CN114930680A - 具有电容外来对象检测传感器的无线功率设备 - Google Patents

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Abstract

一种无线功率传输设备使用无线功率传输线圈向无线功率接收设备发射无线功率信号。该无线功率传输线圈位于外壳中。该外壳具有圆形轮廓并且包含一个或多个磁体，该一个或多个磁体耦接到该无线功率接收设备中的对应磁体，以帮助将该无线功率接收设备中的无线功率接收线圈与该无线功率传输设备中的该无线功率传输线圈对准。电容传感器电极的圆形阵列由该外壳支撑在与该无线功率传输线圈重叠的位置处。分析来自电容传感器阵列的电容传感器测量结果，以确定诸如硬币或回形针的外来对象是否存在于该外壳与该无线功率接收设备之间。

Description

具有电容外来对象检测传感器的无线功率设备
本申请要求2020年2月5日提交的美国专利申请第16/782,464号以及2020年1月2日提交的美国临时专利申请第62/956,522号的优先权，这些专利申请据此以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给电子设备充电的无线功率系统。
背景技术
在无线充电系统中，无线功率传输设备诸如充电垫以无线方式向无线功率接收设备诸如便携式电子设备传输功率。无线功率接收设备具有线圈和整流器电路。线圈从无线充电垫接收交流无线功率信号。整流器电路将接收的信号转换为直流功率。
发明内容
无线功率系统具有外来对象检测能力，使得外来对象诸如硬币和回形针被检测。无线功率系统具有无线功率传输设备和无线功率接收设备。该无线功率传输设备使用无线功率传输线圈向无线功率接收设备发射无线功率信号。无线功率传输设备的无线功率传输线圈和其他部件位于外壳中。该外壳具有圆形轮廓并且包含一个或多个磁体，该一个或多个磁体耦接到无线功率接收设备中的对应磁体，以帮助将无线功率接收设备中的无线功率接收线圈与无线功率传输设备中的无线功率传输线圈对准。
电容感测用于检测外来对象。电容传感器电极阵列由外壳支撑在与无线功率传输线圈重叠的位置处。分析来自电容传感器阵列的电容传感器测量结果，以确定外来对象诸如硬币或回形针是否存在于该外壳与该无线功率接收设备之间。如果检测到外来对象，则停止利用无线功率传输线圈进行无线功率传输或者采取其他合适的动作。
附图说明
图1为根据实施方案的例示性无线功率系统的示意图。
图2为根据实施方案的用于无线功率系统的例示性电容感测电路的电路图。
图3为根据实施方案的具有传感器阵列的例示性无线功率传输设备的顶视图。
图4为根据实施方案的例示性无线功率系统的横截面侧视图。
图5为根据实施方案的操作无线功率系统所涉及的例示性操作的流程图。
具体实施方式
无线功率系统包括无线功率传输设备，诸如无线充电垫或无线充电盘。无线功率传输设备将功率无线传输到无线功率接收设备。无线功率接收设备可以为以下设备：诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机或其他电子装备。无线功率接收设备使用来自无线功率传输设备的功率来为设备供电以及为内部电池充电。
使用一个或多个无线功率传输线圈来将无线功率从无线功率传输设备传输到无线功率接收设备。无线功率接收设备具有耦接到整流器电路的一个或多个无线功率接收线圈，该整流器电路将所接收的无线功率信号转换为直流功率。
如果在无线功率传输线圈附近存在外来对象诸如回形针、硬币或其他金属对象等，则可能存在在外来对象中产生涡流的风险，该涡流会使外来对象的温度升高。为了确定在无线功率传输设备附近是否存在外来对象诸如回形针或硬币，无线功率传输设备使用电容传感器来进行电容测量。在存在金属对象诸如回形针或硬币的情况下，电容测量结果将偏离预期值(例如，电容读数将增大/减小)。
图1中示出了例示性无线功率系统(无线充电系统)。如图1所示，无线功率系统8包括无线功率传输设备(诸如无线功率传输设备12)，并且包括无线功率接收设备(诸如无线功率接收设备24)。无线功率传输设备12包括控制电路16。无线功率接收设备24包括控制电路30。在系统8中的控制电路，诸如控制电路16和控制电路30用于控制系统8的操作。此控制电路可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路。处理电路在设备12和24中实施所需控制和通信特征。例如，处理电路可用于选择线圈、确定功率传输水平、处理传感器数据和其他数据以检测外来对象并执行其他任务、处理用户输入、处置在设备12和24之间的协商、发送和接收带内和带外数据、进行测量，以及以其他方式控制系统8的操作。
系统8中的控制电路可被配置成使用硬件(例如专用硬件或电路)、固件和/或软件在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路8中的非暂态计算机可读存储介质(例如有形计算机可读存储介质)上。软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其他可移动介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路16和/或30的处理电路上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)或其他处理电路。
功率传输设备12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路的无线充电垫或充电座(puck))，可以是通过缆线耦接到功率适配器或其他装备的无线充电垫或座，可以是便携式设备，可以是已经结合到家具、交通工具或其他系统中的装备，可以是可移除电池盒或可以是其他无线功率传递装备。无线功率传输设备12是无线充电垫或座的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述，该无线充电垫或座具有无线功率传输线圈和具有圆形占有面积的外壳。
