CN110875638A - 无线传输功率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供无线功率传输的装置和方法。根据本发明实施例的无线功率传输的方法可以在改变谐振电路的操作频率时测量谐振频率，将测量的谐振频率与参考频率进行比较，并且当测量的谐振频率低于参考频率时，无线地传输功率。可以基于谐振电路的自谐振频率、针对接收设备测量的第一谐振频率、针对参考物体测量的第二谐振频率和针对接收设备和参考物体测量的第三谐振频率之中的两个或更多个来确定参考频率。

Description

无线传输功率的装置和方法

本申请根据美国法典第35条第119款规定要求2018年9月4日提交的韩国专利申请No.10-2018-0105432的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。

技术领域

本发明涉及一种用于无线传输功率的装置和方法，并且更具体地，涉及一种用于有效地检测传输设备和接收设备之间的金属外来物体的方法。

背景技术

随着通信和信息处理技术的发展，诸如智能电话等智能终端的使用逐渐增加，并且目前，通常应用于智能终端的充电方案是将电源的适配器直接连接到智能终端以通过接收外部功率对智能手机充电或者通过主机的USB端口将适配器连接到智能终端以通过接收USB功率对智能终端充电的方案。

近年来，为了减少智能终端需要通过连接线直接连接到适配器或主机的不便，通过使用磁耦合而无需电接触对电池进行无线充电的无线充电方案已经被逐渐应用于智能终端。

存在用于无线地供应或接收电能的数种方法，其代表性地包括基于电磁感应现象的电感耦合方案和基于特定频率的无线功率信号的电磁谐振现象的电磁共振耦合方案。

在两种方案中，无线充电装置和诸如智能终端的电子设备在它们之间形成通信信道以发送和接收数据，从而确保功率传输的稳定性并增加传输效率。在电感耦合方案中，存在功率接收设备在无线传输功率期间移动的问题，从而传输效率被劣化。并且，在谐振耦合方案中，可能在通信信道中产生噪声，并且结果，可能发生停止功率传输的现象。

当诸如硬币的外来金属处于功率传输设备和功率接收设备之间时，发生功率损耗，并且如果无线传输的功率集中在金属外来物体上，则存在发热的风险，这会干扰稳定的功率传输。因此，能够检测金属物体是否安置在功率传输装置上的外来物体检测(FOD)功能基本上在应用使用电感耦合方案的无线充电标准的最新产品中被实现。

为了检测金属外来物体，通常使用检测发送功率和接收功率之间的差并确定功率差是否等于或大于预定值的技术或者将传输线圈的谐振频率处的Q因子与存储在接收设备处的Q因子进行比较的技术。然而，在后一种情况下，存在不能应用于未存储Q因子的接收设备的问题。

发明内容

鉴于这些情况做出本发明，并且本发明的目的是为了有效地检测金属外来物体是位于发送装置和接收设备之间还是位于发送装置上。

根据本发明的实施例的在无线功率传输装置中传输功率的方法可以包括：在改变谐振电路的工作频率时测量谐振频率；将测量的谐振频率与参考频率进行比较；以及当测量的谐振频率低于参考频率时，无线地传输功率。

在实施例中，可以基于谐振电路的自谐振频率、针对接收设备测量的第一谐振频率、针对参考物体测量的第二谐振频率和针对接收设备和参考物体测量的第三谐振频率之中的两个或更多个来确定参考频率。

在实施例中，当测量的谐振频率低于参考频率时，该方法可以在不传输功率的情况下通知外来物体的存在。

在实施例中，在运送无线功率传输装置的过程中可以存储当在无线功率传输装置上不存在物体的状态中驱动谐振电路时施加到在谐振电路中包括的线圈的参考电压、参考频率和自谐振频率。

在实施例中，当测量的谐振频率与自谐振频率之间的差小于第一预定值时，该方法可以将驱动具有测量的谐振频率的谐振电路时被施加到线圈的第一电压与参考电压进行比较，并且当参考电压和第一电压之间的差大于第二预定值时，可以在不传输功率的情况下通知外来物体的存在。

