CN107529346B

CN107529346B - 感应电力发射器

Info

Publication number: CN107529346B
Application number: CN201680019570.2A
Authority: CN
Inventors: 陈亮
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: CA2981695A1; US20180109152A1; JP6857133B2; EP3278421B1; KR20170132868A; AU2016241101A1; CN107529346A; US11329519B2; AU2016241101B2; WO2016159788A1; EP3278421A1; EP3278421A4; JP2018512036A

Abstract

感应电力发射器(2)包括：至少一个电力发射线圈(7)，其被配置为产生感应电力传输(IPT)场；以及物体检测(OD)系统(200)，其被配置为基于或与发射线圈集成或耦合的谐振电路的能量衰减的变化或谐振频率的变化来检测物体的存在。

Description

感应电力发射器

技术领域

本发明总体而言涉及一种用于感应电力传输(IPT)，特别是用于异物检测的感应电力发射器。

背景技术

IPT是用于许多应用(包括便携式电子设备的无线充电)的众所周知的完善的技术领域。充电垫是为便携式设备提供充电表面的一种方式，并且具有使电力发射器与产生时变磁场的一个或多个发射线圈结合的接口表面。磁场在电力接收器的合适的接收线圈中引起交流电，然后该交流电可以用于对电池充电，或为设备或其他负载供电。

特别重要的是，无线电力发射器的IPT系统仅将电力传输到电力接收器，而不传输到所谓的“异物”。异物被定义为位于充电垫上但不是接收器设备的一部分的任何物体。这种异物的典型示例是诸如硬币、钥匙、回形针等金属元件。例如，如果金属物体接近有源IPT场，则其可能被由振荡磁场产生的涡流加热。为了防止这种寄生金属的温度上升到不可接受的水平，电力传输器应该能够区分电力接收器与异物，并减少被传输的电力或完全中止操作。

本领域中已知的一种用于检测异物的方法被称为电力损耗法。在该方法中，所接收的电力表示由电力发射器产生的磁场引起的在包含在手持设备中的电力接收器内耗散的电力总量。所接收的电力等于从电力接收器的输出所获得的电力加上在产生该输出电力时损耗的任何电力。电力接收器将其接收的电力通知(communicate)回电力发射器，使得电力发射器能够确定电力损耗是否在可接受的规定限度内，如果不是，则电力发射器确定异常行为指示异物存在。然而，电力损耗核算本身并不提供异物的实际检测，只检测出现了非预期行为。此外，发射器和接收器必须预配置为彼此通信，从而限制设备的通用性，并且精确度根据发射器和接收器之间的距离而大幅变动。

国际专利公开号WO2014/095722中描述了本领域的另一种方法，其中通过发射器内单独的励磁线圈和检测线圈检测异物。该方法描述了检测检测线圈中输出电压的变化或检测线圈的电感的变化，以确定异物的存在。然而，该方法需要复杂的校准来确定基础电感特性。该方法也不能区分含铁金属物体或磁性物体，因此不提供用于区分异物与友好物体(例如接收器设备)的方法。初级IPT场的操作对检测的任何不良影响也被不考虑或表征，因此该方法是不可靠的。

美国专利申请20130176023中描述了本领域的另一种方法，其中通过测量穿过电感器的电压的变化来主动监测接收器线圈的品质因数或Q值，从而检测异物。通过在接收器或检测线圈中主动产生谐振电压然后经由发射器线圈检测Q值变化来检测异物。然而，该方法包括来自发射器和接收器线圈两者的损耗，并且因为由接收器引起的损耗无法与由系统中的其他组件(例如异物)引起的损耗区分，所以导致不精确。此外，需要接收器和发射器上的单独电路提供该功能，因而会增加制造成本和物理尺寸要求。

本发明可以提供一种改进的感应电力发射器，或者至少可以向公众提供有用的选择。

发明内容

根据一个示例性的实施例，提供一种感应电力发射器，包括：

至少一个电力发射线圈，其被配置为产生感应电力传输(IPT，inductive powertransfer)场；以及

物体检测(OD，object detection)系统，其被配置为基于与发射线圈集成或耦接的谐振电路的能量衰减的变化或谐振频率的变化来检测物体的存在。

公认的是，术语“包括”、“包括了”和“包括有”可以根据不同的司法权具有封闭式的或开放式的含义。针对本说明书的目的，除非另外注明，这些术语倾向于具有开放式的含义，即，它们用于意指包括使用直接涉及的所列举的组件，以及还可能包括其它未指定的组件或要素。