功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞，或其他电子装备。功率发射设备12可耦合到壁装插座(例如交流功率源)，可具有用于供电的电池，并且/或者可具有另一功率源。功率发射设备12可具有用于将来自壁装插座或其他功率源的AC功率转换成DC功率的交流(AC)-直流(DC)功率转换器，诸如AC-DC功率转换器14。DC功率可用以为控制电路16供电。在操作期间，控制电路16中的控制器使用功率传输电路52来向设备24的功率接收电路54传输无线功率。功率传输电路52可具有开关电路(例如，由晶体管形成的逆变器电路61)，该开关电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或关闭，以形成通过一个或多个无线功率传输线圈诸如无线功率传输线圈36的AC电流信号。这些线圈驱动信号使得线圈36传输无线功率。线圈36可被布置成平面线圈阵列(例如，在设备12为无线充电垫的配置中)或可被布置用于形成线圈簇(例如，在设备12为无线充电盘的配置中)。在一些布置方式中，设备12(例如，充电垫、充电座等)可仅具有单个线圈。在其他布置方式中，无线充电设备可具有多个线圈(例如，两个或更多个线圈、5-10个线圈、至少10个线圈、10-30个线圈、少于35个线圈、少于25个线圈或其他合适数量的线圈)。
当AC电流通过一个或多个线圈36时，产生交流电磁(例如，磁)场(无线功率信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应的接收器线圈，诸如在功率接收设备24中的一个或多个线圈48接收。设备24可具有单个线圈48、至少两个线圈48、至少三个线圈48、至少四个线圈48、或其他合适数量的线圈48。当交流电磁场被线圈48接收时，在线圈48中感生出对应的交流电流。用于传输无线功率的AC信号可以具有任何合适的频率(例如，100kHz-250kHz等)。整流器电路诸如整流器电路50(其包括整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从一个或多个线圈48接收的AC信号(与电磁信号44相关联的接收的交流信号)转换为DC电压信号以用于给设备24供电。
由整流器电路50产生的DC电压(有时称为整流器输出电压Vrect)可用于对电池诸如电池58充电，并且可用于对设备24中的其他部件供电。例如，设备24可包括输入-输出设备56。输入-输出设备56可包括用于采集用户输入和/或进行环境测量的输入设备，并且可包括用于向用户提供输出的输出设备。例如，输入-输出设备56可包括用于创建视觉输出的显示器、用于将输出呈现为音频信号的扬声器、发光二极管状态指示灯以及用于发射向用户提供状态信息和/或其他信息的光的其他发光部件、用于生成振动和其他触觉输出的触觉设备，和/或其他输出设备。输入-输出设备56还可包括用于采集来自用户的输入和/或用于对系统8的周围环境进行测量的传感器。可包括在输入-输出设备56中的例示性传感器包括三维传感器(例如，三维图像传感器诸如结构光传感器，其发射光束并且使用二维数字图像传感器来从当光束照亮目标时产生的光斑采集用于三维图像的图像数据；双目三维图像传感器，其使用双目成像布置中的两个或更多个相机来采集三维图像；三维激光雷达(光检测和测距)传感器；三维射频传感器；或采集三维图像数据的其他传感器)、相机(例如，具有相应的红外和/或可见数字图像传感器的红外和/或可见光相机，和/或紫外光相机)、注视跟踪传感器(例如，基于图像传感器并且(如果需要)基于发射一个或多个光束的光源的注视跟踪系统，其中在用户的眼睛反射光束之后，使用图像传感器来跟踪该一个或多个光束)、触摸传感器、按钮、电容式接近传感器、基于光的(光学)接近传感器诸如红外接近传感器、其他接近传感器、力传感器、传感器诸如基于开关的接触传感器、气体传感器、压力传感器、湿度传感器、磁传感器、音频传感器(麦克风)、环境光传感器、用于对目标对象进行光谱测量和其他测量(例如，通过发射光和测量所反射的光)的光学传感器、用于采集语音命令和其他音频输入的麦克风、距离传感器、被配置成采集关于运动、位置和/或取向的信息的运动、位置和/或方向传感器(例如，加速度计、陀螺仪、罗盘和/或包括所有这些传感器或这些传感器中的一者或两者的子集的惯性测量单元)、传感器诸如检测按钮按压输入的按钮、具有检测操纵杆运动的传感器的操纵杆、键盘，和/或其他传感器。设备12可以任选地具有一个或多个输入-输出设备70(例如，结合输入-输出设备56所述类型的输入设备和/或输出设备)。
设备12和/或设备24可使用带内或带外通信进行无线通信。设备12可例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路使用天线来向设备24无线地传输带外信号。无线收发器电路40可用以使用天线从设备24无线地接收带外信号。设备24可具有向设备12发射带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可使用天线以从设备12接收带外信号。设备12和24之间的带内传输可使用线圈36和48来执行。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(FSK)来将带内数据从设备12输送到设备24，并且使用幅移键控(ASK)来将带内数据从设备24输送到设备12。在这些FSK和ASK发射期间，功率可从设备12无线地输送到设备24。