在实施例中，当参考电压和第一电压之间的差小于第二预定值时，该方法可以判断在无线功率传输装置上没有安置任何东西。

根据本发明的另一实施例的无线功率传输装置可以包括：功率转换单元，该功率转换单元包括逆变器，用于将DC输入转换为AC波形；谐振电路，该谐振电路包括初级线圈(primary coil)，用于通过与接收设备的次级线圈(secondary coil)的磁感应耦合来传输功率；以及感测单元，该感测单元用于测量被施加到初级线圈的输出电压；以及控制单元，该控制单元被配置成在改变谐振电路的工作频率时基于由感测单元测量的输出电压来测量谐振频率，将测量的谐振频率与参考频率进行比较，并且控制逆变器以在测量的谐振频率低于参考频率时向接收设备无线地传输功率。

因此，即使对于不存储Q因子的低成本接收设备，功率传输装置能够有效地确定是否在传输装置上或者在传输装置和接收设备之间，从小型外来物体到大型外来物体是否存在金属外来物体。

此外，能够避免在无线功率传输和发热期间功率集中在金属外来物体上的安全问题变得严重。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解并且被并入且构成本说明书的一部分，附图图示本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1概念性地图示从功率传输装置向电子设备无线传输功率；

图2概念性地图示用于以电磁感应方案无线传输功率的传输装置的功率转换单元的电路配置；

图3图示用于发送和接收功率和消息的无线功率发送装置和无线功率接收设备的配置；

图4是用于控制无线功率传输装置和无线功率接收设备之间的功率传输的环路的框图；

图5示出当从高频到低频扫描频率以检测谐振频率时的信号；

图6是图示检测和存储谐振频率的方法的流程图；

图7示出根据安置在无线功率传输装置上的物体的谐振频率的变化；

图8是图示根据本发明的实施例的检测外来物体并无线传输功率的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的无线功率传输装置和方法的实施例。

图1概念性地图示从无线功率传输装置向电子设备无线传输功率。

无线功率传输装置100可以是无线传送无线功率接收装置或电子设备200所要求的功率的功率传送装置，或者是通过无线传送功率来对电池充电的无线充电装置。或者，无线功率传输装置100可以通过以非接触方式向需要功率的电子设备200传送功率的各种类型的装置中的一个来实现。

电子设备200可以通过从无线功率传输装置100无线地接收功率并且通过使用无线接收的功率对电池充电来操作。无线接收功率的电子设备可以包括便携式电子设备，例如，智能手机、平板电脑、多媒体终端、诸如键盘、鼠标的输入/输出设备、视频或音频辅助设备、次级电池等等。

可以通过由无线功率传输装置100生成的无线功率信号通过基于电磁感应现象的电感耦合方案来无线地传输功率。即，通过由无线功率传输装置100传输的无线功率信号在电子设备200中生成谐振，并且通过谐振在不接触的情况下从无线功率传输装置100向电子设备200传送功率。通过初级线圈中的AC电流改变磁场，并且通过电磁感应现象将电流感应到次级线圈以传送功率。

当在无线功率传输装置100的初级线圈上流动的电流的强度被改变时，穿过初级线圈(或传输Tx线圈)的磁场被电流改变并且改变的磁场在电子设备200中的次级线圈(或接收Rx线圈)处产生感应电动势。

当无线功率传输装置100和电子设备200被布置成使得无线功率传输装置100处的传输线圈和电子设备200处的接收线圈彼此靠近并且无线功率传输装置100控制传输线圈的电流以被改变时，电子设备200可以通过使用感应到接收线圈的电动势向诸如电池的负载供应功率。

基于电感耦合方案的无线功率传输的效率受到无线功率传输装置100和电子设备200之间的布局和距离的影响。无线功率传输装置100被配置成包括平坦的界面表面并且传输线圈被安装在界面表面的底部上并且一个或多个电子设备可以放置在界面表面的顶部。通过使安装在界面表面的底部上的传输线圈与被定位在界面表面顶部上的接收线圈之间的间隙足够小，能够增加通过电感耦合方法的无线功率传输的效率。

