CN112449737A

CN112449737A - 功率发射器及其操作方法

Info

Publication number: CN112449737A
Application number: CN201980044737.4A
Authority: CN
Inventors: A·S·威斯韦斯瓦拉; W·G·M·艾特斯
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-03-05
Also published as: EP3818621A1; EP3591805A1; US20210265876A1; WO2020007640A1; EP3818621B1; US11228213B2

Abstract

一种用于向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)，包括：检索器(209)，其检索校准数据，包括用于校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个的一组校准参数。测试生成器(207)生成针对发射器线圈(103)的测试驱动信号以生成电磁测试信号，并且测试处理器(213)响应于所述测试驱动信号而确定一组测试参数。位置估计器(207)响应于针对多个空间位置的测试参数与校准参数的比较而估计所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置。所述参数包括功率损失量度、谐振频率量度和耦合量度。所述方法和特定参数提供实质上经改进的位置估计。

Description

功率发射器及其操作方法

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统的操作，并且特别地但是非专有地，涉及无线功率传输系统(诸如Qi无线功率传输系统)中的无线功率接收器的相对位置的估计。

背景技术

大多数目前的电气产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，导致典型的用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但是这仅仅提供了部分解决方法，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以及潜在的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器线圈感应地传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用在初级发射器感应器/线圈与次级接收器线圈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线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许在不要求进行任何有线或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在所述水平表面上以便进行供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为Qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足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，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的某项功能。

Qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站找到更多信息：http:// www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。

在功率传输系统(诸如Qi)中，将所要求的功率水平传输到功率接收器生成的电磁场常常是非常大量的。在许多情况下，这样的强场的存在对周围具有影响。例如，关于无线功率传输的潜在问题在于，功率可能无意地传输到例如碰巧在功率发射器附近的金属物体。

在无线功率传输系统中，实现功率传输的高效率是重要的。高度有效的无线功率传输系统实现发射器和接收器线圈之间的高耦合因子(κ)，并且耦合因子κ尽可能接近1是可能的是期望的。为了实现高耦合因子，接收器线圈需要非常接近于发射器线圈放置，并且线圈应当优选地精确对准。

适当或者完美对准还可以提供其他优点。例如，如果对准是最佳的，则操作参数可以更接近于标称或预期操作点，并且这可以促进一些操作，诸如例如金属物体的存在的通信或检测。

然而，对于大多数实际系统，不能保证对准将是最佳的。对于大多数当前设想的应用，用户将具有将功率接收器设备定位在功率发射器设备上(例如，当将移动电话放置在无线充电器上时)的自由度。因此，线圈不能保证并且实际上通常不完全对准，并且这能够导致不良的耦合，这导致例如更长的充电时间、功率浪费、接收器中的友好金属的加热、以及对用户的其他不方便。

通常不实际的是，限制功率发射器和功率接收器的放置，使得确保完美对准。然而，如果未对准是已知的，则各种方法可以例如被用于补偿这样的未对准或者提供允许对准被改进的反馈。

因此，用于确定功率接收器相对于功率发射器的位置的经改进的方法将是有利的，特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、经改进的位置估计、经改进的通信、经改进的准确度、经改进的适配性、向后兼容性、经改进的功率传输操作和/或经改进的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明试图优选地单独地或以任何组合减轻、缓解或者消除上文所提到的缺点中的一个或多个。

根据本发明的方面，提供了一种用于经由电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：至少一个发射器线圈，其用于在功率传输期间生成所述功率传输信号；检索器，其用于检索校准数据，所述校准数据包括针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个空间位置的一组校准参数，所述校准参数包括针对所述多个空间位置中的每个空间位置的以下各项：针对所述空间位置处的所述校准功率接收器的校准功率损失量度，指示针对所述空间位置处的所述校准功率接收器的所述校准功率发射器的谐振电路的校准谐振频率量度，指示所述校准发射器与所述空间位置处的所述校准接收器之间的耦合的校准耦合量度；测试生成器，其用于生成针对所述发射器线圈的测试驱动信号以生成电磁测试信号；测试处理器，其用于响应于所述测试驱动信号而确定一组测试参数，所述测试参数包括：指示从所述电磁测试信号提取的功率的测试功率损失量度，针对包括所述发射器线圈的谐振电路的测试谐振频率量度，指示所述功率发射器与所述功率接收器之间的耦合的测试耦合量度；以及位置估计器，其用于响应于针对所述多个空间位置的所述测试参数与所述校准参数的比较而估计所述功率接收器相对于所述功率发射器的所述位置。

本发明可以提供功率接收器的相对位置的改进和/或促进的位置估计。方法可以生成指示接收器线圈相对于所述发射器线圈的未对准或位移的位置估计。在许多实施例中，方法可以提供准确的检测，包括三维或二维未对准的估计。方法可以在包括不同类型的功率发射器和功率接收器的许多实际无线功率传输系统中是特别有效的。

所述位置估计可以例如被用于生成用户反馈和/或可以例如被用于针对所述未对准补偿其他操作。

所述位置估计可以特别地指示所述功率接收器的线圈相对于所述发射器线圈的位置。

在所述位置与量度之间的函数针对不同量度不同方面，所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度和所述测试耦合量度可以提供与所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置的不同关系。在组合提供除由量度中的仅一个提供的之外的关于位置的额外信息方面，所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度与所述测试耦合量度之间的相互关系可以提供所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置的额外指示。所述不同关系可以例如允许针对未对准的不同程度的促进和/或改进的位置估计，例如，一个量度可以更适合于相对小的未对准，而另一量度可以更适合于相对大的未对准。

所述位置估计可以生成反映所述功率发射器与所述功率接收器之间的未对准的程度的位置估计。

由所述位置估计器造成的比较可以例如包括使用成本函数生成所述多个空间位置中的每个空间位置的成本量度，所述成本函数是所述测试功率损失量度与所述校准功率损失量度之间的差异的单调增加函数，是所述测试谐振频率量度与所述校准谐振频率量度之间的差异的单调增加函数，和/或是所述测试耦合量度与所述校准耦合量度之间的差异的单调增加函数。在这样的范例中，所述位置估计器可以响应于针对所述多个空间位置的成本量度而确定所述空间位置，诸如例如基于具有所述最低成本值的空间位置来设置所述位置估计。

根据本发明的任选特征，所述位置估计器被布置为：确定指示在垂直于用于接收所述功率接收器的接触表面的方向上的所述发射器线圈与所述功率接收器的接收器线圈之间的距离的垂直距离量度；并且响应于所述垂直距离量度与校准接收器的多个空间位置的比较而确定所述功率接收器的位置。

在许多实施例和情形中，这可以提供经改进的性能。例如，在其中所述功率接收器的放置在一个方向上比在其他方向上更受限的许多实际应用中，其可以提供经改进的性能。

所述位置估计器可以例如通过在比较中使用这一点考虑垂直距离量度，或者可以例如约束例如通过仅考虑匹配所述垂直距离量度的空间位置考虑的空间位置。

根据本发明的任选特征，所述功率发射器包括：通信器，其用于从所述功率接收器接收消息；其中，所述通信器被布置为接收指示从所述接收器线圈到所述功率接收器的外表面的距离的包括功率接收器距离指示器；并且其中，所述位置估计器被布置为响应于所述功率接收器距离指示器，确定所述垂直距离量度。