希望功率传输设备12和功率接收设备24能够传达诸如接收功率、电池充电状态等信息以控制无线功率传递。但是，上述技术无需涉及传输个人可识别信息即可发挥作用。出于充分的谨慎，需要注意的是在某种程度上，如果该充电技术的任何具体实施涉及使用个人可识别信息，则实施者应遵循通常被认为符合或超过行业或政府要求以维护用户隐私的隐私政策和实践。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
控制电路16具有外部对象测量电路41，该外部对象测量电路可用于检测设备12的外壳的充电表面上的外部对象(例如，在充电垫的顶部上，或者如果需要，以检测与充电座的耦合表面相邻的对象)。设备12的外壳可以具有聚合物壁、其他电介质的壁、金属结构、织物和/或包封设备12的线圈36和其他电路的其他外壳壁结构。充电表面可以由设备12的上部外壳壁的平坦外表面形成或者可以具有其他形状(例如，凹形或凸形等)。在设备12形成充电盘的布置方式中，充电盘可以具有与设备24的形状适配的表面形状。如果需要，充电盘或其他设备12可以具有磁体，该磁体将设备12可移除地附接到设备24(例如，使得线圈48在无线充电期间与线圈36对准)。
电路41可检测外来对象诸如线圈、回形针和其他金属对象，并且可检测无线功率接收设备24的存在(例如，电路41可检测一个或多个线圈48和/或与线圈48相关联的磁体核心材料的存在)。在对象检测和表征操作期间，外部对象(外来对象)测量电路41可用于对线圈36进行测量，诸如Q因数测量、谐振频率测量和/或感应测量，其可指示是否存在线圈48和/或是否存在外来对象诸如硬币或回形针。测量电路还可用于使用电容传感器进行传感器测量，可用于进行温度测量，并且/或者可以其他方式用于采集指示外来对象或其他外部对象(例如，设备24)是否存在于设备12上的信息。
在一些配置中，设备12的控制电路(例如，电路41和/或其他控制电路16)可实现对外来对象检测方案进行功率计数。利用这种方法，设备12(例如，经由带内通信)从设备24接收指示设备24无线接收的功率量(例如，4.5W)的信息。设备12知道多少功率(例如，5.0W)正在传输(例如，因为设备12知道用于从逆变器61驱动线圈36的信号的量值)。通过将传输功率(例如，5.0W)与所接收到的功率(例如，4.5W)进行比较，设备12可确定无线功率是否由于在外来对象中流动的涡流而被耗散。如果耗散功率(例如，在该示例中为0.5W)大于预先确定的阈值量，或者如果无线功率传递过程的效率低于预期值，则设备12可断定存在外来对象。诸如这些的功率计数技术可以与电容感测外来对象检测技术和/或使用电路41执行的其他外部对象测量操作结合使用。
在一些实施方案中，控制电路16的测量电路41包含信号发生器电路(例如，振荡器电路，其用于以一个或多个探针频率生成AC探针信号、脉冲发生器，其可产生脉冲使得脉冲响应可测量)并且/或者使用来自设备12的无线功率信号的传输来对系统8中的线圈进行通电。电路41还可以包括用于测量系统8的响应的电路(例如，模数转换器电路、滤波器、模拟组合器、数字处理电路等)。在有时在本文作为示例描述的例示性实施方案中，测量电路41包括电容感测电路以及用于对外部对象(例如，外来对象)进行电容传感器测量的电容传感器电极阵列。
在图2中示出了用于外来对象检测的例示性电容传感器。如图2所示，测量电路41包括电容感测电路80和电容感测电极86的阵列。电容感测电路80可包括驱动电路84，该驱动电路用于将驱动信号施加到电极86中的一个或多个电极；以及感测电路诸如感测电路82，该感测电路用于测量在剩余电极86中的一个电极、一些电极或所有电极上接收的驱动信号的量。在例示性实施方案中，驱动信号是具有如下的频率的AC信号：至少10Hz、至少100Hz、至少1kHz、至少10kHz、至少100kHz、小于100MHz、小于10MHz、小于1MHz、小于500kHz、小于100kHz、1kHz至100kHz、10kHz至100kHz、100kHz至500kHz等。
通过按顺序向电极86中的每个电极施加驱动信号，同时测量剩余(未驱动)电极86上的所得信号，电路80可用于测量每个电极86的电容。电容的未预期模式可指示存在外来对象。例如，如果所测量电容具有其中特定电极86对相对于其余电极86表现出升高电容的模式，则可检测到外来对象。在一些情况下，电极86中的所有电极的电容升高。在这种情况下，电路41可将所测量升高电容模式与在存在某些蜂窝电话或其他有效功率接收设备的情况下被预期的可接受升高电容的数据库进行比较，并由此区分外部对象诸如蜂窝电话与其他有效对象和外来对象。
电极86可全部具有相同大小和形状，或者不同电极86可具有不同大小和/或形状。在一些实施方案中，电极86可以行和列布置(例如，以形成电极86的矩形阵列)。在其他实施方案中，电极86以圆形图案布置(例如，以形成表现出绕中心点旋转对称的电极环)。图3为处于例示性配置的设备12的顶视图，其中电极86以圆形阵列(例如，具有旋转对称和圆形轮廓的电极阵列)布置。单个电极86具有饼切片形状。这是示例。如果需要，可使用用于电极86的其他布局。
在图3的例示性配置中，设备12具有圆形外壳，诸如外壳90(例如，当从上方观察时具有圆形轮廓的外壳)。外壳90可由聚合物、陶瓷、玻璃、其他电介质、织物、金属、其他材料和/或此类材料的组合形成。外壳90可包括外壳壁(例如，上部壁和下部壁、侧壁等)，可包括内部支撑结构(例如，框架构件等)和/或其他结构部件。线圈36和电极86可安装在外壳90中(例如，使得电极阵列与线圈36重叠并且检测外来对象是否正与线圈36重叠)。设备12可从耦接到外壳90的电缆(例如，图3的电缆93，该电缆可联接到DC功率或AC功率的源)和/或外壳90中的内部电池接收功率。在一些配置中，设备12可无线地接收功率(例如，以给内部电池充电)。