在本说明书中提及的任何文件可以与其它文件有效组合，但不应视为承认其是现有技术，或其构成公知常识的一部分。

附图说明

包含于说明书并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同以上给出的本发明的一般说明，以及如下给出的实施例的详细说明，用于解释本发明的原理。

图1a是感应电力传输系统的示意图。

图1b是物体检测系统的框图。

图2是感应电力传输系统中谐振网络的示意图。

图3是图2的谐振网络中能量衰减的示图。

图4(a)是谐振电路的电路图。

图4(b)是作为时间的函数的图4(a)的电路中能量衰减的示图。

图5(a)是谐振电路和附近的感应电力接收器的电路图。

图5(b)是作为时间的函数的图4(a)的电路中能量衰减的示图。

图6(a)是谐振电路和附近的异物的模型的电路图。

图6(b)是作为时间的函数的谐振电路中相应能量的示图。

图7是包括三个感应电力发射线圈的感应电力发射器电路的一个示例的电路图。

图8是包括三个谐振电路的感应电力发射器电路的另一示例的电路图，该三个谐振电路是分开的但在三个感应电力发射线圈附近。

图9a是感应电力发射器电路的另一示例的电路图。

图9b是在电感耦合至电力发射线圈的谐振电路(诸如图9(a)所示的示例)的操作中电压的示图。

图10是可以产生多种不同频率的示例电路的示意图。

图11是使能量通过另一线圈来电感耦合至谐振器电路的线圈L10的电路图。

图12是使能量通过控制来自直流电源的电力耦合的开关M2来耦合到谐振器的电路图。

图13是图1所示的振荡电路的频率响应的示图。

图14a是位于同心布置的谐振器线圈内的源线圈的俯视图。

图14b示出了替代布置的俯视图，其中谐振器线圈位于同心布置的源线圈内。

图14c示出了另一替代布置的俯视图，其中源线圈定被定位于与两个谐振器线圈交叠。

图14d示出了另一替代布置的俯视图，其中内部中心源线圈位于级联配置的两个外部同心谐振器线圈内。

具体实施方式

感应电力传输(IPT)系统1总体上在图1a中示出。IPT系统通常包括感应电力发射器2和感应电力接收器3。感应电力发射器2连接到适当的电源4，例如主电源或电池。感应电力发射器2可以包括具有转换器5(例如AC-DC转换器(取决于所使用的电源的类型))和逆变器6(例如如果存在的话连接到转换器5)中的一种或多种的发射器的电路。逆变器6向发射单线圈或多线圈7提供AC信号，使得发射单线圈或多线圈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。发射线圈或线圈7可以并联或串联连接到电容器(未示出)，以产生谐振电路。

控制器8可以连接到IPT发射器2的每个部分。控制器8可以适于从IPT发射器2的每个部分接收输入，并产生控制每个部分的操作的输出。控制器8可以被实现为单个单元或独立的多个单元，单个单元或独立的多个单元被配置为根据其能力来控制IPT发射器2的各个方面，包括例如：异物检测、电力流、调谐、选择性地激励发射线圈、感应电力接收器检测和/或通信。控制器8可以具有一个或多个单元/组件，并且可以是诸如微控制器、PID(比例积分微分)、FPGA(现场可编程门阵列)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、ASIC(专用集成电路)等的控制器。此外，可以将整个无线接收器电路的重要部分集成到单集成电路。

感应电力接收器3包括连接到接收器电路的接收单线圈或多线圈9，该接收器电路可以包括电力调节电路10，电力调节电路10于是向负载11供电。当IPT发射器2和感应电力接收器3的线圈被合适地耦合时，由发射单线圈或多线圈7产生的交变磁场在接收单线圈或多线圈9中引起交流电流。电力调节电路10被配置为将产生的电流转换成适合于负载11的形式，并且可以包括例如电力整流器、电力调整电路或两者的组合。接收单线圈或多线圈9可以并联或串联连接到电容器(未示出)，以产生谐振电路。在一些感应电力接收器中，接收器可以包括控制器12，控制器12可以控制接收单线圈或多线圈9的调谐、电力调节电路10的操作和/或通信。