这可以提供特别有利的方法并且可以特别地为所述功率发射器提供高效方式来适应于许多不同的功率接收器，从而改进兼容性。

根据本发明的任选特征，所述功率发射器包括：通信器，其用于接收来自所述功率接收器的消息；其中，所述通信器被布置为接收来自所述功率接收器的功率接收器识别指示，并且所述检索器被布置为检索与所述功率接收器识别指示匹配的校准数据。

这在许多应用中可以是有利的，并且可以允许其中所述位置估计可以适于不同功率接收器的系统。所述方法可以允许具有许多不同类型的功率接收器与功率发射器之间的高效交互工作的无线传输系统。

所述功率接收器识别指示可以是设备特异性功率接收器识别指示，或者可以例如是类型特异性功率接收器识别指示。

根据本发明的任选特征，所述检索器被布置为通过将校准数据请求消息发送到远程源从所述远程源检索所述校准数据，所述校准数据请求消息包括对应于所述功率接收器识别指示的识别指示。

这可以在许多实施例中提供有利的性能，并且可以提供用于使得无线功率传输系统能够支持许多不同功率接收器和功率发射器的高效并且灵活的方法。

根据本发明的任选特征，所述功率发射器还包括：通信器，其用于接收来自所述功率接收器的数据；其中，所述检索器被布置为接收来自所述功率接收器的所述校准数据。

根据本发明的任选特征，所述校准参数中的至少一些被提供用于具有断开的负载的校准功率接收器。

这可以在许多实施例中提供经改进并且通常更准确的位置估计。所述测试参数的确定可以相应地利用具有断开的负载的功率接收器执行。

根据本发明的任选特征，所述校准数据被提供用于参考功率发射器。

这可以在许多实施例中提供用于包括许多不同类型的功率发射器的无线功率传输系统的高效操作。

根据本发明的任选特征，所述位置估计器被布置为响应于所述功率发射器的性质与所述参考功率发射器的性质之间的差异而修改至少一个校准参数和测试参数中的至少一项。

在许多情形中，这可以提供经改进的位置估计并且可以使能或者促进用于包括许多不同类型的功率发射器的无线功率传输系统的高效操作。

根据本发明的任选特征，所述测试生成器被布置为生成多个不同测试信号，并且所述校准数据包括针对一个空间位置的不同测试信号的多个校准参数。

在许多情形和应用中，这可以提供经改进的位置估计。所述位置估计器可以被布置为响应于所述测试参数与针对不同测试信号的多个校准参数的比较而估计所述功率接收器的位置。

根据本发明的任选特征，所述功率发射器包括多个发射器线圈，所述多个发射器线圈包括所述发射器线圈，并且，所述测试生成器被布置为生成针对所述多个发射器线圈的测试信号。

在许多情形和应用中，这可以提供经改进的位置估计。

根据本发明的任选特征，所述测试生成器被布置为生成包括针对所述多个发射器线圈的不同发射器线圈的不同测试信号的测试信号组的序列，并且所述校准数据包括针对一个空间位置的不同测试信号组的多个校准参数。

在许多情形和应用中，这可以提供经改进的位置估计。所述位置估计器可以被布置为响应于针对不同测试信号组的测试参数与多个校准参数的比较而估计所述功率接收器的位置。

根据本发明的任选特征，测试信号组中的至少两个组包括针对所述发射器线圈的不同子组的测试信号。

在许多情形和应用中，这可以提供经改进的位置估计。

根据本发明的任选特征，位置估计器被布置为估计针对所述功率接收器的位置的至少两个尺寸。

根据本发明的方面，提供了一种用于功率发射器的操作方法，所述功率发射器经由由发射器线圈生成的电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率；所述方法包括：检索校准数据，所述校准数据包括针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个空间位置的一组校准参数，所述校准参数包括针对所述多个空间位置中的每个空间位置的以下各项：针对所述空间位置处的所述校准功率接收器的校准功率损失量度，指示针对所述空间位置处的所述校准功率接收器的所述校准功率发射器的谐振电路的校准谐振频率量度，指示所述校准发射器与所述空间位置处的所述校准接收器之间的耦合的校准耦合量度；生成针对所述发射器线圈的测试驱动信号以生成电磁测试信号；响应于所述测试驱动信号而确定一组测试参数，所述测试参数包括：指示从所述电磁测试信号提取的功率的测试功率损失量度，针对包括所述发射器线圈的谐振电路的测试谐振频率量度，指示所述功率发射器与所述功率接收器之间的耦合的测试耦合量度；并且响应于针对所述多个空间位置的所述测试参数与所述校准参数的比较而估计所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置。

本发明的这些和其他方面、特征和优点将根据在下文中所描述的(一个或多个)实施例而显而易见并且参考在下文中所描述的(一个或多个)实施例得到阐述。

附图说明

将仅通过范例的方式参考附图来描述本发明的实施例，在附图中，

图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的元件的范例；

图2图示了根据本发明的一些实施例的功率发射器的元件的范例；

图3图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的范例；

图4图示了功率发射器的输出级的元件的范例；

图5图示了发射器线圈与接收器线圈之间的对准的一些范例；

图6图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的范例；

图7图示了发射器线圈与接收器线圈之间的对准的一些范例；

图8图示了接收器线圈与多个发射器线圈之间的对准的一些范例；

图9图示了根据本发明的一些实施例的确定校准参数的方法的元素的范例；

图10图示了根据本发明的一些实施例的估计功率接收器的相对位置的方法的元素的范例。

具体实施方式

以下描述集中于能适用于利用诸如从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，将意识到，本发明不应当限于该应用，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范例。所述功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或者被耦合到)发射器线圈/感应器103。所述系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括(或者被耦合到)接收器线圈/感应器107。

所述系统提供电磁功率传输信号，其可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105。特别地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号作为磁通量由发射器线圈或感应器130传播。功率传输信号可以对应于表示从功率发射器到功率接收器的能量传输的电磁功率传输部件，并且可以被认为是对应于将功率从功率发射器传输到功率接收器的生成的电磁场的部件。例如，如果不存在接收器线圈107的加载，则无功率将由功率接收器从生成的电磁场提取(除损失之外)。在这样的情形中，发射器线圈103的驱动可以生成潜在地高场强度的电磁场，但是功率传输信号的功率水平将是零(除损失之外)。在其中外物存在的一些情况下，功率传输信号可以被认为是包括对应于到外物的功率传输的部件，并且因此功率传输信号可以被认为是对应于从由功率发射器生成的电磁场提取的功率。

所述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，并且常常用于通常在从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，频率例如可以通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发射器线圈103与功率接收线圈107被松散地耦合，并且因此，功率接收线圈107拾取来自功率发射器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，功率从功率发射器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要被用于指代发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是将意识到，通过等效，其也可以被认为和用作对被提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在该范例中，功率接收器105具体是经由接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件，诸如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号直接引起涡电流，导致对元件的直接加热。

所述系统被布置为传输实质的功率水平，并且具体地，所述功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，对于Qi对应应用，对于低功率应用(基本功率轮廓)，功率传输可以通常在1-5W功率范围内，对于Qi规范版本1.2，达到15W，对于较高功率应用(诸如功率工具、膝上型电脑、无人机、机器人等)，功率传输在达到100W的范围内，并且对于非常高功率应用(诸如例如厨房应用)，功率传输超过100W并且到达1000W以上。

