù)本發(fā)明的第六個方面的實施例，提供一種初級單元，其用于通過電磁感應將 功率傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元；所述初級單元包括初級線圈；與所述初級 線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個電平之間調(diào)整所述初級線圈的電壓或電流 的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；其中所述 初級單元測量由所述初級線圈在至少兩個初級線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且根 據(jù)此來停止或限制到所述初級線圈的功率。根據(jù)本發(fā)明的第七個方面的實施例，提供一種用于通過電磁感應將功率從初級單 元傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元的方法；所述方法包括下述步驟將交變電流或 電壓供應給初級單元的初級線圈；在所述初級單元中對所汲取的功率進行第一測量；變化 供應給所述初級單元的電流或電壓的幅值；在所述初級單元中對所汲取的功率進行第二測 量；根據(jù)第一和第二測量的結(jié)果停止或限制供應給所述初級單元中的初級線圈的交變電流 或電壓的幅值。根據(jù)本發(fā)明的第八個方面的實施例，提供一種用于通過電磁感應將功率從初級單 元傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元的系統(tǒng)；所述初級單元包括初級線圈；與所述 初級線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個電平之間調(diào)整所述初級線圈的電壓或 電流的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；所述 次級單元包括次級線圈；電壓或電流轉(zhuǎn)換器；其中所述電壓或電流轉(zhuǎn)換器起作用以使得 從該次級線圈汲取的功率與該次級線圈的電壓或電流基本無關(guān)；其中所述初級單元測量由 所述初級線圈在至少兩個初級線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且如果存在顯著差別 則停止或限制功率。根據(jù)本發(fā)明的第九個方面的實施例，提供一種初級單元，其用于通過電磁感應將 功率傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元；所述初級單元包括初級線圈；與所述初級 線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個電平之間調(diào)整所述初級線圈的電壓或電流 的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；其中所述 初級單元測量由所述初級線圈在至少兩個初級線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且如 果存在顯著差別則停止或限制功率。根據(jù)本發(fā)明的第十個方面的實施例，提供一種用于通過電磁感應將功率從初級單 元傳輸?shù)脚c該初級單元可分離的次級單元的方法；所述方法包括下述步驟將交變電流或 電壓供應給初級單元的初級線圈；在所述初級單元中對所汲取的功率進行第一測量；變化 供應給所述初級單元的電流或電壓的幅值；在所述初級單元中對所汲取的功率進行第二測 量；如果第一和第二測量之間存在顯著差別則停止或限制給初級單元中的初級線圈的電流 或電壓的供應。根據(jù)本發(fā)明的第十一個方面的實施例，提供一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元 中使用的檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級單元 附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動所述初級單元以使得其附近的純電阻性負載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負載、或基本上僅包括純電阻 性負載的測試單元，或在初級單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負載)從初級單元汲取 的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性(例如從該初級單元汲取的功率 電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/ 或外來對象的存在。根據(jù)本發(fā)明的第十二個方面的實施例，提供一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元 中使用的電壓和/或電流模式檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線 傳送給位于初級單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對 象，該方法包括驅(qū)動所述初級單元以使得其附近的純電阻性負載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負載、或 基本上僅包括純電阻性負載的測試單元，或在初級單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負 載)從初級單元汲取的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性(例如從該 初級單元汲取的功率電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近 的所述次級單元和/或外來對象的存在。根據(jù)本發(fā)明的第十三個方面的實施例，提供一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元 中使用的檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級單元 附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動 所述初級單元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中其附近的純電阻性負載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負載、或基本上 僅包括純電阻性負載的測試單元，或在初級單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負載)從 初級單元汲取的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性(例如從該初級單 元汲取的功率電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述 次級單元和/或外來對象的存在。設(shè)想本發(fā)明的其它方面(或由此的實施例)，例如是在前面提到的各方面中的一 個，其中所述次級單元具有電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、電壓和電流調(diào)節(jié)的組合、或功率調(diào)節(jié)
ο 各個方法方面可以通過類推而應用于初級單元方面、系統(tǒng)方面以及計算機程序方 面，并且反之亦然。
現(xiàn)在將以實例的方式參考附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感應功率傳輸系統(tǒng)的元件的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的流程圖；圖3是圖1的系統(tǒng)1的另一個示意圖；圖4是說明圖1的系統(tǒng)中的操作的不同模式以及在這些不同模式之間進行切換的 條件的示意圖；圖5㈧至圖5 (E)說明選擇圖4的模式的條件；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另一個系統(tǒng)的示意圖；圖7示出初級線圈和諧振電容器的等效電路以示出從初級線圈來看外來體對等 效電路可能具有的影響；圖8示出一組三個圖表，分別示出電壓Vd、電流Id和所汲取的功率P的波形；
圖9至圖11示出與圖8所示的那些相似的圖表；圖12是圖8(a)的放大版本，意圖提供關(guān)于何時可進行測量的實例；圖13(a)至圖13(c)示出在不同條件下圖6的系統(tǒng)的時序圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另一個方法的流程圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另一個系統(tǒng)的示意圖；圖16示出用于為鋰離子電池組充電的典型電流和電壓分布(profile)；圖17是可以代替系統(tǒng)中的次級單元的次級單元的示意圖；圖18和圖19是其它次級單元的示意圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的另一個初級單元的示意圖；圖21至圖23分別是初級單元810、910和1010的示意圖；圖24和圖25是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的初級單元的充電表面上的可能線圈布 局的示意圖；以及圖26是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的初級單元的示意圖。