术语“线圈”可以包括其中电流产生磁场的导电结构。例如，感应“线圈”可以是三维形状或二维平面形状的导电线，在多个PCB层上使用印刷电路板(PCB)技术制成三维形状的导电材料，以及其它线圈状形状。以单数或复数形式的使用术语“线圈”并不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。

可能希望在IPT发射器的某些应用中选择性地向相关联的接收器设备(例如移动电话、遥控器等)提供电力，而不向异物(FO，foreign object)(例如回形针、硬币等)提供电力。为此，IPT发射器可以包括物体检测(OD)系统。OD系统可以响应于非接收器设备来去激活(deactivate)线圈，或者在唯一存在接收器设备时仅激活线圈。在存在诸如线圈阵列(例如在充电垫上)的多个发射线圈的情况下，OD系统可以分别根据接收器/非接收器设备的位置来仅去激活/激活线圈的子集。

一般来说，该实施例可以包括用已知的初始能量对线圈充电，去除激励，然后将衰减性能与异物或非接收器设备、接收器设备和/或无设备的已知特性进行比较。

示例性发射器2如图1b所示。逆变器6向发射线圈7供电以产生IPT场。OD电路200包括用于产生OD场和/或初始检测能量的励磁单线圈或多线圈202，以及用于感测发射器2上或发射器2附近的物体的存在和/或位置的检测电路204。发射器2的控制器8可以直接或经由单独的控制电路被配置为确定要提供给励磁线圈202的励磁并处理来自OD电路204的输出信号。

取决于应用的要求，这可能涉及线圈阵列，和/或多个OD电路(以及使用IPT频率或将激励信号调制到IPT场上)。

OD场可以由发射线圈7产生，或者可以是耦合的或其它方式的单独的线圈。它可以与IPT场串行操作或同步操作。如果同步操作，则可能需要以不同的频率操作OD场。以与IPT频率不同的频率操作的优点在于接收器设备将有效地变得不可见(因为它们被调谐为仅接收谐振IPT频率的电力)。这可以允许系统被设计为即使存在接收器物体的交叠也对FO的引入更加敏感。

例如，OD场可以以5kHZ至50kHZ操作，IPT场可以以50kHz至500kHz操作。OD场可以被调谐为比IPT场的频率高或低。为了确保在接收器物体的存在下的最佳操作性能，OD场可以被调谐到至多是IPT场频率的五分之一的频率或者至少是IPT场频率的五倍。例如，对于100kHz的IPT频率，OD频率可以被调谐为20kHz或更小，或者对于200kHz的IPT频率，OD频率可以被调谐为至少1Mhz。此外，可能希望IPT频率不是OD频率的谐波，或反之亦然，以避免接收器设备中的谐波谐振(并因此导致OD场的接收器损耗)。例如，如果IPT发射器被配置为以100kHz操作，则OD线圈可以被配置为以10.5kHz或某些偏移来操作。

IPT发射器2包括选择性地耦合到发射线圈7以形成高Q谐振网络的电容器。Q值是表示在谐振频率下谐振电路的谐振程度的指标。高Q谐振电路比低Q电路维持更长的振荡。由于是振荡的包络确定衰减的速率，因此更多的振荡(更高Q)意味着更容易和更精确的检测。此外，测量的衰减速率或电力损耗受到线圈的ESR(等效串联电阻)(Q)和由于FO引起的损耗两者的影响，因此较高的Q(较低的ESR)意味着可以测量更小且更精确的FO损耗。例如，精确的确定附加于2W线圈ESR损耗的250mW的附加FO损耗比精确地确定附加于250mW线圈ESR损耗的相同FO损耗更难。

图2示出了包括电容器C3和感应线圈L1的谐振电路20。其可以被逆变器6以期望的频率和幅度激励以产生期望的初始能量水平。然后测量逆变器6断开之后的能量水平的衰减。如果能量被无线地耦合到谐振网络，则所用的频率会影响有多少的能量耦合到谐振网络中，例如，如果频率与谐振频率相似，则会耦合较多的能量。

较大的初始能量会导致较大的电流流动，这在FO中引起更大的电力损耗。类似地，远距离的FO将产生较小的电力损耗，并且离发射器越远，越变得无法检测。因此，可以根据FO是否在IPT发射器的有效范围内，或者根据最小检测距离，来选择提供给谐振电路的初始能量的水平。

