CN107408833B - 感应功率发射器 - Google Patents

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Abstract

一种感应功率发射器包括：至少一个功率发射线圈，被配置为产生感应功率传输(IPT)场；以及物体检测系统，被配置为在产生IPT场时检测由IPT场占据的空间中或与由IPT场占据的空间相邻的物体；其中，物体检测系统被配置为基于与接收器物体相关联的标签来检测接收器物体。

Description

感应功率发射器
技术领域
本发明总体而言涉及一种感应功率发射器，具体地，但不排它地，涉及一种感应功率传输系统。
背景技术
IPT系统是已建立技术(例如，电动牙刷的无线充电)和正开发技术(例如，“充电垫”上的手持设备的无线充电)的众所周知的领域。通常，功率发射器从发射线圈产生时变磁场。该磁场在功率接收器中的合适的接收线圈中感应出交流电流，然后该交流电流可以用于对电池充电，或对设备或其他负载供电。
具体地，关于为手持设备无线充电的IPT系统，重要的是无线功率仅传输到接收器设备而不是所谓的外物，该外物可以被定义为位于充电垫(例如，接口表面)上而不是接收器设备的部分的任何物体。这种外物的典型示例是包括诸如硬币、钥匙、回形针等金属的寄生元件。例如，如果寄生金属接近于激活IPT区域，则在功率传输期间其可能由于振荡磁场产生的涡流而升温。为了防止这种寄生金属的温度升高到不可接受的水平，功率发射器应该能够区分功率接收器和外物，并且及时中止功率传输。
在接口表面上检测外物升温的常规方式是使用功率损耗法。在该方法中，接收到的功率PPR用于指示由通过功率发射器产生的磁场引起的在手持设备中所包含的功率接收器内消耗的功率的总量。接收到的功率等于从功率接收器的输出可获得的功率加上在产生该输出功率时损失的任何功率。功率接收器将其PPR传送到功率发射器，使得功率发射器可以判断功率损耗是否在可接受的设置限制内，如果不是，则功率发射器确定可以指示存在外物的异常行为并且中止功率传输。然而，这种功率损失核算方法本身并不提供对外物的实际检测，仅出现非预期行为。
相比之下，国际专利公开号WO2014/095722提出了一种外物检测方法，该方法在发射器内使用与主IPT发射器线圈分开的激励线圈和检测线圈。在这种情况下，检测绕组中的输出电压的变化或检测绕组的电感的变化被用来确定物体的可能存在。然而，该系统需要复杂的校准以确定基极电感。它也对与亚铁或磁性物体相对的金属物体不敏感，因此不提供用于区分外物和通常包括用于磁通量控制的铁氧体的友好物体(例如，接收器设备)的手段。主IPT场对检测的操作的任何不期望的影响也不被考虑或表征，使得所提出的方法可能是不可靠的。
现有的方法还可能需要连续地监测放置在充电垫上的任何物体的存在。这会增加系统的功耗，并增加了所需处理的复杂性。
本发明的目的是为公众提供有用的选择。
发明内容
根据一个示例性实施例，提供一种感应功率发射器，包括：
至少一个功率发射线圈，被配置为产生感应功率传输(IPT)场；以及
物体检测系统，被配置为在产生IPT场时检测由IPT场占据的空间中或与由IPT场占据的空间相邻的物体；
其中，物体检测系统被配置为基于与接收器物体相关联的标签来检测接收器物体。
公认的是，在不同的管辖范围下，术语“包括”可以被赋予排他性含义或包含性含义。为了本说明书的目的，除非另外说明，否则这些术语意在具有包含性含义，即，它们意味着包括使用直接引用的所列组件，并且可能还包括其他未指定的组件或元件。
在本说明书中对任何文件的引用并不构成对那些文件为现有技术或其形成公知常识的一部分的承认。
附图说明
包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的本发明的一般描述以及下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是感应功率传输系统的示意图；
图2是感应功率发射器和相邻接收线圈的示意图；
图3是逆变器和物体检测系统的电路图；
图4是发射线圈的阵列的示意图；
