CN109247038B - 无线功率传输系统中的异物检测 - Google Patents

Abstract

一种无线功率传输系统包括功率接收器(105)，所述功率接收器经由无线感应功率传输信号接收来自功率发射器(101)的功率传输。所述功率发射器(101)包括生成功率传输信号的发射功率线圈(103)。耦合到测试信号生成器(211)的测试信号线圈(209)生成磁测试信号。多个空间分布的检测线圈(213)被耦合到测量单元(215)，生成反映由磁测试信号在检测线圈(213)中感应的信号的测量值的集合。处理器(217)确定所述测量值的测量空间分布，其中，所述空间分布反映所述检测线圈(213)的位置。异物检测器(219)响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在。异物检测器(219)响应于从所述功率接收设备(105)接收到的数据而确定参考空间分布。

Description

无线功率传输系统中的异物检测

技术领域

本发明涉及感应功率传输系统中的异物检测，并且具体地但非排他地，涉及针对使用与针对无线功率传输系统的Qi规范兼容的元件提供感应功率传输的功率发射器的异物检测。

背景技术

目前大多数系统需要专用的电接触以便从外部电源供电。然而，这倾向于是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或以其他方式建立物理电接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用电源，导致通常用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管使用内部电池可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但这仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量和潜在的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传送到各个设备中的接收器线圈。

通过磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用于在初级发射器线圈与次级接收器感应器之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器感应器和次级接收器线圈，基于松散耦合的变压器的原理，这些之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不需要进行任何电线或物理电连接。实际上，其可以简单地允许将设备放置在发射器感应器附近或之上，以便从外部再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，在该水平表面上可以简单地放置设备以便被供电。

此外，可以有利地设计这样的无线功率传输设备，使得功率发射器设备可以与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了称为Qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发。该方法允许符合Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而不是必须来自同一制造商或必须对彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适应特定功率接收器设备的一些功能(例如，取决于特定的功率抽取)。

Qi规范由无线充电联盟(Wireless Power Consortium)开发，并且更多信息可以在他们的网站上找到：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，在其上特别是可以找到定义的规范文档。

无线功率传输的潜在问题是功率可能无意地被转移到例如碰巧位于功率发射器附近的金属物体。例如，如果将诸如硬币、钥匙、戒指等的异物放置在被布置为接收功率接收器的功率发射器平台上，则由发射器线圈生成的磁通量将在金属物体中引入涡电流，这将导致物体升温。热量增加可能非常显著并且可能非常不利。

为了降低出现这种情况的风险，已经提出引入异物检测，其中，功率发射器可以检测到异物的存在并且当发生肯定性检测时降低发射功率和/或生成用户警告。例如，Qi系统包括用于检测异物的功能，以及用于在检测到异物时降低功率的功能。具体地，Qi规范版本1.2.1，第11节描述了检测异物的各种方法。

检测这种异物的一种方法是通过确定未计入的功率损耗，例如在WO 2012127335中公开的。功率接收器和功率发射器都测量它们的功率，并且接收器将其测得的接收功率传送到功率发射器。当功率发射器检测到发射器发送的功率与接收器接收的功率之间的显著差异时，可能潜在地存在不需要的异物，并且出于安全原因可以减少或中止功率传输。该功率损耗方法需要由功率发射器和功率接收器执行的同步的准确功率测量。

例如，在Qi功率传输标准中，功率接收器估计其接收功率，例如通过测量经整流的电压和电流，将它们相乘并且加上功率接收器中的内部功率损耗的估计(例如，作为接收器的一部分的整流器、接收线圈、金属部件等的损耗)。功率接收器以例如每四秒的最小速率向功率发射器报告所确定的接收功率。

功率发射器估计其发射功率，例如通过测量逆变器的DC输入电压和电流，将它们相乘并通过减去发射器中内部功率损耗(例如作为功率发射器的一部分的逆变器、初级线圈和金属部件中的估计功率损耗)的估计来校正结果。

功率发射器可以通过从发射功率中减去报告的接收功率来估计功率损耗。如果差值超过阈值，则发射器将假设在异物中消耗太多功率，并且然后它可以进行终止功率传输。

替代地，已经提出测量由初级和次级线圈形成的谐振电路的质量因子或Q因子以及相应的电容和电阻。测量的Q因子的减少可以指示存在异物。

在实践中，使用Qi规范中描述的方法倾向于难以获得足够的检测精度。关于具体的当前操作条件的许多不确定性加剧了这种困难。

例如，特定问题是友好金属(即包含功率接收器的设备的金属部件)的潜在存在，因为这些项的磁和电性质可能是未知的，因此可能难以补偿。此外，功率接收器与功率发射器之间的空间对齐通常是未知的，并且这可能实质地影响测量值。而且，所生成的磁场的横向延伸通常是未知的，并且可以在不同的功率发射器之间显著变化。

此外，即使相对少量的功率在金属异物中耗散，也可能导致不希望的加热。因此，有必要检测发送和接收功率之间的更加小的功率差异，并且当功率传输的功率水平增加时这可能是特别困难的。

功率发射器和功率接收器的功率估计通常可具有约±1％的精度。对于15W功率接收器负载，接收到的功率通常为16W或更高，因此在这样的示例中，典型功率估计可具有大约±160mW的不确定性。因此，估计的功率差/损耗将具有±320mW的不确定性，跨640mW的范围。确定真正的功率损耗是否小于500mW因此成为一项艰巨的任务。

在许多场景中，Q因子退化方法对于检测金属物体的存在具有更好的灵敏度。然而，它可能仍然不能提供足够的精度，并且例如也可能受到友好金属的影响。

问题随着功率水平的增加而增加，并且因此现有方法可能不太适合未来设想的更高功率水平。

具体地，对于较高功率水平，功率损耗估计的不确定性可以显著增加。然而，仍然要求在相同的绝对功率水平处的检测(例如，可能要求必须检测到异物中500mW(或更小)的功率损耗)。

另一个问题是更高的功率水平往往需要物理上更大的线圈，以便有效地传输更高水平的功率。例如，用于功率水平约为1W..30W的Qi系统中的线圈倾向于具有例如约20mm..60mm的直径，而用于200W..2kW范围的功率水平的系统中的线圈的典型直径约为100mm..2500mm。然而，这样的较大的线圈影响功率差和Q退化方法的检测性能。这对于检测较小的异物尤其如此，例如用于检测小的硬币。

另一个问题是功率接收器在某些情况下可能不能提供关于接收功率的信息，或者可能具有与标称或预期功率接收器显著不同的特性。例如，功率接收器可以是使用磁场进行直接感应加热的功率接收设备。例如，通过由功率传递信号感应的涡电流加热金属板的设备的将是这种情况，例如为了煮水或烹饪食物。这样的设备的友好金属对测量具有巨大影响，并且乍看之下几乎不可能将外来金属物体与友好金属区分开。而且，这样的功率接收器可以非常简单并且可以不包括用于有效地测量和向功率接收器报告接收到的功率的功能。