指示电子设备将被放置的位置的标记可以显示在界面表面的顶部上。该标记可以指示电子设备的位置，该位置使得安装在界面表面的底部上的初级线圈与次级线圈之间的布置合适。用于引导电子设备的位置的突出结构可以形成在界面表面的顶部上。并且可以在界面表面的底部上形成磁体，使得初级线圈和次级线圈能够利用被设置在电子设备内部的另一极的磁体通过吸引力引导。

图2概念性地图示用于以电磁感应方案无线传输功率的传输装置的功率转换单元的电路配置。

无线功率传输装置可以包括功率转换单元，其通常包括电源、逆变器和谐振电路。电源可以是电压源或电流源，并且功率转换单元将从电源供应的功率转换为无线功率信号，并将转换的无线功率信号传送到接收设备。无线功率信号以磁场或具有谐振特性的电磁场的形式形成。并且，谐振电路包括产生无线功率信号的线圈。

逆变器通过开关元件和控制电路将DC输入转换为具有期望电压和期望频率的AC波形。并且，在图2中，图示全桥逆变器，并且包括半桥逆变器等的其他类型的逆变器也是可用的。

谐振电路包括初级线圈Lp和电容器Cp，以基于磁感应方案传输功率。线圈和电容器确定功率传输的基本谐振频率。初级线圈随着电流的变化形成对应于无线功率信号的磁场，并且可以以扁平形式或螺线管形式实现。

由逆变器转换的AC电流驱动谐振电路，并且结果，在初级线圈中形成磁场。通过控制所包括的开关的开/关定时，逆变器产生具有接近谐振电路的谐振频率的频率的AC，以增加传输装置的传输效率。可以通过控制逆变器来改变传输装置的传输效率。

图3图示用于发送和接收功率和消息的无线功率传输装置和无线功率接收设备的配置。

因为功率转换单元不管接收设备的接收状态如何都单方地传输功率，所以在无线功率传输装置中需要用于从接收设备接收与接收状态相关联的反馈的配置以便于根据接收设备的状态传输功率。

无线功率传输装置100可以包括功率转换单元110、第一通信单元120、第一控制单元130和电源单元140。并且，无线功率接收设备200可以包括功率接收单元210、第二通信单元220和第二控制单元230并且还可以包括要向其供应接收功率的负载250。

功率转换单元110包括图2的逆变器和谐振电路，并且还可以包括控制包括被用于形成无线功率信号的频率、电压、电流等的特性的电路。

连接到功率转换单元110的第一通信单元120可以解调由以磁感应方案从传输装置100无线地接收功率的接收设备200调制的无线功率信号，从而检测功率控制消息。

第一控制单元130基于通信单元120检测到的消息确定功率转换单元110的工作频率、电压和电流之中的一个或多个特性，并控制功率转换单元110以产生适合于消息的无线功率信号。第一通信单元120和第一控制单元130可以被配置成一个模块。

功率接收单元210可以包括匹配电路，其包括次级线圈和电容器，其根据从功率转换单元110的初级线圈产生的磁场的变化产生感应电动势，并且可以还包括整流电路，该整流电路对在次级线圈上流动的AC电流进行整流以输出DC电流。

连接到功率接收单元210的第二通信单元220可以通过根据调整DC处的阻性负载和/或AC处的容性负载的方法调整功率接收单元的负载来改变发送装置和接收设备之间的无线功率信号以将功率控制消息传输到传输装置。

第二控制单元230控制接收设备中包括的各个组件。第二控制单元230可以以电流或电压形式测量功率接收单元210的输出，并基于测量的输出控制第二通信单元220以将功率控制消息传送到无线功率传输装置100。消息可以指导无线功率传输装置100开始或终止无线功率信号的传输并且控制无线功率信号的特性。

由功率转换单元110形成的无线功率信号由功率接收单元210接收，并且接收装置的第二控制单元230控制第二通信单元220以调制无线功率信号。第二控制单元230可以执行调制过程以通过改变第二通信单元220的电抗来改变从无线功率信号接收的功率量。当从无线功率信号接收的功率量被改变时，形成无线功率信号的功率转换单元110的电流和/或者电压也被改变，并且无线功率传输装置100的第一通信单元120可以感测功率转换单元110的电流和/或电压的变化并且执行解调过程。