图5是图4的发射线圈的物体检测系统的电路图；
图6是接收器线圈被用于产生磁体的接收器电路的电路图；
图7是用于与外来磁体的存在相关联的电路波形的示图；以及
图8a-e是可选的接收器配置的示意图。
具体实施方式
在图1中一般地示出了感应功率传输(IPT)系统1。IPT系统包括感应功率发射器2和感应功率接收器3。感应功率发射器2连接到合适的电源4(诸如市电或电池)。感应功率发射器2可以包括具有一个或更多个转换器5(例如，AC-DC转换器(取决于所使用的电源的类型))以及逆变器6(例如连接到转换器5(如果存在))的发射器电路。逆变器6为发射线圈7供应AC信号，使得发射线圈7产生交变磁场。在一些配置中，发射线圈7也可以被认为与逆变器5分离。发射线圈7可以并联或串联连接到电容器(未示出)以创建谐振电路。
控制器8可以连接到感应功率发射器2的每个部件。控制器8从感应功率发射器2的每个部件接收输入并且产生控制每个部件的操作的输出。控制器8可以被实现为单个单元或单独的单元，被配置为根据其能力控制感应功率发射器2的各个方面，包括例如：功率流、调谐、选择性地激励发射线圈、感应功率接收器检测和/或通信。
感应功率接收器3包括连接到接收器电路的接收线圈9，该接收器电路可以包括功率调节电路10，功率调节电路10转而向负载11供电。当感应功率发射器2的线圈和感应功率接收器3的线圈适当地耦合时，由发射线圈7产生的交变磁场在接收线圈9中感应出交流电流。功率调节电路10被配置为将感应电流转换成适合于负载11的形式，并且可以包括例如功率整流器、功率调整电路或两者的组合。接收线圈9可以并联或串联连接到电容器(未示出)，以创建谐振电路。在一些感应功率接收器中，接收器可以包括控制器12，该控制器12可以控制接收线圈9的调谐、功率调节电路10的操作和/或通信。
术语“线圈”可以包括导电结构，在其中电流产生磁场。例如，感应“线圈”可以是三维形状或二维平面形状的导电线、使用印刷电路板(PCB)技术制造成三维形状的多个PCB“层”的导电材料和其它线圈状形状。以单数或复数形式使用术语“线圈”并非意味着在这个意义上是限制性的。可以根据应用使用其他配置。
在某些应用中，IPT发射器可能期望选择性地为相关联的接收器设备(例如，移动电话、遥控器等)而不是外物(例如，回形针、硬币等)提供功率。为此，IPT发射器可以包括物体检测(OD)系统。OD系统可以检测接近发射器的接收器设备，并且仅在存在相邻的接收器设备时激活发射线圈或导致发射线圈激活。在存在诸如线圈阵列的多个发射线圈(例如，在充电垫上)的情况下，OD系统可以仅激活与一个或更多个接收器设备相邻的线圈的子集或导致与一个或更多个接收器设备相邻的线圈的子集被激活。
接收器设备可以包括“接收器标签”。接收器标签可以包括可由OD系统检测的并且通常不存在于外物中的一个或更多个独特属性或特性。OD系统可以包括一个或更多个物体检测器或物体感测器，该一个或更多个物体检测器或物体感测器通过与标签的交互来检测接收器标签的存在和/或接近(或更精确地，它们检测接收器标签的某些属性或特性)。这些感测器可以作为OD系统的部分被提供为专用元件，或者发射器电路本身可以用作这些感测器。类似地，发射器的控制器可以形成OD系统的部分或全部。以这种方式，接收器标签用作识别元件，该识别元件使能功率发射器以识别功率接收器何时在功率发射器附近，更具体地，何时接收器标签且因此接收器设备在当发射器线圈被操作时由一个或更多个发射器线圈产生的IPT场占据的空间内。如稍后详细说明的那样，这些识别元件可以被配置为使得仅仅可以感测到接收器设备的存在，或者使得接收器设备存在的类型可以被确定，这可以帮助功率发射器制定针对不同接收器类型的功率传输的模式，诸如，例如在多模式IPT系统中可以是这种情况。
OD系统的感测器可以连接到充电垫的一个或更多个发射线圈。当由功率发射器产生的磁通量来另外激励的外物(例如，金属物体，诸如回形针、硬币等)放置在发射器上时，充电垫的发射线圈不会被激活，因为这样的外物缺少“接收器标签”。相反，当接收器设备被放置在充电垫上时，OD系统检测接收器物体的附近的接收器标签，并且在此基于上或结合其他条件设置来激活充电垫的发射线圈或导致充电垫的发射线圈被激活。