因此，当前算法倾向于次优，并且在某些场景下并且示例可能提供低于最佳性能。特别地，它们可能导致存在未被检测到的异物，或者当没有异物存在时导致异物的错误检测。

因此，改进的物体检测将是有利的，并且特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改进的物体检测、更少的错误检测和漏检、和/或改进的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明寻求单独地或以任何组合来优选地减弱、减轻或消除一个或多个上述缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线功率传输系统的功率发射器，包括用于经由无线感应功率传输信号接收来自功率发射器的功率传输的功率接收器；所述功率发射器包括：功率输出电路，其包括用于生成无线感应功率传输信号的发射功率线圈；测试信号线圈，其用于生成磁测试信号；测试信号生成器，其被耦合到测试信号线圈并且被设置为将测试信号馈送到测试信号线圈，从而生成磁测试信号；多个空间分布的检测线圈；测量单元，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；处理器，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；以及异物检测器，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器(219)被配置为响应于从所述功率接收设备(105)接收到的数据来确定所述参考空间分布。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于无线功率传输系统的功率发射器，所述无线功率传输系统包括用于经由无线感应功率传输信号接收来自所述功率发射器的功率传输的功率接收器；所述功率发射器包括：功率输出电路，其包括用于生成无线感应功率传输信号的发射功率线圈；测试信号线圈，其用于生成磁测试信号；测试信号生成器，其被耦合到测试信号线圈并且被设置为将测试信号馈送到测试信号线圈，从而生成磁测试信号；多个空间分布的检测线圈；测量单元，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；处理器，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；以及异物检测器，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器被布置为通过在所述比较之前执行测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将测量空间分布与参考空间分布在几何上对齐。

在许多实施例和场景中，本发明可以提供改进的异物检测。特别地，该方法在许多实施例中可以降低错误检测的风险和/或降低错过检测异物的风险。

该方法的特别的优点在于，其在许多实施例和场景中，即使在存在功率接收设备时也允许执行有效的异物检测。在许多实施例中，该方法允许在友好金属(通常是功率接收设备的一部分并因此意在是存在的)与异物的外来金属(不是功率接收设备的一部分)之间进行区分。在许多场景中，这可以提供实质地更有效和可靠的外来对象和/或可以允许提供改进的用户体验。

在许多实施例中，几何对齐可以显著提高检测精度。它可以提供增加的灵活性，并且在许多实施例中可以允许功率发射器适应当前场景和配置。在许多实施例中，该方法可以在功率接收器的放置中提供增加的自由度。例如，它可以允许用户将功率接收设备(例如厨房用具)定位在给定区域内的任何地方并且以任何方式定向。

测量值的(一个或多个)空间分布可以包括指示测量值和测量的空间位置的数据。位置指示可以是相对位置指示，例如指示相对于其他测量值的位置。空间位置数据可以由测量值相对于彼此的位置或布置来指示。例如，空间分布可以由测量值的数据结构表示，其中，数据结构中的测量值的位置表示测量值的空间位置信息。具体地，数据结构中的测量值的相对顺序可以对应于与测量值相对应的检测线圈之间的空间关系。

检测线圈可以具体地被布置在平面阵列中。平面阵列可以覆盖功率发射器的功率传输表面，该功率传输表面被布置为接收功率接收设备。

测试信号线圈和发射功率线圈可以是相同的线圈，即发射功率线圈也可以用作测试信号线圈。

根据本发明的任选特征，参考空间分布表示不存在异物的场景。

在许多实施例中，这可以提供改进的异物检测。

在许多实施例中，参考空间分布可以表示不存在对象的场景。

根据本发明任选特征，参考空间分布表示存在功率接收设备的场景。

在许多实施例中，这可以提供改进的异物检测。该方法尤其可以在许多实施例中在存在功率接收设备时启用、促进或改进异物检测。

根据本发明的任选特征，异物检测器被布置为存储测量空间分布的副本，并且使用所存储的测量空间分布作为参考空间分布以用于将来的比较。

这可以促进和/或改善异物检测。特别地，它可以提供用于生成适合于异物检测的可靠参考空间分布并且针对特定功率发射器和可能的功率接收设备定制的有效方法。

异物检测器可以具体地被布置为响应于不存在异物的用户输入指示(或者例如在许多实施例中指示存在功率接收设备但是不存在异物)而存储测量空间分布。

根据本发明的一个方面，异物检测器被布置为响应于从所述功率接收设备接收的数据而确定参考空间分布。

这可以提供更灵活的方法，同时允许功率发射器的相对低的复杂性。例如，它可以提供专门针对特定功率接收设备定制的异物检测，而不需要功率发射器预先知道其特性，并且具体地不需要由功率接收设备的功率发射器存储参考空间分布。

通过在所述比较之前执行测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换，异物检测器被布置为将测量空间分布与参考空间分布在几何上对齐。

这可以在许多实施例中改善异物检测，并且尤其可以提供对当前条件的改进的检测适应性。

根据本发明的任选特征，几何变换可以包括平移和/或旋转。异物检测器可以具体地被布置为将测量空间分布与参考空间分布对齐，使得它们之间的匹配最大化(对应于差异测量的最小化)。

根据本发明的任选特征，功率发射器还包括用户输出单元，并且其中，异物检测器被布置为生成对几何变换的参数的指示的用户输出。

这可以例如向用户提供允许用户将功率接收设备移动到更优位置的指示，从而改善功率传输操作。

根据本发明的任选特征，测量单元被布置为针对所述磁测试信号的不同频率生成测量值的多个集合，所述处理器被布置为通过生成针对测量值的每个集合的测量空间分布来生成多个测量空间分布，并且异物检测器被布置为响应于将多个测量空间分布与至少一个参考空间分布进行比较来检测异物的存在。

这可以允许在许多场景中更准确的异物检测。

在一些实施例中，测试信号生成器被布置为生成具有不同频率的多个测试信号，从而生成具有不同频率的多个磁测试信号；所述测量单元被布置为生成测量值的多个集合，测量值的每个集合对应于一个测试信号；所述处理被布置为通过生成针对测量值的每个集合的测量空间分布来生成多个测量空间分布；并且异物检测器被布置为响应于多个比较来检测异物的响应，每个比较在多个测量空间分布的测量空间分布与参考空间分布之间。

根据本发明的任选特征，多个空间分布的检测线圈中的至少一些具有不超过20mm的最大尺寸，并且多个空间分布的检测线圈包括不少于20个检测线圈。

这可以在许多实施例中提供特别有利的操作，并且可以具体地提供复杂性和检测性能之间的有利折衷。

根据本发明的任选特征，测量单元被布置为通过顺序地测量多个空间分布的检测线圈的感应信号来生成测量值的所述集合，所述顺序测量包括分别测量多个空间分布的检测线圈的子集。

在许多应用中，这可以降低功率发射器的复杂性。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线功率传输系统，包括功率发射器和功率接收设备，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自功率发射器的功率传输；所述功率发射器包括：功率输出电路，其包括用于生成无线感应功率传输信号的发射功率线圈；测试信号线圈，其用于生成磁测试信号；测试信号生成器，其被耦合到测试信号线圈并且被设置为将测试信号馈送到测试信号线圈，从而生成磁测试信号；多个空间分布的检测线圈；测量单元，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；处理器，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述空间分布的检测线圈的位置；以及异物检测器，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器被布置为通过在所述比较之前执行测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将测量空间分布与参考空间分布在几何上对齐。

根据本发明的任选特征，所述功率接收设备被布置为将参考空间分布发送到功率发射器，并且所述功率发射器被布置为从所述功率接收设备接收参考空间分布。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线功率传输系统的操作方法，所述无线功率传输系统包括功率发射器和功率接收设备，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自功率发射器的功率传输；所述功率发射器包括：功率输出电路，其包括用于生成无线感应功率传输信号的发射功率线圈；测试信号线圈，其用于生成磁测试信号；多个空间分布的检测线圈；并且所述方法包括功率发射器执行以下步骤：将测试信号馈送到测试信号线圈，导致生成磁测试信号；生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁场信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；并且响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较而检测异物的存在，其中，所述比较包括通过在所述比较之前执行测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将测量空间分布与参考空间分布在几何上对齐。