此外，随着接收器越来越接近，其感应损耗变得越来越大(即使FO频率未被调谐到Rx谐振频率)。在某些时候，这两样损耗会交叉，从而就不可能把它们分开。因此，重要的是以适当量的能量来激励谐振线圈，以捕获FO引起的损耗而不是接收器引起的损耗。

图3示出了图2的谐振网络中能量衰减的示图。在t＝0之前，激励回路，并且在t＝0时停止激励以产生捕获在回路中的已知能量E＝1/2*C*V^2。在允许发生可测量的能量衰减的时间段之后测量电容器C1两端的电压。在一些实施例中，该时间段为0.5毫秒，然而，应当根据通常预期的衰减时间选择特定时间段以考虑一部分。衰减时间前后的能量差异是由于线圈和电容器电阻引起的固有损耗以及感应场中异物产生的任何损耗导致的电力损耗。然后可以将已知的无障碍场的能量损耗和存在感应电力接收器的场的能量损耗与任何新场的能量损耗测量值进行比较，以确定场中是否存在异物。

通过包络检测或类似方法来理想地执行波形峰值的电容电压的测量，诸如测量每个周期的峰值电压。可以使用

从测得的电压确定能量，其中C是预先知道的。电容值不受铁氧体或反射阻抗的影响。因此，峰值端电压是网络中能量的直接测量值。

图4至图6示出了三种情景的示例性能量衰减数据。具体地，图4(a)示出了被配置为以10kHz谐振的谐振电路20，图4(b)示出了电路中作为时间的函数的相应能量的示图。能量衰减的速率表示场中没有异物存在。

图5(a)示出谐振电路20和具有位于发射器线圈L1附近的接收器线圈L2的IPT接收器电路21。图5(b)示出了作为时间的函数的谐振回路中相应能量的示图，并且特别地示出了与图4的无障碍场相比大致相似的能量衰减速率。

图6(a)示出了谐振电路20以及发射器线圈附近的、具有等效电感L9和电阻R4的金属异物的电路模型22。图6(b)示出了作为时间的函数的谐振回路中相应能量的示图，并且特别地示出了由于损耗增加而比图4(b)和5(b)的衰减速率更急剧的衰减速率。

衰减速率，或者类似地，在一段时间之后谐振网络中剩余的能量表示发射器线圈附近的物体的性质。因此，能够通过比较在一段时间之后谐振网络中剩余的能量是否在一个或多个能量阈值或能量范围内来确定发射器线圈附近的物体的性质。

因此，可以在产生的场中不存在感应电力接收器的情况下进行异物检测。可以通过减轻或避免由于接收器的存在而造成的能量损耗(否则发射器中的检测系统将暴露于能量损耗)来提高检测的精确性。另一个优点可能是不需要电力发射器和电力接收器之间的通信。

在一些实施例中，发射器包括被配置为用于感应电力传输并且还用于产生OD场的线圈。在替代实施例中，发射器包括用于感应电力传输的线圈和用于产生OD场的单独线圈。

图7示出了包括三个感应电力传输线圈L7、L8和L9的感应电力发射器电路的一个示例，其中每个感应电力传输线圈都具有谐振电路。电容器C8、C10和C12的值25.3uF以及电感器L7、L8和L9的值10uF，将每个谐振网络调谐到频率为10kHz。电容C7、C9和C11被配置到AC耦合开关M8、M10和M12。谐振网络的感应器包含来自电力发射器的线圈。当通过断开开关M8、M10和M12以及连接开关M9、M11和M13产生OD场时，IPT场暂时停止。

在IPT场被临时禁止而FOD场被产生的情况下，发射器的关闭时间应该使得电力接收器的正常操作基本不受影响。例如，优选避免输出电压纹波或重新初始化通信。

在其他实施例中，OD场可以叠加在IPT场上，两者都是由电力发射器线圈产生的。在OD场被周期性地产生同时，电力传输能够不断地被维持。例如，图8示出了感应电力发射器电路，其包括分开但接近三个感应电力传输线圈的三个谐振电路。当需要进行物体检测时，感应电力传输线圈L1、L3、L5的操作暂时停止，而每个谐振电路都操作。电力传输电感线圈L1、L3和L5中的每个都由逆变器以100kHz驱动。包括L2C2、L4C4和L8C8的组合的每个谐振网络被配置为以10kHz谐振，以便在OD场的操作期间不会对IPT场产生影响。当开关M3、M4和M5开路时，线圈L2、L4和L6中的剩余能量允许电路谐振并充当OD线圈。

