CN113036941B - 用于使用无线电力发射机检测磁通量场特性的装置及相关方法 - Google Patents

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Abstract

无线电力发射机可以包括：发射线圈，被配置为产生无线电力信号以进行无线电力传输；至少一个次级感测线圈，被配置为响应于在所述无线电力传输期间产生的磁通量场产生信号；以及控制逻辑，被配置为响应于根据从所述次级感测线圈接收到的至少一个信号检测到所述磁通量场中的失真，检测无线电力传输系统的至少一个状况。相关方法可以包括：使用无线电力发射机产生无线电力信号；响应于在无线电力传输期间产生的磁通量场，使用多个次级感测线圈产生一个或多个信号；以及响应于由所述多个次级感测线圈产生的所述一个或多个信号，检测无线电力传输系统的至少一个状况。

Description

用于使用无线电力发射机检测磁通量场特性的装置及相关 方法
本申请是申请日为2016年1月22日、申请号为201680017798.8的中国发明专利申请“用于使用无线电力发射机检测磁通量场特性的装置及相关方法”的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请涉及与本申请同日提交的美国专利申请No.14/603,275(代理人案卷号70107.471US01(2976-UT))，题为“APPARATUSES AND RELATED METHODS FOR DETECTINGMAGNETIC FLUX FIELD CHARACTERISTICS WITH A WIRELESS POWER RECEIVER”，其公开内容通过引用而整体并入本文。
技术领域
本公开的实施例大体上涉及无线电力传输，更具体地，涉及用于在无线电力传输期间检测磁通量场特性的装置和相关方法。
背景技术
电池供电设备(例如，消费电子设备、电动和混合动力汽车等)通过充电设备从电源(例如，AC电源插座)充电。充电设备通过适配器将电池耦合到电源。在电源和电池供电设备之间延伸的线缆可能占据空间。在多个设备需要充电的情况下，每个设备具有自身的充电器和线缆，充电区可能变得狭窄且不便。
正在开发在发射机和耦合到电子设备的接收机之间使用无线电或无线电力传送的方法。使用感应线圈的无线电力传送是被认为用于通过耦合的无线电力信号无线地传输电力的不受限的方法。在无线电力传送中，通过经由发射线圈发送无线电力信号来传输电力。在接收机侧，接收线圈可以通过无线电力信号与发射线圈耦合，由此无线地接收所发送的电力。发射机线圈和接收线圈之间的可以发生有效的电力传输的距离是电力传输线圈的传送能量、距离和对准的函数。耦合系数(k)是线圈之间的距离和对准、线圈尺寸和材料的函数。如果线圈的尺寸被调整并且在使得线圈物理上彼此位于所谓“近场区”内的频率处操作，则可以显着改善电力转换效率(例如，耦合因子、耦合质量)。
在无线充电传送期间遇到的问题包括由于发射机和接收机的未对准、异物的存在或其他原因而可能发生发射机和接收机弱耦合的情况。这些问题可能导致无线电力传输效率较低，这也可能导致过量的热量。传统的异物检测方法可以依赖于线圈温度测量(当存在异物时，线圈往往变热)、或将输入功率与输出功率进行比较以确定输出功率是否在预期的效率阈值(例如，350mW)内。这些方法可能失败，这是因为对于一些典型的操作条件，效率估计可能是不可靠的，这可能导致检测错误。
发明内容
本公开的实施例包括包含无线电力发射机的支持无线电力的装置。所述无线电力发射机包括：发射线圈，被配置为产生无线电力信号以无线电力传输到无线电力接收机；至少一个次级感测线圈，被配置为响应于在所述无线电力传输期间产生的磁通量场产生信号；以及控制逻辑，可操作地与所述至少一个次级感测线圈耦合。所述控制逻辑被配置为：响应于根据从所述次级感测线圈接收到的至少一个信号检测到所述磁通量场中的失真，检测无线电力传输系统的至少一个状况。
本公开的另一实施例包括包含无线电力发射机的支持无线电力的装置。无线电力发射机包括：发射线圈，被配置为根据输入信号产生无线电力信号；位于所述发射线圈附近的多个次级感测线圈；以及控制逻辑，可操作地与所述多个次级感测线圈耦合。每个次级感测线圈被配置为产生在向无线电力接收机进行无线电力传输期间产生的磁通量场的信号。所述控制逻辑被配置为至少部分地基于来自所述多个次级信号产生的信号的输入的测量组合来检测无线电力传输系统的至少一个状况。
本公开的另一实施例包括检测无线电力传输系统的状况的方法。该方法包括：使用无线电力发射机产生无线电力信号以用于向无线电力接收机进行无线电力传输；响应于在无线电力传输期间产生的磁通量场，使用多个次级感测线圈产生一个或多个信号；以及响应于由所述多个次级感测线圈产生的所述一个或多个信号，检测无线电力传输系统的至少一个状况。
附图说明
图1是无线电力传输系统的示意框图。
图2是无线电力传输系统的示意框图。
图3是具有次级感测线圈的无线电力发射机的示意图。
图4是具有次级感测线圈的无线电力发射机的示意图。
图5是具有次级感测线圈的无线电力发射机的示意图。
图6、图7和图8是示出了响应于无线电力传输系统的各种状况的来自次级感测线圈的输出的曲线图。
具体实施方式
在以下描述中，参考通过图示示出了本公开的具体实施例的附图。可使用其他实施例，并且可以在不脱离本公开范围的情况下进行改变。因此，以下详细描述并不以限制性意义来理解，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