根据本发明的任选的特征，所述方法还包括以下步骤：功率接收设备将参考空间分布发送到功率发射器，并且功率发射器从功率接收设备接收参考空间分布。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线功率传输系统的功率发射器的操作方法，所述无线功率传输系统还包括功率接收设备，用于经由无线感应功率信号接收来自功率发射器的功率传输；所述功率发射器包括：功率输出电路，其包括用于生成无线感应功率传输信号的发射功率线圈；测试信号线圈，其用于生成磁测试信号；测试信号生成器，其被耦合到测试信号线圈并且被设置为将测试信号馈送到测试信号线圈，从而生成磁测试信号；多个空间分布的检测线圈；测量单元，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；处理器，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；以及异物检测器，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述比较包括通过在所述比较之前执行测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将测量空间分布与参考空间分布在几何上对齐。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优势将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

仅以范例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中，

图1图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图3图示了根据本发明的一些实施例的功率发射器中的线圈布置的示例；

图4图示了根据本发明的一些实施例的功率发射器的线圈布置的横截面的示例；

图5图示了在存在两个金属物体图2的功率传输系统的磁场的示例；并且

图6图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例。

具体实施方式

以下描述集中于适用于利用诸如Qi规范中已知的功率传输方法的无线功率传输系统的本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。

图1图示了根据本发明的一些实施例的无线功率传输系统的示例。功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器201包括(或耦合到)发射器线圈/电感器103。该系统还包括功率接收设备105，功率接收设备105包括(或耦合到)接收器线圈/电感器107。

该系统提供从所述功率发射器101到功率接收设备105的无线感应功率传输。具体地，功率发射器101生成无线感应功率传输信号(也称为功率传输信号、功率传输信号或感应功率传输信号)，其通过发射器线圈或电感器103作为磁通量传播。功率传输信号通常可以具有在大约20kHz到大约500kHz之间的频率，并且通常用于通常在95kHz到205kHz范围内的Qi兼容系统(或者例如对于高功率厨房应用，频率可以例如通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发射器线圈103与功率接收线圈107松散地耦合，并且因此功率接收线圈107拾取来自所述功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到接收线圈107的无线电感耦合，功率从所述功率发射器101传输到功率接收设备105。术语功率传输信号主要用于指发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是应当理解，通过等效，它也可以被考虑和使用为对提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在该示例中，功率接收设备105具体是经由接收线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收设备105可以包括金属元件，例如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号引起涡电流，导致元件的直接加热。

该系统被布置为传输实质的功率水平，并且具体地，功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W或50W的功率水平。例如，对于Qi相应的应用，对于低功率应用，功率传输通常可以在1-5W功率范围内，并且对于高功率应用(例如厨房应用)，功率传输可以超过100W并且高达1000W以上。

在下文中，将具体参考根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)或者适合于由无线电力联盟(Wireless Power Consortium)开发的更高功率厨房规格的实施例来描述功率发射器101和功率接收设备105的操作。特别地，功率发射器101和功率接收设备105可以基本上与Qi规范版本1.0、1.1或1.2兼容(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)。

在无线功率传输系统中，存在异物(通常是导电元件并且不是功率接收设备105的一部分从功率传输信号中提取功率，即对功率传输是非预期的、不期望的和/或干扰的元件)在功率传输期间可能是非常不利的。这种不希望的物体在本领域中被称为异物。

异物不仅可以通过向操作添加功率损耗来降低效率，而且还可以降低功率传输操作本身(例如，通过干扰功率传输效率或提取不直接被控制的功率，例如通过功率传输回路)。另外，异物中的电流的感生(特别是异物的金属部分中的涡流)可能导致异物的通常非常不希望的加热。

为了解决这种情况，诸如Qi的无线功率传输系统包括用于异物检测的功能。具体地，功率发射器包括寻求检测是否存在异物的功能。如果是这样，则功率发射器可以例如终止功率传输或减少可以传输的最大功率量。

Qi规范提出的当前方法基于检测功率损耗(通过比较发送和报告的接收功率)或检测输出谐振电路的质量Q中的劣化。然而，已经发现这些方法在许多情况下提供次优性能，并且它们可能具体导致不准确的检测，导致错过检测和/或误报，其中尽管没有这样的对象存在，但是检测到异物。

图1的系统使用不同的方法进行异物检测。该方法基于使用多个空间分布的检测线圈，并且通过由测试信号馈送到测试信号线圈生成的磁测试信号来生成在这些检测线圈中感应的信号的测量的空间分布。在许多实施例中，空间分布可以被感知为磁图像，并且可以反映邻域中的对象，其影响由测试信号线圈生成的磁场。

作为示例，该方法可以基于使用单独的测试信号线圈来执行异物检测以生成磁测试信号并且因此生成磁测试场，其中小的检测线圈阵列测量由测试信号线圈场生成的场对金属物体的影响。检测线圈通常可以被布置为矩阵布置。对于每个检测线圈，测量可以具体地是适当的定时的信号水平测量。可以认为这样测量的空间分布对应于磁图像，其中每个检测线圈表示图像的像素。因此，空间分布可以是测量值的二维布置，并且具体地可以是来自不同检测线圈的二维阵列或测量值矩阵。具体地，测量值的空间分布将反映检测线圈的位置。通过这种方式，空间分布反映了生成各个测量所在的位置，并且因此表示磁测试场的空间分布或变化(例如，特别是由被馈送到测试信号线圈的测试信号(直接或间接)得到的磁场强度)。

因此，示例性方法可以被视为包括线圈的功率发射器，所述线圈实现由对应于像素的每个检测线圈来生成磁图像的磁相机。

在该示例中，测试信号线圈209和发射器功率线圈103被图示并描述为单独且独立的线圈。这可以允许针对特定目的个体地优化各个线圈。然而，在其他实施例中，测试信号线圈209和发射器功率线圈103可以是相同的线圈，即，相同的线圈可以用于生成功率传输信号并生成磁测试信号。例如，可以使用时分方法在时域中分离这两个信号，或者可以替代地例如在频域中通过具有不同频率的信号来分离这两个信号。在某些情况下这可以允许更低成本的实现方式。

将空间分布与参考空间分布进行比较，所述参考空间分布反映了当不存在异物时的情况，但是可能存在其他功率接收设备105，即，将其与对应于不存在异物的情况的参考磁图像进行比较。如果生成的磁图像与参考磁图像足够相似，则异物检测器可以判定不存在异物，并且否则其可以判定该差异可能是由于可能存在异物。

例如，功率发射器可以通过拍摄磁图像并将其与不存在物体的情况进行比较来检测其表面上是否存在金属物体。如果至少一个像素显示出足够大的差异，则可以确定检测到金属物体。

图2更详细地示出了图1的系统的元件的示例。

功率发射器101包括功率输出电路，所述功率输出电路包括驱动器201和发射器线圈103。驱动器201生成功率驱动信号，所述功率驱动信号被馈送到发射器线圈103，造成磁/感应功率传输信号的该生成。驱动器201被布置为生成用于特定功率传输操作的足够功率的驱动信号。在一些实施例中，功率范围可以是几十瓦的数量级，但是在其他实施例中，功率范围可以实质上更高，并且实际上可以大于1kW。

驱动器201可以例如包括全桥或半桥开关布置形式的输出级，如本领域技术人员已知的。还应该理解，虽然图2示出了直接驱动发射器线圈103的驱动器201，但是发射器线圈103通常将是谐振电路的一部分，该谐振电路还包括与发射器线圈103串联或并联的谐振电容器。

驱动器201耦合到功率发射器控制器203，功率发射器控制器203被布置为控制功率发射器101的操作，并且具体地控制驱动器201以提供合适的驱动信号(例如，提供以所需的功率水平)。另外，功率发射器控制器203被布置为控制功率发射器101来执行功率发射器101根据适当的规范或标准操作所必需的和期望的功能。在特定示例中，功率发射器控制器203可以控制功率发射器101根据Qi规范进行操作(除了本文中描述的改变之外)。