在下文中，将具体参考总体上根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)或者适合于由无线电力联盟开发的更高功率厨房规格的实施例来描述功率发射器101和功率接收器105的操作。具体地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循或基本上兼容Qi规范版本1.0、1.1或1.2的元件(除了本文中描述的(或对应的)修改和增强之外)。

为了具有无线功率传输系统(诸如图1的无线功率传输系统)中的最佳性能，期望功率发射器101和功率接收器105的功率传输线圈103、107紧密对准使得其共享最大量的磁通量。因此，期望线圈103、107被几何对准以便使发射器线圈与接收器线圈之间的耦合因子(κ)最大化。在实际应用中，功率发射器与功率接收器之间的对准是可变的，并且因此完美或甚至已知对准是不可能的。

然而，如在以下中将描述的，图1的系统包括用于估计发射器线圈103与接收器线圈107之间的位移的功能，并且特别地估计接收器线圈107相对于发射器线圈103的位置。知道该位移可以以许多不同方式被用于提供经改进的性能。例如，其可以被用于确定用于功率传输(例如，最大功率水平)的适合的参数，提供用户反馈、补偿检测操作，包括例如负载通信的检测或金属物体的存在等。

位移/对准/相对位置的估计基于将多个测试参数值与针对功率接收器的通常相对大量的可能位移的对应校准或参考参数值进行比较。在方法中，功率发射器101被布置为执行测试以生成多个测试参数并且然后将此与针对接收器检索的校准数据比较，其中，校准数据包括针对不同未对准/位移的校准值。

图2图示了功率发射器101的元件，并且图3更详细图示了图1的功率接收器105的元件。

功率发射器101包括驱动器201，驱动器201可以生成馈送到发射器线圈103的驱动信号，发射器线圈103继而生成电磁场并且因此电磁功率传输信号，其向功率接收器105提供功率传输。(至少)在功率传输阶段期间提供功率传输信号。

驱动器201通常可以包括通常通过驱动全桥或半桥形成的逆变器形式的输出电路，如技术人员将公知的。图4图示了其中逆变器由以桥接配置耦合的四个FET形成的功率发射器的典型输出级的范例，并且其中，发射器线圈103(LTx)还耦合到电容器(CTx)以形成谐振输出电路。功率发射器101还包括功率发射器控制器203，其被布置为根据期望的操作原理控制功率发射器101的操作。特别地，功率发射器101可以包括对于根据Qi规格执行功率控制所要求的许多功能。

功率发射器控制器203特别地被布置为控制通过驱动器201的驱动信号的生成，并且其可以特别地控制驱动信号的功率水平，以及因此所生成的功率传输信号/电磁场的水平。功率发射器控制器203包括功率环控制器，其在功率控制阶段期间响应于从功率接收器105接收的功率控制消息而控制功率传输信号的功率水平。

为了从功率接收器105接收数据和消息，功率发射器101包括第一通信器205，第一通信器205被布置为从功率接收器105接收数据和消息(如技术人员将意识到的，数据消息可以提供一个或多个比特的信息)。在该范例中，功率接收器105被布置为对由发射器线圈103生成的功率传输信号进行负载调制，并且第一通信器205被布置为感测发射器线圈103的电压和/或电流的变化并且基于这些对负载调制进行解调。技术人员将意识到如例如在Qi无线功率传输系统中所使用的负载调制的原理，并且因此这些内容将不被进一步详细地描述。

在许多实施例中，第一通信器205还被布置为将数据发送到功率接收器105并且可以特别地被布置为使用频率、幅度、或相位调制来调制功率传输信号。

在一些实施例中，通信可以使用单独的通信信道执行，其可以使用单独的通信线圈或实际上使用发射器线圈103实现。例如，在一些实施例中近场通信可以被实施或者高频载波(例如具有13.56MHz的载波频率)可以叠加在功率传输信号上。

功率发射器101还包括位置估计器207，其被布置为估计功率接收器相对于功率发射器的位置，即，其可以特别地估计功率发射器101与功率接收器105之间的未对准。在许多实施例中，位置估计器可以特别地估计接收器线圈107相对于发射器线圈103的位置(其可以被认为是等效于确定功率接收器相对于功率发射器的相对位置)。功率接收器/接收器线圈相对于功率发射器/发射器线圈的位置在以下中将被称为功率接收器的相对位置或(未)对准。

在一些实施例中，功率接收器的相对位置可以被确定为三维相对位置。然而，在大多数实际应用中，定位功率接收器的自由度基本上限于两个维度。这可以通常是其中功率接收器设备被放置在用于供电的功率发射器设备上的情况，因为在这样的情况下功率发射器设备通常具有功率接收器设备的表面被放置在其上的水平表面，从而导致通常相同垂直位移但是具有不同水平位移/未对准。作为范例，图5图示了分别地用于完美对准、x轴的未对准和y轴的未对准的接收器线圈轮廓503相对于发射器线圈轮廓501的对准的情形。未对准通常将是动态的，并且取决于用户如何将功率接收器放置在功率发射器上。每次用户放置功率接收器设备时，不保证其完全对准。大的未对准引起不良的耦合，这导致更长的充电时间、功率浪费、功率接收器中的友好金属的加热和对于用户的其他不方便。

在许多实施例中，位置估计器207被布置为估计该水平未对准，并且其可以特别地检测不仅任何未对准的距离或幅度，而且未对准的方向。因此，在许多实施例中，位置估计器207被布置为估计功率接收器的二维相对位置。

位置估计基于将所测量的测试参数与所检索的校准数据进行比较，该检索的校准数据包括对应于测试参数的校准参数。校准参数被提供用于一系列不同的相对位置，并且通常用于一系列不同的三维位置(甚至用于如稍后将描述的二维的估计位置)。校准数据通常在制造和/或设计阶段期间生成，并且可以例如被提供用于来自中央存储的参考接收器和参考发射器，包括针对许多不同功率发射器和功率接收器组合的校准数据。

校准和测试参数包括至少功率损失量度、谐振频率量度和耦合量度。位置估计因此包括针对一系列不同位置偏移的测试参数值与校准参数值之间的多元比较。此外，参数提供特别有利的选择以提供不同相对位置的好的指示。不同的参数倾向于具有不同未对准上的不同相关性，并且其因此协同组合以提供指示未对准的额外信息。

位置估计器207耦合到检索器209，其被布置为从外部或内部源检索校准数据。因此，检索器检索提供针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个的一组校准参数的数据。例如，校准数据可以存储在本地存储中并且提取和馈送到位置估计器207。

功率发射器101还包括测试生成器211，其被布置为生成导致该生成测试电磁信号的针对发射器线圈103的测试驱动信号。在范例中，测试生成器211耦合到功率发射器控制器203并且被布置为控制此以控制驱动器201来生成电磁测试信号。在其他实施例中，测试生成器211可以例如直接地控制驱动器201或者可以例如自己包括用于生成可以然后馈送到发射器线圈103的驱动信号的驱动器。