图9(a)示出了另一示例电路，其中通过将串联电容器C1连接到IPT线圈L1而使IPT线圈形成谐振网络的一部分。在该电路中，IPT场和OD场能够同步操作，并且IPT场与OD场叠加。图9(b)示出了图9(a)所示的这种谐振电路操作期间的电压的示图。在时间段30期间，如图所示，IPT线圈具有由逆变器(M1&M2)以100kHz的频率驱动的发射线圈电流。电容器C1和开关M3形成用于每个线圈中的场的振幅控制的AC开关。当其与阵列上的振幅控制结合使用时，可以控制3D中的总的场方向。

M4被短路一段时间以控制FOD衰减包络的峰值(峰值也由R值确定)。电容器C1具有选择为以10kHz与L1谐振的值。开关M4提供兼容的能量源，以使L1和C1谐振一段短的期间。

在时间点31，开关M4导通短脉冲时间(例如50us)，这引起微扰并使逆变器谐振电路以其固有谐振频率(由L1和C1的组合给出)振荡。在时间段32期间，OD场叠加在IPT场上，使得它们同步操作。OD场在此显示为频率比IPT场低。在时间点33处，OD场的能量以取决于场内物体的性质的速率消失。在时间段34期间，感应电力传输场的正常操作继续。OD场内的接收器设备中的电流不受影响，因为它没有调谐到OD频率。提供给开关M4的开关电压被示出在时间点31连接短暂时间，从而激励谐振器电路。

在一些实施例中，源线圈被配置成感应地激励谐振电路中的线圈，并且该振荡线圈负责产生传输足够电力所需的大的IPT场。该配置最适用于低耦合(低k)应用，诸如大的气隙。OD场直接在源线圈上产生，而不是耦合至它。因此，在这种情况下，源线圈产生OD场，谐振器线圈产生由源线圈激励的IPT场。在没有单独的谐振器线圈并且仅有源线圈的其它实施例中，则在源线圈上产生OD场和IPT场两者。

图14(a)至图14(d)示出了被配置为用于感应耦合的源线圈和谐振器线圈的3D平面布置。例如，图14(a)示出了位于同心布置的谐振器线圈41内的源线圈40的俯视图。逆变器被配置为向源线圈40供电。图14(b)示出了替代布置的俯视图，其中谐振器线圈41位于同心布置的源线圈40内。图14(c)示出了另一替代布置的俯视图，其中源线圈40被定位成与两个谐振器线圈41交叠。这种布置可以有利地允许单个源线圈驱动多个谐振器线圈。图14(d)示出了另一替代布置的俯视图，其中内部中心源线圈40位于以级联配置的两个外部同心谐振器线圈41、42内。

在一个示例性实施例中，谐振器线圈被松散地耦合到源线圈(k约为0.2)。谐振器电路被调谐到比发射器的操作频率略低的频率，例如，发射器被调谐到以110kHz操作，谐振器被调谐到100kHz。在110kHz下，谐振器看起来像电感非常小的感应器。因此，随着小电流流入源线圈中，大得多的电流流入谐振器线圈中。这意味着谐振器线圈提供传输电力所需的大部分VA(伏安)。

源线圈和谐振器线圈之间的耦合距离K不是特别关键的，并且结合谐振器线圈被电容器补偿多少来选择。例如，耦合因子K可以是0.2。

这种布置显示出其它优点，因为在源线圈中只有小的VA，所以它可以具有低的固有Q而不会太多地影响耦合效率。PCB线迹(track)可以用来实现源线圈，从而降低制造成本。这些开关可以被评价为低得多的等级，因为它们只需要切换小得多的VA。开关损耗和导通损耗较低。由于VA小得多，因此可以更容易地检测到反射于源线圈的实际负载。谐振器电路仅由无源元件组成，从而容易地调节谐振器线圈的固有Q的增加。此外，当接收器靠近发射器并且耦合条件良好时，可能存在的铁氧体将增加线圈的电感，这会自动减少产生的总VA。