此外，除非本文另有指明，示出和描述的具体实施例仅是示例且不应被解释为实施或区分本公开为功能元素的唯一途径。对于本领域普通技术人员将显而易见的是：本公开的各种实施例可以由许多其他的分区解决方案实施。
在以下描述中，元素、电路、和功能可以以框图形式示出为了不以不必要的细节混淆本公开。此外，在不同块之间的块定义和逻辑分区是示例性具体实现。对于本领域普通技术人员将显而易见的是：本公开可以由许多其他的分区解决方案实施。本领域普通技术人员将理解：信息和信号可以使用任何多种不同的技术和方法来表示。贯穿上述可能被提及的例如数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号、和码片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或它们的任何组合来表示。为了表示和描述清楚，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员将理解：信号可以表示信号的总线，其中，总线可以具有不同位宽且本公开可以在任意数量数据信号(包括单个数据信号)上实现。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性的逻辑块、模块、和电路模块可以被设计以执行本文所描述的功能的通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、应用专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、控制器、离散门或晶体管逻辑单元、离散硬件组件、或它们的任何组合实现或执行。所有这些都可以被称为“控制逻辑”。
通用处理器可以是微处理器，但是备选地，通用处理器可以是适合于执行本公开的过程的任何处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任何其他这种配置。
通用处理器可以是通用计算机的一部分，当被配置为执行用于执行本公开的实施例的指令(例如，软件代码)时，通用计算机应该被认为是专用计算机。此外，当根据本公开的实施例配置时，这种专用计算机改进了通用计算机的功能，这是因为如果没有本公开，通用计算机将不能执行本公开的过程。本公开还提供了超出抽象概念的一个或多个特定技术环境中的有意义的限制。例如，本公开的实施例提供了无线电力传输的技术领域的改进，更具体地，涉及用于在无线电力传输期间检测磁通量场特性的装置和相关方法。
此外，注意实施例可以以过程描述，过程可以被描述为流程图、流图、结构图、或框图。虽然过程可以描述操作的动作为顺序过程，但许多这些动作可以以另一顺序、并行地、或基本上同时执行。此外，动作的顺序可以被重新设置。过程可以对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。此外，本文公开的方法可以以硬件、软件、或二者结合来实现。如果以软件实现，可以作为在计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来存储或传输函数。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质二者，包括有利于将计算机程序从一个地方传输到另一地方的任何介质。
应当理解的是，本文使用诸如“第一”、“第二”等的指定对元素的任何引用不是限制这些元素的数量或顺序，除非这些限制被明确地说明。相反，本文这些指定可以用作在两个或两个以上元素或元素示例之间进行区分的实用方法。因此，引用第一和第二元素不意味着仅可以采用两个元素或第一元素必须以某一方式先于第二元素。此外，除非另有说明，一组元素可以包括一个或多个元素。
应当认识到，本文描述的无线电力传输系统的设备主要针对无线电力传输的功能；然而，应当认识到，无线电力传输系统可以包括附加组件以执行本文非特定描述的或未在各附图中示出的其他特征。例如，无线电力支持设备可以在其它组件中包括通信模块、用于与用户接口的I/O模块、用于存储指令和数据的存储器、各种传感器、处理器、控制器、电压调节器。因此，附图和所附的描述可以稍微简化，以集中于被配置为提供无线电力传输和检测磁通量场的特性和无线电力传输系统的状况的各种装置和方法。
图1是无线电力传输系统100的示意框图。无线电力传输系统100包括无线电力发射装置110和无线电力接收装置120。无线电力发射装置110包括无线电力发射机112，无线电力发射机112具有发射线圈114，其被配置为产生无线电力信号105(例如，电场、磁场、电磁场等)，以向无线电力接收装置120提供电力传输(例如，通过感应耦合)。无线电力接收装置120包括无线电力接收机122，无线电力接收机122具有接收线圈124，其配置为与无线电力信号105耦合。可以根据与之相关联的特定设备和应用调整发射线圈114和接收线圈124的尺寸。
输入信号116可以被提供给无线电力发射机112，以产生向无线电力接收装置120提供电力传输的无线电力信号105。无线电力接收机122可以耦合到无线电力信号105并可以响应于无线电力信号105来产生输出信号126。输出信号126可以提供由无线电力接收装置120用于存储(例如，对电池充电)、消耗(例如，提供系统电力)、或其组合的电力。