图2示出了检测相邻的接收器物体的OD系统的示例。发射线圈7与功率发射器2的物体检测(OD)系统或元件202相关联，该功率发射器2的物体检测(OD)系统或元件202被配置为检测IPT场中或与IPT场相邻的物体。
接收线圈9与接收器标签或元件204相关联或相邻。接收线圈9可以是诸如移动电话、遥控器、平板电脑等的任何合适的接收器的部分。接收器标签204可以包括一个或更多个独特属性或特性，该一个或更多个独特属性或特性可由OD系统202检测并且通常不存在于外物中。
接收器标签和对应的OD系统的非限制性示例包括：
·包括永磁体的接收器标签，以及包括被配置为响应于永磁体而不必响应于其它磁体的磁性感测器的OD系统。
·包括非永磁体，例如电磁体的接收器标签，以及当接收器标签进入发射器附近时例如通过从发射器到接收器的某一传送信号(例如调制的IPT信号)或例如通过从发射器的IPT线圈或OD系统的其它磁体接收磁通量而导致非永磁体被激活的OD系统或发射器控制件。这可以使用由DC电压激励的接收器线圈来实现。一旦接收器使用这被识别出来，接收器线圈就被断电，使得它可以开始接收功率，并且OD系统202保持在接收器识别模式中，直到断开被确定为止。接收器断开可以通过测量功率传输、时间段或其他通信沟道来确定。
·包括编码的反射表面的接收器标签，以及包括被配置为测量反射光图案的光电探测器的OD系统。
如前所述，接收器标签的特性可以被配置为使得接收器设备的类型以及存在可以由OD系统来确定。例如，上述示例的永磁体或非永磁体的磁性材料可以被配置为使得在OD系统感测器中感应出独特的磁通量(例如，特定强度、特定质量或其他特性的磁通量)，或者另一示例的反射表面基于接收器类型来独特地编码。例如，不同的接收器类型可以是需要用于对接收器侧负载有效供电/充电的不同功率电平的那些类型，依赖于特定工业标准的协议或者工业标准的不同版本的那些类型，或者是不同的设备(例如，蜂窝电话、可穿戴设备等)。在这种情况下，OD系统可以设置有感测器或控制件，其能够区分这些不同特性，或利用针对各个接收器类型的各个感测器来区分。
图6示出了可以用于实现基于接收器线圈的“磁体”的电路600的示例。设备的电池602中的可用DC功率可以被用于驱动Rx线圈604并且产生静态磁场以激活感测器。激活感测器所需的静态通量密度可以慎重地被选择为非常低(～几毫特斯拉)，以最小化产生磁体所需的DC功率的量。
在图6中，当电池被用于提供静态磁场(电磁体)时，开关S1、S2接通，而开关S3和S4断开，以将线圈与接收器电路隔离。开关可以间歇地以电磁模式操作，或者可以在用户手动选择无线充电模式时操作。类似地，当Rx线圈604处于其接收功率模式时，开关S3和S4接通，而上部开关S1和S2断开。这可以具有这样的优点：节省包括磁体的空间和成本以及由此导致的任何干扰或由此所需的屏蔽。
返回到图2，接收器设备的接收线圈9被示为具有包含永磁体或由永磁体组成的接收器标签204。接收器标签204基本上位于接收线圈9的中心。可选地，例如，如果接收器线圈由于接收器线圈为完全缠绕的螺旋或具有位于线圈内的铁氧体材料或其它方式而导致没有用于放置接收器标签的空间，则接收器标签204可以位于仍然能够进行检测的相对位置中、接收线圈9的外部。可选地，多个标签可以被设置在位于接收器线圈内部或外部(或者如果接收器中存在多个线圈，则位于该多个线圈的内部或外部)或这些位置的组合。标签可以定位在接收器线圈的平面中或者定位在不同的平面中，或者可以根据标签和线圈的相对尺寸而突出于平面之外。
作为永磁体，接收器标签204具有磁场206。接收器标签的永磁体的磁场可以根据OD系统202和应用的要求进行调整。例如，可以选择永磁体的磁性材料的密度以提供特定强度或体积的磁场。
为了不引起与功率发射器的IPT线圈的显著耦合，这可能会额外地影响无线功率传输，相关磁体204的磁场比发射线圈7的磁场低。例如，可能至少低100倍。可选地，在接收器标签为非永磁体的OD系统的实施例中，如果非永磁体被暂时激活以提供识别，则功率发射器的IPT线圈可以用作物体感测器的至少部分，在这种情况下，非永磁体的磁场强度足以引起与发射线圈的耦合。
