CN116488360A - 无线地传输电力的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线地传输电力的设备和方法。用于无线地传输电力的方法可以包括：将电力无线地传输到接收装置；从接收装置接收第一Q因子，第一Q因子包括在传输电力时由接收装置测量的Q频率和Q值；以及通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于对应于第一Q因子的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。该方法可以检测传输设备中包括的谐振电路的Q频率和Q值作为第二Q因子，并且基于对应于第二Q因子的第二Q点和Q平面中的第二异物边界线的比较来继续或停止电力传输操作。

Description

无线地传输电力的设备和方法

技术领域

本公开涉及一种用于无线地传输电力的设备和方法，并且更具体来说，涉及一种用于有效地检测附接到接收装置的异物的方法。

背景技术

随着通信和信息处理技术的发展，诸如智能手机等的智能终端的使用逐渐地增加，并且目前，通常应用于智能终端的充电方案是以下方案：将连接到电源的适配器直接连接到智能终端以通过接收外部电源对智能手机充电，或通过主机的USB终端将适配器连接到智能终端以通过接收USB电源对智能终端充电。

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，通过使用无电接触的磁耦合对电池进行无线充电的无线充电方案已逐渐地应用于智能终端。

存在用于无线地供应或接收电能的几种方法，典型地，基于电磁感应的感应耦合方法和基于使用特定频率的无线电力信号的电磁共振现象的共振耦合方法(即，电磁共振耦合方法)。

在这两种方法中，通过经由在无线充电设备与诸如智能终端等的电子装置之间形成的通信信道交换数据，可以确保电力传输的稳定性并且提高传输效率。感应耦合方法具有的问题在于，在无线地接收电力时，通过电力接收装置的移动降低传输效率，并且谐振耦合方法具有的问题在于，由于通信信道中出现的噪声，电力传输被中断。

当传输设备与接收装置之间存在例如硬币的金属异物时，会发生电力损耗，并且如果无线传输电力集中在金属异物上，则存在过热的风险，这会阻碍稳定的电力传输。因此，能够检测金属异物是否放置在传输设备中的异物检测(FOD)功能必须在应用感应耦合方法的无线充电标准的产品中实施。

用于通过检测差来确定传输电力与接收电力之间的差是否大于或等于预定值的技术，或用于将从接收装置传输的Q值与传输电力用于检测金属异物时测量的传输线圈的Q值相比较的技术。

然而，存在一个问题，即后一种情况不适用于不传输Q值的接收装置。另外，如果例如夹子的金属材料的尺寸小，或如果在例如智能手机的电力接收装置的外壳内存在异物，则存在无法被无线充电器检测到的情况，并且在这些情况下，充电效率可能降低并且可能产生热。

最新标准(Qi 1.3)包含以下内容：接收装置不仅向传输设备传输Q值，而且还向传输设备传输Q频率，并且正在发布满足此标准的接收装置。然而，尚未提出一种用于使用由接收装置提供的Q频率来有效地检测异物的方法。

发明内容

鉴于这种情况进行了本公开，并且本公开的目的是提供一种用于传输设备有效地确定是否存在附接到接收装置的异物的方法。

本公开的另一目标是提供一种用于使用从接收装置传输的Q频率有效地确定是否存在异物的方法。

根据本公开的实施例的用于无线地传输电力的方法可以包括将电力无线地传输到接收装置；从接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括在传输电力时由接收装置测量的Q频率和Q值；以及通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于对应于第一Q因子的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

根据本公开的另一实施例的无线电力传输设备可以包括：电力转换单元，所述电力转换单元包括用于将DC电力转换成AC电力的逆变器以及谐振电路，所述谐振电路包括用于通过与接收装置的次级线圈进行磁性电感耦合来传输电力的初级线圈；Q因子检测单元，所述Q因子检测单元被配置成在传输电力时检测谐振电路的Q频率和Q值作为Q因子；通信单元，所述通信单元被配置成从接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括由接收装置测量的Q频率和Q值；以及控制单元，所述控制单元被配置成控制电力转换单元以将电力传输到接收装置，并且通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于与通过通信单元接收的第一Q因子相对应的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