具體實施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感應功率傳輸系統(tǒng)1的元件的示意圖。該系統(tǒng) 1包括初級單元10和至少一個次級單元20。該初級單元10本身也體現(xiàn)本發(fā)明。初級單元10包括初級線圈12和連接到該初級線圈12以對其應用電驅(qū)動信號的 電驅(qū)動單元14，以便生成電磁場?？刂茊卧?5連接到該電驅(qū)動單元14，并且包括調(diào)整單元 16、評估單元17和檢測單元18。調(diào)整單元16連接到電驅(qū)動單元14以調(diào)整或控制應用于初級線圈12的電驅(qū)動信 號或至少一個電驅(qū)動信號。評估單元17連接到電驅(qū)動單元14以評估經(jīng)由所生成的電磁場 從初級線圈汲取的功率量。檢測單元18連接到評估單元17以根據(jù)由該評估單元17完成 的評估來檢測在初級單元附近的實體的存在，如下文進一步討論的。檢測單元18可選地連接到調(diào)整單元16以使得能夠根據(jù)檢測來控制應用于初級線 圈12的電驅(qū)動信號。例如，可以根據(jù)檢測來控制初級單元10的操作模式，例如使初級單元 10處于“充電”、“待機”和“停機”操作模式之一。如上文所提到的那樣，初級單元10被配置成生成電磁場，并且可以在初級線圈12 附近感應出該場(作為相對于初級單元的功率傳輸表面或充電表面的水平場或垂直場)。 在系統(tǒng)1中使用這樣的電磁場以將功率傳輸?shù)轿挥诔跫墕卧?0附近的一個或多個需要功 率的次級單元20，以及/或者相反地將功率傳輸?shù)揭参挥谠摳浇囊粋€或多個外來對象 30?？梢哉J為一塊金屬是這樣的一個外來對象。可以認為(如上所提到)這樣的外來對象 是實質(zhì)“寄生負載”。初級單元10可以具有任何適合的形式，例如具有形成功率傳輸表面的平坦的平 臺，次級單元20或每個次級單元20可放在其上或其附近。在一種情況下，電磁場可以分布 在該表面的功率傳輸區(qū)域上，如在GB-A-2388716中描述的那樣，通過參考將其整個內(nèi)容結(jié) 合于此。將會認識到這種形式的初級單元可以允許一個或多個次級單元20和一個或多個 外來對象30同時位于該初級單元附近以從其接收功率。將會認識到許多其它形式的初級 單元10可以允許一個或多個次級單元20和一個或多個外來對象30同時位于初級單元附近以從其接收功率。初級單元10的另一個可能的形式是支架(shelf)，可以將次級單元20 放在其上以接收功率。這種形式可能是有利的，允許將部分次級設(shè)備置于磁場之外。次級單元20與初級單元10可分離，并且包括次級線圈22，當該次級單元20在該 初級單元10附近時所述次級線圈22與由初級單元10生成的電磁場耦合。以這種方式，可 以將功率從初級單元10感應傳輸?shù)酱渭墕卧?0，而不需要它們之間的直接導電連接。初級線圈12以及次級線圈22或每個次級線圈22可以具有任何適合的形式，而是 例如可以是纏繞在高導磁率線圈架(former)(例如鐵氧體或無定形金屬)上的銅線。利茲 線(Litz wire)是可以在這些情況下使用的特定類型的線。利茲線具有多股繞在一起的線， 并且可以幫助降低趨膚效應和鄰近效應。初級線圈12和次級線圈22可以是彼此不同，例 如在大小、匝數(shù)、芯類型以及物理布局等方面不同?？梢允褂枚鄠€初級線圈和次級線圈。初 級線圈和次級線圈的數(shù)目可以彼此不同。次級單元20可以連接到外部負載(未示出，在本文中也被稱為次級單元的“實際 負載”)，并且可以被配置成將感應接收的功率供應給該外部負載。次級單元20可以被承 載在需要功率的對象(次級設(shè)備)中或者由之承載，所述需要功率的對象例如便攜式電氣 或電子設(shè)備或可充電電池組或電池?？梢栽?上文中參考的)GB-A-2388716中找出關(guān)于次 級單元20和可以由該次級單元20供電的對象(次級設(shè)備)的可能設(shè)計的其它信息。在 GB-A-2388716中，這樣的次級單元被稱為次級設(shè)備。在本發(fā)明的上下文中，次級單元(和/或包括這種單元的次級設(shè)備)可以認為是 需要功率的任何電氣或電子設(shè)備，并且可以是可便攜的，諸如例如(即非排他性地)移動電 話、PDA(個人數(shù)字助理)、膝上型計算機、個人音響設(shè)備、MP3播放器等等之類的設(shè)備、無線 耳機、車輛充電單元、諸如廚房電器之類的家用電器、諸如信用卡之類的個人卡以及用于跟 蹤貨物的無線標簽。在使用中，初級單元10可進入測量階段，在該測量階段期間調(diào)整單元16用來驅(qū)動 單元以便變化供應給初級單元的一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值，例如從(表征 信號的)第一值變化成(表征信號的)第二值。這樣的驅(qū)動可以被認為是變化在其附近的 預定純電阻性負載、或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負載、或基本上僅包括純電阻性負載的測試單元從初級 單元汲取的功率量。評估單元17評估這種變化對從初級單元汲取的功率電平的影響。盡 管可能還需要考慮所謂的“(如下文進一步討論的)“友好”寄生負載中的損耗，但是一般 來說，這些功率可被次級單元20和/或外來對象30汲取。檢測單元18可以基于在評估單 元17中進行的評估來檢測在初級單元附近的次級單元20和/或外來對象30的存在。如果檢測到外來對象30，則初級單元10可以進入停機模式。如果沒有檢測到這樣 的外來對象30，則在檢測到需要功率的次級單元20的情況下初級單元10可以進入(或保 持在)充電模式，或者在沒有檢測到這樣的需要功率的次級單元20的情況下初級單元10 可以進入待機模式。例如如果存在次級單元20但是它不需要功率，則可以進入待機模式。可以認為本發(fā)明的實施例基于下面的概念而操作。在一個實施例中，次級單元20 被配置成響應于由初級單元10的調(diào)整單元16實現(xiàn)的變化而具有已知的功率需求特性。在 另一個實施例中，次級單元20被調(diào)節(jié)以從初級單元10汲取基本上恒定的功率量(這是優(yōu) 選的、這種功率需求特性)，而不管由調(diào)整單元16實現(xiàn)的變化。相反，外來對象通常是未調(diào) 節(jié)的負載，并且因此由該外來對象30所汲取的功率可與由調(diào)整單元16實現(xiàn)的變化相一致地變化。只要次級單元20的功率需求特性(即具有所汲取的基本上恒定的功率，或者某一 其它這樣的特性)與外來對象的功率需求特性顯著不同，初級單元10就可以通過在評估單 元17中評估從初級單元汲取的功率來在檢測單元18中檢測次級單元20和/或外來對象 30的存在。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法40的流程圖。方法40可以在初級單 元10中實施。方法40包括步驟S2、S4和S6。同時或者通常并行地高效地實施步驟S2和S4。在步驟S2中，變化供應給初級單 元10的一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值。這可以由調(diào)整/控制單元16來實施。 在步驟S4中，評估所述變化對從初級單元汲取的功率的影響。這可以通過評估單元17來 實施。在步驟S2和S4之后實施步驟S6。在步驟S6中，基于在步驟S4中確定的所評估 的影響來檢測次級單元20和/或外來對象30的存在。這可以由檢測單元18來實施。盡管未在圖2中示出，但是在步驟S6的檢測之后，初級單元可以置于充電、待機或 停機操作模式中。如上文所提到的那樣，初級單元10可以采用平板的形式或者使得例如多個次級 單元20能夠同時從其接收功率的其它形式。這樣的形式將使得單個次級單元20能夠從相 對于初級單元10的多個不同位置或定向接收功率。對于如何建立這種形式的初級單元的 示例，讀者可以關(guān)注GB-A-2388716。圖3是由上文看出的指示這種可能性的系統(tǒng)1的示意 圖。初級單元10具有擱置在其功率傳輸表面上用于從其感應地接收功率的三個次級單元 20(被示出為結(jié)合在便攜式電氣/電子設(shè)備中)。示出了不同類型/種類(和/或結(jié)合在 不同類型/種類的設(shè)備中)的三個次級單元20，但是它們可以彼此相同。初級單元10還具 有擱置在其功率傳輸表面上的外來對象30，其可以是諸如一串鑰匙之類的金屬對象。在這 種情況下，對外來對象30的檢測可以使得初級單元進入停機模式。在待機和停機模式中，通過感應從初級單元供應的功率可以被限制或停止以節(jié)省 功率和/或避免加熱外來對象。初級單元可以保持在停機模式直到以某一方式重置它為 止。這樣的重置可以通過初級單元10的用戶手動啟動，或者可替換地，控制單元15將定期、 或時常開始再次供應感應功率并且通過重復圖2的方法40的步驟來實施測量階段。也就 是說，可以時常實施測量階段以確定外來對象30是否已從初級單元10的附近移除。這些 測量階段還可以檢測是否存在需要功率的次級單元20。圖4是說明系統(tǒng)1中的不同操作模式以及在這些不同的模式之間進行切換的條件 的示意圖。所示出的三個操作模式是操作模式(或充電模式)60、停機模式62和待機模式 64。將會認識到，在一個實施例中可以存在其它操作模式，例如“配置”模式。在操作模式60中，初級單元10大部分時間處于充電狀態(tài)(即供應感應功率)，但 是如上述那樣定期進入測量階段66、68。如果測量階段66的結(jié)果是確定沒有次級單元20 需要功率，則初級單元10進入待機模式64。如果測量階段68的結(jié)果是確定存在顯著的寄 生負載(即外來對象30)，則初級單元10進入停機模式62。在待機模式64中，電驅(qū)動單元14大部分時間是停止的，因此消耗很少功率。初級 單元10定期地或時常進入充電狀態(tài)(即感應地供應功率)，并且實施測量階段70、72以檢 查它是應該進入操作模式60還是停機模式62。否則，它保持在待機模式64。