因此，功率发射器101可以通过生成功率接收设备可以从中提取功率的功率传输信号来支持无线功率传输。在图2的示例中，功率接收设备105被示为包括耦合到功率接收器电路205的功率接收线圈107。功率接收电路205被布置为从功率接收线圈107接收感应信号并且提取可以馈送到外部或内部负载的功率。功率接收电路205可以例如包括整流器电路，电压稳定电路等，如本领域中已知的。

功率接收电路205还耦合到功率接收器控制器207，功率接收器控制器207被布置为控制功率接收器105的操作以执行功率接收器105根据适当的规范或标准操作所必需的和期望的功能。在特定示例中，功率接收器控制器207可以控制功率接收器105根据Qi规范进行操作(除了本文中描述的改变之外)。这样的操作可以包括建立和维持与功率发射器101的适当通信，例如以支持功率控制回路的建立等。

应该理解的是，尽管图1和图2示出了通过耦合到功率接收电路205的功率接收线圈107的功率提取，但是在其他实施例中，功率可以通过其他器件提取。例如，在一些实施例中，功率接收设备105可以包括金属加热元件，通过感应涡电流将功率直接耦合到该金属加热元件。在这样的示例中，功率接收器控制器207可以例如使用功率控制回路来控制发射功率水平以生成期望的温度。

功率发射器101还包括用于异物检测的功能。因此，功率发射器101包括用于检测功率传输区域中是否存在功率接收设备105之外的物体的功能。因此，异物检测可以寻求检测从功率传输信号提取功率的除了功率接收设备105之外的对象的异物。

异物检测基于磁测试信号的生成，因此功率发射器101包括耦合到测试信号生成器211的测试信号线圈209。测试信号生成器211生成电测试信号，所述电测试信号被馈送到测试信号线圈209，导致生成磁测试信号，即测试信号生成器211生成磁测试场。在不同的实施例中，来自测试信号生成器211的测试信号可以例如是短时间间隔的周期性信号(例如，正弦波，方波，三角波信号等)，连续周期性信号，或者可以是例如一个短脉冲)。由此生成相应的时变的磁测试信号。

功率发射器101还包括多个检测线圈213，检测线圈213被布置为检测磁测试信号，通过此引起在检测线圈213中感生出电压。检测线圈在空间上分布，并且具体地可以在空间上分布在平面区域中。因此，检测线圈213可以分布在一区域上，所述区域特别地可以是或者可以包括用于接收功率接收设备105的功率发射器101的功率传输区域。

检测线圈213相对于测试信号线圈209被定位为使得生成的磁测试信号将在检测线圈213中感生出电压(和随后的电流)，至少在不存在异物的情况下。

检测线圈213被耦合到测量单元215，测量单元215被布置为执行测量以生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由磁测试信号在空间分布的检测线圈中感生的信号。测量单元215可以具体地测量每个检测线圈213的电流或电压，以生成反映在相应的检测线圈213的位置处的磁测试信号的水平的测量结果。

作为具体示例，每个检测线圈213可以由测量单元215中的高欧姆电阻器终止，并且测量单元215可以包括对电阻器两端的电压进行采样的A/D转换器。样本可用于生成反映例如磁测试信号的信号强度的测量结果。在一些实施例中，测量可以例如包括取平均，例如在磁测试信号的至少一个时间段上。在其他实施例中，测量可以例如是在适当时间执行的采样。例如，对检测线圈213的信号的采样可以具有相对于馈送到测试信号线圈209的测试信号的合适的相位移位。

因此，测量单元215生成测量值的集合，其反映在由各个检测线圈213表示的不同位置处的磁测试信号的磁通密度。检测线圈213可以具体地被布置为平面阵列(或特定矩阵)布置，并且测量值的所述集合因此可以有效地被视为磁图像，其中每个像素对应于检测线圈213中的一个。

测量单元215被耦合到处理器，此后称为空间处理器217，其被馈送以测量结果的集合并且被布置为确定所述测量值的测量空间分布，其中空间分布反映检测线圈213的位置。

例如，可以通过根据检测线圈213的物理空间布置将测量值布置在数据结构中来生成空间分布。例如，可以使用数据结构，其中，来自相邻检测线圈213的测量值彼此相邻。具体地，测量单元215可以生成空间分布作为所生成的测量值的矩阵，使得这些被布置为与检测线圈213的矩阵布置相匹配。因此，具体地，空间处理器217可以从测量单元215接收测量值，例如以得到它们的顺序，并且可以作为响应生成反映测量结果和对应于测量结果的位置的空间分布。

因此，尽管测量值的所述集合可以仅包括没有空间信息的测量值，但是测量值的空间分布反映了测量值和检测线圈213的位置。因此，空间分布既反映了测量结果，也反映了这些测量结果是在哪里得到的。

用于空间分布以反映测量值和它们之间的空间关系的特定方法可取决于各个实施例的个体偏好和要求。例如，在一些实施例中，空间分布可以由数据结构表示，其中包含的值对应于测量值，以及这些值在反映空间布置的结构中的布置。具体地，测量值可以存储在与检测线圈213的矩阵定位相对应的矩阵结构中。在其他实施例中，空间分布可以例如由随机顺序的两个分量值表示，其中第一分量反映测量值，第二分量反映相应的检测线圈213的位置。

应当理解，尽管图2图示了执行测量并生成空间分布的不同实体，但是在一些实施例中，这些可以作为组合操作生成。例如，测量值可以直接存储在合适的数据结构中的适当位置，例如直接存储在矩阵数据结构中。

空间处理器217被耦合到异物检测器219，异物检测器219被布置为响应于由空间处理器217生成的测量空间分布来检测异物的存在。具体地，异物检测器219被布置为将测量空间分布与参考空间分布进行比较，并且响应于该比较而生成检测结果。

例如，如果比较导致满足相似性标准，则异物检测器219可以生成未检测到异物的指示。然而，如果不满足相似性标准，并且因此当前磁图像与参考磁图像足够不同，则异物检测器219生成确实已经检测到异物的指示。

异物检测结果被馈送到功率发射器控制器203，功率发射器控制器203可以根据检测结果来控制功率发射器101的操作。例如，可以执行检测作为功率传输操作的初始化的一部分，并且如果检测指示不存在异物，则系统可以进行到初始化功率传输。然而，如果检测到异物，则功率发射器控制器203可以进行到立即终止初始化，使得不开始功率传输。

因此，该方法可以例如在可能存在异物的情况下防止功率传输的开始。这可以例如增加安全预防措施并且例如确保不启动可能导致例如在功率传输区域中留下的硬币或一串钥匙的不期望的加热的功率传输。

各个检测线圈213以及测试信号线圈209和发射器线圈103的确切物理布置，将取决于各个实施例的偏好和要求。类似地，各个线圈的物理尺寸和性质将取决于各个实施例的偏好和要求。

然而，在许多实施例中，检测线圈213可以被布置为平面阵列(或矩阵)布置。具体地，检测线圈213可以布置在等距网格中，其中，检测线圈213被位于给定检测区域内的网格的节点处(在一些实施例中，仅节点的子集可以对应于检测线圈213的位置)。图3中图示了这样的布置的示例。可以看出，检测线圈213形成被检测线圈213覆盖的区域。检测线圈213形成网格或矩阵，并且因此可以考虑相应的测量结果以生成反映对应于磁测试信号的磁场的空间变化的磁图像。