无线电力发射机112和无线电力接收机122相隔一定距离(d)。在一些实施例中，可以根据互感关系来配置无线电力发射机112和无线电力接收机122，使得当无线电力接收机122的谐振频率和无线电力发射机112的谐振频率基本相同时，在无线电力发射机112和无线电力接收机122之间的传输损耗最小。同样地，无线电力发射机112可以将无线电力信号105的频率设置在线圈114、124的谐振频率处或附近。结果，通过将发射线圈114的近场中的大部分能量耦合到接收线圈124而不是以电磁波将大部分能量传播到远场，可以进行高效的电力传输。如果无线电力接收装置120处于近场中(在一定距离(d)内)，则在发射线圈114和接收线圈124之间可以进行感应耦合。可以进行该近场感应耦合的环绕发射线圈114和接收线圈124的区域可以被称为“耦合区域”。由于该互感关系，无线电力传输可以被称为感应式无线电力传输。
发射线圈114和接收线圈124可以被配置为“环形”天线，本文中“环形”天线还可以被称为“磁性”天线或“感应”天线。环形天线可被配置为包括空气芯或物理芯(例如铁氧体芯)。空气芯环形天线对于放置在芯的附近的外来物理设备容限度更高。此外，空气芯环形天线允许在芯区域内放置其他组件(例如，次级感测线圈)。此外，空气芯环形可以更容易地使接收线圈124能够放置在发射线圈114的平面内，在该平面内发射线圈114的耦合区域可以更强。
无线电力接收装置120可以是能够接收无线电力信号105的移动电子设备，例如蜂窝电话、智能电话、媒体播放器(例如，MP3播放器、DVD播放机等)、电子阅读器、平板计算机、个人数字助理(PDA)、相机、膝上型计算机、和个人电子设备。无线电力接收装置120还可以是更小的移动电子设备，例如电视机、个人计算机、媒体播放器(例如，DVD播放机、蓝光播放器等)、或者可由电力操作和/或存储电力的任何其他设备。无线电力接收装置120可以是多个其他项中的一个：例如汽车或可以包括可通过无线电力发射装置110进行充电的电池在内的任何其他设备。
无线电力发射装置110可以是有时还可以是无线电力传输的接收方的设备。换言之，一些设备可以被配置为既是无线电力发射装置110又是无线电力接收装置120，使得设备可以基于操作模式来发送无线电力或接收无线电力。因此，本公开的实施例包括可以包含无线充电收发机的设备，无线充电收发机被配置为在发送模式或在接收模式下操作。使用术语“接收机”指示设备被配置为接收无线电力传输，但不应被解释为意味着该设备仅作为接收机操作。同样地，使用术语“发射机”指示设备被配置为发送无线电力，但不应被解释为意味着该设备仅作为发射机操作。
在操作中，用户可以将无线电力接收装置120放置在无线电力发射装置110附近；然而，接收线圈124和发射线圈114可能未对准。可能由于用户放置无线电力接收装置120时的用户误差导致该未对准。未对准也经常由无线电力接收装置120通过其他力(例如，无线电力接收装置120可能被撞击、由于振动移动等)而从其原始位置的移动引起。
无论未对准的原因如何，都可期望无线电力发射装置110检测到未对准，这是因为即使接收线圈124和发射线圈114之间的少量不匹配也可能降低无线电力传输的效率。降低的效率可能导致电力浪费、组件中的热量增加、电池充电变慢等不期望的问题。除了效率降低之外，由于未对准导致的边缘磁场的积聚能量也可能会引起问题。例如，如果用户快速地移动无线电力接收装置120使得接收线圈124移动回到与发射线圈114对准，则从积聚的能量的突然变化可能损毁(overwhelm)(例如，烧毁)无线电力接收装置120的组件。为了防止这种情况，常规的无线电力接收机可包括能够保护其组件的夹具；然而，即使使用夹具，在这种情况下，大量的能量仍然可能损毁并损坏无线电力接收机。因此，通过本公开的实施例，还可能期望无线电力发射装置110检测未对准。
在无线电力传输期间可能发生的另一个问题包括在无线充电场中存在异物。异物的存在也可能影响无线电力传输的效率，增加无线电力传输系统100的组件以及异物本身中的热量等。因此，通过本公开的实施例，还可能期望无线电力发射装置110检测异物的存在。
本公开的实施例包括用于监视无线电力传输系统100的磁通量场的特性的装置和方法。例如，无线电力发射机112可以包括被配置为检测发射线圈114附近的磁通量场的多个次级感测线圈(图2至图5)。具体地，多个次级感测线圈可以响应于无线电力传送而产生信号；然而，该信号可以不用于向无线电力接收装置120的无线电力传输。相反，该信号可以向无线电力发射装置110提供可以由无线电力发射装置110解译的数据，以检测在无线电力传输期间可能影响磁通量场的未对准、异物和其他状况。下面将参照图2至图5更详细地讨论次级感测线圈的配置和操作。
响应于检测到未对准，可以通知用户和/或辅助用户获得接收线圈124和发射线圈114的严格对准。无线电力发射机112还可以被配置为在未对准情况期间采取附加的适当措施(例如，减小发射功率、关闭电源等)，以便减少积聚的能量，这可以在突然调整的情况下保护无线电力接收装置120的组件。无线电力发射装置110还可以被配置为将未对准信息传送到无线电力接收装置120，无线电力接收装置120还可以辅助通知用户和/或执行适当的措施来保护自身免受未对准问题的影响。
此外，可以向用户通知存在异物，使得用户可以从无线充电场中移除异物。无线电力发射机112还可以被配置为响应于检测到存在异物而采取附加的适当措施(例如，减小发射功率、关闭电源等)。无线电力发射装置110还可以被配置为将异物信息传送到无线电力接收装置120，无线电力接收装置120还可以辅助通知用户和/或执行适当的措施来保护自身免受未对准问题的影响。