停機模式在功能上與待機模式相同，具有相應的測量階段74、76。然而，這兩個模 式可以通過提示用戶移除任何實質(zhì)寄生負載(即外來對象30)的某些用戶界面特征(例如 LED)來區(qū)分。圖5㈧至圖5(B)說明在系統(tǒng)1中選擇圖4的模式的條件。在圖5㈧中，在初級 單元10附近不存在次級單元20。在這種情況下，初級單元10處于待機模式64。在圖5(B) 中，在初級單元10附近不存在次級單元20但是存在實質(zhì)寄生負載(即外來對象30)。在這 種情況下，初級單元10處于停機模式62。在圖5(C)中，在初級單元10附近同時存在次級 單元20和實質(zhì)寄生負載二者。在這種情況下，初級單元處于停機模式62。在圖5(D)中，在 初級單元10附近存在次級單元20，但是連接到次級單元20的負載(實際負載)當前時間 不需要任何功率。在這種情況下，初級單元10處于待機模式64。最后，在圖5(E)中，存在 初級單元20，并且其負載需要充電或操作的功率。因此，初級單元10處于操作模式60。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100可以被認為是圖 1的系統(tǒng)1的同等物，并且因此包括具有初級線圈12的初級單元10和具有次級線圈22的 次級單元20。以與上文參考系統(tǒng)1所解釋的基本上相同的方式來通過電磁感應將功率從初 級線圈12傳輸?shù)酱渭壘€圈22。盡管未在圖6中示出，但是將會認識到系統(tǒng)100可以包括多個次級單元20并且所 述這些次級單元20可以同時從初級單元10接收感應功率。此外，可以與這樣的次級單元 20同時存在外來對象30 (也未在圖6中示出)。除了初級線圈12之外，系統(tǒng)100的初級單元10還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器102、逆變 器104、電容器106、電阻器108、差分放大器110、緩沖器112和114、以及微處理器單元 (MPU) 116。除了次級線圈22之外，系統(tǒng)100的次級單元20還包括整流器118、DC/DC轉(zhuǎn)換 器120、負載122、電容器124、以及差分放大器126。緩沖器114可以被認為是峰值檢測器， 并且用來測量線圈12上的峰值電壓。從圖6將會認識到，次級單元20示出為結(jié)合在便攜式設(shè)備中，其是需要功率的對 象。為了簡單起見，便攜式設(shè)備被示出為與次級單元20相同，然而，該次級單元20可以是 便攜式設(shè)備的組成部分(例如可移除的)。因此，負載122可以被認為是次級單元20的實 際負載，盡管它可以與初級單元20分離。系統(tǒng)100的初級單元10被示出為充電器，其在操 作中通過電磁感應為便攜式設(shè)備20充電。在系統(tǒng)100的初級單元10中，連接DC/DC轉(zhuǎn)換器102以接收外部DC輸入，并且該 DC/DC轉(zhuǎn)換器102在操作中將所接收到的DC輸入下轉(zhuǎn)換成較低的DC電壓Vd。為了高的效 率，DC/DC轉(zhuǎn)換器102可以是切換模式(switch-mode)降壓轉(zhuǎn)換器。連接該DC/DC轉(zhuǎn)換器 102以驅(qū)動逆變器104，所述逆變器104在其輸出端生成AC電壓。該逆變器104可以是從 基準振動器(未示出)驅(qū)動的MOSFET半橋。逆變器104輸出的AC電壓被用來驅(qū)動初級感應線圈12。電容器106與初級線圈 12串聯(lián)連接，并且線圈/電容器組合被配置成使得它在逆變器104的操作頻率處諧振。為 了降低存在于驅(qū)動初級線圈的電驅(qū)動信號(即逆變器104的輸出)中的諧波，可以期望在 逆變器104和初級線圈12之間提供LC鎮(zhèn)流器電路(未示出)。初級線圈12的峰值線圈 電壓Vp。通常比DC電壓Vd大得多，因為逆變器之后的電路(即包括初級線圈12和電容器 106)被配置成諧振的。
在本實施例中，操作頻率被認為是恒定的并且因此不需要進一步評論。然而，因為 效率的原因，操作頻率當然可以變化(即可調(diào)的)。的確，可以以調(diào)節(jié)線圈電壓(即線圈中 的電驅(qū)動信號的幅值)的方式調(diào)諧頻率。例如，如果初級線圈被配置成諧振的，則有可能通 過改變頻率來改變驅(qū)動信號的幅值。在系統(tǒng)100的次級單元20 (便攜式設(shè)備)中，次級線圈22連接到與電容器124串 聯(lián)的整流器118的輸入端，再次使得線圈/電容器組合諧振。在使用中，次級線圈22表示 具有經(jīng)由電磁感應從初級線圈12接收的AC電壓的整流器。整流器118整流該AC電壓以 將DC電壓輸出給DC/DC轉(zhuǎn)換器102。該DC/DC轉(zhuǎn)換器102下轉(zhuǎn)換來自線圈的經(jīng)過整流的電 壓以與負載122所需的輸入電壓相匹配。DC/DC轉(zhuǎn)換器102可以是切換模式轉(zhuǎn)換器(類似于轉(zhuǎn)換器102)，而不是線性轉(zhuǎn)換 器。切換模式轉(zhuǎn)換器通常能夠從一個DC電壓轉(zhuǎn)換到另一個DC電壓，遠比線性轉(zhuǎn)換器有效。 此外，一般來說，切換模式轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的效率要比線性轉(zhuǎn)換器的效率變化小。線性轉(zhuǎn) 換器降低電阻上的任何過壓。因此，輸入電壓和輸出電壓之間的差越大，效率就越低。這一 輸入電壓的效率的變化可以致使由系統(tǒng)100的次級單元20汲取的功率取決于輸入電壓，這 使得更難以實施本發(fā)明的實施方式。次級單元20的DC/DC轉(zhuǎn)換器120可選地被配置成將恒定電壓遞送給負載122。通 過包括差分放大器126的反饋回路來維持該恒定電壓。實質(zhì)上，DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸出 電壓被用來控制DC/DC轉(zhuǎn)換器120的占空比，以維持所需的負載122的輸入電壓Vlrad，而不 管DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸入電壓的變化。
負載122的電壓需求可以隨著時間而變化，例如如果負載122是具有充電周期的 電池組。因此DC/DC轉(zhuǎn)換器120可以被配置成將所需的負載電壓VlMd維持在不同的電平處 以用于這種充電周期的不同部分。然而，所需的負載電壓Vltjad通常以相對緩慢的時間標度 (timescale)變化，以使得它在特定測量階段或測量階段組上看起來相對恒定。系統(tǒng)100的初級單元10將初級線圈電SVp。調(diào)節(jié)在預定的電壓電平。這通過包括 緩沖器(峰值檢測器)114和微處理器單元116的反饋回路來實現(xiàn)。如圖6所示，初級線圈 電壓基本上被緩沖器114緩沖并且被輸入到微處理器單元116中?；诔跫壘€圈電壓，微 處理器單元116可以控制DC/DC轉(zhuǎn)換器102的占空比以便維持Vpe的預定電平。反饋可以 是用于快速響應的模擬反饋和針對大動態(tài)范圍經(jīng)由微處理器單元116的數(shù)字反饋的組合。 初級單元10被配置成維持該預定初級線圈電壓Vp。，而不管由次級單元20(和/或任何其 它這樣的次級單元20或外來對象30)所表示的負載。系統(tǒng)100的初級單元10還能夠確定經(jīng)由初級線圈12汲取的功率量。在該實施例 中，這通過測量從DC/DC轉(zhuǎn)換器102汲取的電壓Vd和電流Id 二者來實現(xiàn)。經(jīng)由緩沖器112 將電壓電平Vd輸入到微處理器單元116，從而提供適當?shù)碾娖狡?level-shifting)和 緩沖。電阻器108連接在DC/DC轉(zhuǎn)換器102和逆變器104之間以使得電流Id從其中通過。 因此，通過利用差分放大器110測量電阻器108上的電壓來測量該電流Id，并且差分放大器 110的輸出被輸入到微處理器單元116。這時測量電壓和電流的優(yōu)點是信號是DC的。在微 處理器單元116中，使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)來采樣電壓并且低通濾波所述電壓以降 低噪聲。平均化可以用作這種濾波的一部分。在本實施例中，在微處理器單元116內(nèi)確定 電壓Vd和電流Id的值并且將它們相乘以確定所汲取的功率。