如上所述，根据应用需求，谐振电路20的谐振频率可以被调谐到具有从用于IPT至接收器线圈的频率隔开相当大的间隔的频率。由于可能在物体中建立谐振，间隔也潜在地增加发射器附近的物理上小的金属物体的灵敏度。

例如，IPT频率可以被调谐为操作频率在约110kHz至约205kHz范围内。此外，谐振回路被调谐为谐振频率与在MHz区域(例如约1MHz)或低kHz区域(例如约5kHz)中的谐振频率一样高。

在一些实施例中，使用所谓的频率“跳变”或频率“扫描”，OD场被配置为使得一定范围的OD场频率被使用。可以使用关于已经描述的示例性级别的几种不同的频率，在这些频率下进行物体检测的测量。例如，在约800kHz、约1MHz和约1.2MHz处取比IPT场频率测量值高的OD场频率，并且可以在约1kHz、约5kHz和约10kHz的每个处取比IPT场测量值低的OD场频率。

频率跳变有利地提供增加异物与友好物之间的区别的能力。例如，由于所选择的OD场频率是IPT场频率的谐波，因此在特定的OD场频率下金属或铁氧体可以提供针对OD场的类似的响应。然而，在不同的OD场频率下这种材料将提供不同的响应，而非谐振物体的响应基本上与频率无关。因此，电路可配置为以各种频率产生OD场，以便能够检测和区别OD场内的各种材料。

通过将谐振网络中C1的电容值(如2.53微法)改变为具有更高和/或更低电容值,来形成不同频率的OD场。通过使用半导体开关器件主动地切换谐振网络内部和外部的电容值来实现频率跳变或频率扫描。在一些实施例中，控制器8被配置为控制开关器件的操作并激励谐振网络，从而控制在一定范围的频率下产生一组OD场。

图10示出了示例电路的示意图，其中可以生成多个不同频率从而提供例如IPT场和OD场或变化频率的OD场。具体地，图10示出了具有能够通过开关并联连接的一对电容器的谐振电路23。通过控制电路中开关的操作，电容器可以并联连接或单独操作，从而根据关系f＝(LC)^-0.5来改变调谐频率。例如，开关M4的连接形成操作频率为100kHz(由C2电容器的值25.3nF确定)的电路。开关M4和M5的连接形成操作频率为10kHz(由C3电容器的值2.52uF确定)的电路。因此，L2可以被配置为在被配置为以一个频率(诸如100kHz)操作时谐振以产生IPT场，并且还被配置为以另一频率(诸如10kHz)操作以产生FO场。

IPT线圈可以以矩形阵列结构布置，并且可以以线性(2D)、交叠或三维布置。线圈和阵列也可以被布置成具有不同的几何形状或任意形状。

图11和图12示出了被配置为激励谐振器从而从线圈产生OD场的示例性实施例。具体地，图11示出了能量通过另一线圈L11感应地耦合到谐振器电路的线圈L1。线圈L11由固态开关M1选择性地激励，例如如图所示的FET(场效应晶体管)IRF1503。图12示出了能量通过控制来自直流电源V2的能量耦合的开关M2耦合到谐振器。

绝对测量值能够从OD场获取，因为OD场与IPT场解耦。然而，如果FO在启动时已经存在于发射器的“垫”上，则FO将不会被检测，而只会为周围环境的一部分。因此，在一些实施例中，控制器8被配置为预先校准系统。例如，在使用前使用校准标记来校准发射器，该校准标记是物理的(例如金属盘)或是数字的(例如已知特性的校准因子)。将标记置于在特定位置并调整算法输出，直到位置和物体类型被精确地确定。在其它实施例中，将初级的励磁线圈与检测线圈之间的相对相位和振幅测量值与相对预期值进行比较，以确定在启动环境中是否存在任何异常。在一些实施例中，产生警报以手动检查环境，或者在其它实施例中，使用输出来调整算法。