发射器2的OD系统202可以包括一个或更多个磁开关、感测器或继电器，其检测由接收器标签204的磁场206在其中引起的磁通量206。
在图2的示例中，OD系统202被示出为连接到发射器2的控制器8的单独组件，因此当OD系统202检测到接收器标签时，其使控制器8激活逆变器6，从而向发射线圈7供电。可选地，OD系统可以是控制器8的组成部分。在任一情况下，OD系统202可以包括对磁通量的接收响应的任何合适的开关、感测器或继电器。在一些实施例中，这可以是磁开关，诸如霍尔效应开关、簧片开关或这些开关或其它类型的组合。磁开关可以正常断开(当存在磁场时接通)或正常接通(当存在磁场时断开)。OD系统的检测机构的类型的选择可以由许多因素来控制，但是在典型的无线功率传输系统的情况下，期望的是OD系统且因此感测器机构能够承受宽范围的操作温度(例如，约-40摄氏度至约150摄氏度)。类似于接收器标签204，OD系统感测器可以位于相应的发射线圈7的内部或外部。例如，可以有利的是：如果接收器标签在相关的接收器线圈内，则具有位于发射器线圈内的OD感测器(考虑到发射器线圈不是完全缠绕的螺旋或者其中具有防止这种布置的铁氧体材料)，或者如果接收器标签被偏移，则具有从发射器线圈对应偏移的OD感测器。标签和感测器的这种相对放置取决于IPT系统的实际配置以及使发射器线圈和接收器线圈对准用于功率传输的需要或其它方式。此外，多个感测器可以用于发射器线圈或每个发射器线圈，该多个感测器可以布置在线圈内部或线圈外部、或者以这些相对位置的组合来布置，以提供独立于接收器设备相对于发射器的位置的检测。
OD系统将有利地仅由接收器标签204的永磁体或非永磁体来激活，而不是由非磁性金属物体来激活。此外，OD系统可以被高度调谐，使得其仅由特定的磁通强度来激活，确保其利用对应的相关联的磁体而不仅仅是任何磁体来选择性地检测接收器物体。然而，高度的调谐可以导致在某些情况下不检测。在给定的应用中，磁体和磁开关之间的特定距离将根据开关改变状态的设计考虑来识别。例如，发射器线圈和接收器线圈在被激励之前应该被显著耦合，但是可能不需要或者不期望同样完美的对准。距离可以是在z高度方面、在x/y距离方面或两者组合，并且可以通过选择开关的灵敏度和/或磁体的强度来调整。
另一方面，如果OD系统未被调谐，则其可以被不是接收器的部分的外来永磁体不利地激活。尽管如此，如果发射器由外来磁体激活，则这处于无负载状况下，因此浪费最小功率。此外，在无负载状况下，操作发射器上的磁体不会像在操作发射器上的外来金属物体所发生的那样升温。因此，与外来磁体相关的结果可以忽略不计。此外，在发射器和接收器之间的通信用于建立和维持所谓的“功率合约”的IPT系统中，实际的功率传输只有在实际的接收器存在时才会发生。换言之，如果外来磁体激活了发射器，则发射器尝试与导致该激活的物体/设备通信。如果物体是外来磁体，则不会响应，那么在这种情况下，发射器终止充电。
可能的是，即使金属物体位于接收器和发射器之间(所谓的“介入”或“重叠”外物)，也可以由接收器激活发射线圈。这可能导致金属外物的升温，从而通过损失到寄生外物中导致功率传输效率的降低和可能的安全问题。对此可能的解决方案包括相关方法，其中将由磁体单独激活时的感测器的电压波形或电流波形与磁体+金属物体的电压波形或电流波形进行比较。已经观察到，当仅由磁体激活时感测器的响应与由磁体+金属物体激活的情况不同。这样的信息可以通过硬件、固件或软件的方式来建模并编程到OD系统或发射器控制器中，例如作为与控制器或OD系统相关联的存储器中的查找表，其中控制器或OD系统被配置为使能检测波形或信号的测量。然后，在操作中测量的实际波形与示例/已知波形之一相关，以区分这种非供电事件。其他解决方案可以包括将永磁体选项与其他FOD方法(例如，诸如功率损失核算等)组合，以克服重叠的FO/接收器情况。