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如上面所提到的那樣，當金屬對象(即外來對象30)與由初級線圈12所感應的電 磁場耦合時，在金屬表面感應出電渦流。因為這些渦流限于金屬表面(由趨膚深度確定)， 所以它們具有流通在其中的減小的橫截面并且因此可以經(jīng)受相對高的AC電阻。因此，金屬 對象表現(xiàn)為電阻性負載，電阻的值取決于材料的類型、幾何結(jié)構(gòu)和操作頻率(即通過初級 線圈12的AC電流的頻率)。圖7示出初級線圈12和諧振電容器106的等效電路，以示出從初級線圈12來看 外來體30對該等效電路可能具有的影響。圖7(a)示出具有初級線圈12和諧振電容器106的初級電路，其中外來體30非常 接近所述初級電路。認為在圖7(b)至圖7(d)的每個圖中也存在外來體，但是為了簡單未 示出。在圖7(a)中，認為外來體沒有影響，也就是說就像它不存在。因此，圖7(a)的等效 電路與圖6中的電路相同。在實際電路中，電感器12和電容器106將具有寄生現(xiàn)象，以使得它們不是純的電 容和電感(例如電容器電串聯(lián)電阻、電感器電阻和互繞電容等等)。圖7(b)示出當外來體30是導體(例如銅或鋁)時的電等效電路。在體30中感 應出流通的渦流。這些作用以降低電感。金屬也將具有AC電阻，這取決于導體的厚度、其 電阻率以及磁場的頻率。這將導致附加的損耗。該效應好像是電感132和電阻134的串聯(lián) 組合與初級線圈12并聯(lián)。例如在相對低的頻率下，作為外來體30的厚銅塊將對電感變化 具有支配性的影響。然而，作為外來體30的薄銅塊將對電阻變化有支配性的影響。一般來 說，導體的影響是降低電感并增加初級電路的諧振頻率。損耗將導致功率被消耗，并且加熱 外來體30。可以達到非常高的溫度，特別在體30不那么大并且因此不能高效地耗散熱量的 情況下。因此，存在這樣的金屬可以看作是從電源汲取的功率的增加。圖7(c)示出當存在作為外來體30的非傳導(nonconductive)或低導磁材料(例 如鐵氧體)時的電等效電路。磁材料的存在變化整個磁路的磁阻。這對增加有效電感有影 響。然而，將會引入可以由串聯(lián)電阻表示的損耗。該效應就好像是電感132和電阻134的 串聯(lián)組合與初級線圈12串聯(lián)。因此，磁性材料的存在將增加電感并且降低初級電路的諧振 頻率。電阻134的存在將引入損耗，其接著將增加從電源汲取的功率。圖7(d)示出當存在具有磁和傳導特性二者的外來體30(例如硅鋼)時的電等效 電路。該效應好像是電感132和電阻134的串聯(lián)組合與初級線圈12并聯(lián)，并且另一個這樣 的串聯(lián)組合與初級線圈串聯(lián)。這樣的材料可以增加或降低電感，這取決于其組分。或者可 替換地，如果兩個電感變化是相似的，則電感實際上可能未變化。因此，諧振頻率可能降低、 增加或保持不變。然而，電阻134的存在將引入損耗，其接著將增加從電源汲取的功率。因此，檢查諧振頻率的變化可能不是存在外來體的可靠指示。可以考慮作為外來 體的磁材料不可能與該系統(tǒng)接觸的觀點。然而，仍有以下可能性可以存在同時作為合理 (legitimate)次級設(shè)備的傳導外來體。合理次級設(shè)備通常將具有纏繞在磁芯上的線圈或可 替換地在其后面具有磁屏蔽的平面線圈。存在與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的磁材料可以增加電感，而存 在傳導外來體可以降低電感。取決于相對幅值，將存在電感的增加、降低或不發(fā)生變化，但 是通常合理設(shè)備的電感變化將占支配地位。實際上可能很難隔離外來體的影響以便以這種 方式可靠地檢測它。圖8示出一組三個圖表，分別示出電壓Vd、電流Id和從初級單元10汲取的功率P
20的波形。通過將電壓Vd的波形和電流Id的波形相乘來得到所汲取的功率P的波形。對于 圖8，假設(shè)需要功率的次級單元20在初級單元10附近并且不存在外來對象30。對于絕大部分時間來說，初級單元10處于“正?！睜顟B(tài)，并且將恒定的電壓Vd提供 給逆變器104的輸入端。定期地或時常實施測量階段。在該階段期間，變化電壓電平Vd，在 這種情況下使它增加大約10%。其中電壓Vd已增加10%的階段將被稱為“升壓”狀態(tài)，并 且如圖8中那樣被標識。從圖8可以認識到，第二次變化在電壓電平Vd從升壓狀態(tài)返回到 正常狀態(tài)時出現(xiàn)。因此，將認為已出現(xiàn)了兩個測量階段，然而，出于本目的，將專注于第一次 變化，即從正常狀態(tài)到升壓狀態(tài)。該測量階段被用來檢查外來對象30的存在。響應于在升壓狀態(tài)期間電壓電平Vd 的增加，AC線圈電壓Vpc也被升高。結(jié)果，次級單元20中的AC線圈電壓也增加并且接著 由整流器118輸出的經(jīng)過整流的DC電壓也會增加。然而，如上文所解釋的那樣，次級單元 20中的DC/DC轉(zhuǎn)換器120可以經(jīng)由反饋回路來適配，以便繼續(xù)在負載122處提供恒定電壓 Vloado這接著可以意味著DC/DC轉(zhuǎn)換器120汲取較少的電流，以使得由次級線圈122汲取的 總功率近似恒定(忽略整流器118和DC/DC轉(zhuǎn)換器120 二者的輸入電壓的效率的相對不顯 著變化)。相應地，初級線圈12可以汲取較少的電流并且因此電流“可以如圖8(b)所示 那樣減小。因此，盡管電壓Vd在升壓狀態(tài)中增加，但是可存在電流Id的相應的減小以使得 從初級單元10中的DC/DC轉(zhuǎn)換器102汲取的功率P保持近似恒定，如圖8 (c)所示的那樣。圖9類似于圖8，除了圖9的圖表表示當在初級線圈12附近存在金屬對象(外來 對象30)并且不存在需要功率的次級單元20時的情況之外。初級單元10以圖8那樣的相 同方式升高電壓電平Vd，也就是說從正常狀態(tài)到升壓狀態(tài)。然而，在這種情況下，作為對存 在汲取恒定功率的調(diào)節(jié)負載的代替，存在等同于圖7(b)至7(d)中示出的那些負載的電阻 性負載。這種電阻性負載沒有調(diào)節(jié)，并且相應地當電壓Vd增加時，電流Id也因此如圖9(b) 所示出的那樣增加大約10%，且所汲取的功率P相應地增加大約21 %。在實際的系統(tǒng)中，可能存在某些非線性并且這可能需要考慮。例如，如果在整流器 118中使用二極管，則這些二極管上降低的電壓通常將不會顯著變化，以使得整流器的效率 在較高的電壓處(即在升高的電壓處)增加。此外，DC/DC轉(zhuǎn)換器120的效率實際上將隨 著輸入電壓的變化而變化。因此，期望將圖9(c)中功率變化與閾值水平相比較，并且要求 功率差高于該閾值以證實(establish)存在外來對象(假設(shè)功率差低于閾值可由這種非線 性引起的)。圖10和圖11類似于圖8和圖9，除了現(xiàn)在假設(shè)同時存在需要功率的次級單元20 和一塊金屬(外來對象30) 二者之外。在這種情形下，當電壓Vd增加時次級單元20的經(jīng)過 調(diào)節(jié)的負載將導致電流Id的降低，但是當電壓Vd增加時金屬(外來對象30)將導致電流Id 的增加。圖10示出歸因于次級單元20的電流變化大于歸因于金屬的電流變化的情況，并 且圖6示出歸因于金屬的電流變化大于歸因于次級單元20的電流變化的情況。將會認識 到，因為在不調(diào)節(jié)的情況下一塊金屬構(gòu)成電阻性負載，所以如果存在金屬則所汲取的功率P 應該增加?；谏鲜鰞?nèi)容，將會認識到通過在電壓電平Vd變化時評估所汲取的功率P的變 化，有可能確定在初級單元10附近是否存在需要功率的次級單元20和/或外來對象30。 實施這一評估的一個實例方式是在該變化之前和之后進行測量。圖12是圖8 (a)的放大版
21本，意圖提供關(guān)于何時可進行這樣的測量的實例。可以首先在正常狀態(tài)中測量所汲取的功 率P。允許足夠的時間Sl來使系統(tǒng)從可能已經(jīng)發(fā)生的任何其它事件穩(wěn)定下來。在該時間Sl 期間，可以重置濾波器。然后，在正常狀態(tài)期間可以在測量時間間隔A上采樣電流Id和電 壓Vd，并且得到平均值或經(jīng)過濾波的值。如上面所提到的那樣，通過將電壓Vd和電流Id值 一起相乘來計算所汲取的功率P。接下來，電壓電平Vd增加10%從而進入升壓狀態(tài)。在來 自先前測量的另一個穩(wěn)定時段S2之后，電流和電壓被再次采樣并且在第二測量時間間隔B 期間被平均化/濾波。再次，通過將電壓和電流值一起相乘來計算在升壓狀態(tài)中汲取的功 率P。從技術(shù)上來說，有可能在一個實施例中僅測量電流(在電壓被控制時)來評估功 率電平。也就是說，在某種程度上測量電壓并且使電壓乘以電流是多余的。本發(fā)明可以通 過設(shè)置一個電壓并測量電流并且然后設(shè)置另一個電壓并測量電流來以簡單的形式體現(xiàn)。也 就是說，沒有必要特別獲得功率值，而是僅需要獲得功率電平的“測量”或“指示符”。因此 應該相應地解釋本文所公開的實施例。如果在升壓狀態(tài)中汲取的功率P超過在正常狀態(tài)中所汲取的功率達預定量(例如 超過閾值量)，則可以確定在初級單元附近存在外來對象。然而，在一個實施例中，有可能在 兩次測量之間變化次級單元中的負載，例如在負載122(例如電池組)的充電周期從一個區(qū) 變到下一區(qū)的情況下。因此，期望連續(xù)實施兩組測量?？梢哉J為這些組包括不同的測量階 段或者可以一起考慮這些組以形成單個測量階段。如果這兩個測量組是一致的，則可以確 定確實存在外來對象30。圖13示出在不同條件下系統(tǒng)100的時序圖。圖13(a)示出當初級單元10附近存 在次級單元20且不存在外來對象30時處于正常操作的系統(tǒng)100。如上所述，初級單元10 通過升高電壓電平Vd并且進行一組兩次測量定期或時常檢查來看是否存在任何外來對象 30。如果兩次測量的結(jié)果在某個容限內(nèi)，則系統(tǒng)可以推斷出不存在外來對象30，并且可能 沒有必要進行另一組測量。然后，系統(tǒng)在實施另一組這樣的測量之前等待預定時段。在圖 13(a)所示的實例中，在每一組這樣的測量之間存在500毫秒的實例時段，并且升壓狀態(tài)維 持例如10毫秒的時段。圖13(b)示出當檢測到外來對象30時的系統(tǒng)。在這里，假設(shè)第一測量組示出功率 電平的顯著差別，所以立即接著是第二組這樣的測量。如果兩組測量彼此一致，則系統(tǒng)將功 率供應降低為零，以防止功率被遞送到外來對象30中并且加熱它。可以認為這與上面所討 論的進入停機狀態(tài)的系統(tǒng)等同。圖13(c)示出當存在外來對象30時的系統(tǒng)。因此，假設(shè)系統(tǒng)處于停機模式，并且 系統(tǒng)時常檢查來看是否已移除了外來對象30。因此，在絕大部分時間期間，不存在電壓(即 電壓電平Vd為零)，以便防止加熱外來對象。在可以進行測量之前，定期將電壓電平Vd提 升到正常狀態(tài)。如果仍存在外來體30，則初級單元10將進行兩組測量，并且然后再次將電 壓電平Vd降到零。然而，如果已移除了外來對象30，則第一組功率測量將基本上與另一組 相同并且可以恢復正常操作狀態(tài)。可以認為這與離開停機模式并且進入操作的操作模式的 系統(tǒng)等同。