功率发射器101还包括测试处理器213，其用于响应于测试驱动信号而确定一组测试参数值。测试处理器213可以特别地测量或者确定功率接收器对生成的电磁测试信号的影响。影响可以直接或间接测量。例如，驱动信号的功率水平、频率变化、对频率扫描的响应等可以确定并且测试参数可以根据这些值生成。在一些情况下，来自功率接收器的信息还可以被用于提供允许测试参数被确定的数据。测试处理器213特别地生成测试功率损失量度、测试谐振频率量度和测试耦合量度。

得到的测试参数然后被馈送到位置估计器207，其中，其被用于通过将其与校准数据中的对应的参数值比较来估计功率接收器的相对位置。

图3图示了功率接收器105的一些示范性元件。

接收器线圈107被耦合到功率接收器控制器301，功率接收器电路301将接收器线圈107经由开关305耦合到负载303(即，其是可切换负载305)。功率接收器控制器301包括将由接收器线圈107提取的功率转换成用于负载的合适供应的功率控制路径。另外，功率接收器控制器301可以包括执行功率传输所需的各种功率接收器控制器功能，并且具体地根据Qi规范执行功率传输所需的功能。

为了支持从功率接收器105到功率发射器101的通信，功率接收器105包括第二通信器307。

第二通信器307被布置为通过响应于要被发送到功率发射器101的数据而改变接收器线圈107的负荷来将数据发送到功率发射器。负载变化然后通过功率发射器101来检测和解调，如本领域技术人员应当知晓的。

在范例中，第二通信器307此外被布置为解调功率传输信号的幅度、频率和/或相位调制以便检索从功率发射器发送的数据。

图5图示了功率接收器105的功率路径的范例的元件的电路示意图。在该范例中，功率接收器105包括通过名称LRX提及的接收器线圈107。在该范例中，接收器线圈107是谐振电路的一部分，并且功率接收器105因此还包括谐振电容器CRX。接收器线圈107经受电磁信号/场，并且因此，在线圈中感应AC电压/电流。所述谐振电路被耦合到具有平滑电容器C1的整流器桥，所述平滑电容器C1被耦合到该桥的输出部。因此，在电容器C1上生成DC电压。DC电压上的纹波的量值将取决于平滑电容器的尺寸以及取决于负载。

桥B1和平滑电容器C1经由通过开关S1图示的开关305被耦合到通过附图标记RL所指示的负载303。开关305因此能够被用于将负载与功率路径连接或断开，并且因此，负载是可切换负载305。将意识到，尽管开关S1被示为常规开关，但是其当然可以通过任何合适的器件(包括通常通过MOSFET)来实施。还将意识到，负载303被图示为简单的被动端口，但是其当然可以是任何合适的负载。例如，负载303可以是要被充电的电池、移动电话或者另一通信或计算设备，可以是简单的被动负载等。实际上，负载303不一定是外部负载或专用的内部负载，但是例如可以包括功率接收器105自身的元件。因此，在图3和图4中所图示的负载303可以被认为表示能够通过开关305/S1被断开的接收器线圈107的任何负载/电磁信号，并且其因此也被称为可切换负载305。

功率接收器105还包括测试控制器309，其被布置为当执行位置估计时支持功率发射器。测试控制器309耦合到第二通信器307并且被布置为将信息提供到该第二通信器307以用于传递到功率发射器101。例如，测试控制器309可以控制第二通信器307以发送识别功率接收器自己(例如，提供设备识别或设备类型识别)的信息。测试控制器309还可以被布置为控制开关305，使得可切换负载305可以在测试生成器211生成测试信号的时间期间断开。

位置估计基于考虑至少三个不同参数的多元分析。位置估计器207被布置为基于比较针对至少功率损失量度、谐振频率量度和耦合量度的校准和测试值来确定位置。

功率损失量度将被称为PM^pl _x,y,z，并且可以是指示由功率接收器105从由发射器线圈103生成的电磁信号提取的功率的值。功率损失量度可以特别地反映在发射器中并且在暴露于发射器的磁场的接收器的友好金属中耗散的阻性功率。

在许多实施例中，功率损失量度可以被确定用于功率接收器的预定和固定负载，并且可以特别地被确定用于断开的功率接收器的负载303(并且用于最小化的功率传输信号上的功率接收器的加载)。因此，在许多实施例中，功率损失量度可以反映暴露于接收器和环境中的友好金属的来自发射器线圈103的磁通量的量。由于这将取决于功率接收器相对于功率发射器的相对位置，因此功率损失量度将提供关于功率接收器的位置的有用信息。此外，功率接收器中的友好金属的非均匀分布提供针对相同线圈未对准距离的功率损失量度PM^pl _x,y,z的变化并且因此提供诸如未对准的方向上的额外信息。

例如，功率损失量度可以响应于当这被生成时反映电磁测试信号的功率损失的值的测量结果来确定。例如，在功率接收器已经断开其负载的测试情形期间的测试驱动信号的功率可以被测量并且用作功率损失量度。

在其他实施例中，更间接的量度可以用作功率损失量度。例如，在大多数实施例中，发射器线圈103是输出谐振电路的部分并且来自电磁信号的功率损失将倾向于具有对应于该谐振电路的电阻负载的影响。因此，谐振电路的阻尼将针对增加功率损失而增加，并且在一些实施例中，功率损失量度可以被生成为反映这样的阻尼的量度。例如，功率损失量度可以生成作为Q因子值或类似。

谐振频率量度还将被指代为PM^rf _x,y,z并且可以指示包括发射器线圈103的(输出)谐振电路的谐振频率。如无线功率传输的领域中公知的，发送线圈常常与至少一个电容器耦合以形成(n输出)谐振电路。类似地，接收器线圈常常与至少一个电容器耦合以形成(n输入)谐振电路。在大多数实际情形中，这样的谐振电路的使用已经发现提供实质上改进的功率传输。

在缺少任何功率接收器(或其他导电元件)的情况下，输出谐振电路将具有通常仅由输出谐振电路的部件的电容和电感确定的给定谐振频率。然而，在存在功率接收器的情况下，功率接收器中的感应电流将导致输出谐振电路的谐振频率的改变。此外，影响将取决于功率接收器的影响的水平，并且因此这的相对位置。因此，反映谐振频率的谐振频率量度可以提供指示功率接收器的相对位置的信息。

谐振频率量度可以例如由生成频率扫掠信号的测试生成器211和测量输出谐振电路的响应和识别例如用于电流牵引的最大值的测试处理器213测量。

耦合因子量度还将被指代为PM^κ _x,y,z并且指示功率发射器与功率接收器(并且因此发射器线圈103与接收器线圈107)之间的耦合。因此，耦合因子量度将指示线圈之间的电磁耦合并且将反映穿过这两个线圈的通量的量。因此，耦合因子量度将取决于功率接收器的相对位置并且因此将提供关于此的信息。

在不同实施例中耦合因子量度的确定可以是不同的。例如，在一些实施例中，测试生成器211可以生成导致电磁测试信号的测试驱动信号。功率接收器然后可以测量感应电压并且将该测量值发送回到功率发射器，其可以根据此来确定耦合因子量度(其可以甚至直接使用报告的感应电压作为耦合因子量度)。

作为另一范例，测试生成器211可以逐渐地增加测试驱动信号的水平，直到功率接收器检测到感应电压到达给定阈值。其然后可以将消息发送到功率发射器，其指示这已经发生并且测试处理器213然后可以当这发生时响应于测试驱动信号的水平而确定耦合因子量度(或者实际上将水平直接用作耦合因子量度)。