在该示例中，发射器功率线圈103相对较大并且限定了相对大的功率传输区域。因此，定位于相对大的功率传输区域中的功率接收设备105将暴露于可能强大的功率传输磁场，允许功率接收设备105提取大量功率。

检测线圈213覆盖功率传输区域，并且因此可以用于生成功率传输区域的有效磁图像，从而生成反映功率传输区域中存在的任何物体的磁图像。

为了获得允许有效的异物检测的合理空间分辨率，具有相对大量的检测线圈213通常是有利的。为了实现这一点，检测线圈213通常可以被选择为相对较小，尤其是与发射器功率线圈203相比。这还可以允许检测较小的物体，因为它提供了更高的空间分辨率。

在许多实施例中，检测线圈213的数量通常不少于20个检测线圈。在许多实施例中，这可以提供适合于对足够小的物体进行可靠物体检测的分辨率。对于许多实际实施方式，检测线圈213具有不超过20mm(并且通常在10-15mm的范围内)的最大尺寸(通常是圆形线圈的直径或方形线圈的对角线长度)。已经发现这样的方法在许多实际实现方式中提供特别有效的异物检测，例如对于与Qi规范兼容的系统。此外，保持检测线圈213的尺寸足够小允许检测相对小的异物，例如硬币。

然而，在许多实施例中，检测线圈213的数量不超过500、200或100个线圈。因此，在许多实施例中，测量的数量(并且因此磁图像中的像素的数量)保持相对较低。这降低了成本和复杂性，并且便于异物检测的处理。然而，已经发现在许多实施例中仍然允许非常可靠的异物检测。

在图3的具体示例中，总共使用了52个检测线圈。图3表示功率发射器功率传输区域的顶视图。52个检测线圈213的阵列覆盖功率传输区域，其中，发射器线圈103可以提供高的磁场强度。

图3还图示了测试信号线圈209。在特定示例中，测试信号线圈209被定位于检测线圈阵列213周围，即，使得其包围检测线圈213。因此，测试信号线圈209的尺寸在该示例中大于检测线圈213的组合尺寸，并且还被定位为使得其围绕检测线圈213。在许多实施例中，这可以提供有效的磁测试信号。

图4图示了功率发射器的横截面，并且具体地示出了检测线圈213、测试信号线圈209和发射器线圈103的布置。同样，具体布置可以在实施例之间不同，但是在许多情况下，检测线圈213可以被定位为相对靠近表面401，用于接收功率接收设备105。在许多实施例中，这可以导致生成改进的磁图像。

当正在执行测量以便生成测量值的所述集合时，测试信号生成器211首先生成测试信号并将其馈送到发射器线圈103。测试信号的确切特性以及由此生成的磁测试信号将取决于各个实施例的特性。然而，测试信号生成器211将测试信号生成为时变信号，得到时变的磁测试信号，其相应地将(直接或间接地)感生检测线圈213中的电压。

在一些实施例中，可以简单地将测试信号生成为正弦波信号或方波信号(例如，持续特定测试持续时间)，这将导致对应的变化的磁场(并且具体地，变化的磁通密度B)。如果不存在磁性或导电元件，则该变化的磁场将在检测线圈213中感生出相应的电压。

测量单元215可以测量得到的感应信号水平，例如通过对电流进行整流并测量得到的平均值。这将得到测量值的集合，所述测量值的集合通常反映相当平滑和均匀的空间分布。换句话说，将得到均匀的磁图像。

然而，如果存在电磁元件，这将影响生成的磁场，造成磁场的变化。这些变化将具有空间变化，并且有效地，电磁元件的存在将导致不同检测线圈213的测量值的变化。电磁元件将有效地造成电磁图像不再均匀变化，而是表现出反映电磁元件的存在的空间变化。实际上，在许多实施例中，电磁元件可以有效地在磁图像上留下印记。

例如，如果铁磁或亚铁磁元件被定位于功率传输表面上，并且因此跨过一个或多个检测线圈213，则磁测试信号将对应于将导致磁性元件的磁畴的磁场，与没有磁性元件的情况相比，所述磁畴与原始磁场对齐，引起元件的磁化，造成磁通密度增加。因此，通过检测线圈213的磁通密度将不同于不存在元件时的磁通密度，并且具体地，将在靠近元件的检测线圈213中感生出更高的电压(或emf)。

如果导电的、并且特别是金属的物体被定位于功率传输表面上，则可能发生类似的结果，但是该效果可能由略微不同的机制引起。具体地，磁测试信号的变化将导致变化的磁通密度，从而在金属物体中引起涡电流。然而，这些涡电流将导致磁场(即，它们将造成磁通密度将与由磁测试信号生成的磁通密度相组合)，造成通常在对象周围的磁场/磁通密度改变。这也将造成不同水平的感应电压，其将由近端检测线圈213的测量结果反映。具体地，在该场景中，在金属物体中感生的(涡流)电流可以造成反向场在物体附近的磁场减小。然后可以检测到这样的场强降低的区域。

图5中图示了存在两个金属物体时的磁场的示例。

在许多实施例中，可以生成测量值以指示由磁测试信号在相应的检测线圈213中感生的电压的水平(直接或间接地，即包括由于由磁测试信号感生的由涡流引起的磁通密度变化引起的感应)。在一些实施例中，可以生成测量值，例如，作为低通滤波(平均)水平值。例如，每个检测线圈213可以连接到整流器电路，接着是低通滤波器，并且可以测量低通滤波器的输出，例如在开始生成测试信号之后的合适延迟之后。作为另一示例，在一些实施例中，测量可以包括峰值检测器，并且测量值可以是在生成磁测试信号的时间期间的感应电压的峰值。

作为又一示例，可以通过测量特定时间点的感应电压的值来生成测量值，并且具体地，可以使用检测线圈213的电压的采样。在这样的示例中，可以小心地控制测量/采样的定时，例如通过设置测试信号与采样时间控制信号之间的相位移位或时间移位。这种方法可以反映导致改变的行为的磁机制导致相对于原始信号的相位变化(例如，电压的感生取决于磁通密度的导数，从而引入正弦波信号分量的相移)。实际上，在一些实施例中，测量值可以反映测试信号/磁测试信号和感应信号之间的相位差。由于以上描述的机制，该阶段是不同的，因为不存在异物并且例如存在金属物体(因为感生涡电流的过程导致额外的磁通量贡献也引入额外的相移)。

因此，测量值将倾向于取决于是否存在导电物体，例如钥匙或一串钥匙。此外，由于效果倾向于是局域化的，因此系统的空间评估可以提供可以在异物中使用的额外信息。因此，系统还考虑允许更精确检测的空间信息，而不仅仅考虑潜在功率损失或质量(Q)劣化的大小。

实际上，确定是否存在异物的比较是基于考虑测量值的空间分布，即检测不仅考虑测量值而且考虑这些值的相关联的位置。

基于测量值的空间分布(称为测量空间分布)与参考空间分布的比较来确定异物。因此，异物检测器219将实际测量结果与参考进行比较，并且可以例如，如果这些项相差太大，即，如果测量空间分布与参考空间分布不满足给定的相似性准则，则可以生成异物的检测。

异物检测可以具体地基于将测量空间分布与参考空间分布进行比较，所述参考空间分布反映不存在异物的情景，并且实际上在某些情况下可以反映也不存在功率接收设备105的情况。

例如，可以生成参考空间分布以包括参考测量值，所述参考测量值可以对应于可以在没有物体存在的情况下测量的值。这些值将取决于所生成的测试信号的特定特性以及测试信号线圈209和检测线圈213的特性，包括它们之间的几何关系。在一些实施例中，这样的参考空间分布或图像确实可以通过对功率发射器101的物理特性的分析评估来生成。