图2是根据本公开实施例的无线电力传输系统200的示意框图。无线电力传输系统200包括无线电力发射机212和无线电力接收机222。无线电力发射机212和无线电力接收机222可以根据互感关系被配置为互相耦合，使得无线电力信号105(图1)可以从无线电力发射机212传输到无线电力接收机222。
无线电力发射机212可以包括耦合在一起的谐振回路213、桥逆变器217、和发射机控制逻辑218以产生发送到无线电力接收机222的无线电力信号105。谐振回路213可以包括与谐振电容器215耦合的发射线圈214。无线电力发射机212的桥逆变器217可以包括全桥逆变器、半桥逆变器、或用于接收DC输入信号216的其他合适电路，并产生流过发射线圈214的AC信号以产生无线电力信号105。无线电力发射机212还可以包括与发射机控制逻辑218耦合的次级感测线圈219。次级感测线圈219可以被配置为感测在发射线圈214附近的磁通量场线的特性(例如，密度、幅度等)。因此，次级感测线圈219可以与发射机控制逻辑218无源地耦合，以向发射机控制逻辑218提供与无线电力传输期间存在的磁通量场相对应的数据。
无线电力接收机222包括耦合到一起的谐振回路223、整流器250、和调节器255、以及控制逻辑280以接收无线电力信号105并响应于接收到的无线电力信号105来产生输出信号(VOUT)。输出信号(VOUT)可以被提供到负载270(例如电池、系统组件等)，负载270还可以具有输出电容器260。谐振回路223可以包括与谐振电容器230耦合的接收线圈224。无线电力发射机212和无线电力接收机222可以分别包含在无线电力发射装置110(图1)和无线电力接收装置120(图1)内。可以根据与其相关联的具体设备和应用来调整发射线圈214和接收线圈224(和其他组件)的尺寸。
通常可以如上关于图1的讨论来配置无线电力发射机212和无线电力接收机222。在谐振回路213、223内的LC网络的配置通常可以分别确定无线电力发射机212和无线电力接收机222的谐振频率。例如，谐振回路213、223的谐振频率可以基于它们各自的感应线圈的电感和电容器板的电容。
在无线电力传输期间，可以由桥逆变器217接收输入信号216(DC信号)。桥逆变器217可以产生流过谐振回路213的AC电流以产生用于发射无线电力信号105的时变信号。因此，无线电力信号105可以是时变信号，该时变信号实质上是正弦曲线，具有可以基于无线电力发射机212的桥逆变器217的切换频率的频率。在一些实施例中，无线电力信号105的频率可以根据所需频率来设置，例如，针对特定无线电力标准的频率。谐振回路213可以被配置为使得谐振频率与无线电力信号105的频率近似。在一些实施例中，可能希望无线电力信号105的频率与谐振回路213的谐振频率略有不同，以便减少流过发射线圈214的峰间电流。
为了接收无线电力信号105，无线电力接收机222可以放置在无线电力发射机212的耦合区域中以便可以实现感应耦合。结果，无线电力接收机222可以接收无线电力信号105并响应于接收到的无线电力信号105产生AC电力。为了使负载270使用电力，AC电力可以转换成DC电力。整流器250可以产生整流电压(VRECT)以及流过谐振回路223的整流电流(IRECT)。在一些实施例中，整流器250可以被配置为同步整流器。结果，整流器250可以包括以这样的方式控制的一个或多个开关，以产生DC输出电力信号(即，整流电压(VRECT)和整流电流(IRECT))。在一些实施例中，整流器250可以包括被配置为产生DC输出电力信号的一个或多个二极管。
调节器255可以接收整流电压(VRECT)并转换整流电压以具有用于输出电压(VOUT)的所需电压电平。例如，在一些实施例中，调节器255可以将整流电压(VRECT)从低电压转换到用于输出电压(VOUT)的相对较高的电压。在一些实施例中，调节器255可以将整流电压(VRECT)从高电压转换到用于输出电压(VOUT)的相对较低的电压。在一些实施例中，调节器255可以将整流电压(VRECT)从正电压反相为负电压，反之亦然。可以根据多种不同的电压调节器的拓扑结构之一来配置调节器255。例如，可以根据降压拓扑结构、升压拓扑结构、降压-升压拓扑结构、反相拓扑结构、以及低压差(LDO)拓扑结构中的一个或多个来配置调节器255。在一些实施例中，可以根据基于变压器的拓扑结构(例如前向式、反激式等)来配置调节器255。可以由控制逻辑280根据所使用的拓扑结构来控制调节器255的操作。
无线电力接收机222的控制逻辑280可以被配置为控制无线电力接收机222的一个或多个操作。控制逻辑218、280可以在处理器(例如，微处理器)内或在被配置(例如，编程)以执行本公开的实施例的各种操作的其他电路内实现。控制逻辑218、280中的每个还可以包括计算机可读介质(例如，存储器)，其存储由与本公开的实施例的执行过程有关的处理器执行的计算指令。存储器可以包括易失性和非易失性存储器。此外，控制逻辑218、280中的每个还可以控制相应的无线电力发射机212、无线电力接收机222的其他功能，例如与异物检测、设备操作等有关的控制。控制逻辑218、280可以各自包括单独执行上述功能中的一个或多个的不同子块，而不是通过在单个进程、例程、程序等内采用上述功能中的一个或多个。此外，控制逻辑218、280可以各自使用用于不同功能的不同硬件元件。