如果應用(比正常和升壓狀態(tài)電壓)更低的電壓，則在某種情況下次級設(shè)備負載 調(diào)節(jié)有可能將起作用。在這種情況下，有可能以二者都低于(或其中一個低于)正常和升壓狀態(tài)的兩個電壓電平進行測量。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法200的流程圖。方法200包括步驟S200 到S244，并且可以由系統(tǒng)100來使用。在步驟S200中，功率(即電壓電平Vd)被設(shè)置成“正常”狀態(tài)，并且然后在步驟S202 中允許系統(tǒng)穩(wěn)定，在這種情況下穩(wěn)定10ms。在步驟S204中，測量所汲取的功率P并且在步 驟S206中將其存儲為值P1。在步驟S208中，進行檢查來看所汲取的功率Pl是否大于某 一閾值功率電平X。如果所汲取的功率Pl小于或等于X，則假設(shè)不存在需要功率的設(shè)備并 且在步驟S210中關(guān)斷功率(即電壓電平Vd被設(shè)置成零)。如果不存在需要功率的次級單 元，則在步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預定的時間量(在這種情況下等 待500ms)來看是否已出現(xiàn)次級單元?？赡苋缦旅嫠紤]的那樣，存在次級單元(例如結(jié)合 在次級設(shè)備中)，但是該次級單元不需要功率。如果在步驟S208中，確定所汲取的功率Pl大于X，則在步驟S214中將功率(即 電壓電平Vd)提高到“升壓”狀態(tài)。然后，在步驟S216中允許系統(tǒng)再次穩(wěn)定10ms。在步驟 S218中，測量所汲取的功率P并且在步驟S220中將其存儲為值P2。然后，在步驟S222中 使功率返回到“正?！睜顟B(tài)。在步驟S224中，確定P2和Pl之間的差(即P2-P1)是小于還是等于給定的閾值 Y。如果是這種情況，認為值P2和Pl基本上彼此相同，并且因此假設(shè)不存在金屬(即沒有 外來對象30)。在這種情況下，該方法將功率留在“正?！睜顟B(tài)并且繼續(xù)到步驟S212，在該 步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預定的時間量，在這種情況下等待500ms。如果確定P2-P1大于閾值Y，則可以意味著存在金屬(即外來對象30)，或者將意 味著本次級單元20的實際負載已在兩次測量之間變化。為了解決這樣的不確定性，對“正 常”狀態(tài)和“升壓”狀態(tài)的每一個都進行兩次更多的測量。在這一點上，方法繼續(xù)到步驟S226，在該步驟S226中，允許系統(tǒng)穩(wěn)定在“正?！睜?態(tài)中，在這種情況下為10ms。在步驟S228中，測量汲取的功率P并在步驟S230中將其存儲 為值P3。在步驟S232中，然后將功率(即電壓電平Vd)提升到“升壓”狀態(tài)，并且然后在步 驟S234中允許系統(tǒng)再次穩(wěn)定10ms。在步驟S236中，測量所汲取的功率P并且在步驟S238 中將其存儲為值P4。然后，在步驟S240中使功率返回到“正?！睜顟B(tài)。在步驟S242中，確定P4和P3之間的差(即P4-P3)是小于還是等于閾值Y。這類 似于在步驟S224中進行的確定，并且因此將會認識到可以以這種方式將第二組測量(P3、 P4)與第一組測量(P1、P2)相比較。如果第二組測量也指示差大于Y，則系統(tǒng)確定存在金屬(即外來對象30)并且通過 繼續(xù)到步驟S210來將功率設(shè)置成“斷(Off)”。否則，該方法將功率留在“正?！睜顟B(tài)中，并 且繼續(xù)到步驟S212，在該步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預定的時間量，在 這種情況下等待500ms。系統(tǒng)通過返回到步驟S200再次檢查來看是否已存在任何變化(例 如將某些金屬放在充電器線圈附近)。需要閾值水平Y(jié)足夠大來適應由因系統(tǒng)中的任何不確定性和存在的噪聲而引起 的任何誤差。有可能降低不確定性，這將允許檢測較低水平的寄生損耗。系統(tǒng)中的損耗可以被分配為1.固定的焊盤(pad)損耗(即在初級單元10中)
2.可變的焊盤損耗(即在初級單元10中)3.固定的接收機損耗(即在次級單元20中，或在次級設(shè)備中)4.可變的接收機損耗(即在次級單元20中，或在次級設(shè)備中)5.負載(即在實際負載122中)6. “寄生”損耗(即在外來金屬對象中)7. “友好寄生”損耗(即在存在于次級單元或設(shè)備中的金屬中)應該在測量之間使固定損耗(1、3)保持相同，而不管是處于“正常”狀態(tài)還是“升 壓”狀態(tài)。也應該在測量之間保持負載相同(第二組測量用來處理測量之間負載顯著變化 的情況)。可變損耗(2、4)添加測量的不確定性。有可能通過相對于線圈電壓針對效率校 準系統(tǒng)來補償這一不確定性。結(jié)果產(chǎn)生的測量將檢測“寄生”損耗(6)和“友好寄生”損耗 (7)的組合。有可能確定“友好寄生“(7)來降低不確定性。例如，便攜式設(shè)備(次級單元 20或結(jié)合次級單元20的次級設(shè)備)可以在啟動時將什么是其“友好寄生”傳達給充電器 (初級單元10)(或者它可以傳達表示該信息的代碼諸如設(shè)備類型)。因此，通過使用這樣 的附加信息，有可能改進系統(tǒng)的精確性和魯棒性。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)300的示意圖。可以認為系統(tǒng)300等同 于系統(tǒng)1和100，并且因此包括具有初級線圈12的初級單元10和具有次級線圈22的次級 單元20。以基本上與上文參考系統(tǒng)1所解釋的相同方式來通過電磁感應將功率從初級線圈 12傳輸?shù)酱渭壘€圈22。盡管未在圖15中示出，但是將會認識到系統(tǒng)300可以包括多個次級單元20并且 這些次級單元20可以同時從初級單元10接收感應功率。此外，可以在與該次級單元20的 同時存在外來對象30 (也未在圖6中示出)。系統(tǒng)300非常類似于系統(tǒng)100，并且因此為了簡單起見使用相同的參考標記并且 省略重復的描述。系統(tǒng)300不同于系統(tǒng)100之處在于通過測量初級線圈12處的電壓和電 流來確定所汲取的功率P。這具有的優(yōu)點是測量更精確，因為直接在初級線圈12處，而不是 如系統(tǒng)100那樣在逆變器104的輸入端處。然而，與系統(tǒng)100相比系統(tǒng)300可能不那么有 利，因為i)在初級線圈12處測量的電壓和電流是AC的，并且因此可能更難以確定，尤其在 波形失真的情況下；ii)可以期望確定電壓和電流之間的相角以證實所汲取的功率與存儲 在包括初級線圈12和電容器106的諧振電路中的能量不同；iii)初級線圈12處的電壓比 逆變器104的輸入端處的電壓高的多。在系統(tǒng)300中，利用峰值檢測器來測量初級線圈12處的電壓(由緩沖器114來實 施)，并且利用電流互感器/傳感器302 (經(jīng)由緩沖器312)來測量電流。同等地，如在系統(tǒng) 100中那樣，將使用串聯(lián)感測電阻器來測量電流。為了確定由線圈12汲取的功率P，微處理 器單元316(等同于系統(tǒng)100中的微處理器單元116)測量初級線圈12上的rms AC電壓 Va。(等同于電壓Vp。)；測量通過初級線圈12的rms AC電流Ia。；以及確定它們之間的相差 Φ。然后，所汲取的功率由P = Va山」cos Φ I給出。在測量AC電流和電壓時，可期望使用 鎖定(lock-in)放大器(微處理器316內(nèi)的數(shù)字放大器或者微處理器316外部的模擬放大 器)。這可以使用在逆變器104中使用的基準振蕩器來對所需的信號進行“鎖定”，并且顯 著改進信噪比(SNR)。參見系統(tǒng)100和300，在其它實施例中有可能測量電壓和電流，期望用于確定在這些系統(tǒng)中的各個其它點處(例如在DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸入端處)所汲取的功率P。在上述實施例中，所考慮的主要配置是將恒定電壓供應給負載122。然而，在其 它實施例中有可能直接為電池組充電。圖16示出用于為鋰離子電池組充電的典型電流和 電壓分布(對于鋰聚合物電池組和其它衍生物的分布是相似的)。最初，如果電池組被充 分充電，則以低的電平(大約最大值的10% )供應恒定電流，并且這通常被稱為涓流充電 (trickle charging) 0繼續(xù)這樣直到電池組達到大約3V為止。在這之后，以最大電平供應 恒定電流直到電池組達到4. 2V為止。這時，輸出電壓被調(diào)節(jié)到4. 2V并且電流逐漸減小直 到充電電流約為最大值的7%。因此，在充電周期期間可以在不同的點處使用恒定電流調(diào)節(jié) 和恒定電壓調(diào)節(jié)二者。圖17是可以代替系統(tǒng)1、100和300中的次級單元20以形成本發(fā)明的其它實施例 的次級單元420的示意圖。相應地，次級單元420中的已經(jīng)在上文中參考次級單元20所描 述的那些元件由相同的參考標記表示，并且省略重復的描述。次級單元420具有作為其實際負載的電池組422(即代替負載122)。充電控制 器424布置在整流器118和電池組422之間，并且包括DC/DC轉(zhuǎn)換器424、差分(或偶運算 (even operational))放大器428、430和432，以及電阻器434。DC/DC轉(zhuǎn)換器424以與次級 單元20中的DC/DC轉(zhuǎn)換器120相似的方式連接在整流器118和電池組422之間，即下轉(zhuǎn)換 由整流器118輸出的電壓以供應給電池組422。電阻器434連接在DC/DC轉(zhuǎn)換器426和電 池組422之間，以使得流入電池組的電流IlMd在其間流過。