第二控制单元230生成包括要传送到无线功率传输装置100的消息的分组，并且调制无线功率信号以包括所生成的分组。第一控制单元130可以通过对经由第一通信单元120提取的分组进行解码来获取功率控制消息。第二控制单元230可以基于通过功率接收单元210接收到的功率量发送用于请求改变无线功率信号的特性的消息，以便于控制待接收的功率。

图4是用于控制无线功率传输装置和无线功率接收设备之间的功率传输的环路的框图。

根据由传输装置100的功率转换单元110产生的磁场的变化在接收设备200的功率接收单元210中感应电流并且传输功率。接收设备的第二控制单元230选择期望的控制点，即，期望的输出电流和/或电压，并确定通过功率接收单元210接收的功率的实际控制点。

在传输功率时，第二控制单元230通过使用期望控制点和实际控制点来计算控制误差值，并且可以将例如两个输出电压或两个输出电流之间的差值作为控制误差值。当需要更少的功率来到达期望的控制点时，可以将控制误差值确定为例如负值，并且当需要更多的功率来到达期望的控制点时，可以确定控制误差值是正值。第二控制单元230可以通过第二通信单元220生成包括通过随着时间改变功率接收单元210的电抗计算出的控制误差值的分组，以将分组传输到传输装置100。

传输装置的第一通信单元120通过解调在由接收设备200调制的无线功率信号中包括的分组来检测消息，并且可以解调包括控制误差值的控制误差分组。

发送装置的第一控制单元130可以通过对经由第一通信单元120提取的控制误差分组进行解码来获取控制误差值，并通过使用实际上在功率转换单元110上流动的实际电流值和控制误差值来确定用于传输接收设备所需的功率的新电流值。

当从接收设备接收控制误差分组的过程被稳定时，第一控制单元130控制功率转换单元110，使得工作点到达新的工作点，因此在初级线圈上流动的实际电流值变为新的电流值，并且施加到初级线圈的AC电压的幅度、频率、占空比等变为新值。并且，第一控制单元130控制新的工作点以被连续维持，以便接收设备另外传送控制信息或状态信息。

无线功率传输装置100和无线功率接收设备200之间的交互可以包括选择、ping、识别和配置以及功率传送四个步骤。选择步骤是用于传输装置发现放置在界面表面上的物体的步骤。ping步骤是用于验证物体是否包括接收设备的步骤。识别和配置步骤是用于向接收设备发送功率的准备步骤，在其期间从接收设备接收适当的信息，并且基于接收到的信息来进行与接收设备的功率传送合约(power transfer contract)。功率传送步骤是通过传输装置和接收设备之间的交互实际无线地向接收设备传输功率的步骤。

在ping步骤中，接收设备200通过谐振波形的调制发送指示初级线圈和次级线圈之间的磁通耦合度的信号强度分组SSP。信号强度分组SSP是由接收设备基于整流电压生成的消息。传输装置100可以从接收设备200接收消息，并使用该消息来选择用于功率传输的初始驱动频率。

在识别和配置步骤中，接收设备200向传输装置100发送包括接收设备200的版本、制造商代码、装置标识信息等的标识分组、包括包含接收设备200的最大功率、功率传输方法等等的信息的配置分组。

在功率传输步骤中，接收设备200向传输装置100发送控制误差分组CEP和接收功率分组RPP，其中，控制误差分组CEP指示接收设备200接收功率信号的工作点与功率传送合约中确定的工作点之间的差异，接收功率分组RPP指示接收设备200通过界面表面接收的功率的平均值等。

接收功率分组RPP是关于接收功率量的数据，其通过获取接收设备的功率接收单元210的整流电压、负载电流、偏移功率等来获得，并且当接收设备200接收功率时被连续地发送到传输设备100。传输装置100接收到接收功率分组RPP并将其用作功率控制的操作因子。

传输装置的第一通信单元120从谐振波形的变化中提取分组，并且第一控制单元130对提取的分组进行解码以获取消息，并且基于此控制功率转换单元110以根据接收设备200请求在改变功率传输特性时无线地传输功率。