当接收线圈224和发射线圈214位置对准时——即当接收线圈224直接位于发射线圈214上方时，可发生最高效率的电力传输。在对准时，磁通量场可以关于发射线圈214相对对称，并且功率传输的效率可以基本上接近其峰值。随着接收线圈224从与发射线圈214的对准移开，无线电力传输的效率可降低。此外，磁通量场可能变得相对于其在对准时的状态失真(例如，不对称)。例如，如果接收线圈224移离中心，则磁通量场也可以朝着接收线圈224移动以集中在接收线圈224周围的区域中。注意，为了本公开的目的，当讨论发射机212及其组件或接收机222及其组件的移动时，移动是相对于彼此。应当认识到，一些无线电力发射机212可以是相对静止的或者甚至内置在静止物体中。在这种情况下，移动无线电力发射机212或其组件可能意味着物理地移动无线电力接收机222。虽然不那么普遍，但是在这种情况下，一些无线电力接收机222可以相对静止，并且无线电力发射机212可以物理移动。
异物的存在同样可能使磁通量场失真并减小无线电力传输的效率。例如，磁通量场可能集中在异物周围的区域中。如本文所讨论的，次级感测线圈219可以被配置为感测在发射线圈214附近的磁通量场线的特性(例如，密度、幅度等)。这种数据可以尤其用于检测发射线圈214和接收线圈224未对准、检测存在异物等有用的情况。
图3是根据本公开的实施例的具有次级感测线圈219A、219B、219C、219D的无线电力发射机300的示意图。如上所述，次级感测线圈219A、219B、219C、219D与发射机控制逻辑218耦合，并且可以被配置为对发射线圈214附近的磁通量场进行采样。因此，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于发射线圈214附近，以感测发射线圈214周围的磁通量场线的特性(例如，密度、幅度等)。如图3所示，发射线圈214可以是大致圆形的。还可设想发射线圈214的其他几何形状，包括但不限于矩形、三角形等。根据需要，次级感测线圈219A、219B、219C、219D也可以具有各种几何形状。
关于无线电力发射机212(图2)的磁通量场的信息可以用于确定无线电力发射机212如何驱动磁通量场，并且识别无线电力传输系统100的不同状况。例如，可以将电测量进行解释以确定发射线圈214和接收线圈224对准(或未对准)、存在异物等。无线电力发射机212可以通过按照由次级感测线圈219A、219B、219C、219D采样的信息检测磁通量场中的失真来识别这种状况。
次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于沿X轴和Y轴提供采样点的位置处，原点近似为发射线圈214的中心。例如，第一次级感测线圈219A位于+Y位置处，第二次级感测线圈219B位于-Y位置，第三次级感测线圈219C位于+X位置，并且第四次级感测线圈线圈219D位于-X位置。当然，设想实施例可以包括多于或少于四个次级感测线圈。通常，增加作为系统的一部分的次级感测线圈的数量提供了磁通量场的更好的表征，这可以使得发射机控制逻辑218能够识别期望磁通量场的更多的异常，如下面将进一步详细讨论的。此外，可以设想次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于不沿X轴或Y轴的位置。
如图3所示，每个次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以独立地与发射机控制逻辑218耦合。换句话说，发射机控制逻辑218可以具有与次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个耦合的单独的输入引脚。结果，图3的四个次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以产生在每个位置处感测的磁通量场的四个独立测量。
在操作中，无线电力发射机212可以利用次级感测线圈219A、219B、219C、219D来感测磁通量场。具体地，当在无线电力传输期间存在磁通量场时，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以通过感应产生信号。信号可以是与用于为无线电力接收装置120(图1)充电和/或提供电力的实际的无线电力传输无关的电压信号。来自次级感测线圈219A、219B、219C、219D的信号可以由发射机控制逻辑218接收和处理。该处理可以是模拟或数字信号处理。发射机控制逻辑218可以根据期望的采样率(例如，200kHz)对信号进行采样，并对经采样的信号进行分析。
发射机控制逻辑218还可以解释经采样的信息(例如，电压测量)以识别影响无线电力传输系统100的一个或多个状况，例如发射线圈214和接收线圈224对准或未对准、存在异物等。例如，发射机控制逻辑218可以将经采样的信息与参考测量进行比较，以确定在磁通量场中是否存在任何失真，并识别什么状况导致磁通量场失真。