作为另一范例，耦合可以由将已知电压施加到发射器线圈的发射器和报告接收线圈中感应的电压的功率接收器来测量。两者的比率提供耦合量度。因此，耦合量度可以由接收线圈107上的电压和发射器线圈103的电压的比率确定。

三个特定参数提供可以在许多实际情形和应用中显著地改进位置估计的特别高效和有利的一组参数。它们提供信息中的特别高效的协同作用。特别地，不同参数可以具有导致参数的组合的相对位置/未对准上的不同相关性，以及这些的联合考虑，这在许多应用中导致更准确的位置估计。例如，耦合因子量度将倾向于具有与增加未对准的实质上线性关系，而功率损失量度将倾向于具有实质上二次关系。不同的量度提供不同的关系并且因此它们之间的相互关系提供额外信息。而且，不同关系和相关性可能导致不同量度，从而针对位移的不同幅度提供特别有用的信息，从而允许较大范围上的更准确的位置估计。

尽管在许多情况下上文所描述的三个参数提供特别高效和高性能位置估计，但是将意识到，方法不限于仅使用这些参数，而是在许多实施例中可以考虑额外参数。

校准数据可以包括针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个的一组校准参数，其中，每个组包括至少一个校准功率损失量度、一个校准谐振频率量度和一个校准耦合量度。例如，校准数据可以包括三维阵列，每个维度对应于空间维度(x、y和z)并且阵列元素是对应于该组空间维度的发射器线圈和接收器线圈之间的对准的一组校准参数。因此，每组校准参数可以包括对应于由功率发射器在测试操作期间生成的量度的量度。

校准数据可以通常是预定校准数据并且可以例如在制造或设计阶段期间生成。特别地，在设计(包括原型设计)或者制造阶段期间，制造商可以利用使用多个预定或定义测试信号的功率发射器并且利用定位在潜在大量相对位置处的功率接收器执行测量。针对每个位置和每个测试信号，所得参数可以使用与将由场中的功率发射器使用的相同的方法来测量。所得量度可以存储为校准参数组。例如，如先前所提到的，三维阵列可以利用形成三个维度的相对位置坐标和针对存储为阵列元素的对应位置的确定的参数生成。

所得校准可以例如然后存储在功率发射器中(例如，检索器209可以包括用于存储校准数据的存储)。然而，在许多实施例中，数据可以中心地存储用于由功率发射器稍后检索，如稍后将更详细描述的。

在不同实施例中，不同方法将由位置估计器207用于估计相对位置。在一些实施例中，可以使用简单比较，其中，位置估计器207评价用于校准数据包括参数组的所有位置的成本函数。成本函数可以指示由测试处理器213确定的测试参数与针对特定位置的校准测试参数之间的差异。例如，可以使用针对测试参数量度与对应的校准参数量度之间的每个差异单调增加的成本函数。位置估计器207可以使用成本函数确定针对每个位置的成本值。估计的相对位置然后可以被确定为导致最低成本值的该组参数的位置。

在其他实施例中，可以使用更复杂的流程。例如，在一些实施例中，机器学习方法可以被用于找到匹配参数组和相关联的位置。这样的机器学习方法可以例如基于在设计或制造阶段期间执行的学习过程。

使用监督式学习的机器学习算法包括在对应于所描述的校准数据的范例中建立训练组。在监督式学习中，学习算法利用各种测量的测试参数来馈送，诸如功率损失、耦合因子和谐振频率，并且对应的x、y未对准值被用作输出。一旦训练完成，我们具有一组测量参数和针对每个输出参数的x、y和z值的形式的对应的一组输出，执行多项式曲线拟合，诸如y1＝a11*X1+a12*X1*X1+…+a21*X2+q22*X2*X2+....a31*X3+a32*X3*X3....

其中，y1＝x未对准，aij＝拟合系数并且Xi＝特征，诸如功率损失。

基于校准阶段中的该拟合曲线，在内场操作期间，测量特征值X1＝功率损失，X2＝耦合因子和X3＝谐振频率。

使用针对y1(x位移)和y2(y位移)的以上曲线拟合方程，所测量的特征值被馈送到方程以检索未对准信息。

如先前所提到的，阵列可以反映三个空间维度，并且实际上，在许多实施例中相对位置可以被确定为三维相对位置。然而，在许多实际应用中，功率接收器的定位自由实质上限于两个维度。

因此在许多实施例中，发射器线圈103与接收器线圈107之间的距离可以包括用户具有很少控制和影响的一个方向上的距离和用户在定位中具有某种自由的二维平面内的距离。前者将被称为发射器线圈103与接收器线圈107之间的分离距离，并且第二个将在以下中被称为发射器线圈103和接收器线圈107的未对准。用户具有很少自由的方向(即，分离距离的方向)将通常垂直于用于接收功率接收器的接触表面。此外，由于布置线圈以平行于接触表面倾向于导致最高耦合因子，该方向将通常垂直于发射器线圈103的平面并且实际上接收器线圈107的平面。

情况可以由示出功率发射器和功率接收器的布置的截面的范例的图7图示。功率接收器被定位有放在功率发射器的上表面上的下表面。图7示出了两个表面之间的界面701。发射器线圈103和接收器线圈107将通常包括在设备内并且因此将相对于外表面偏移并且因此将处于距表面701一距离处。在范例中，d_tx指示界面表面701与发射器线圈103之间的距离。d_rx是界面表面701与接收器线圈107之间的距离。接收器线圈107与发射器线圈103之间的总分离距离是d_tx-rx＝d_rx+d_tx+任何界面表面厚度。我们将此指代为“z”参数。

在许多情况下，发射器线圈103与接收器线圈107之间的分离距离可以是可预测的。例如，线圈与对应的接触或界面表面之间的距离将针对特定设备是已知的。实际上，这些距离可以改变一点是可能的(例如，智能电话上的电话盖可以增加d_rx值并且因此d_tx-rx值，以小量)。然而，这可以通常仅引入小并且可接受的不准确度。

总分离距离能够影响耦合因子。该值还可以由发射器线圈103与接收器线圈107之间的未对准影响并且由项d_mis指代。d_mis由“x”和“y”参数表示，即，由接触表面的平面中的值。

期望使d_tx-rx和d_mis最小化以实现高耦合因子。备选地或者额外地，期望补偿这些值。而d_tx-rx倾向于固定(通过构建)，d_mis根据用户和使用而变化。例如针对膝上型电脑和移动生态系统，功率接收器设备的自由放置对于消费者方便是重要的。在这样的情形中，用户可能利用大的未对准距离d_mis放置接收器线圈，使得耦合因子可能变得低于所要求的阈值从而导致非常低效功率传输，或者使得其实质上反映功率传输系统的一些操作(例如，通信)。

在许多实施例中，位置估计器207可以被布置为确定分离距离，即，其可以确定指示在垂直于用于接收功率接收器发射器线圈103的接触表面的方向上的发射器线圈103与接收器线圈107之间的距离的垂直距离量度。

在典型的实施例中，功率发射器101已经本地存储反映从发射器线圈103到接触表面的距离d_tx的数据。距离通常仅取决于功率发射器设备的物理设计并且因此将在设计阶段处已知并且可以在制造阶段期间存储在功率发射器设备中。