在这种情况下，参考空间分布将倾向于具有相对平滑和小的变化。实际上，在许多情况下，参考空间分布可以几乎对应于空间上恒定的分布，即，对于所有检测线圈213，测量值可以基本相同。在其他实施例中，由于测试信号线圈209和检测线圈213布置的特性磁测试信号的磁通密度可以在由检测线圈213跨越的区域上稍微变化(例如，在图3的示例中，对于测试信号线圈209的中心的检测线圈213，它可以略低于朝向测试信号线圈209的周边的检测线圈213)。因此，在这样的场景中，参考空间分布可以包含参考测量值，该参考测量值例如在测试信号线圈209的中心稍低，并且然后朝向测试信号线圈209逐渐减小。

在这种情况下，异物检测器219可以例如通过确定每个检测线圈213的实际测量值与对应的参考测量值之间的差异(例如，在缩放以补偿分布中的不同平均值之后)来执行比较。如果当前不存在异物，则这应导致差异的平滑的空间变化，此外可能很小，并且理想地为零。然而，如果测量值的子集或特别是一个测量值得到高差异度量，则这可以指示确实存在异物。可以进一步考虑空间分布。例如，可以确定差值，并且可以识别差异超过阈值的所有检测线圈213。然后可以评估它们是否是足够小的一个或多个区域的一部分，以便可能对应于(n个未检测到的)异物。如果是这样，则异物检测器219可以确定存在异物并且可以生成指示存在异物的检测结果。

在一些实施例中，参考空间分布可以反映以下情形：存在功率接收设备105。具体而言，参考空间分布可以反映以下情况，其中：功率接收设备105存在于功率传输表面上。参考空间分布可以例如包括反映功率接收设备105的磁形状或印记的测量图案。

例如，功率接收设备105可以是包括一些金属元件的设备，并且因此磁测试信号将生成对于靠近这些金属元件的检测线圈213更高的测量值。因此，功率接收设备105可以导致具有高于平均值的特定模式的测量值。在一些实施例中，参考空间分布可以反映功率接收设备105的磁图案，并且因此当将测量空间分布与参考空间分布进行比较时，该比较可以包括考虑或期望将存在具有更高值的测量结果的图案。

作为特定示例，参考空间分布可以包括当存在功率接收设备105时将由(预期)由检测线圈213测量的参考测量值。如果随后在实际存在功率接收设备105时生成测量空间分布，则与参考空间分布的比较将对此进行补偿，并且可以避免由于功率接收设备105的存在而导致的对异物的错误检测。具体地，如果生成差值，则对于由于存在功率接收设备105而测量到增加的值的检测线圈213，这些差值也将是低的。

测量空间分布与参考空间分布的比较可以包括测量空间分布与参考空间分布的对齐，即测量和参考磁图像可以在彼此比较之前(或作为其一部分)对齐。

例如，在生成差值之前，可以将两个空间分布相对于彼此移位。可以针对许多不同的移位重复该方法，包括针对不同的方向和值。然后可以选择导致测量空间分布与参考空间分布之间的最小总差异的对齐，并且异物检测可以基于该对齐的差值。

作为另一示例，在生成差值之前，可以将两个空间分布相对于彼此旋转。可以针对多个不同的旋转重复该方法，并且然后可以选择导致测量空间分布与参考空间分布之间的最小总差异的旋转对齐，并且异物检测可以基于针对该对齐的差异值来进行。

在许多实施例中，可以考虑旋转和移位两者。例如，对于每个移位或移位，可以针对不同的旋转确定多个差值。可以识别最低差值并将其用作针对该移位的差值。这可以针对多个不同的移位重复，并且随后可以选择导致最小差值的移位并将其用于异物检测。

在一些实施例中，可以考虑额外的或替代的几何变换。例如，在一些实施例中，可以应用空间分布中的一个的镜像(通常与旋转和平移一起)。例如，这可以适用于下列实施例，其中：功率接收器可以具有不对称的形状，并且例如也可以上下颠倒地定位在功率发射器上。在这样的示例中，功率接收器可以具有镜像电磁足迹，这取决于设备的被定位为哪个方向朝上。

在许多实施例中，异物检测器219可以被布置为在将这些彼此进行比较之前(或同时)将几何变换应用于测量空间分布或参考空间分布(或两者)。为了简单起见，以下示例将集中于应用于测量空间分布的几何变换。

几何变换可以表达为数学函数，其将测量空间分布的坐标变换为新坐标，其中比较基于这些新坐标。几何变换可以取决于许多参数。

例如，测量空间分布可以包括针对空间分布的检测线圈的测量，其中每个测量与二维坐标相关联。类似地，参考空间分布的每个值与二维坐标相关联。比较可以包括将测量空间分布与参考空间分布的值分成对并确定每对的值之间的差异。然后可以基于这些差值执行检测。例如，可以将总差异值计算为例如差异值的对的和或平均值。

配对通常可以基于要求被配对的值的坐标之间的几何距离最小化的要求。然而，不是确定原始测量的空间分布的坐标与参考空间分布之间的距离，而是可以在距离评估之前(或作为其一部分)对坐标(例如，测量空间分布)进行几何变换。然后可以确定几何变换以最小化总体差异值。

几何变换例如可以是以值α进行移位然后以给定角度

旋转的函数(例如，使用公知的正弦和余弦旋转函数)。然后可以确定值α、

以得到最小化的差异值(例如，通过取决于变换是由α和

给出变换的变换参数的配对值来确定)，并且这可以用于执行对象检测。

应当理解，尽管几何变换的参数的确定可以例如作为应用于测量空间分布的后处理来执行，以便最小化差异值，但是许多其他选项也是可能的。例如，在一些实施例中，可以实现控制回路，其控制几何变换参数的值，例如使用计算的差异值作为误差信号。

在一些实施例中，参考空间分布可以是仅反映由检测线圈213覆盖的区域的子集的部分空间分布。例如，参考空间分布可以仅包括与功率接收设备105相对应的表示，并且因此可以具体地反映功率接收设备105的磁图案。异物检测器219可以通过识别图案的相对位置来使该图案与测量空间分布对齐，从而得到所述图案与测量空间分布之间的最佳匹配。然后可以从相应的测量值中减去该图案，以生成经补偿的空间分布，其中已经补偿了存在的功率接收设备105的影响。然后可以评估所得到的补偿空间分布以检测是否可以找到具有不同测量结果的任何其他区域。替代地，在一些实施例中，异物检测器219可以简单地忽略被认为在由功率接收设备105所覆盖的区域内的测量值(如通过图案匹配所示)。

所描述的方法的一个特别有利的方面是异物检测不仅仅基于是否存在任何物体的一般或组合评估，而是允许使用更复杂的方法，其特别地可以允许区分功率接收设备105的存在以及异物的(额外的或替代的)存在。因此，该方法可以实现例如功率接收设备105的金属与外来金属物体之间的区分。此外，该方法可以允许这种区分具有高可靠性，从而提供可靠的异物检测。

例如，可以生成参考空间分布，以在存在功率接收设备105的情况下表示功率传输表面的磁图像。因此，参考空间分布可以包括功率接收设备105的“简档”/“签名”/“指纹”。因此，功率发射器101可以将该场景与当前情况进行比较并估计是否存在异物。例如，可以考虑如果至少一个像素足够不同，则检测到外来金属物体。

作为示例，基于设备的感应无线供电的无绳厨房系统可能存在无意中加热无意中放置在所生成的用于传输功率的磁场中的外来金属物体的风险。因此，期望系统检测这些物体的存在并且例如作为响应关闭功率传输。复杂的是，用于接收功率的器具可以包括例如在器具中有意用于加热目的的金属(“友好金属”)。因此，希望能够区分外来金属和友好金属。所描述的方法允许异物检测器219可靠地进行这样的区分。