为了简化描述，可以相对于其对准状态根据电平来提及测量。换句话说，值“1”可以用于指示在发射线圈214和接收线圈224处于其对准状态的情况下由相应次级感测线圈219A、219B、219C、219D采样的信号的电平，即使实际的测量电压可能是某一其他值(例如，3V)也是如此。例如，在对准状态下，对于+Y、-Y、+X、-X位置，次级感测线圈219A、219B、219C、219D的四次测量可以分别为1、1、1、1。另一测量集合可能产生0、2、1、1，其可以指示发射线圈114和接收线圈224在-Y方向上未对准。注意，一些实施例可以包括一些次级感测线圈219A、219B、219C、219D，它们被反向缠绕，使得一些信号可能具有相反的极性(例如，1、-1、1、-1)。
用于未对准的各种可能的组合可以作为参考测量组合存储在发射机控制逻辑218的存储器中。例如，可以针对在+X方向上1mm的未对准存储输入的第一参考测量组合，可以针对在-X方向上1mm的未对准存储输入的第二参考测量组合，可以针对在+X方向上2mm的未对准存储输入的第三参考测量组合等等(例如，在+X方向上为11mm)。类似地，可以针对在±Y方向上的未对准存储输入的多个参考测量组合。此外，可以针对在X和Y两个方向上的未对准(例如，1mm+X和3mm-Y、4mm-X和7mm+Y等)存储输入的多个参考测量组合。这些参考测量组合中的每一个可以包括针对每个输入的值，并且作为组合存储在查找表中(例如，固件中)。
用户操作期间的实际测量可能得到输入的组合，该输入的组合与存储在发射机控制逻辑218中的参考测量组合进行比较以确定未对准(如果有的话)。例如，可以将3、1、3、1的测量组合与参考测量组合进行比较，以确定接收线圈224在+X和+Y两个方向上都未对准。应该注意的是，组合和对应的未对准量在本文中仅作为示例提供，并且参考测量组合可以尤其取决于线圈的操作点、线圈的物理特征等因素。其他测量组合可以提供关于其他状况的信息。结果，附加的参考测量组合可以存储在查找表中以检测这些附加状况。因此，查找表还可以包括提供在不同状况下为了具有有效数据应当具有的磁通量场的理想特性的模型的参考测量组合。
在某些情况(例如，存在异物)下，来自实际测量的组合可能不与任何存储的参考测量组合相匹配。例如，对于+Y、-Y、+X、-X位置，实际测量组合可以分别为1、1、6、1。这样的组合可能不与任何存储的参考测量组合相匹配，其可以向发射机控制逻辑218指示不被识别为有效数据的问题已经出现(例如，存在异物)。换句话说，所述测量可以以不被发射机控制逻辑218识别的方式区别于参考测量组合。该差异可以指示磁通量场中的失真可归因于诸如异物之类的不仅仅是未对准的问题。因此，异物检测的确定可以至少部分地基于识别对准。例如，如果存在用于对准的已知组合，则失真也不可能由异物引起，并且可以减少针对异物的假触发。
发射机控制逻辑218还可以被配置为辅助对这些状况的校正措施。例如，为了辅助校正未对准，无线电力发射装置110(图1)和/或无线电力接收装置120(图1)可以向用户通知未对准。该通知可以包括视觉通知(例如，图形用户界面上显示的图像、用于指示方向的点亮LED等)、可听见的通知(例如，蜂鸣声、语音指令、警报等)、触觉通知(例如，振动)等，及其组合。通知还可以在如何校正未对准方面辅助用户。例如，可以向用户通知接收线圈224和/或发射线圈214应该沿哪个方向移动以实现对准。结果，用户可以校正发射线圈214和接收线圈224的未对准以提高无线电力传输系统100的效率。
另一校正措施可以包括无线电力发射机112减少电力传输。在一些实施例中，减少电力传输可以包括完全关闭电力传输。对于可能对无线电力传输系统100的不同组件造成损坏的状况，减少电力传输可能是期望的补救措施。如上所述，如果未对准的发射线圈214和接收线圈224被快速移动为对准，则无线电力接收机122可能经历可能损坏无线电力接收装置120的组件的电流尖峰。在传统的无线电力系统中，电流尖峰可能不可与由负载引起的其他电流尖峰区分开。由于对准问题导致的一些电流尖峰可能大于由负载引起的尖峰。结果，无线电力接收机122可能没有准备好处理这种较大的电流尖峰，从而可能导致组件损坏。因此，可以减小电力，使得在边缘磁场中积聚的能量的量足够低，以便在用户快速地移动无线电力接收机122使得发射线圈114和接收线圈124更接近对准的情况下不会损坏无线电力接收装置120的组件。如果发射机控制逻辑218检测到对准已经改善，则无线电力发射机112可以再次将电力提高到更正常的水平，这是因为由抖动引起的损坏的风险已经降低。在一些实施例中，如果发射机控制逻辑218检测到未对准的快速减小，则作为响应，无线电力发射机112减小(例如，终止)电力传输。
如图3所示，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于发射线圈214的外周周围的铁氧体屏蔽物302附近；然而，其他位置被设想。例如，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以正好位于铁氧体屏蔽物302的外侧、铁氧体屏蔽物302上、发射线圈214上、发射线圈214的芯上或芯内、或者在无线电力传输期间处于磁通量场内的某个其他位置。次级感测线圈219A、219B、219C、219D的位置、取向、几何形状等可以增加/减小增益，使得制造更容易/更难等。
在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个可以包括单环线圈。在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个可以包括多环线圈。一些实施例可以包括用于次级感测线圈219A、219B、219C、219D的单环线圈和多环线圈的组合。次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以在具有发射线圈214和发射机控制逻辑218的印刷电路板上通过铜迹线形成。在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个可以形成为耦合到PCB、嵌入在PCB内或者嵌入在发射线圈214上的外部线。