同时，在基于电感耦合无线传送功率的方案中，效率受频率特性的影响较小，但受传输装置100和接收设备200之间的布置和距离的影响。

无线功率信号能够到达的区域可以被划分成两个。当传输装置100无线地向接收装置200传输功率时高效磁场能够穿过的界面表面的一部分可以被称为有源区域(activearea)。传输装置100能够感测到接收设备200的存在的区域可以被称为感测区域。

传输装置的第一控制单元130可以感测是否接收设备被布置在有源区域或者感测区域中或者从有源区域或感测区域去除。第一控制单元130可以通过使用在功率转换单元110中形成的无线功率信号或使用单独提供的传感器来检测是否接收装置200被布置在有源区域或感测区域中。

例如，当无线功率信号正受到存在于感测区域中的接收设备200的影响时，第一控制单元130可以通过监控用于形成无线功率信号的功率特性是否被改变来检测接收设备是否存在。根据检测接收设备200的存在的结果，第一控制单元130可以执行识别接收设备200或确定是否开始无线功率传输的过程。

传输装置的功率转换单元110还可以包括位置确定单元。位置确定单元可以移动或旋转初级线圈，以便于基于电感耦合方案增加无线功率传送的效率，并且特别地，当接收设备200不存在于传输装置100的有源区域中时可以使用位置确定单元。

位置确定单元可以包括的驱动单元，该驱动单元用于移动初级线圈，使得传输装置100的初级线圈与接收设备200的次级线圈的中心之间的距离在预定范围内或者使得初级线圈和次级线圈的中心彼此重叠。为此，传输装置100还可以包括用于感测接收设备200的位置的传感器或感测单元。并且传输装置的第一控制单元130可以基于从感测单元的传感器接收到的接收设备200的位置信息来控制位置确定单元。

可替选地，传输装置的第一控制单元130可以通过第一通信单元120接收关于与接收设备200的布置或距离的控制信息，并基于控制信息来控制位置确定单元。

此外，传输装置100可以包括两个或更多个初级线圈，以通过选择性地使用两个或更多个初级线圈之中的与接收设备200的次级线圈适当地布置的一些初级线圈来提高传输效率。在这种情况下，位置确定单元可以确定两个或更多个初级线圈中的哪些初级线圈用于功率传输。

形成穿过有源区域的磁场的单个初级线圈或一个或多个初级线圈的组合可以被指定为原电池(primary cell)。传输装置的第一控制单元130可以感测接收设备200的位置，基于所确定的有源区域来确定有源区域，连接配置与有效区域相对应的原电池的传输模块并控制被感应地耦合到接收设备200的次级线圈的传输模块的初级线圈。

同时，因为接收设备200嵌入在智能电话或诸如多媒体再现终端或智能装置的电子装置中并且被放置在沿传输装置100的界面表面上的垂直或水平方向不恒定的方向或位置上，所以传输装置需要宽的有源区域。

当使用多个初级线圈以加宽有源区域时，需要与初级线圈一样多的驱动电路并且控制多个初级线圈是复杂的。结果，在商品化期间，传输装置或无线充电器的成本增加。此外，为了扩展有源区域，即使当应用改变初级线圈的位置的方案时，因为有必要提供用于移动初级线圈的位置的传送机构，所以也存在体积和重量增加以及制造成本增加的问题。

即使对于其位置固定的一个初级线圈扩展有效区域的方法也是有效的。然而，当初级线圈的尺寸刚刚增加时，每个区域的磁通密度减小，并且初级线圈和次级线圈之间的磁耦合力减弱。结果，有源区域没有如预期那样增加，并且传输效率也降低。

因此，重要的是，确定初级线圈的合适形状和合适尺寸，以便于扩展有源区域并提高传输效率。采用两个或更多个初级线圈的多线圈方案可能是扩展无线功率传输装置的有源区域的有效方法。

图5示出当从高频到低频扫描频率以检测谐振频率时的信号，并且图6是图示检测和存储谐振频率的方法的流程图。

在传输装置上不存在物体的状态中，在控制功率转换单元110的逆变器中包括的开关的开/关定时时，无线功率传输装置100的第一控制单元130测量施加到谐振电路的线圈的电压，以检测谐振电路的谐振频率。在图2的谐振电路中，在初级线圈Lp和电容器Cp之间的第一节点N1处测量施加到初级线圈Lp的电压。