例如，在监测感测器的电压和/或电流时，当来自接收器的磁体被放置在发射器上时，观察特性Vs或Is随时间的波形，如图7所示。具有有效磁体的Rx被放置在Tx上，其中第一波形702针对与Tx感测器对准的Rx磁体，而第二波形704针对偏移的Rx磁体。第二波形704与第一波形702具有相同的特性形状，但是由于Rx磁体离Tx感测器更远而导致具有较低的幅值。具有外物(诸如硬币存在)的第三波形706与没有外物的波形702和704相比失真或具有不同的形状。这种不同的形状可以通过将检测到的形状与参考波形形状(702或704)相关联来检测，并且是完全不同的，可以宣布外物的存在，并防止或中断功率输出。例如，参考波形形状可以通过实验确定并且包括在Tx的查找表中。各种统计方法可以用于将检测到的波形(702、704、706)的形状与参考波形相关联，如果计算出超过预定阈值的差异，则向功率传输控制处理宣布存在外物。
用于将检测到的波形与参考波形相关联的示例性统计方法是互相关的。通过将检测到的波形平均幅值正常化，然后应用互相关函数，可以比较两个波形的形状。两个离散序列x[n]和y[n]的互相关性可以被数学地表达，如等式(1)所示。
Figure BDA0001397913910000081
例如，当感测器仅由Rx波形(如图7所示的702或704中的一个)来激活时，感测器的参考(正常化)电压或电流波形由离散序列x[n]来表示。而y[n]表示当感测器由Rx和位于之间的金属物体来激活时检测到的波形(706)。
序列x[n](仅由Rx来激活的感测器的参考电压/电流)与感测器的正常化电压/电流y[n]互相关。当金属放在其间时，这将导致互相关乘积Rxy[l]低于阈值，指示存在外物。另一方面，当检测到没有外物的波形时，正常化的互相关乘积将高于阈值，因此指示仅存在Rx。技术人员将理解，可以替代地使用其他统计方法或模式识别方法。
使用数字霍尔效应感测器还观察到，当检测到最小磁场强度时，具有金属外物的Rx的布置会导致这种感测器的正常输出响应的可测量失真。在该实施方式中，不需要正常化，仅需要互相关计算。再次，高于阈值的互相关指示仅存在Rx，而低于阈值的互相关指示存在Rx和金属外物。
图3示出了逆变器5和物体检测系统的示例性实施方式。OD系统包括两个霍尔效应开关302和304，霍尔效应开关302和304的每个分别经由发射线圈电路的相关功率开关S连接到发射线圈(306和308)，并且通过结310连接到逆变器5，从而提供闭环控制。功率开关S用于选择性地允许来自逆变器5的功率流到发射线圈(在每个电路中也示出平流电容器(smoothing capacitor))内，从而选择哪些发射线圈用于将功率传输到耦合的接收器。每个霍尔效应开关用于控制相关联的功率开关S的操作。功率开关可以是例如晶体管，诸如双极结型晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)等以及其任何变体。在这种示例中，霍尔效应开关连接到各个功率开关晶体管的控制端，例如连接到FET的栅极。
默认情况下，霍尔效应开关302和304通常是断开的，因此功率开关S是断开的，并且逆变器5不向发射线圈306和308供应任何功率。当开关302或304由最近接收器的接收器标签激活时，该开关接通，从而接通相关联的功率开关S，并允许来自逆变器5的电流流到对应的发射线圈306或308。该电路设计可以减少对通信或控制电路向合适的发射线圈供应功率的需要。在所示的示例中，逆变器5被描述为半桥配置，然而本领域普通技术人员理解全桥配置也是可应用的。此外，在所示的示例中，由于典型的磁开关不能应对来自逆变器的相对高的电流，因此OD系统的磁开关不直接连接到发射线圈。因此，额定为这种高电流的功率开关被使用，并且磁开关能够以相对低的电流来控制功率开关。然而，根据应用，如果由无线功率系统传输的功率电平相对低，则可以省略功率开关，并且磁开关用于直接连接发射线圈。
在图4中示出发射线圈阵列的示例。每个发射线圈或IPT线圈402、404、406、408、410、412、414和416可以包括若干在线圈内系统地布置的IPT铁氧体元件(未示出)，以增强/形成由来自发射器的一个或更多个逆变器的AC信号感应出的磁场。IPT线圈402-416可以布置成矩形阵列结构，并且可以是线性(2D)布置、重叠(如图4所示)布置或三维(3D)布置。