虽然图3(和其他图)中示出了四个次级感测线圈219A、219B、219C、219D，但是可以根据期望的测量次数和测量的位置来使用更多或更少的次级感测线圈。通常，使用的次级感测线圈越多，可以接收到采样点以获得对磁通量场的更好了解。此外，次级感测线圈219A、219B、219C、219D在一些实施例中可以在至少一匝中被路由(routed)并且在一些实施例中可以在多于一匝被路由(这取决于用来找到所需电压的杂散磁通量)。在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于与发射线圈214相同的2D平面中。在一些实施例中，一个或多个次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于另一2D平面中。换句话说，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的一个或多个可以相对于发射线圈214位于3D空间中。
在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个可以作为输入单独地耦合到发射机控制逻辑218，以便为次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个提供独立的测量。在一些实施例中，一个或多个次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以耦合在一起，从而以相加或相减的方式组合测量。这样的组合可以包括成对的次级感测元件，而附加的次级感测元件(即，三个或更多个次级感测元件)也可以被组合以提供不同的相加和/或相减的测量的组合。
图4是根据本公开的实施例的具有次级感测线圈219A、219B、219C、219D的无线电力发射机400的示意图。如图4所示，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以分组成对，所述成对的次级感测线圈一起耦合到发射机控制逻辑218的公共输入引脚。例如，沿y方向对准的次级感测线圈219A、219B可以耦合到发射机控制逻辑218的第一输入引脚。类似地，沿x方向对准的次级感测线圈219C、219D可以耦合到第二输入引脚。根据需要，每对次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以被配置为加性(additive)的或减性(subtractive)的。
在一些实施例中，每对次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以反向缠绕。例如，第一次级感测线圈219A可以与第二次级感测线圈219B反向缠绕。类似地，第三次级感测线圈219C可以与第四次级感测线圈219D反向缠绕。
如果成对的次级感测线圈219A、219B、219C、219D被配置为是减性的，则如果发射线圈214和接收线圈224由于磁通量场的对称性质而对准，则来自每一对的信号可以基本上相互抵消。例如，第一次级感测线圈219A和第二次级感测线圈219B可以各自产生2V信号，但是在次级感测线圈219A、219B反向缠绕使得信号具有相反的极性的情况下，这些信号可以相互抵消。类似地，第三次级感测线圈219C和第四次级感测线圈219D可以各自产生2V信号，但是在次级感测线圈219C、219D反向缠绕使得信号具有相反的极性的情况下，这些信号可以相互抵消。因此，在无线电力传送期间到发射机控制逻辑218的输入可以各自为大约0V，这可以指示发射线圈214和接收线圈224对准。
当接收线圈224在+Y方向上从对准位置移开时，由第一次级感测线圈219A产生的信号可能增加，而由第二次级感测线圈219B产生的信号可能减小。结果，输入到发射机控制逻辑218的组合信号可能是正电压。类似地，当接收线圈224在-Y方向上从对准位置移开时，由第二次级感测线圈219B产生的信号可能增加，而由第一次级感测线圈219A产生的信号可能减小。结果，输入到发射机控制逻辑218的组合信号可能是负电压。
当接收线圈224在+X方向上从对准位置移开时，由第三次级感测线圈219C产生的信号可能增加，而由第四次级感测线圈219D产生的信号可能减小。结果，输入到发射机控制逻辑218的组合信号可能是正电压。类似地，当接收线圈224在-X方向上从对准位置移开时，由第四次级感测线圈219D产生的信号可能增加，而由第三次级感测线圈219C产生的信号可能减小。结果，输入到发射机控制逻辑218的组合信号可能是负电压。
上述示例描述了成对的次级感测线圈219A、219B、219C、219D被配置为减性的情况。在一些实施例中，成对的次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以被配置为将信号相加。结果，用于对准状态的输入可以是不为零的值，输入值可以响应于发生未对准而从该值改变。