在一些实施例中，当任何的FO位于物体检测场内时，谐振电路的固有谐振频率的变化是可检测的。来自FO和铁氧体的反射阻抗影响谐振电路的谐振频率。因此，对回路电路的谐振频率的变化进行监测表示FO存在于检测场中。诸如金属的FO将电容性负载和电阻性负载反射回初级线圈，该初级线圈能够通过观察感应电压和/或电流的相位和幅度而被检测。测量频率的一种方法是对微控制器中的源线圈中的OD电流进行采样。谐振频率的变化表示反射阻抗的变化或电感的变化，并且基于此能够预测FO的性质。

测量共振频率可能是更简单的，并且需要最少的电路。然而，频率测量最适合于高k的情况。在低k条件下，铁氧体的反射阻抗或影响变得太小而无法检测，因此，在低k条件下，对测量频率变化的依赖变得不可靠。另外，铁氧体和金属两者的存在可能导致谐振频率的小的总体变化，因此使检测方法在某些情况下不可靠。因为不依赖于k或物体的放置，所以通过使用表示FO的存在的能量衰减来克服这些缺点，

图13示出了图1所示的振荡电路的频率响应示图的示例。在一些实施例中，控制器8被配置为例如，通过测量振荡电压的一个或多个半波长(例如过零点)之间的时间段来确定谐振电路的谐振频率。在图6中，反射电容负载的引入具有增加谐振频率的作用。相反地，铁氧体(例如来自附近的IPT接收器)的存在具有降低谐振频率的作用。

因此，仅使用高Q谐振网络结合IPT发射器的线圈能够用于精确测量由FO引起的电力损耗，并将FO与IPT接收器区分开。通过测量网络中能量减少的速率，能够测量损耗并归因于FO和IPT接收器。此外，如果将网络调谐到与IPT频率非常不同的频率，则能够避免由于检测区域附近的IPT接收器造成的损耗。在这样的实施例中，测量的损耗纯粹是由于线圈的固有损耗和FO引起的损耗造成的，其中线圈的固有损耗可以被简单地补偿。

此外，当FO和接收器两者一起存在且两者都距离很远时。现有的FOD方法不能检测FO，因为低k意味着反射阻抗太小而无法检测。所提出的方法仅考虑电力损耗并且不依赖于k。因此，即使FO距离很远，只要它导致OD场的电力损耗，就可以将其检测为能量衰减速率的增加。

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，但是本申请人的意图并不是约束所附权利要求的范围或以任何方式将所附权利要求的范围限制于这样的细节。本领域技术人员易于看出另外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于具体细节、代表性的装置和方法以及示出和描述的说明性示例。因此，在不脱离本申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以从这些细节中作出调整。

Claims

1.一种感应电力发射器(2)，包括：

谐振电路，包括至少一个电力发射线圈(7)，所述至少一个电力发射线圈被配置为产生感应电力传输(IPT)场；以及

物体检测(OD)系统(200)，被配置为基于所述谐振电路的能量衰减的变化来检测物体的存在；

其中，所述OD系统被配置为以与所述IPT场不同的频率产生OD场，并且其中所述谐振电路中提供的能量的初始水平对应于期望物体在其内被确定的最大距离。

2.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，Q值是至少10。

3.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述谐振电路耦合至所述发射线圈(7)并且被配置为将所述OD场叠加至所述IPT场，使得这两个场能够同步操作。

4.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述谐振电路被配置为与所述IPT场串行地产生所述OD场。

5.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，通过与没有物体存在的能量衰减比较来确定能量衰减的变化。

6.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，能量衰减的增加表示所述OD场中存在金属物体。

7.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述OD系统还被配置为：

在所述谐振电路中提供所述初始水平的能量，

确定初始能量的指示，

确定预定时间段后谐振电路中衰减的能量的指示，

将初始能量的指示与衰减的能量的指示进行比较以提供衰减的水平，

将所述衰减的水平与一系列预定衰减进行比较以确定所述OD场中任何物体的性质。

8.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述IPT场的频率是110kHz至205kHz。

9.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述OD场的频率是在5kHz至50kHz之间，或者大于500kHz。

10.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述OD场的频率与IPT场的频率不同，至多是IPT场的频率的五分之一或者至少是IPT场的频率的五倍。

11.根据权利要求1所述的发射器(2)，其中，所述谐振电路包括用于将所述谐振电路调谐至OD场频率的电容器。

12.根据权利要求11所述的发射器(2)，其中，所述电容器能够可切换地耦合至所述发射线圈或如下线圈，该线圈耦合至所述发射线圈。