在图3的设备12中，电极86由如下两个环的扇区形成：围绕设备12的中心92的内环和围绕内环的外环。可存在任何合适数量的电极86的环(例如，至少三个环、至少两个环、单一环等)，并且每个环可包含形成电极86的任何合适数量(例如，至少4个、至少8个、至少16个、10个-30个、5个-25个、14个-40个、少于30个等)的导电扇区。每个电极的面积可以是至少0.05cm2、至少0.2cm2、至少0.5cm2、至少1cm2、至少2cm2、小于5cm2、小于2.5cm2、小于1.5cm2、小于1cm2、小于0.3cm2或小于0.1cm2(作为示例)。在一些实施方案中，电极86的大小被选择成使得典型的外来对象(例如，常见的硬币)将不可避免地至少部分地与至少两个电极重叠。以此方式，可避免硬币完全位于单一电极的轮廓内的情况(这可对该电极的所测量电容产生小扰动，这些小扰动检测起来具有挑战性)。
电极86可由导电材料，诸如金属、半导体(例如，非晶硅等)、导电聚合物、其他导电材料、合金和/或此类材料的多层堆叠(例如，金属薄膜层或其他导电薄膜层)形成。电极86可覆盖设备12的充电表面的一部分或全部，并且可部分地或完全地与线圈36的线匝重叠。
在无线功率传输期间，由线圈36产生的AC磁场可在电极86中生成小涡流。涡流趋于产生可降低无线功率传递效率的相反磁通量和不期望的热电极86。为了帮助抑制电极86中的涡流并由此避免这些效应，电极86的电阻可升高。例如，电极86可由具有厚度的薄膜形成，该厚度足够小以帮助升高电极86的薄层电阻，并且/或者电极86可由具有相对高电阻率的导电材料形成。作为示例，电极86的厚度可以是0.05微米至2微米、小于100微米、小于10微米、小于1微米、小于0.5微米、至少0.1微米或其他合适的厚度。在例示性配置中，电极86可被配置成表现出10Ω/平方-100kΩ/平方、至少20Ω/平方、至少200Ω/平方、至少2kΩ/平方、至少5kΩ/平方、小于10kΩ/平方、小于1000Ω/平方或小于300Ω/平方(作为示例)的DC薄层电阻。电极86的AC电阻将由电极86的DC薄层电阻和几何结构以及形成设备12的结构确定。使用具有足够高DC电阻的材料形成电极86有助于抑制涡流。
周期性地(例如，在启动期间，并且如果需要，在无线功率传输已开始之后的稍后间隔处)，可执行电容传感器校准操作以补偿电容传感器漂移(例如，因温度波动造成的灵敏度漂移)。在例示性配置中，设备12具有一个或多个校准电极，诸如电极86D。在校准操作期间，使用电极86D进行校准电容测量(例如，通过利用来自驱动电路84的驱动信号驱动电极86D，同时使用感测电路82感测一个或多个剩余电极86上的所得信号，通过驱动电极86中的一个或多个电极，同时利用电极86D感测信号等)。电极86D可位于外壳12的一部分中，其中电极86D不受设备的充电表面上的对象的存在或不存在的影响(例如，位于靠近电极86的外环的外周边的侧壁的一部分下方、位于电极86下方等)。在校准测量期间采集的数据可指示电极86的灵敏度相对于电极86的标称灵敏度增大或减小，并且在电极86的预期灵敏度和实际灵敏度之间的该测量偏移可由测量电路41用于校准电容传感器，使得在对外部对象的后续电容测量期间产生准确的读数。
图4为在设备12的充电表面上存在外来对象的例示性场景中系统8中的设备12和设备24的横截面侧视图。如图4所示，设备24可放置在设备12的表面上，使得由设备12的线圈36发射的无线功率信号由设备24的线圈48接收。任选的磁性结构91(例如，永磁体和/或由磁性材料形成的构件，诸如被相对永磁体吸引的铁构件)可包括在设备12的外壳以及设备24的外壳中的对应位置中，以帮助将设备24可移除地保持抵靠设备12的充电表面，其中线圈36与线圈48对准。
在一些情况下，外来对象诸如硬币、回形针或其他导电对象可存在于充电表面上，如由图4的例示性外来对象100所示。由于无线功率信号由设备12发射，因此可能的是，外来对象100的温度将变得升高。使用外来对象检测传感器电路诸如由电极86形成的电容传感器，对象100可被检测并且采取适当动作(例如，无线功率传输可停止或最大无线功率电平可受到限制)。在一些实施方案中，可在利用线圈36传输功率之前检测外来对象。
如图4所示，电极86可安装在电介质基板上，诸如电介质层96上。层96可由聚合物、玻璃、陶瓷和/或其他电介质材料形成。电极86可形成在层96的上部表面上，并且任选地用保护性涂层诸如涂层98(例如，聚合物层、无机电介质层和/或其他覆盖层)覆盖，并且/或者可形成在层96的相反下部表面上(参见例如例示性电极86’)。图3的设备12的涂层98的外表面形成用于设备12的充电表面，无线功率接收设备(诸如设备24)可抵靠该充电表面放置以从线圈36接收无线功率。
设备12的层96和其他结构可安装在外壳90中。外壳90可包括后壁、侧壁和前部表面(例如，层96；以及层96上的结构诸如涂层98，这些结构可被认为形成用于设备12的外壳的前部或上部外壳壁)。线圈36可通过任选的绝缘层诸如层94(例如，聚合物层或其他电介质层)与电极86分开。铁氧体层102和/或其他磁性材料的结构可形成在线圈36下方，以帮助控制在无线功率传输期间从线圈36向下发射的磁通量。