在示例性配置中，IPT线圈402-416与磁开关(A1-H1)交错。在图4的示例重叠发射器线圈布置中，“下”层中的每个发射线圈402-412(即线圈402-412与“上”层中的线圈414和416重叠)与布置在发射线圈502的中心处和发射线圈502的每侧上的若干磁开关或磁开关组相关联，而“上”层中的发射线圈414和414每个均与磁开关相关联。在本说明书中，使用的术语“下”和“上”是相对于功率发射器的充电垫的接口表面，功率接收器可以被放置在功率发射器中以被充电/供电，其中“上”比“下”更接近于接口表面。
此外，由于线圈406和408分别位于线圈402和410以及404和412之间，因此与比“外部”线圈402、404、410和412相比，这些“内部”线圈406和408每个与更大组的磁开关相关联。因此，如图4所示，在下层中，线圈402与三个磁开关A1-A3相关联，线圈404与三个磁开关B1-B3相关联，线圈406与四个磁开关C1-C4相关联，线圈408与四个磁开关D1-D4相关联，线圈410与三个磁开关E1-E3相关联以及线圈412与三个磁开关F1-F3相关联，而在上层中，线圈414与一个磁开关G1相关联，线圈416与一个磁开关H1相关联。这种布置确保了OD系统的合理精确检测，同时最大化可以被供电的发射线圈的数量，以提供扩展区域，在该扩展区域之上，当接收器在发射线圈附近时，IPT场可以由发射线圈来产生以为接收线圈供电。
具体地，在发射线圈402和相关联的三个磁开关A1、A2和A3的布置中，磁开关A1位于线圈402内(图示为大致在线圈402的中心处)，磁开关A2位于线圈402相对于相邻线圈404的第一“内”侧(在图4中被示为右侧)，磁开关A3位于线圈402相对于相邻线圈406的第二“内”侧(在图4中被示为底侧)。类似的布置被用于其他外部线圈404、410和412以及相关联的磁开关B1-B3、E1-E3和F1-F3，使得磁开关在相关联的发射器线圈内或在该线圈和阵列的相邻线圈(或更大阵列内的线圈)之间。利用这种配置，如果包括接收器标签的接收器物体被放置在任何相关联的磁开关附近，则该包括接收器标签的接收器物体可以激活发射线圈402。
放置在线圈402和404之间的接收器(其包括接收器标签)可以激活磁开关A2(与线圈402相关联)和B2(与线圈404相关联)两者。在这种情况下，接收器线圈可以耦合到发射线圈402和404两者。可以通过发射器的控制器使用这种耦合以确定线圈中的一个或两者是否被激励以发生功率传输(例如，使用多于一个的发射器线圈可以增加满足接收器的功率需求和/或加速对功率接收器的可充电负载的充电的功率传输量)。
此外，在发射线圈406和相关联的四个磁开关C1、C2、C3和C4的布置中，磁开关C1位于线圈406内(图示为基本上位于线圈406的中心处)，磁开关C2位于线圈406的第一“内”侧(在图4中示为上侧)，磁开关C3位于线圈406的第二“内”侧(在图4中示为右侧)，以及磁开关C4在线圈406的第三“内”侧(在图4中示为下侧)。类似的布置被用于其它内部线圈408和相关联的磁开关D1-B4，使得磁开关在相关联的发射器线圈内或在该线圈与阵列的相邻线圈之间。这些磁开关中任一个之上的放置在充电垫上的包括接收器标签的接收器将激活发射线圈406。
在任何合适的配置中，任何数量的发射线圈可以与任何合适数量的磁开关相关联。
图5示出了发射线圈404的示例性电路图(类似的布置应用于其它外部线圈以及相似的布置应用于内部线圈)。三个霍尔效应开关B1-B3并联布置，并且串联连接在发射线圈404与逆变器之间。如果开关B1-B3中的一个或更多个被激活(通过接近合适的永磁体或被激活的非永磁体)，则逆变器激励发射线圈404。
可选地，3D型霍尔效应设备可以用于近似地确定接收器相对于发射器线圈阵列的位置，并且激励发射器线圈的最合适组合以耦合到接收器。对于类似水平的位置敏感度，这样的设备可以用于减少图4所示的开关的数量。