第一控制单元130改变功率转换单元110的工作频率、电压等，以便于根据与接收设备200签订的功率传送合约来传输功率。因此，在以预定的频率间隔增加或减少工作频率时，第一控制单元130可以扫描频率。

第一控制单元130可以被编程以在扫描频率时接收施加到功率转换单元110的初级线圈的输出电压，并且计算输出电压最大化的工作频率作为谐振频率。

无线功率传输装置100还可以包括功率转换单元110中的或者与功率转换单元110分离的感测单元，该感测单元用于测量施加到功率转换单元110的初级线圈的输出电压。

如图5中所示，无线功率传输装置100可以在将从高频到低频扫描频率时通过驱动谐振电路来测量施加到线圈的电压。线圈电压最大的频率对应于谐振电路的自谐振频率F0。

首先，第一控制单元130初始化内部参数并设置频率间隔以在步骤S610处扫描工作频率时增加或减小工作频率，并在步骤S620处设置开始频率扫描的初始频率。

第一控制单元130在步骤S630处测量施加到谐振电路的初级线圈的线圈电压，并步骤S640处将测量的线圈电压与到目前为止测量的电压之中的最大电压进行比较。当线圈电压大于最大电压时(在步骤S640处为是)，第一控制单元130在步骤S650处以当前工作频率更新谐振频率，并且否则(在步骤S640处为否)，第一控制单元130前进到下一步骤。

第一控制单元130在步骤S660处控制功率转换单元110以通过步骤S610处设定的频率间隔来改变工作频率，并且在步骤S670处识别改变的工作频率是否对应于结束频率。当改变的工作频率没有达到结束频率时(在步骤S670处为否)，第一控制单元130前进到步骤S630，以便于当应用改变的工作频率时测量施加到初级线圈的线圈电压。

当改变的工作频率达到结束频率时(在步骤S670处为是)，第一控制单元130在步骤S680处在非易失性存储器中存储由在步骤S650处输出最大线圈电压的工作频率更新的谐振频率。

图5图示在将工作频率从高频改变为低频时检测谐振频率的实施例，然而另一实施例可以在将工作频率从低频改变为高频时检测谐振频率。

无线功率传输装置100的第一控制单元130可以在改变工作频率时通过测量线圈电压来检测谐振频率，以便于在向传输装置100供应功率之后无线功率传输开始之前确定物体是否位于界面表面上。

图7示出根据安置在无线功率传输装置上的物体的谐振频率的变化。

当诸如线圈的金属外来物体被放置在包括其自谐振频率F0为110KHz的谐振电路的传输装置的界面表面上时，初级线圈的电感由于外来物体被减少，并且谐振频率被位移到比不存在物体时更高的频率，例如，图7中的116KHz。

然而，当接收设备被放置在传输装置的界面表面上时，在初级线圈和次级线圈之间产生感应电动势，并且初级线圈的电感由于互感而增加。当执行频率扫描时，谐振频率被位移到比不存在物体时更低的频率，例如图7中的97KHz。

当接收设备和金属外来物体被一起放置在传输装置的界面表面上时，谐振频率变为111KHz，类似于自谐振频率F0。

本发明利用下述特征，即，当放置在传输装置上的物体是金属外来物体时，传输装置的谐振电路的谐振频率增加，并且当接收设备被放置在传输装置时谐振频率减少。因此，在本发明中，通过组合当接收设备被放置在传输装置上时的谐振频率和当接收设备和金属外来物体同时放置在传输装置上时的谐振频率来确定参考频率，当物体被放置在传输装置上时测量谐振频率，将测量的谐振频率与参考频率进行比较，并且基于比较的结果，有效地检测是金属物体放置在传输装置上还是接收设备放置在传输装置上。

根据本发明的传输装置在接收设备或外来物体没有被放置在传输装置的界面表面的状态中测量由谐振电路的线圈和电容确定的自谐振频率F0和输出电压Q因子，并将它们存储为自谐振频率和参考电压。