图5是在使用系统8将无线功率从设备12传递到设备24，同时监测外来对象的存在时所涉及的例示性操作的流程图。图5的操作涉及使用电容传感器测量结果(例如，利用电极86的测量结果)检测指示外来对象的电容变化。如果需要，一个或多个另外的外来对象检测技术可结合这些电容传感器测量结果使用(例如，以帮助确认在采取动作之前存在外来对象或者以用作用于外来对象检测的独立触发器)。例如，设备12可在设备12的充电表面下方具有温度传感器阵列，以检测可在外来对象中诱导涡流时存在的升高温度；设备12可从设备24无线地接收信息，该信息指示由设备24从设备12接收的无线功率电平(例如，使得设备12可将这种电平与传输功率的已知电平进行比较，并由此使用功率计数技术确定足够的功率在传输期间是否被损失以指示存在外来对象)；设备12可使用射频测量结果(例如，线圈36和/或另外的外来对象检测线圈的Q因子、线圈电感、谐振频率行为和/或其他特性的测量结果)检测外来对象；设备12可使用光学传感器测量结果(例如，接近传感器测量结果)检测外来对象；并且/或者设备12可使用其他电路用于外来对象检测。
在框110的操作期间，设备12的控制电路16从设备12中的电容传感器(例如，参见例如图2的测量电路41，该测量电路示出使用电极86采集电容测量结果的电容感测电路)采集电容测量结果。框110的电容测量结果可在启动时执行(例如，当设备12被上电时并且潜在地在任何功率被无线地传输之前)，并且/或者可在设备12的正常使用期间周期性地执行(例如，以确保在无线功率传输操作已开始之后没有外来对象被意外地放置在设备12的充电表面上)。在电容测量操作期间，设备12可使用驱动电路84将信号按顺序驱动到电极86中的每个电极上，同时使用感测电路诸如电路82感测一个电极86、一些电极或所有剩余电极上的所得信号。如果需要，可通过将信号并行驱动到电极86中的多于一个电极上来减少执行扫描所有电极86所需的总时间。例如，驱动电路84可同时向一对电极86(例如，非相邻电极86，诸如设备12的相反侧上的电极)提供驱动信号，同时使用感测电路82感测一些或所有剩余电极86上的所得信号。
框110的测量结果(例如，针对电极86中的每个电极测量的电容值)由控制电路16处理以确定是否存在外来对象。在图5的例示性实施方案中，控制电路16将来自电极86的电容测量结果中的每个电容测量结果与基线值(例如，基于使用校准电极(诸如图3的电极86D)执行的校准操作任选地已调整的默认值)进行比较。由于这种比较，控制电路16确定电极86中的任一个电极是否表现出升高的电容以及任何相邻的电极86对是否表现出升高的电容。如果电极的所测量电容超过该电极的基线电容多于预先确定的阈值量，则可认为电容升高。如果一对电极86彼此相邻(无论是来自内环的相邻电极、来自外环的相邻电极还是相邻的内环电极和外环电极)，则处理在框114处继续。如果没有相邻电极对具有升高值，则处理返回至框110。
在框114的操作期间，控制电路16确定所有电极86是否已表现出升高电容值。如果存在外来对象100，则电容变化将定位在对象100的附近(例如，由对象100重叠的电极将具有升高电容)。因此，电极86中的所有电极将不会经历升高电容，并且设备24可在框116处断定存在外来对象并且作为响应采取适当动作(例如，设备24可停止无线功率传递并且任选地返回到框110的操作以进一步监测电容传感器)。
然而，如果在框114的操作期间确定电极86中的所有电极表现出升高电容，则操作可进行到框118以区分其中存在蜂窝电话或其他授权无线功率接收设备(例如，具有线圈的用于接收无线功率的无线功率接收设备是否与充电表面相邻，并且任选地使用设备12和/或设备24中的磁体(诸如图4的磁体91)耦接到设备12)的第一场景和其中存在外来对象(诸如硬币或回形针)(并且设备24存在或不存在于外来对象的顶部上)的第二场景。
当存在设备24并且不存在外来对象100时，由电极86表现出的电容变化将具有预定义模式。作为示例，内环的电容将增大15％(在2％的公差或其他合适的公差内)，并且外环的电容将增大10％(在2％的公差或其他合适的公差内)。该预定义模式和与其他授权无线功率接收设备24相关联的预定义模式存储在设备12中(例如，在制造期间)，并且在框118的操作期间由控制电路16使用，以在不存在外来对象的情况下识别何时存在授权设备。如果在框114期间检测到的升高电容与授权设备的升高电容模式匹配，则处理可返回到框110(例如，可执行另外的监测)。然而，如果在框114期间检测到的升高电容与同授权设备相关联的升高电容模式不匹配，则设备12可断定(例如，在设备12的与图3的中心92对准的中心)存在外来对象100。因此，设备12可在框116处采取适当的动作(例如，可停止无线功率传输)。
根据一个实施方案，提供了一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：外壳；无线功率传输电路，该无线功率传输电路位于该外壳中，该无线功率传输电路具有被配置成通过充电表面向该无线功率接收设备发射无线功率信号的无线功率传输线圈；电容传感器电极的圆形阵列，电容传感器电极的该圆形阵列与该无线功率传输线圈重叠；以及控制电路，该控制电路被配置成：从这些电容传感器电极中的每个电容传感器电极采集电容测量结果；并且基于这些电容测量结果确定外来对象是否存在于该充电表面上。
根据另一实施方案，该无线功率传输设备包括：电介质层，这些电容传感器电极由该电介质层上的薄膜导电层形成。
根据另一实施方案，这些电容传感器电极各自具有小于10微米的厚度。
根据另一实施方案，这些电容传感器电极各自具有10Ω/平方-100kΩ/平方的直流薄层电阻。
根据另一实施方案，这些电容传感器电极包括围绕电容传感器电极的内环的电容传感器电极的外环。
根据另一实施方案，该控制电路被配置成：至少部分地通过确定这些电容传感器电极中的任何两个电容传感器电极是否相对于基线电容值表现出变化的电容值来确定该外来对象是否存在。
根据另一实施方案，该无线功率传输设备被配置成至少部分地通过确定来自该电容传感器电极阵列的电容测量结果是否对应于该充电表面处的无线功率接收设备来确定该外来对象是否存在。
根据另一实施方案，该控制电路被配置成响应于确定存在该外来对象而停止利用该无线功率传输电路进行无线功率传输。