应当理解，可以在不同的实施例中使用用于生成参考空间分布的不同方法。例如，在一些实施例中，可以通过理论计算或模拟来估计不同检测线圈213的测量值。

然而，在许多实施例中，异物检测器219可以被布置为存储测量空间分布的副本并将其用作参考空间分布以用于将来的比较。存储的测量空间分布可以具体地是在不存在异物时进行的测量空间分布，并且具体地，在不存在异物但是存在功率接收设备105的许多实施例中。

例如，在将功率接收设备105定位在功率传输表面上之后并且在确保不存在异物之后，用户可以向功率发射器101提供手动输入。响应于该激活，功率发射器101可以进行到使用与针对异物检测相同的方法来生成测量空间分布。因此，所得到的测量空间分布将反映仅存在功率接收设备105的情况，并且异物检测器219可以进行到将该测量空间分布存储为参考空间分布。然后，该参考空间分布可以随后用作参考空间分布。

应当理解，功率发射器101可以潜在地支持多个不同的功率接收设备，并且因此可以能够存储多个参考空间分布。例如，可以针对多个不同的功率接收设备执行上述手动方法，从而导致存储多个参考空间分布。当执行随后的异物检测时，异物检测器219可以将测量空间分布与所有存储的参考空间分布进行比较，以检测是否找到了接近匹配。

在一些实施例中，异物检测器219可以替代地或额外地被布置为响应于从所述功率接收设备105接收的数据来确定所述参考空间分布。

在大多数无线功率传输方法中，该系统包括用于在功率接收器与功率发射器之间传送数据的功能(并且通常用于双向通信)。例如，Qi规范允许功率接收器通过对功率传输信号进行负载调制来将数据传送到功率发射器。替代地或者额外地，可以使用例如单独的通信线圈通过专用通信功能来支持通信。例如，在一些场景中，功率发射器和功率接收器可以使用带外通信彼此通信，并且可以具体地使用专用短程通信方法。

图6图示了图1的系统，但还包括这种专用通信功能。具体地，功率发射器101包括专用通信线圈601和通信单元603。类似地，功率接收设备105包括专用通信线圈605和通信单元607。两个通信单元603、607可以通过使用两个通信线圈601、605交换的信号来传送数据。通信可以具体使用标准短程通信信号来实现，例如蓝牙或近场通信。

在这样的实施例中，功率接收设备105可以将数据发送到功率发射器101，这允许其作为响应而生成参考空间分布。在一些实施例中，功率接收设备105可以明确地传达完全描述参考空间分布的数据。在其他实施例中，功率接收设备105可以传送例如识别数据，允许功率发射器101从例如多个预定参考空间分布中选择参考空间分布。这样的预定参考分布可以例如在本地存储，或者可以例如存储在中央服务器中。

例如，每当开发新类型的功率接收设备时，可以确定参考空间分布并且由制造商提交给中央服务器，该中央服务器例如可以经由因特网访问。参考空间分布可以与相关联的身份一起存储。当功率接收设备105随后将与功率发射器101一起使用时，它可以将身份传送给此。作为响应，功率发射器101可以使用接收到的身份来访问中央服务器，并且可以以这种方式来检索合适的参考空间分布以用于异物检测。

作为另一示例，每当功率接收设备105检测到功率发射器101的存在时(或者例如作为功率传输操作的初始化的一部分)，功率接收设备105可以将本地存储的参考空间分布传送到功率发射器。

在一些实施例中，这种方法可能更有效。具体地，它可以消除功率发射器本地存储所有可能的功率接收设备的参考空间分布的需要。它可以进一步有效地支持针对正在开发和引入市场的新的功率接收设备的异物检测。

因此，应当理解，可以使用各种方法来实现物理位置以存储参考空间分布。第一个选项是将其存储在功率发射器中。第二个选项是将其存储在功率接收器中。第三个选项是将其存储在功率传输系统外部的存储服务处(例如，经由因特网可到达的服务器)。还应当理解，所有这些选项可以独立于生成参考空间分布的地方使用，即参考空间分布是否由功率接收设备的制造商通过功率发射器生成的等。还将应当理解，可以使用这样的方法的组合(例如，中央服务器提供大多数参考空间分布，但是功率发射器在本地生成并存储未在中央服务器中表示的功率接收设备的参考空间分布)。

如前所述，测量空间分布与参考空间分布的比较通常可包括测量空间分布与参考空间分布的几何对齐。可以通过将几何变换应用于测量空间分布或参考空间分布(或两者)来执行该对齐。几何变换可以包括平移和/或旋转。在许多实施例中，可以通过使用合适的最小化标准来最小化测量空间分布与参考空间分布之间的差异来确定几何变换。例如，可以确定导致最低平方差的变换并且在比较中应用其。

在一些实施例中，功率发射器101还可以包括用户输出单元，例如显示器。在这种情况下，可以基于几何变换来生成用户输出。

例如，可以生成参考空间分布以对应于功率接收设备105的最佳功率传输位置。作为比较的一部分，可以确定几何变换。几何变换可以具体地反映参考空间分布和测量空间分布必须相对于每个移位的矢量，以便最小化它们之间的差异(例如，假设功率接收器磁图像图案是旋转不变的)。然而，在这种情况下，矢量还将提供功率接收设备105的当前位置与功率接收设备105的最佳位置之间的移位的良好指示(从功率传输的角度来看)。因此，异物检测器219可以控制输出显示以指示矢量，所述矢量指示应该如何移动功率接收设备105以实现最佳功率传输。

在先前的示例中，异物检测仅基于单个测量空间分布(和参考空间分布)。然而，应当理解，在其他实施例中，检测可以基于测量的多个集合。

具体地，在一些实施例中，功率发射器101可以被布置为针对测试信号的多个不同频率执行所描述的操作。具体地，测试信号可以是在一定持续时间内有效的周期信号。在此间隔期间，测试信号因此具有给定的重复频率。例如，在测试时间间隔期间，可以生成正弦波或方波信号，并且测量在检测线圈213中的得到的感生电压。

在一些实施例中，可以针对具有不同频率的测试信号(并且因此磁测试信号)重复该方法。对于每个频率，可以生成测量空间分布并将其与参考空间分布进行比较。异物检测可以基于这些比较中的多个。例如，对于每个频率，可以生成指示测量空间分布与参考空间分布之间的差异的差异度量。然后可以确定组合差异度量，例如通过对各个差异度量进行平均或求和。如果该组合的差异度量超过阈值，则异物检测器219可以指示已经检测到异物，并且否则它将指示没有检测到异物。

因此，在一些实施例中，测试信号生成器可以被布置为生成具有不同频率的多个测试信号，从而生成具有不同频率的多个磁测试信号。对于这些测试信号中的每个，测量单元可以生成测量值的集合，从而生成测量值的多个集合。对于测量值的每个集合，随后可以生成测量空间分布。

然后，异物检测器可以基于多个比较来确定异物检测估计，每个比较在多个测量空间分布的测量空间分布与参考空间分布之间进行。在许多实施例中，参考空间分布可以针对不同频率而变化，从而反映由于频率变化引起的参考场景的变化。

在许多实施例和场景中，这样的方法可以提供改进的性能。特别地，金属物体对磁场的影响通常可以依赖于场的频率(并因此依赖于测试信号的频率)。因此，在不同频率下进行额外测量提供了可以导致改进的检测性能的额外信息。