并且，在接收设备被放置在传输装置的界面表面上的状态中，在所存储的自谐振频率F0的±20％的范围内改变工作频率时，传输装置测量并存储第一谐振频率F1。

此外，在由金属制成的参考物体被放置在传输装置的界面表面上的状态中，在所存储的自谐振频率F0的±20％的范围内改变工作频率时，传输装置测量并且存储第二谐振频率F2。

此外，在接收设备和由金属制成的参考物体被放置在传输装置的界面表面的状态中，在所存储的自谐振频率F0的±20％的范围内改变工作频率时，传输装置测量并且存储第三谐振频率F3。

然后，传输装置通过使用自谐振频率F0和第一至第三谐振频率F1-F3来计算用于确定是否存在金属外来物体的参考频率Ffod，并将其存储在非易失性存储器中。

例如，参考频率Ffod可以通过针对接收设备的第一谐振频率F1以及针对接收设备和参考物体的第三谐振频率F3的组合来确定，使得Ffod＝(F1+a*F3)/b，其中a和b可以通过实验确定。在图7的示例中，自谐振频率F0是110KHz，并且第一谐振频率F1和第三谐振频率分别是97KHz和111KHz，当a和b分别是2和3时，参考频率Ffod可以是106.3KHz。

或者，参考频率Ffod可以通过针对接收设备的第一谐振频率F1和针对参考物体的第二谐振频率F2的组合来确定，使得Ffod＝(F1+c*F2)/d，其中c和d也能够通过实验确定。

可以通过包括自谐振频率F0和第一至第三谐振频率F1-F3的四个频率之中的两个或更多个的组合以各种方式来确定参考频率Ffod。

可以在运送传输装置的过程中执行测量自谐振频率F0和第一至第三谐振频率F1-F3以及计算和存储参考频率Ffod的过程。

图8是图示根据本发明的实施例的检测外来物体并无线传输功率的方法的流程图。

当识别物体被放置在传输装置的界面表面上时，在步骤S810处在所存储的自谐振频率F0的±20％的范围内改变工作频率时，传输装置的第一控制单元130测量谐振频率。

第一控制单元130在步骤S820处将测量的谐振频率与参考频率Ffod进行比较。

当包括次级线圈的接收设备被放置在界面表面上时，初级线圈的电感增加以使谐振频率偏移，使得谐振频率相对于自谐振频率F0在减小的方向上移动并且变得小于参考频率Ffod(在步骤S820处为是)。因此，第一控制单元130确定接收设备的次级线圈靠近传输装置，并且在步骤S830处控制功率转换单元110和第一通信单元120以无线地向接收设备传输功率。

第一控制单元130执行向接收设备传输功率的操作，直到完成对接收设备的充电。

另一方面，当由金属制成的外来物体被放置在界面表面上时，随着电感减小，谐振频率在相对于自谐振频率F0增加的方向上移动并且变得大于参考频率Ffod(在步骤S820处为否)。因此，第一控制单元130确定金属外来物体靠近传输装置，并且可以在步骤S850处显示错误而不传输功率，该错误警告用户去除外来物体。

当接收设备和金属外来物体同时靠近传输装置时，由于接收设备和金属的相互作用，谐振频率变得类似于初始状态的谐振频率，即，在图7的示例中谐振频率变为111KHz，其中自谐振频率Ffod是110KHz，因此变得大于自谐振频率Ffod(在步骤S820处为否)。因此，第一控制单元130可以显示错误，该错误指示存在外来物体。

同时，当接收设备和金属外来物体同时靠近传输装置时，由于接收设备和金属的相互作用，测量的谐振频率变得类似于自谐振频率F0，即，测量的谐振频率和自谐振频率F0之间的差值变得小于预定值。然后，仅利用谐振频率，可能难以将这种情况与在传输装置的界面表面上没有安置任何东西的状态区分开。