根据另一实施方案，无线功率传输设备包括：校准电极，该控制电路被配置成通过利用这些电容传感器电极和该校准电极中的至少一者进行电容测量来校准该电容传感器电极。
根据另一个实施方案，该外壳具有圆形轮廓，并且包括至少一个磁体，该至少一个磁体被配置成吸引该无线功率接收设备中的对应磁体。
根据另一实施方案，该控制电路包括驱动电路和感测电路，并且该控制电路被配置成通过利用该驱动电路将信号按顺序驱动到这些电容传感器电极中的每个电容传感器电极上，同时使用该感测电路测量该电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集这些电容测量结果。
根据另一实施方案，该控制电路包括驱动电路和感测电路，并且该控制电路被配置成通过利用该驱动电路将信号驱动到连续的该电容传感器电极对上，同时使用该感测电路测量这些电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集这些电容测量结果。
根据一个实施方案，提供了一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：无线功率传输线圈，该无线功率传输线圈被配置成向该无线功率接收设备发射无线功率信号；电容传感器电极的第一环；电容传感器电极的第二环，该电容传感器电极的第二环围绕该电容传感器电极的第一环；以及控制电路，该控制电路被配置成：从该电容传感器电极的第一环和该电容传感器电极的第二环采集电容测量结果；并且基于这些电容测量结果确定外来对象是否存在于充电表面上。
根据另一实施方案，该电容传感器电极的第一环和该电容传感器电极的第二环与该无线功率传输线圈重叠，该控制电路包括驱动电路和感测电路，并且该控制电路被配置成通过将信号驱动到该电容传感器电极的第一环和该电容传感器电极的第二环中的连续的非相邻电容传感器电极对上，同时使用该感测电路测量该电容传感器电极的第一环和该电容传感器电极的第二环中的剩余电容传感器电极上的对应信号来采集这些电容测量结果。
根据另一实施方案，该控制电路包括驱动电路和感测电路，并且该控制电路被配置成通过利用该驱动电路将信号按顺序驱动到这些电容传感器电极中的每个电容传感器电极上，同时使用该感测电路测量这些电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集这些电容测量结果。
根据另一实施方案，该控制电路包括驱动电路和感测电路，并且该控制电路被配置成通过利用该驱动电路将交流信号驱动到这些电容传感器电极中的至少一个电容传感器电极上，同时利用该感测电路从这些电容传感器电极中的至少一个其他电容传感器电极采集信号来采集这些电容测量结果，并且这些交流信号具有100Hz至10MHz的频率。
根据另一实施方案，这些交流信号具有100kHz至500kHz的频率。
根据另一实施方案，该电容传感器电极由具有至少10Ω/平方的薄层电阻的导电材料形成。
根据一个实施方案，提供了一种被配置成向具有线圈的无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：无线功率传输线圈，该无线功率传输线圈被配置成向该无线功率接收设备发射无线功率信号；电容传感器电极的圆形阵列；以及控制电路，该控制电路被配置成：基于来自电容传感器电极的该圆形阵列的电容测量结果确定外来对象是否存在于充电表面上；并且响应于确定存在外来对象而停止发射这些无线功率信号。
根据另一实施方案，该无线功率传输设备包括：外壳，该外壳包含该无线功率传输线圈和该外壳中的磁体，该磁体被配置成在发射这些无线功率信号期间吸引该无线功率接收设备中的对应磁性结构。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
外壳；
无线功率传输电路，所述无线功率传输电路位于所述外壳中，其中所述无线功率传输电路具有被配置成通过充电表面向所述无线功率接收设备发射无线功率信号的无线功率传输线圈；
电介质层；
电容传感器电极的圆形阵列，电容传感器电极的所述圆形阵列与所述无线功率传输线圈重叠，并且所述电容传感器电极由所述电介质层上的薄膜导电层形成；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
从所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极采集电容测量结果；以及
基于所述电容测量结果确定外来对象是否存在于所述充电表面上。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极各自具有小于10微米的厚度。
3.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极各自具有10Ω/平方-100kΩ/平方的直流薄层电阻。
4.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极包括围绕电容传感器电极的内环的电容传感器电极的外环。
5.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被配置成：至少部分地通过确定所述电容传感器电极中的任何两个电容传感器电极是否相对于基线电容值表现出变化的电容值来确定所述外来对象是否存在。
6.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述无线功率传输设备被配置成至少部分地通过确定来自所述电容传感器电极阵列的电容测量结果是否与所述充电表面处的无线功率接收设备对应来确定所述外来对象是否存在。
7.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被配置成响应于确定存在所述外来对象而停止利用所述无线功率传输电路进行无线功率传输。