連接差分放大器428和430以 按電阻器434上的電壓測量該電流并且將電流IlMd的測量結(jié)果(電流感測)輸入到DC/DC 轉(zhuǎn)換器426中。連接運算放大器432以測量供應給電池組422的電壓VlMd，并且也將(電 壓感應的)該測量結(jié)果輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器426中。返回參見圖16，在恒定電壓階段期間 旨在調(diào)節(jié)電壓，并且在恒定電流階段期間旨在調(diào)節(jié)電流。來自差分(或運算)放大器428、430、432的兩個路徑的輸出被用來控制DC/DC轉(zhuǎn) 換器的占空比。變化占空比將變化輸入電壓和輸出電壓的比值。同樣地，在給定的時刻處， 在輸出端處將有某種形式的負載，因此可以調(diào)整DC/DC電壓輸出以給出所需的電流。將認 為次級單元420具有控制單元，其將來自兩個路徑的輸出用作輸入，并且相應地調(diào)整DC/DC 轉(zhuǎn)換器的占空比?？刂乒δ芸梢砸栽S多不同的方式體現(xiàn)，例如作為包括用于控制MOSFET的 適當?shù)倪壿嬰娐返碾娮有酒?。順便地，注意在本發(fā)明的任何實施例中的DC/DC轉(zhuǎn)換器可以是代替下轉(zhuǎn)換器的上 轉(zhuǎn)換器(升壓轉(zhuǎn)換器)或上/下轉(zhuǎn)換器(降壓-升壓轉(zhuǎn)換器)。然而，下轉(zhuǎn)換器趨向于更有 效。在恒定電流階段期間，電流感測主要用于將電流Iltjad調(diào)節(jié)成恒定的。當初級單元 10中的電壓Vd增加時，接收機線圈22上的電壓將存在相應的增加，并且因此經(jīng)過整流的、 輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器426的電壓將存在相應的增加。在沒有反饋的情況下，Vload和IlMd都 將增加。然而，來自電流感測的反饋用來確保負載電流Iltjad保持恒定。這導致降低接收機 線圈(次級線圈)22中的電流。因此，初級線圈12中的電流減小。由此，在忽略電壓電平或 其它可變損耗的效率的任何變化的情況下，由初級線圈汲取的功率P應該保持近似相同。在電壓調(diào)節(jié)模式和電流調(diào)節(jié)模式二者中，由充電器控制器424汲取的功率可以近 似與次級線圈22的電壓無關(guān)。次級線圈電壓中的任何變化可以在次級線圈電流的變化中
25反映。充電控制器424的功率需求將隨時間而變化，但是與在上述本發(fā)明的實施例的使用 期間進行的測量相比這將相對較慢。因此，當初級線圈電壓增加時，初級線圈電流將相應地 降低，以使得所汲取的總功率保持近似相同。已發(fā)現(xiàn)，某些充電控制器424已重復在涓流充電階段期間出現(xiàn)的電流的尖峰。如 果這些尖峰的時段正好與進行測量的時段相一致，則它可能產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。這可以通過 進行三組測量而不是兩組，并且通過確保第二組和第三組之間的時間完全不同于第一組和 第二組之間的時間來克服。將會認識到，沒有必要在恒定電流或恒定電壓的條件下操作DC/DC轉(zhuǎn)換器120、 426。如果由次級單元汲取的功率P不會隨著次級線圈22上的輸入電壓而變化(或者可預 測地變化，即以某一預定方式變化)，則該系統(tǒng)將適當?shù)夭僮?。這與供應給負載122、422什 么電壓或電流無關(guān)。圖18和圖19是次級單元520和620的示意圖，其分別被配置成使得系統(tǒng)(還包 括初級單元)能夠?qū)⒅攸c放在調(diào)節(jié)所汲取的功率P，而不是特別供應給負載122、422的電壓 或電流。次級單元520和620可以代替次級單元20和420以形成本發(fā)明的其它實施例。參考圖18，(除了由與圖6的次級單元20相同的參考標記所表示的那些元件之 外)次級單元520還包括運算放大器502、電阻器504、電壓感測點505和控制單元506。 通過與圖6相比較將會認識到，連接運算放大器502、電阻器504和電壓感測點505來提供 電壓和電流測量給控制單元506，代表輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器120的電壓和電流?？刂茊卧?506在操作中調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器120的操作以更改輸入電流，以使得在輸入電壓變化時從初 級單元汲取的總功率P保持恒定。參考圖19，(除了由與圖6的次級單元20相同的參考標記所表示的那些元件之 外)次級單元620還包括AC電流感測點602、緩沖器604、AC電壓感測點605和控制單元 606。通過與圖15相比較將會認識到，連接AC電流感測點602、緩沖器604和AC電壓感測 點605來提供AC電壓和電流測量給控制單元606，代表輸入到整流器118的AC電壓和電 流。控制單元606在操作中監(jiān)控AC線圈電壓并且調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器120的操作以使得所 汲取的總功率P與(初級或次級)線圈電壓無關(guān)。圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的初級單元710的示意圖，除了在逆變器104與 初級線圈12和電容器106之間存在LC鎮(zhèn)流器電路702之外，所述初級單元710與圖6的 初級單元10 —樣。因此，在初級單元710和10之間共用的那些元件由相同的參考標記表 示，并且省略重復的描述。LC鎮(zhèn)流器電路702包括連接以形成低通濾波器的串聯(lián)電感器704 和并聯(lián)電容器706。有利地是，提供了 LC鎮(zhèn)流器電路702，因為低通濾波具有減少來自逆變 器104的諧波的結(jié)果。這是有幫助的，因為不需要的諧波可以在其它設(shè)備(例如無線電接 收機)中引起干擾，或者阻止系統(tǒng)遵循調(diào)節(jié)發(fā)射(regulatory emission)。圖21至圖23分別是初級單元810、910和1010的示意圖，它們中的每一個都與上 述初級單元非常相似，并且因此形成本發(fā)明的另一個實施例。因此，上文已經(jīng)描述的初級單 元810、910和1010的那些元件用相同的參考標記表示，并且省略重復的描述。初級單元810、910和1010之間的公共特征是它們每一個都具有多個初級線圈 12A、12B、12C、...，而不是單個初級線圈12。有可能使用多個初級線圈以使得可以同時為 多個次級單元(或結(jié)合這些次級單元的次級設(shè)備)充電。初級線圈12A、12B、12C被配置成彼此并聯(lián)。出于不同于處理多個次級單元的原因，可以存在多個初級單元。例如，出于冗 余原因可提供多個初級線圈，或者使得單個次級設(shè)備可以在相對于初級單元的任何許多位 置(由不同初級線圈限定)中接收功率。此外，代替通過改變供應給唯一初級線圈的電壓 (或某一其它信號的幅值)來實現(xiàn)可用功率中的變化，將有可能從以第一電壓操作的一個 初級線圈切換到以不同于該第一電壓的第二電壓操作的第二初級線圈。也就是說，“正?！?和“升壓”狀態(tài)之間的差別可用通過在初級線圈之間切換，或者通過改變同時有效的初級線 圈的數(shù)目，或者改變供應給各個初級線圈的信號的幅值，或者這些方法的某些組合來實現(xiàn)。當使用初級單元810、910和1010時，可以以相同的方式來使用上述體現(xiàn)本發(fā)明的 方法，一個差別是存在初級線圈的并聯(lián)組合而不是單個這樣的初級線圈。將會認識到，初級 單元810類似于圖6的初級線圈10，其中在逆變器104之前測量所汲取的功率P，并且初級 單元910類似于圖15的初級單元10，其中在逆變器104之后測量功率。在該布置中，還可以在諧振電容器之前的節(jié)點處進行測量，以便降低相位誤差并 且改進功率測量的精確性。并不是對于所有線圈都具有單個電流感測，在一個實施例中可 有利的是在每個單個的線圈上具有電流感測，如圖23所示的那樣。這可便于推斷出所汲取 的功率總量，特別在存在廣泛改變的負載時或者在某些線圈具有被供電的設(shè)備而其它線圈 不具有的情況下。不同的初級線圈例如可以彼此遠離定位，盡管它們可以相對緊密地定位 在一起，例如以陣列的方式定位。順便地，對于AC電流測量來說，可以使用如圖22中的電流互感器(電流感測)或 如圖23中的感測電阻器。任何一種方法都可以包括用于測量的平均器(averager)或峰值 檢測器。電流感測的一個優(yōu)點是它引入比電阻器少的損耗。然而，電流感測通常比電阻器 更昂貴。如果如圖23中那樣存在大的線圈陣列，則對使用感測電阻器來說它有可能是節(jié)約 成本的。圖24和圖25是本發(fā)明的一些實施例的初級單元的充電表面上的可能線圈布局的 示意圖。在一些這樣的實施例中，次級單元可以被放在要被充電的這種充電表面上的任何 地方或基本上任何地方上。在所示出的每一種情況下，所涉及的初級單元包括多個初級線 圈。在圖24中，充電表面具有纏繞鐵氧體芯1100的陣列，即鐵氧體背板1102上的纏繞線圈 1100的陣列。在圖25中，充電表面具有蝕刻在PCB(印刷電路板)1202上的印刷的六邊形 螺旋線圈1200的陣列，所述PCB (印刷電路板)1202可以具有鐵氧體和/或金屬屏蔽底層。 在圖25中，可以認為每個六邊形裝置1200是單個線圈。矩形1204表示要被充電的(即從 其感應地接收功率)、放在所涉及的初級單元的充電表面上的次級單元或結(jié)合這種次級單 元的次級設(shè)備的可能的印跡(footprint)。將會認識到，在一個實施例中，次級單元的印跡 可以比充電表面上的充電區(qū)域更小，以使得可以同時為多個次級單元充電。體現(xiàn)本發(fā)明并且具有多個初級線圈12A、12B、12C、...的初級單元可以被配置成 通過將電流供應給那些初級線圈(對于那些初級線圈而言，在其附近存在次級單元的次級 線圈22)，以及通過不將電流供應給其它初級線圈(以便于保存功率)來進行操作。因此， 可以在這樣的初級單元中使用上述體現(xiàn)本發(fā)明的方法。也就是說，可以認為存在電學上并 聯(lián)的初級線圈的陣列，而不是僅單個線圈。然而，在這種情況下，初級單元可以被配置成使 得每個初級線圈可以“接入電路和從電路斷開”，以使得僅激活適當?shù)木€圈。圖26是這種初 級單元1310的示意圖。