在一些实施例中，测量单元215可以被布置为对所有检测线圈213同时执行感生的电压的测量。因此，可以执行并行测量操作。

然而，该方法不依赖于或要求测量必须是同时的。而是，在一些实施例中，测量单元215可以通过顺序地测量多个空间分布的检测线圈的感应信号来生成测量值的所述集合。顺序测量包括分别测量多个空间分布的检测线圈的子集。例如，测量值的所述集合可以由相同的测量电路一个接一个地依次生成，分别测量检测线圈213的电压。在一些实施例中，可以使用多个并行测量单元，因此顺序测量可以例如在每次迭代中包括两个检测线圈213。

在许多实施例中，这可以降低功率发射器101的复杂性，从而导致降低的成本。特别地，在许多实施例中，它可以减少所需的测量硬件的数量。

应当理解，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被示为由分别的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的合适设备的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明可以以任何合适的形式实现，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本发明可以任选地至少部分地实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实现。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或作为其他功能单元的一部分来实现。这样，本发明可以在单个单元中实现，或者可以在不同的单元、电路和处理器之间物理地和功能地分布。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于这里阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。

此外，尽管单独列出，但是多个设备、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实现。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以有利地组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。在一类权利要求中包含特征并不意味着对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行这些步骤。而是，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的附图标记仅被提供用于地使示例清楚，不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于无线功率传输系统的功率发射器(101)，所述无线功率传输系统包括功率接收设备(105)，所述功率接收器用于经由无线感应功率传输信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

测试信号生成器(211)，其被耦合到所述测试信号线圈并且被布置为将测试信号馈送到所述测试信号线圈而引起所述磁测试信号的生成；

多个空间分布的检测线圈(213)；

测量单元(215)，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈(213)中感生的信号；

处理器(217)，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈(213)的位置；以及

异物检测器(219)，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器(219)被配置为响应于从所述功率接收设备(105)接收到的数据来确定所述参考空间分布。

2.一种用于无线功率传输系统的功率发射器(101)，所述无线功率传输系统包括功率接收设备(105)，所述功率接收器用于经由无线感应功率传输信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

测试信号生成器(211)，其被耦合到所述测试信号线圈并且被布置为将测试信号馈送到所述测试信号线圈而引起所述磁测试信号的生成；

多个空间分布的检测线圈(213)；

测量单元(215)，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈(213)中感生的信号；

处理器(217)，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈(213)的位置；以及

异物检测器(219)，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器(219)被布置为通过在所述比较之前执行对所述测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将所述测量空间分布与所述参考空间分布在几何上对齐。

3.根据权利要求1或2所述的功率发射器(101)，其中，所述参考空间分布表示没有异物存在的场景。

4.根据权利要求1或2的所述功率发射器，其中，所述参考空间分布表示存在功率接收设备(105)的场景。

5.根据权利要求1或2所述的功率发射器(101)，其中，所述异物检测器(219)被布置为存储所述测量空间分布的副本，并且被布置为将存储的测量空间分布用作所述参考空间分布以供将来比较。

6.根据权利要求2所述的功率发射器(101)，其中，所述几何变换包括平移和旋转中的至少一个。

7.根据权利要求2所述的功率发射器(101)，还包括用户输出单元，并且其中，所述异物检测器(219)被布置为生成对所述几何变换的参数的指示的用户输出。

8.根据权利要求1、2、6和7中的任一项所述的功率发射器(101)，其中，所述测量单元(215)被布置为针对所述磁测试信号的不同频率生成测量值的多个集合，所述处理器(217)被布置为通过生成针对测量值的每个集合的测量空间分布来生成多个测量空间分布，并且所述异物检测器(219)被布置为响应于所述多个测量空间分布与至少一个参考空间分布的比较来检测所述异物的存在。

9.根据权利要求1或2所述的功率发射器(101)，其中，所述多个空间分布的检测线圈(213)中的至少一些具有不超过20mm的最大尺寸，并且所述多个空间分布的检测线圈包括不少于20个检测线圈。

10.根据权利要求1或2所述的功率发射器(101)，其中，所述测量单元(215)被布置为通过顺序测量所述多个空间分布的检测线圈(213)的感生的信号来生成测量值的所述集合，所述顺序测量包括分别测量所述多个空间分布的检测线圈(213)的子集。

11.一种包括功率发射器(101)和功率接收设备(105)的无线功率传输系统，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

测试信号生成器(211)，其被耦合到所述测试信号线圈(209)并且被布置为将测试信号馈送到所述测试信号线圈(209)而引起所述磁测试信号的生成；

多个空间分布的检测线圈(213)；

测量单元(215)，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈(213)中感生的信号；

处理器(217)，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述空间分布的检测线圈(213)的位置；以及

异物检测器(219)，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述异物检测器(219)被布置为通过在所述比较之前执行对所述测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将所述测量空间分布与所述参考空间分布在几何上对齐。

12.一种包括功率发射器(101)和功率接收设备(105)的无线功率传输系统，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

测试信号生成器(211)，其被耦合到所述测试信号线圈(209)并且被布置为将测试信号馈送到所述测试信号线圈(209)而引起所述磁测试信号的生成；

多个空间分布的检测线圈(213)；

测量单元(215)，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈(213)中感生的信号；

处理器(217)，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述空间分布的检测线圈(213)的位置；以及

异物检测器(219)，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，

其中，所述功率接收设备(105)被布置为将所述参考空间分布发送到功率发射器(101)，并且所述功率发射器(101)被布置为从所述功率接收设备(105)接收所述参考空间分布。

13.一种操作无线功率传输系统的方法，所述无线功率传输系统包括功率发射器(101)和功率接收设备(105)，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

多个空间分布的检测线圈(213)；

并且所述方法包括所述功率发射器(101)执行以下步骤：

将测试信号馈送到所述测试信号线圈而引起所述磁测试信号的生成；

生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；

确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；并且

响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较而检测异物的存在，其中，所述比较包括通过在所述比较之前执行所述测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将所述测量空间分布与所述参考空间分布在几何上对齐。

14.一种操作无线功率传输系统的方法，所述无线功率传输系统包括功率发射器(101)和功率接收设备(105)，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

多个空间分布的检测线圈(213)；

并且所述方法包括所述功率发射器(101)执行以下步骤：

将测试信号馈送到所述测试信号线圈而引起所述磁测试信号的生成；

生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈中感生的信号；

确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈的位置；并且

响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，并且所述方法还包括所述功率接收设备(105)将所述参考空间分布发送到所述功率发射器(101)的步骤和所述功率发射器(101)从所述功率接收设备(105)接收所述参考空间分布的步骤。

15.一种操作无线功率传输系统的功率发射器(101)的方法，所述无线功率传输系统还包括功率接收设备(105)，所述功率接收设备用于经由无线感应功率信号接收来自所述功率发射器(101)的功率传输；所述功率发射器(101)包括：

功率输出电路，其包括用于生成所述无线感应功率传输信号的发射功率线圈(103)；

测试信号线圈(209)，其用于生成磁测试信号；

测试信号生成器(211)，其被耦合到所述测试信号线圈并且被布置为将测试信号馈送到所述测试信号线圈而引起所述磁测试信号的生成；

多个空间分布的检测线圈(213)；

测量单元(215)，其用于生成测量值的集合，测量值的所述集合反映由所述磁测试信号在所述空间分布的检测线圈(213)中感生的信号；

处理器(217)，其用于确定所述测量值的测量空间分布，所述空间分布反映所述检测线圈(213)的位置；以及

异物检测器(219)，其被布置为响应于所述测量空间分布与参考空间分布的比较来检测异物的存在，其中，所述比较包括通过在所述比较之前执行对所述测量空间分布与所述参考空间分布中的至少一个的几何变换来将所述测量空间分布与所述参考空间分布在几何上对齐。

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