8.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：校准电极，其中所述控制电路被配置成通过利用所述电容传感器电极和所述校准电极中的至少一者进行电容测量来校准所述电容传感器电极。
9.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述外壳具有圆形轮廓并且包括至少一个磁体，所述至少一个磁体被配置成吸引所述无线功率接收设备中的对应磁体。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号按顺序驱动到所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
11.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号驱动到连续的电容传感器电极对上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
12.一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
无线功率传输线圈，所述无线功率传输线圈被配置成向所述无线功率接收设备发射无线功率信号；
电容传感器电极的第一环；
电容传感器电极的第二环，所述电容传感器电极的第二环围绕所述电容传感器电极的第一环；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
从所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环采集电容测量结果；以及
基于所述电容测量结果确定外来对象是否存在于所述充电表面上。
13.根据权利要求12所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环与所述无线功率传输线圈重叠，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过将信号驱动到所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环中的连续的非相邻电容传感器电极对上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环中的剩余电容传感器电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
14.根据权利要求12所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号按顺序驱动到所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
15.根据权利要求12所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将交流信号驱动到所述电容传感器电极中的至少一个电容传感器电极上、同时利用所述感测电路从所述电容传感器电极中的至少一个其他电容传感器电极采集信号来采集所述电容测量结果，并且其中所述交流信号具有100Hz至10MHz的频率。
16.根据权利要求15所述的无线功率传输设备，其中所述交流信号具有100kHz至500kHz的频率。
17.根据权利要求12所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极由具有至少10Ω/平方的薄层电阻的导电材料形成。
18.一种被配置成向具有线圈的无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
无线功率传输线圈，所述无线功率传输线圈被配置成向所述无线功率接收设备发射无线功率信号；
电介质层；
电容传感器电极的圆形阵列，所述电容传感器电极由所述电介质层上的薄膜导电层形成；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
基于来自电容传感器电极的所述圆形阵列的电容测量结果确定外来对象是否存在于充电表面上；以及
响应于确定存在外来对象而停止发射所述无线功率信号。
19.根据权利要求18所述的无线功率传输设备，还包括：外壳，所述外壳包含所述无线功率传输线圈和所述外壳中的磁体，所述磁体被配置成在发射所述无线功率信号期间吸引所述无线功率接收设备中的对应磁性结构。

Claims (20)

1.一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
外壳；
无线功率传输电路，所述无线功率传输电路位于所述外壳中，其中所述无线功率传输电路具有被配置成通过充电表面向所述无线功率接收设备发射无线功率信号的无线功率传输线圈；
电容传感器电极的圆形阵列，电容传感器电极的所述圆形阵列与所述无线功率传输线圈重叠；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
从所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极采集电容测量结果；以及
基于所述电容测量结果确定外来对象是否存在于所述充电表面上。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：电介质层，其中所述电容传感器电极由所述电介质层上的薄膜导电层形成。
3.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极各自具有小于10微米的厚度。