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初級單元1310非常類似于上述圖21的初級單元810。因此，上文已描述的初級單 元1310的那些元件由相同的參考標記表示，并且省略重復的描述。初級單元810包括分別 與初級線圈12A、12B、12C、...串聯(lián)連接的開關(guān)SW-A、SW-B、SW-C、...，并且在操作中將它們 各自的初級線圈接入電路和從電路斷開。可以認識到，也可以實施等同于圖22和23所示 的那些的模擬初級單元。可以期望確?？傠姼斜３窒嗤允瓜到y(tǒng)繼續(xù)保持諧振。這可以通過使初級單元中 的單獨電感器用作“虛設(shè)線圈(dummy coil) ”來實現(xiàn)。因此，如果使少于最大數(shù)目的初級線 圈通電(接入到電路中)，則所需數(shù)目的附加“虛設(shè)線圈，，可以被接入到電路中以使總電感 保持相同。在本發(fā)明的一些實施例中，有可能使用許多不同類型的DC/DC轉(zhuǎn)換器，其包括許 多不同拓撲結(jié)構(gòu)的降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和降壓_升壓轉(zhuǎn)換器。有可能使體現(xiàn)本發(fā)明的 次級單元包括負載(甚至多個負載)，其可以是恒定電流負載、恒定電壓負載或者二者的一 些其它組合。例如，除了充電控制器為電池組充電所需的功率之外，便攜式設(shè)備(結(jié)合次級 單元的次級設(shè)備)還可以需要用于其內(nèi)部功能的功率。在本發(fā)明的一些實施例中，在次級單元中執(zhí)行的調(diào)節(jié)不一定是恒定電流或恒定電 壓的。在由便攜式設(shè)備所汲取的功率P不隨著輸入電壓(例如初級單元中的電壓Vd)而變 化的情況下，體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)可以操作。這與供應給次級單元中的負載什么電壓或電流 無關(guān)。調(diào)節(jié)也可以不是恒定功率的，并且該調(diào)節(jié)可以被配置成具有所汲取的功率P相對于 輸入電壓的已知依賴性。在這種情形下，初級單元(充電器)可以在兩個初級線圈電壓電平 下進行功率測量(從而構(gòu)成經(jīng)過測量的功率需求改變)。使用初級線圈和次級線圈之間的 耦合的知識，由此可以確定兩個相應的次級線圈電壓。使用功率需要隨次級單元的輸入電 壓改變的知識，由此可以確定對于兩次測量的期望功率需求改變。如果所測量的功率需求 改變基本上不同于(例如大于)所期望的功率需求改變，則充電器推斷必定存在金屬(即 外來對象)?？梢云谕邮諜C(次級單元)將與充電器和接收機之間的耦合程度有關(guān)的信 息傳達給充電器(初級單元)或者直接傳達所接收的電壓?？梢云谕麍?zhí)行多于兩次測量并 且擬合多項式?？梢允褂闷渌鼘С鲂畔?例如導出物)來確定是否存在外來對象。盡管上述實施例將DC電壓輸出給負載，并且因此在便攜式設(shè)備(次級單元)中具 有整流器，但是不是必須是這種情況。例如，有可能將AC電壓供應給負載。在這種情況下， 將仍有可能實施本發(fā)明，也就是說確保由次級單元汲取的功率P保持恒定或者在不存在外 來對象的情況下已知對輸入電壓的依賴性。本發(fā)明的一些實施例是有利的，因為便攜式設(shè)備(次級單元)和充電器(初級單 元)之間的通信不是必須的，也就是說是可選的。因此本發(fā)明的一些實施例的成本可以比 其中通信是必須的系統(tǒng)更低。本發(fā)明的一些實施例能夠在存在有效便攜式設(shè)備(次級單 元)的情況下檢測金屬(外來對象)。本發(fā)明的一些實施例還不會被鋼或硅鋼“所欺騙”，也 就是說它們可以區(qū)別次級單元和這樣的外來對象，因為它們不依靠相位/頻率偏移測量。 就硬件來說，本發(fā)明的一些實施例還可以節(jié)約成本，因為本發(fā)明的許多方面可以以微處理 器內(nèi)的軟件來實施。在本發(fā)明的任何上述方面中，特別在方法方面中，可以以硬件或按運行在一個或 多個處理器上的軟件模塊來實施各種特征。一個方面的特征可以應用于任何其它方面。
本發(fā)明還提供了用于實施本文所描述的任何方法的計算機程序或計算機程序產(chǎn) 品，以及在其上存儲有用于實施本文所述的任何方法的程序的計算機可讀介質(zhì)。體現(xiàn)本發(fā) 明的計算機程序可以被存儲在計算機可讀介質(zhì)上，或者例如它可以是諸如從互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址提 供的可下載數(shù)據(jù)信號之類的信號形式，或者它可以是任何其它形式。
權(quán)利要求
一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元中使用的檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于該初級單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動所述初級單元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中供應給所述初級單元中的一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值從第一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動對所述初級單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對象的存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中所述初級單元的電特性是從所述初級單元汲 取的功率電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測方法，其中所述值表征電驅(qū)動信號。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述值是在所述初級單元中的一個 或多個初級線圈上供應的交變電位差的峰值或均方根值。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述值是通過所述初級單元中的一 個或多個初級線圈的交變電流的峰值或均方根值。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，包括維持所述第一和第二值平穩(wěn)達足夠 長的時間以便所述初級單元的操作穩(wěn)定。
7.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述第二值比所述第一值大。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述初級單元包括轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn) 換裝置用于將DC電驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成隨時間改變的電驅(qū)動信號，以供應給所涉及的一個或 多個初級線圈，并且其中這種驅(qū)動包括控制所述轉(zhuǎn)換裝置的操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測方法，其中所述轉(zhuǎn)換裝置的操作由占空比支配，并且其 中這種驅(qū)動包括控制所述轉(zhuǎn)換裝置的占空比。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中這種驅(qū)動包括將所述初級單元的 操作從所述變化之前的現(xiàn)有狀態(tài)重新配置成所述變化之后的變化后狀態(tài)，并且其中這種評 估包括獲得處于現(xiàn)有狀態(tài)和變化后狀態(tài)的初級單元的電特性的測量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢測方法，包括在現(xiàn)有狀態(tài)期間維持所述第一值以及在變 化后狀態(tài)期間維持所述第二值。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中這種評估包括關(guān)于初級線圈信號 進行電壓和/或電流測量。
13.當權(quán)利要求12被讀作從屬于權(quán)利要求8時，根據(jù)權(quán)利要求12所述的檢測方法，還 包括關(guān)于DC電驅(qū)動信號進行所述電壓和/或電流測量。
14.當權(quán)利要求12或13被讀作從屬于權(quán)利要求8時，根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的檢 測方法，還包括關(guān)于隨時間改變的電驅(qū)動信號進行所述電壓和/或電流測量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的檢測方法，包括取得所述電壓和/或電流的 一系列樣本，并且這種評估基于所述一系列樣本。