在图8(a)-图8(e)所示的另一替代方案中，每个接收器可以设置有多个标签或永磁体。在这种情况下，每个Tx线圈的中心仅设置一个感测器(磁开关)。为了在不同的Rx位置处使能检测，若干永磁体反而分布在Rx之上。以这种方式，当感测器没有与Tx线圈中心对中心设置时，感测器可以由中心磁体或侧面磁体来激活。该方法可以具有减少所需感测器的数量、所需Tx线圈或Tx线圈层的数量、复杂性和成本的优点。
例如，在图8a中示出了接收器，其中在接收器线圈804内，7个磁体802分布在其充电表面。使用6个线圈806将发射器配置成矩形阵列，每个线圈具有在各自中心的永磁体808。在图8a中的Rx位置中，没有线圈被激活。在图8b中，只有线圈2将被激活。在图8c中，线圈1和2将被激活。在图8d中，线圈1和3将被激活。在图8e中，线圈1和4将被激活。在另一替代方案中，磁性材料带可以围绕Rx的下表面放置。
IPT系统可以避免发射器的不必要的供电，因为默认情况下，当没有负载存在时，发射器作为备用电源保持关断。在发射器具有发射线圈阵列的情况下，仅相对于检测到的接收器设备设置的阵列的发射线圈被上电，从而将耗散功率最小化和或使用户或其他物体暴露于磁场最小化。此外，可以避免由于充电垫上或充电垫附近的外物(包括金属)的存在而引起发射线圈的激活。此外，即使外部物体或其他物体被放置在发射器接口表面的其他部分上，从发射器接收功率的接收器仍然可以接收该功率。这些因素可能增加IPT系统相对于传统OD系统的使用寿命。
虽然已经通过对本发明的实施例的描述来说明了本发明，并且虽然已经详细描述了实施例，但是申请人的意图并不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制于这样的细节。本领域技术人员将容易看出额外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和所描述的具体细节、代表性的装置和方法以及说明性示例。因此，可以在不偏离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，从这些细节进行偏离。

Claims (9)

1.一种感应功率发射器，包括：
功率发射线圈，被配置为产生感应功率传输场；以及
物体检测系统，被配置为在产生感应功率传输场时检测由感应功率传输场占据的空间中或与由感应功率传输场占据的空间相邻的物体；
其中，物体检测系统被配置为：
通过将电压随时间的波形或电流随时间的波形的形状与参考波形形状相关联，来检测潜在的接收器物体，其中电压随时间的波形或电流随时间的波形由潜在的接收器物体磁感应；
激励功率发射线圈，并且响应于检测到潜在的接收器物体，尝试与潜在的接收器物体通信；并且
响应于与潜在的接收器物体通信的尝试失败，切断功率发射线圈。
2.如权利要求1所述的发射器，其中，物体检测系统包括至少一个磁开关。
3.如权利要求2所述的发射器，其中，所述至少一个磁开关包括从以下组成的群组中选择的组件：霍尔效应开关、簧片开关和3D霍尔效应感测器。
4.如权利要求1所述的发射器，包括多个功率发射线圈，其中，物体检测系统位于每个功率发射线圈周围，并且发射器被配置为基于通过与潜在的接收器物体的交互而激活相应的物体检测器来激励相应的功率发射线圈。
5.如权利要求4所述的发射器，其中，多个物体检测器位于相应的功率发射线圈之间，并且发射器被配置为基于通过与潜在的接收器物体的交互而激活相应的检测器来激励功率发射线圈中的一个或更多个功率发射线圈。
6.如权利要求5所述的发射器，其中，针对相应的功率发射线圈，所有物体检测器并联连接。
7.如权利要求4所述的发射器，其中，除非潜在的接收器物体在发射器的控制器的控制下被与其相关联的物体检测器检测到，否则功率发射线圈不被激励。
8.如权利要求1所述的发射器，其中，物体检测系统被配置为同时检测相邻的非接收器物体与接收器物体。
9.如权利要求1所述的发射器，其中，物体检测系统被配置为判断物体检测系统对检测物体的响应与小于阈值的参考响应是否具有相关性。
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