在一些实施例中，从接收器的接触表面到接收器线圈107的距离d_rx可以由功率发射器已知或者可以由典型或标称值估计或替换。例如，如果功率发射器仅旨在用于与特定功率接收器一起使用，则功率接收器分离距离可以是已知的。

然而，在大多数实施例中，功率接收器分离距离将不由功率发射器已知。然而，在许多这样的实施例中，功率发射器可以被布置为接收来自功率接收器的消息，其包括指示从接收器线圈到功率接收器的外表面的距离的功率接收器距离指示器。例如，功率接收器可能已经存储功率接收器分离距离d_rx的局部值，并且在初始化阶段期间，当功率接收器首先检测时，功率接收器可以向功率发射器发送关于d_rx的信息。

位置估计器207可以然后前进到将接收器线圈107与发射器线圈103之间的总分离距离确定为d_tx-rx＝d_rx+d_tx(在范例中，假定接触表面直接接触，因此不需要考虑界面距离)。

位置估计器207可以然后前进到响应于该分离距离/垂直距离量度d_tx-rx与校准数据中的校准接收器的空间位置的比较而确定功率接收器的位置。

例如，在一些实施例中，可以生成成本函数以还考虑所确定的分离距离与阵列条目的对应距离之间的差异。特别地，针对给定的一组校准参数的位置的z值与所确定的分离距离差别越多，成本函数越高(即，成本函数是分离距离与由z值反映的距离之间的差异的单调增加函数)。

在一些实施例中，位置估计器207可以简单地忽略对应于与分离距离差别超过给定阈值的z方向距离的所有校准参数组。因此，在一些实施例中，位置估计器207可以被布置为选择空间位置满足关于所确定的分离距离的准则的所存储的校准参数集的子组，并且仅基于该子组来估计相对位置。

在许多情形中，将分离距离考虑为位置估计的“输入”(约束参数)而不是其结果可以提供更准确的位置估计。

以上描述已经聚焦于其中校准数据仅包括用于特定功率接收器的数据的范例。然而，在许多实施例中，功率发射器将被设计为与具有显著不同特性的许多不同类型的功率接收器一起操作。在一些系统中，差异可以足够小以仍然允许基于平均或标称校准数据的合理的位置估计。

然而，在许多实施例中，校准数据将针对多个功率接收器生成并且特别地可以针对多个不同类型的功率接收器产生。在这样的实施例中，功率接收器可以将消息发送到功率发射器，其包括功率接收器识别指示，并且检索器209可以被布置为检索与功率接收器识别指示匹配的校准数据并且将此用于位置估计。

在许多实施例中，功率接收器识别指示可以包括个体设备的识别，并且其可以唯一地识别功率接收器设备。例如，如果用户被布置为执行生成校准数据的过程(例如，通过被指导以将功率接收器定位在不同未对准处并且前进到执行测试)，情况可以是这样。所得数据可以本地存储在功率发射器中并且每当特定功率接收器被定位用于被供电时被检索。

在许多实施例中，功率接收器识别指示可以是功率接收器的类型识别。因此，设备可能未唯一识别，而是检索器209将被布置为检索用于特定类型的功率接收器的校准数据。这将允许校准数据重新用于许多不同类型的设备并且将通常避免用户执行校准过程的必要性。例如，当将新功率接收器设备放在市场上时(例如，新智能电话)，制造商可以执行校准测试以生成校准数据。结果可以以适合的形式存储并且经由适合的分布方法提供到功率发射器。

在一些实施例中，可以使用设备特异性和类型特异性数据的组合。例如，用户可以针对常常与功率发射器一起使用的他的个人设备中的一个或多个执行校准过程。得到的校准数据可以本地存储并且每当功率发射器与这些设备之一一起使用时使用。然而，如果功率发射器与不同功率接收器设备一起使用，则类型特异性校准数据可以相反检索并且使用在位置估计中。

在不同实施例中，检索器209可以被布置为从不同源检索校准数据。

在一些实施例中，检索器209可以包括存储校准数据的本地存储，并且检索器209可以被布置为从其检索适当的数据。这样的方法可以适合于其中用户生成校准数据或者其中功率发射器可以假定功率接收器限于具有已知特性的通常非常少量的设备的实施例。

然而，在许多系统中，功率发射器被要求能够与大量的不同类型的不同设备以及与不同特性交互工作。实际上，在许多系统中，由于要求功率发射器还与未来设备交互工作，需要支持的潜在功率接收器设备的范围可能不是已知的。

因此，在一些实施例中，一个或多个中心源可以包括用于多个功率接收器的校准数据。例如，标准(或其他负责)主体可以操作中央沉积，功率接收器的制造商每当其将新设备放在市场上时向所述中央沉积提供校准数据。

在一些实施例中，检索器209可以被布置为从远程服务器(诸如由第三方操作的中央服务器)检索校准数据。检索器209可以例如响应于接收到来自功率接收器的功率接收器识别指示而生成包括对应于功率接收器识别指示的识别指示的校准数据请求消息。在许多实施例中，功率接收器识别指示可以例如简单地是功率接收器类型识别并且这可以直接地使用在校准数据请求消息中。然而，在其他实施例中，可以修改指示，例如，设备特异性功率接收器识别指示可以转换为类型特异性识别。

以这种方式，功率发射器可以被布置为检索用于任何(授权的)功率接收器的校准数据，并且还可以被布置为检索用于当前被支持的确切功率接收器的最新式和特定校准数据。检索器209可以例如包括用于将功率发射器耦合到因特网的接口并且其可以经由因特网连接到中央服务器。

在一些实施例中，功率发射器可以被布置为从功率接收器接收校准数据。例如，在功率接收器的制造期间，制造商可以执行校准过程并且将所得校准数据存储在功率接收器的本地存储器中。当利用功率发射器初始化功率传输时，功率接收器可以将校准数据发送到功率发射器，其然后可以前进到将此用于位置估计。

在一些实施例中，功率接收器可能未自己存储相关校准数据，而是可以相反被布置为接触中央服务器以检索适当的数据。功率接收器然后可以将此发送到功率发射器。在许多应用中，这样的方法可以是实际的，因为功率接收器设备倾向于相对复杂并且具有通信功能(例如，智能电话)，而功率发射器倾向于具有相对低的复杂性并且可以不具有通信功能。

以上描述已经聚焦于校准数据被提供用于特定功率发射器的情形。这例如适合于其中校准数据本地存储在功率发射器中的实施例。然而，在其中校准数据从例如远程源或功率接收器被检索的实施例中，校准数据可以可用于一系列功率发射器以便支持多个不同功率发射器。在这样的实施例中，功率发射器可以不仅针对特定功率接收器而是针对特定功率发射器/功率接收器组合检索校准数据。因此，在许多实施例中，校准数据的检索还可以包括功率发射器的识别。例如，除功率接收器的识别之外，校准数据请求消息还可以包括功率发射器的识别。

在许多实施例中，校准数据可以被提供用于参考发射器而不是用于特定发射器。例如，校准数据可以在功率接收器的制造阶段期间针对标称参考发射器被确定。所得数据然后可以存储例如在中央服务器或功率接收器自己中。

因此，在这样的实施例中，功率发射器可以接收不特定于个体功率发射器而是涉及参考发射器的校准数据。然而，在功率发射器具有足够接近于参考功率发射器的性质的情况下，这些可以直接使用。