4.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极各自具有10Ω/平方-100kΩ/平方的直流薄层电阻。
5.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极包括围绕电容传感器电极的内环的电容传感器电极的外环。
6.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被配置成：至少部分地通过确定所述电容传感器电极中的任何两个电容传感器电极是否相对于基线电容值表现出变化的电容值来确定所述外来对象是否存在。
7.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述无线功率传输设备被配置成至少部分地通过确定来自所述电容传感器电极阵列的电容测量结果是否与所述充电表面处的无线功率接收设备对应来确定所述外来对象是否存在。
8.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被配置成响应于确定存在所述外来对象而停止利用所述无线功率传输电路进行无线功率传输。
9.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：校准电极，其中所述控制电路被配置成通过利用所述电容传感器电极和所述校准电极中的至少一者进行电容测量来校准所述电容传感器电极。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述外壳具有圆形轮廓并且包括至少一个磁体，所述至少一个磁体被配置成吸引所述无线功率接收设备中的对应磁体。
11.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号按顺序驱动到所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
12.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号驱动到连续的电容传感器电极对上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
13.一种用于向无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
无线功率传输线圈，所述无线功率传输线圈被配置成向所述无线功率接收设备发射无线功率信号；
电容传感器电极的第一环；
电容传感器电极的第二环，所述电容传感器电极的第二环围绕所述电容传感器电极的第一环；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
从所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环采集电容测量结果；以及
基于所述电容测量结果确定外来对象是否存在于所述充电表面上。
14.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环与所述无线功率传输线圈重叠，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过将信号驱动到所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环中的连续的非相邻电容传感器电极对上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极的第一环和所述电容传感器电极的第二环中的剩余电容传感器电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
15.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将信号按顺序驱动到所述电容传感器电极中的每个电容传感器电极上、同时使用所述感测电路测量所述电容传感器电极中的剩余电极上的对应信号来采集所述电容测量结果。
16.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路包括驱动电路和感测电路，并且其中所述控制电路被配置成通过利用所述驱动电路将交流信号驱动到所述电容传感器电极中的至少一个电容传感器电极上、同时利用所述感测电路从所述电容传感器电极中的至少一个其他电容传感器电极采集信号来采集所述电容测量结果，并且其中所述交流信号具有100Hz至10MHz的频率。
17.根据权利要求16所述的无线功率传输设备，其中所述交流信号具有100kHz至500kHz的频率。
18.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中所述电容传感器电极由具有至少10Ω/平方的薄层电阻的导电材料形成。
19.一种被配置成向具有线圈的无线功率接收设备传输无线功率的无线功率传输设备，包括：
无线功率传输线圈，所述无线功率传输线圈被配置成向所述无线功率接收设备发射无线功率信号；
电容传感器电极的圆形阵列；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
基于来自电容传感器电极的所述圆形阵列的电容测量结果确定外来对象是否存在于充电表面上；以及
响应于确定存在外来对象而停止发射所述无线功率信号。
20.根据权利要求19所述的无线功率传输设备，还包括：外壳，所述外壳包含所述无线功率传输线圈和所述外壳中的磁体，所述磁体被配置成在发射所述无线功率信号期间吸引所述无线功率接收设备中的对应磁性结构。
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