16.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述驅(qū)動和評估形成一組方法步 驟，并且該方法包括實施多個這樣的組并且這種檢測基于兩個或更多這樣的組
17.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，包括如果確定所述初級單元的電特性作為這種驅(qū)動的結(jié)果而已顯著變化，則確定在所述初級單元附近存在所述外來對象。
18.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，其中配置系統(tǒng)的所述次級單元或每個 所述次級單元，以使得當所述次級單元在所述初級單元附近并且從其感應地接收到功率 時，所述次級單元的電特性以期望的方式響應于這種驅(qū)動，該方法還包括根據(jù)這種評估的 結(jié)果以及這種期望響應或每個這種期望響應來確定所述次級單元和/或外來對象是否存 在于所述初級單元附近。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的檢測方法，其中對于所述次級單元或每個所述次級單元來 說，該次級單元的電特性可以是其從初級單元汲取的功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的檢測方法，包括如果所述評估的結(jié)果至少部分與所述 期望響應或任何所述期望響應無關(guān)，則確定存在外來對象。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項所述的檢測方法，包括如果所述評估的結(jié)果至少部 分與所述期望響應或一個所述期望響應有關(guān)，則確定存在次級單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的檢測方法，對于所述次級單元或至少一個所 述次級單元來說，所述期望響應在于它的電特性不會響應于這種驅(qū)動而顯著變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項所述的檢測方法，其中一個所述次級單元的期望響 應不同于其它這種次級單元的期望響應。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項所述的檢測方法，還包括在所述初級單元中從處于 功率需求狀態(tài)的次級單元或每個次級單元接收與所涉及的次級單元的所述期望響應有關(guān) 的信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的檢測方法，其中所述信息標識所涉及的次級單元的類型， 并且其中該方法還包括基于所涉及的次級單元的所標識類型來確定期望響應。
26.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括當實施所述檢測時，使用與次級 單元或每個次級單元施加到所述初級單元上的寄生負載有關(guān)的次級單元補償信息，以便補 償所述次級單元或每個次級單元的所述寄生負載。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的檢測方法，包括從次級單元或每個次級單元中接收這種次 級單元補償信息。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中任一項所述的檢測方法，經(jīng)由與感應功率的傳輸所構(gòu)成的 鏈路分離的通信鏈路接收一部分或所有所述信息。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的檢測方法，其中所述通信鏈路是RFID鏈路。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至29中任一項所述的檢測方法，其中經(jīng)由感應功率的傳輸所構(gòu)成 的感應通信鏈路接收一部分或所有所述信息。
31.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括當實施這種檢測時使用與初級 單元本身的損耗有關(guān)的初級單元補償信息，以便補償所述損耗。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的檢測方法，還包括當在電磁隔離中有效時，從初級單元進 行的測量得到一部分或所有所述初級單元補償信息。
33.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在檢測到所述初級單元附近的 外來對象之后，限制或停止來自所述初級單元的感應功率供應。
34.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在檢測到一個或多個需要功率 的次級單元之后，維持或調(diào)整來自所述初級單元的感應功率供應以滿足這種需要。
35.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在不存在一個或多個需要功率 的次級單元的情況下檢測到一個或多個不需要功率的次級單元之后，限制或停止來自所述 初級單元的感應功率供應。
36.一種在感應功率傳輸系統(tǒng)中使用的初級單元，所述初級單元在操作中通過電磁感 應將功率無線傳送給位于初級單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述 附近的外來對象，該初級單元包括驅(qū)動裝置，在操作中驅(qū)動所述初級單元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中供應給所述初級單元中的 一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值從第一值變化成第二值；用于評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性的影響的裝置；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對 象的存在的裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的初級單元，其中所述初級單元的電特性是從所述初級單元 汲取的功率電平。
38.一種感應功率傳輸系統(tǒng)，包括初級單元和至少一個次級單元，所述初級單元在操作 中通過電磁感應將功率無線傳送給位于初級單元附近的至少一個次級單元和/或位于所 述附近的外來對象，該系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置，在操作中驅(qū)動所述初級單元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中供應給所述初級單元中的 一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值從第一值變化成第二值；用于評估這種驅(qū)動對初級單元的電特性的影響的裝置；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對 象的存在的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的感應功率傳輸系統(tǒng)，其中所述初級單元的電特性是從所述 初級單元汲取的功率電平。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的感應功率傳輸系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的所述次級單元或每 個所述次級單元被配置成使得當在所述初級單元附近并且從其感應地接收功率時，該次級 單元的電特性以期望的方式響應于這種驅(qū)動，所述檢測裝置在操作中根據(jù)這種評估的結(jié)果 和這種期望響應或每個這種期望響應來確定所述次級單元和/或外來對象是否存在于所 述初級單元附近。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的感應功率傳輸系統(tǒng)，其中對于所述次級單元或每個所述次 級單元，該次級單元的電特性是其從所述初級單元汲取的功率。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的感應功率傳輸系統(tǒng)，其中對于所述次級單元或至少一 個所述次級單元，所述期望響應在于它的電特性不會響應于這種驅(qū)動而顯著變化。
43.基本上在上文中參考附圖所描述的一種檢測方法、一種初級單元或一種感應功率 傳輸系統(tǒng)。全文摘要
一種在感應功率傳輸系統(tǒng)的初級單元中使用的檢測方法，所述初級單元在操作中通過電磁感應將功率無線傳送給位于該初級單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個次級單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動所述初級單元以使得在驅(qū)動狀態(tài)中供應給所述初級單元中的一個或多個初級線圈的電驅(qū)動信號的幅值從第一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動對所述初級單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級單元附近的所述次級單元和/或外來對象的存在。
文檔編號H02J5/00GK101981780SQ200880127255
公開日2011年2月23日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者D·J·霍夫, H·肯努德特, J·R·迪本, J·德克勒克, W·H·萊門斯 申請人:捷通國際有限公司