在其他实施例中，位置估计器可以被布置为修改校准数据以反映参考功率发射器与实际功率发射器之间的差异。因此，校准参数中的一个或多个(或等效地测试参数中的一个或多个)可以被修改为反映功率发射器的性质与参考功率发射器的性质之间的差异。

例如，如果已知参考功率发射器具有带有从发射器线圈到接触表面的某个距离的给定物理设计，该距离实质上大于从发射器线圈到用于功率发射器101的接触表面的对应距离，那么针对参考发射器的校准数据可以通过例如以给定比例增加记录的耦合因子来修改。

作为另一范例，如果已知参考功率发射器包括导致该友好金属自己中的一些功率损失的给定友好金属量，那么功率损失校准参数可以基于用于当前功率发射器的友好金属中的已知差异来适配。

在许多实施例中，测试生成器211可以被布置为生成多个不同测试信号，并且测试参数可以针对不同信号生成。类似地，校准数据可以包括针对每个空间位置的不同测试信号的多个校准参数。

在一些实施例中，可以针对不同测试信号确定相同测试参数/校准参数。例如，耦合因子可以针对低信号水平和高信号水平或针对不同频率被生成。

因此，位置估计器207可以考虑针对每个位置和测试的多个功率损失量度、多个谐振频率量度和/或多个耦合量度。

在一些实施例中，功率发射器可以包括多个发射器线圈，并且测试生成器211可以被布置为生成针对多个发射器线圈的测试信号。在这样的情况下，不同发射器线圈103的响应可以提供可以对估计位置非常有用的额外信息。图8中示出了多个发射器线圈的平面布置的范例，图8还图示了功率接收器105的不同位置。

例如，在一些实施例中，相同测试信号可以应用于所有发射器线圈，并且所得参数值可以例如基于驱动信号的检测功率、由功率接收器报告的感应电压等来估计，如先前所描述的。

在其他实施例中，至少一些测试参数值可以针对发射器线圈的个体子组生成，例如，通过测量针对个体子组的个体功率水平。这可以提供额外信息，例如，功率损失量度将针对功率接收器的近端的发射器线圈的子组比针对更远离功率接收器的发射器线圈更高。这样的空间变化将在对应的校准参数中反映，因为这些可以通过针对校准功率接收器的不同位置执行相同测试来生成。

在一些实施例中，功率发射器还可以执行其中不同测试信号应用于不同发射器线圈的测试，包括不向一个或多个发射器线圈提供任何驱动信号。在一些实施例中，测试生成器211可以生成测试信号组的序列，其中，不同组包括针对不同发射器线圈的不同测试信号。测试生成器211可以顺序地应用测试信号组，使得生成一系列测试参数量度。例如，恒定频率信号可以应用于一些发射器线圈，而频率扫掠可以应用于其他发射器线圈。校准数据可以通过在校准阶段期间执行相同测试生成，并且因此额外信息可以生成并且被用于位置估计。

在一些实施例中，组中的至少一些包括发射器线圈的不同子组的测试信号。因此，在一些情况下，可以仅驱动发射器线圈的子组以利用组之间改变的子组生成电磁测试信号。因此，电磁测试信号的空间特性可以通过改变测试布置的有效拓扑顺序地改变。例如，测试生成器211可以顺序地驱动仅一个发射器线圈，直到所有发射器线圈已经驱动一次。针对每个发射器线圈，可以生成测试参数量度(功率损失量度、谐振频率量度、耦合因子量度)的子组，并且组合的一组测试参数值可以通过组合所有子组生成。所得的组合测试参数组可以然后与在校准阶段期间生成的对应的校准参数组比较。

将意识到，估计位置可以被用于许多不同目的和在许多不同应用中，并且特定使用将取决于个体实施例的偏好和要求。例如，在一些实施例中，其可以被用于提供可以被用于改进定位的准确的用户反馈。在其他实施例中，如果检测到功率接收器的位置使得可以潜在地存在这样的物体接近于发射器线圈的空间，其可以例如被用于防止潜在风险情况，其中，功率传输信号可以感应金属物体中的电流但是减少最大功率水平。在其他实施例中，位置/未对准估计可以被用于通过功率接收器补偿其他操作，诸如例如通信和特别地负载调制的检测。

在以下中，将描述根据先前所描述的原理的无线传输系统的操作的特定更详细范例。在图9和图10中还反映了范例，图9示出了用于校准阶段的流程图，图10示出了用于通过功率发射器的测试阶段的流程图。

在范例中，通常在工厂中完成的工厂校准步骤考虑接收器(具有断开的负载)和已知发射器，诸如如在无线功率传输规格文档中所描述的参考发射器。

针对功率发射器的各种线圈驱动拓扑，诸如线圈激活、功率发射器线圈驱动电流、电压和操作频率和分离距离d_tx-rx，我们设置各种d_mis(x,y)未对准值并且测量无线功率传输系统的各种感兴趣参数。感兴趣参数包括功率损失量度、频率谐振量度和耦合量度。

针对每个线圈拓扑，执行功率发射器线圈激活、功率发射器线圈驱动电流、电压、操作频率和d_tx-rx和d_mis设置、测量，并且记录上文所提到的感兴趣参数。值的这些组提供针对给定线圈拓扑的无线传输系统的指纹，即，线圈激活、线圈驱动电流、电压、操作频率d_tx-rx和d_mis设置。一旦校准完成，创建校准数据的数据库，并且这然后加载到对应的功率接收器和功率发射器的内部存储器上。

接下来，基于数据库信息和功率发射器上的功率接收器的当前定位，功率发射器应用一组输入刺激，诸如功率发射器线圈电流、电压和操作频率，并且执行多个测量并且记录针对每个设置的各种感兴趣参数。该组测量结果与针对对应输入参数(即，d_tx-rx、线圈拓扑、功率发射器驱动电流、电压和操作频率)的数据库信息比较。针对其所测量的感兴趣参数最接近于给定输入设置的数据库中的值的d_mis值(即，x和y未对准)使用例如公知的机器学习来计算。算法可以在功率发射器上的嵌入式处理器上运行。

在如所示的多个功率发射器线圈设置的情况下，添加另一测量维度。我们可以仅激活功率发射器线圈之一或者我们可以激活多个线圈。因此，如果存在N个线圈，那么我们可以具有线圈激活情形的^NC_r组合。

针对每个驱动功率发射器线圈激活和x、y、z距离度量，我们可以通过改变驱动器中的逆变器的占空比和时钟频率来设置各种线圈电流、电压和频率。

针对这些线圈激活拓扑和驱动电流、电压、频率设置中的每个，我们可以然后执行感兴趣参数的测量并且建立具有对应于情形的值的三维矩阵。

图9示出了各种x、y和z距离、线圈电流、电压和频率和线圈激活情形的N线圈功率发射器和单个线圈功率接收器的测量流程图。

针对表征的输入扫掠参数是：

1、线圈激活拓扑(要激活的线圈的组合)

2、输入频率

3、输入电压

4、线圈电流

5、“X”、“Y”和“Z”距离

测量结果数据库的创建形成场中的功率发射器和功率接收器线圈估计的未对准的确定中的第一步。一旦测量结果数据库针对已知功率发射器和功率接收器对创建，则该数据库信息在工厂中的制造期间存储在每个对应的功率发射器和功率接收器上，或者可以例如从远程服务器下载到曾经在场中配置的功率发射器和功率接收器上。