然而，在这种情况下，因为输出电压Q因子由于外来物体引起的AC电阻的增加而减小，所以第一控制单元130可以将存储的输出电压与测量的输出电压进行比较，当存储的参考电压和测量的输出电压之间的差值小于预定值时判断在传输装置的界面表面上没有安置任何东西，并且当差值大于预定值时判断接收设备和金属外来物体被一起放置在传输装置上。因此，可以辨别没有任何东西安置在传输装置的界面表面上的状态和接收设备和金属外来物体被安置在一起的状态。可以在步骤S820和步骤S850之间执行此操作。

能够有效地检测从小尺寸到大尺寸的金属外来物体的存在或不存在，并且还能够避免在存在外来物体的情况下由传输功率产生热量的问题。

在整个说明书中，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的技术原理的情况下，能够进行各种改变和修改。因此，本发明的技术范围不限于本说明书中的详细描述，而是应由所附权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种在无线功率传输装置中传输功率的方法，包括：

在改变谐振电路的工作频率时测量谐振频率；

将所述测量的谐振频率与参考频率进行比较；以及

当所述测量的谐振频率低于所述参考频率时，无线地传输功率，

其中，基于所述谐振电路的自谐振频率、针对接收设备测量的第一谐振频率、针对参考物体测量的第二谐振频率和针对所述接收设备和所述参考物体测量的第三谐振频率之中的两个或更多个来确定所述参考频率。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

当所述测量的谐振频率低于所述参考频率时，在不传输功率的情况下通知外来物体的存在。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在运送所述无线功率传输装置的过程中存储参考电压、所述参考频率和所述自谐振频率，在所述无线功率传输装置上不存在物体的状态中，当驱动所述谐振电路时，所述参考电压被施加到在所述谐振电路中包括的线圈。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

当所述测量的谐振频率与所述自谐振频率之间的差小于第一预定值时，将在驱动具有所述测量的谐振频率的谐振电路时被施加到所述线圈的第一电压与所述参考电压进行比较；以及

当所述参考电压和所述第一电压之间的差大于第二预定值时，在不传输功率的情况下通知外来物体的存在。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述参考电压和所述第一电压之间的差小于所述第二预定值时，判断在所述无线功率传输装置上没有安置任何东西。

6.一种无线功率传输装置，包括：

功率转换单元，所述功率转换单元包括逆变器，所述逆变器用于将DC输入转换为AC波形；谐振电路，所述谐振电路包括初级线圈，所述初级线圈用于通过磁感应耦合接收设备的次级线圈来传输功率；以及感测单元，所述感测单元用于测量施加到所述初级线圈的输出电压；以及

控制单元，所述控制单元被配置成：在改变所述谐振电路的工作频率时，基于由所述感测单元测量的输出电压来测量谐振频率，将所述测量的谐振频率与参考频率进行比较，以及控制所述逆变器以在所述测量的谐振频率低于所述参考频率时向所述接收设备无线地传输功率，

其中，基于所述谐振电路的自谐振频率、针对接收设备测量的第一谐振频率、针对参考物体测量的第二谐振频率和针对所述接收设备和所述参考物体测量的第三谐振频率之中的两个或更多个来确定所述参考频率。

7.根据权利要求6所述的无线功率传输装置，其中，所述控制单元被配置成：当所述测量的谐振频率低于所述参考频率时，在不向所述接收设备传输功率的情况下通知外来物体的存在。

8.根据权利要求6所述的无线功率传输装置，其中，在运送所述无线功率传输装置的过程中存储参考电压、所述参考频率和所述自谐振频率，在所述无线功率传输装置上不存在物体的状态中，当驱动所述谐振电路时，所述参考电压被施加到在所述谐振电路中包括的线圈。

9.根据权利要求8所述的无线功率传输装置，其中，所述控制单元被配置成：当所述测量的谐振频率与所述自谐振频率之间的差小于第一预定值时，将在驱动具有所述测量的谐振频率的谐振电路时被施加到所述线圈的第一电压与所述参考电压进行比较，并且当所述参考电压和所述第一电压之间的差大于第二预定值时，在不向所述接收设备传输功率的情况下通知外来物体的存在。

10.根据权利要求9所述的无线功率传输装置，其中，所述控制单元被配置成：当所述参考电压和所述第一电压之间的差小于所述第二预定值时，判断在所述无线功率传输装置上没有安置任何东西。

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