图5是根据本公开的实施例的具有次级感测线圈219A、219B、219C、219D的无线电力发射机500的示意图。如图5所示，次级感测线圈219A、219B、219C、219D可以位于发射线圈214的中心区域内。磁通量场也可以响应于无线电力传输系统100的状况而在该区域内失真，其中无线电力传输系统100的状况可以由次级感测线圈219A、219B、219C、219D检测。该中心区域可以是开放的，以便为次级感测线圈219A、219B、219C、219D提供空间，而不增加次级感测线圈219A、219B、219C、219D所需的厚度。在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的每一个可以独立地耦合到发射机控制逻辑218，如上面关于图3所讨论的。在一些实施例中，次级感测线圈219A、219B、219C、219D中的至少一些可以一起耦合到公共输入端，如上面关于图4所讨论的。
在另外的实施例中，在单个无线电力传输系统100内可以存在多于一个无线电力发射机112和多于一个无线电力接收机122。随着无线电力发射机112的数量和无线电力接收机122的数量的增加，由于来自相邻线圈的边缘场可能相互影响，所以问题和组合可能变得更加复杂。
图6、图7和图8是示出了响应于无线电力传输系统的各种状况的来自次级感测线圈的输出的曲线图600、700、800。这些曲线图中的每一个示出了分别由+Y、-X和-Y位置处的次级感测线圈产生的三个信号602、604、606。这些信号602、604、606也作为来自示波器的连续AC信号被监视。如上所述，这样的信号602、604、606可以由发射机控制逻辑218进行采样并作为数字信号进行处理。最后，还应注意的是，信号602、604、606被示出为独立的信号；然而，如果需要，一个或多个信号可以耦合在一起(例如，以减少发射机控制逻辑218的输入引脚的数量)。
具体参考图6，该曲线图600表示发射线圈214和接收线圈224的对准状态。具体地，三个信号602、604、606各自具有近似相同的峰值。可以将这些峰值(或RMS)值中的每一个视为指示在该方向上对准的基值(以上称为“1”值)。
具体参考图7，该曲线图700表示接收线圈224已经在-X方向上移动的未对准状态。结果，与-X方向相关联的信号604增加。
具体参考图8，该曲线图800表示接收线圈224在不同的对准状态和未对准状态之间移动的各种状态。具体地，沿曲线图800的水平轴，“0”表示对准，“+2y”表示在+Y方向上的2mm的未对准，“-2y”表示在-Y方向上的2mm的未对准，“+2x”表示在+X方向上的2mm的未对准，“-2x”表示在-X方向上的2mm的未对准。曲线图800的前半部分示出了没有负载与无线电力接收机耦合的状况，并且曲线图800的后半部分示出了1A负载与无线电力接收机耦合的状况。
如曲线图800所示，不同的信号602、604、606可以响应于无线电力接收机移动到不同的位置而改变。如图所示，在一个方向上移动无线电力接收机可能对所有信号602、604、606而不仅仅是在该方向上的信号有一定影响。因此，这些信号602、604、606中的每一个可以在每个位置被采样，以获得与特定的未对准状态相关联的参考组合测量。
虽然已经关于某些说明性实施例在此描述了本公开，但是本领域的普通技术人员将认识和理解本发明并不局限于此。而是，可以在不脱离本公开的范围的前提下对示出的和描述的实施例做出多种添加、删除、和修改。此外，来自一个实施例的特征可以与由发明人所设想的仍包含在本公开的范围内的另一实施例的特征相结合。

Claims (5)

1.一种检测来自无线电力发射机的未对准的方法，所述方法包括：
使用所述无线电力发射机产生无线电力信号以用于向无线电力接收机进行无线电力传输；
响应于所述无线电力发射机的发射线圈附近的磁通量场，使用位于与所述无线电力发射机的发射线圈相邻、共面、位于其外部以及分别独立地耦合到所述无线电力发射机的发射机控制逻辑的多个次级感测线圈产生与所述发射线圈附近的磁通量场相对应的多个信号；以及
响应于由所述多个次级感测线圈产生的所述多个信号，检测所述无线电力发射机的所述发射线圈与所述无线电力接收机的接收线圈之间的未对准。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
检测在由所述多个次级感测线圈检测到的磁通量场内存在异物。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：根据采样频率对所述多个信号进行采样。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括以下至少一项：
向用户通知所述发射线圈和所述接收线圈未对准；以及
向所述用户通知存在异物。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括以下至少一项：
响应于检测到所述发射线圈和所述接收线圈未对准，减小所述无线电力信号的功率电平；
响应于检测到在所述磁通量场中存在异物，减小所述无线电力信号的功率电平；
响应于检测到所述发射线圈和所述接收线圈的未对准快速减小，减小所述无线电力信号的功率电平；
响应于确定所述发射线圈和所述接收线圈的未对准已经减小，增加所述无线电力信号的功率电平；以及
响应于确定已经从所述磁通量场中移除了异物，增加所述无线电力信号的功率电平。
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