在场中，当功率接收器第一次被放置在功率发射器上时，功率接收器和功率发射器建立通信并且彼此识别。在识别步骤之后，功率发射器请求来自功率接收器的d_rx值并且计算“z”值。针对对应的功率发射器和功率接收器对的测量结果数据库被加载在功率发射器和功率接收器中。并且未对准估计过程开始。功率发射器设置线圈拓扑、设置线圈电流驱动电流、电压和操作频率。功率发射器然后执行各种测量并且计算各种感兴趣参数，诸如PM^pl _x,y,z、PM^rf _x,y,z、PM^κ _x,y,z等。

功率发射器可以然后设置不同线圈拓扑或不同驱动电流、电压和频率并且重复测量并且记录它们。

利用该组多个测量结果，针对各种输入参数，诸如线圈激活拓扑、驱动电流、电压和操作频率，搜索算法在测量结果数据库中执行以查找其在工厂校准中测量和记录的感兴趣参数最接近于测量值的“x,y”条目。

数据库和测量结果数据匹配中的感兴趣参数的最近匹配“x,y”值例如使用公知机器学习算法确定。

从测量结果数据库提取“x,y”的估计值。

图10示出了用于通过功率发射器估计功率发射器和功率接收器线圈的未对准的流程图的范例。

将意识到，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，将显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同的功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被图示为由单独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，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何合适的形式来实施，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可以任选地被至少部分地实施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。本发明的实施例的各元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的一部分来实施。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所阐述的特定形式。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。

将意识到，对优选值的引用不隐含除它是外物检测初始化模式中确定的值之外的任何限制，即，其借助于其在调整过程中确定而是优选的。对优选值的引用可以被对例如第一值的引用代替。

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、单元或处理器来实施。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仅被提供用于地使示例清楚，而不应当被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims

1.一种用于经由电磁功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)；所述功率发射器(101)包括：

至少一个发射器线圈(103)，其被布置为在功率传输期间生成所述功率传输信号；

检索器(209)，其被布置为检索校准数据，所述校准数据包括针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个空间位置的一组校准参数，所述校准参数包括针对所述多个空间位置中的每个空间位置的以下各项：

针对所述每个空间位置处的所述校准功率接收器的校准功率损失量度，

指示针对所述每个空间位置处的所述校准功率接收器的所述校准功率发射器的谐振电路的校准谐振频率量度，

指示所述校准发射器与所述每个空间位置处的所述校准接收器之间的耦合的校准耦合量度；

测试生成器(207)，其被布置为生成针对所述发射器线圈(103)的测试驱动信号以生成电磁测试信号；

测试处理器(213)，其被布置为响应于所述测试驱动信号而确定一组测试参数，所述测试参数包括：

指示从所述电磁测试信号提取的功率的测试功率损失量度，

针对包括所述发射器线圈(103)的谐振电路的测试谐振频率量度，

指示所述功率发射器(101)与所述功率接收器(105)之间的耦合的测试耦合量度，所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度和所述测试耦合量度提供与所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置的不同关系，由此所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度与所述测试耦合量度之间的相互关系提供所述功率接收器相对于所述功率发射器的所述位置的额外指示；以及

位置估计器(207)，其被布置为响应于针对所述多个空间位置的所述测试参数与所述校准参数的比较而估计所述功率接收器相对于所述功率发射器的所述位置。

2.根据权利要求1所述的功率发射器，其中，所述位置估计器(207)被布置为：确定指示在垂直于用于接收所述功率接收器(105)的接触表面的方向上的所述发射器线圈(103)与所述功率接收器(105)的接收器线圈(107)之间的距离的垂直距离量度；并且响应于所述垂直距离量度与校准接收器的多个空间位置的比较而确定所述功率接收器(105)的位置。

3.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，还包括：通信器(205)，其用于从所述功率接收器(105)接收消息；其中，所述通信器(205)被布置为接收指示从所述接收器线圈(107)到所述功率接收器(105)的外表面的距离的功率接收器距离指示器；并且其中，所述位置估计器(207)被布置为响应于所述功率接收器距离指示器，确定所述垂直距离量度。

4.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，还包括：通信器(205)，其被布置为接收来自所述功率接收器(105)的消息；其中，所述通信器被布置为接收来自所述功率接收器的功率接收器识别指示，并且所述检索器(209)被布置为检索与所述功率接收器识别指示匹配的校准数据。

5.根据权利要求4所述的功率发射器，其中，所述检索器(209)被布置为通过将校准数据请求消息发送到远程源从所述远程源检索所述校准数据，所述校准数据请求消息包括对应于所述功率接收器识别指示的识别指示。

6.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，还包括：通信器(205)，其被布置为接收来自所述功率接收器(105)的数据；其中，所述检索器(209)被布置为接收来自所述功率接收器(105)的所述校准数据。

7.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述校准参数中的至少一些被提供用于具有断开的负载的校准功率接收器。

8.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述校准数据被提供用于参考功率发射器。

9.根据权利要求8所述的功率发射器，其中，所述位置估计器(207)被布置为响应于所述功率发射器(105)的性质与所述参考功率发射器的性质之间的差异而修改至少一个校准参数和测试参数中的至少一项。

10.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述测试生成器(211)被布置为生成多个不同测试信号，并且所述校准数据包括针对一个空间位置的不同测试信号的多个校准参数。

11.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，包括多个发射器线圈，所述多个发射器线圈包括所述发射器线圈(103)，并且其中，所述测试生成器(211)被布置为生成针对所述多个发射器线圈的测试信号。

12.根据权利要求11所述的功率发射器，所述测试生成器(211)被布置为生成包括针对所述多个发射器线圈的不同发射器线圈的不同测试信号的测试信号组的序列，并且所述校准数据包括针对一个空间位置的不同测试信号组的多个校准参数。

13.根据权利要求12所述的功率发射器，其中，所述测试信号组中的至少两个组包括针对所述发射器线圈的不同子组的测试信号。

14.根据任一项前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述位置估计器(207)被布置为估计针对所述功率接收器(105)的所述位置的至少两个尺寸。

15.一种用于功率发射器(101)的操作方法，所述功率发射器经由由发射器线圈(103)生成的电磁功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率：所述方法包括：

检索校准数据，所述校准数据包括针对校准接收器相对于校准发射器的多个空间位置中的每个空间位置的一组校准参数，所述校准参数包括针对所述多个空间位置中的每个空间位置的以下各项：

生成针对所述发射器线圈103的测试驱动信号以生成电磁测试信号；

响应于所述测试驱动信号而确定一组测试参数，所述测试参数包括：

指示从所述电磁测试信号提取的功率的测试功率损失量度，

指示所述功率发射器(101)与所述功率接收器(105)之间的耦合的测试耦合量度，所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度和所述测试耦合量度提供与所述功率接收器相对于所述功率发射器的位置的不同关系，由此所述测试功率损失量度、所述测试谐振频率量度与所述测试耦合量度之间的相互关系提供所述功率接收器相对于所述功率发射器的所述位置的额外指示；并且

响应于针对所述多个空间位置的所述测试参数与所述校准参数的比较而估计所述功率接收器相对于所述功率发射器的所述位置。