因此，可以有效地确定金属异物是否在传输设备上或传输设备与接收装置之间，并且可以提前防止由于在无线电力传输期间金属异物上的输出集中而产生过热和火灾的风险。

附图说明

图1概念性地图示将电力从电力传输设备无线地传输到电子装置，

图2概念性地图示用于在电磁感应方案中无线地传输电力的传输模块的电力转换单元的电路配置，

图3图示用于无线电力传输模块和无线电力接收模块发送和接收电力和消息的配置，

图4是用于控制无线电力传输模块与无线电力接收模块之间的电力传输的环路的框图，

图5示出用于使用输入电压与输出电压的比率和检测到的Q因子的曲线图来检测包括Q值和Q频率的Q因子的电路，

图6图示通过检测信号衰减确定是否存在异物的概念，

图7示出在以Q值和Q频率作为两个轴的Q平面上设置FOD线的示例，所述FOD线基于在改变接收装置的位置以及异物的类型和位置时测量的Q值和Q频率来区分存在异物的情况和可以充电的情况，

图8A到8C示出Q平面中的FOD线无法清楚地区分存在异物的情况与可以充电的情况的示例，

图9示出计算FOD线与在Q平面中由从接收装置传输的Q值和Q频率确定的坐标之间的距离的示例，

图10A到10C示出通过利用从接收装置传输的Q值和Q频率向FOD线添加偏移，FOD线清楚地区分存在异物的情况与可以充电的情况的示例，

图11以框形式示出应用本公开的实施例的无线电力传输设备的配置，

图12是图示根据本公开的实施例的用于在检测异物时无线地传输电力的方法的操作的流程图。

具体实施方式

下文将参考附图详细地描述根据本公开的用于无线地传输电力的设备和方法的实施例。

图1概念性地图示将电力从无线电力传输设备无线地传输到电子装置。

无线电力传输设备1可以是无线地传递由无线电力接收设备或电子装置2所需的电力的电力传递设备或者用于通过无线地传递电力对电池充电的无线充电设备。或者，无线电力传输设备1可以由各种类型的设备中的一个实施，所述设备以非接触方式将电力传递到需要电力的电子装置2。

电子装置2可通过从无线电力传输设备1无线地接收电力来操作，并且通过使用无线地接收的电力对电池充电。无线地接收电力的电子装置可以包括便携式电子装置，例如，智能手机、平板计算机、多媒体终端、诸如键盘、鼠标的输入/输出装置、视频或音频辅助装置、次级电池等。

可以通过由无线电力传输设备1产生的无线电力信号基于电磁感应现象通过感应耦合方案来无线地传输电力。也就是说，通过由无线电力传输设备1传输的无线电力信号在电子装置2中产生谐振，并且通过谐振而不接触地将电力从无线电力传输设备1传递到电子装置2。磁场由初级线圈中的AC电流改变，并且电流通过电磁感应现象感应到次级线圈以传递电力。

当在无线电力传输设备1的初级线圈上流动的电流强度改变时，穿过初级线圈(或传输Tx线圈或第一线圈)的磁场由电流改变，并且改变的磁场在电子装置2中的次级线圈(或接收Rx线圈或第二线圈)处产生感应电动势。

当无线电力传输设备1和电子装置2被设置使得无线电力传输设备1处的传输线圈和电子装置2处的接收线圈彼此接近并且无线电力传输设备1控制传输线圈的电流改变时，电子装置2可以通过使用感应到接收线圈的电动势向例如电池的负载供电。

基于感应耦合方案的无线电力传输的效率受无线电力传输设备1与电子装置2之间的布局和距离的影响。无线电力传输设备1被配置成包括平坦的接口表面，并且传输线圈被安装在接口表面的底部上，并且一个或多个电子装置可以被放置在接口表面的顶部上。通过使安装在接口表面的底部上的传输线圈与位于接口表面的顶部上的接收线圈之间的间隙足够小，可以提高通过电感耦合方法进行的无线电力传输的效率。

指示电子装置将被放置的位置的标记可以被显示在无线电力传输设备的接口表面的顶部上。标记可以指示电子装置的位置，所述位置使得安装在接口表面的底部上的初级线圈与次级线圈之间的布置适合。用于引导电子装置的位置的突出结构可以被形成在接口表面的顶部上。并且磁性体可以被形成在接口表面的底部上，使得可以通过电子装置内部设置的另一极的磁性体的吸引力来引导初级线圈和次级线圈。

图2概念性地图示用于在电磁感应方案中无线地传输电力的传输模块的电力转换单元的电路配置。

无线电力传输模块可以包括电力转换单元，所述电力转换单元通常包括电源、逆变器和谐振电路。电源可以是电压源或电流源，并且电力转换单元将从电源供应的电力转换成无线电力信号并且将转换后的无线电力信号传递到电力接收模块。无线电力信号以具有谐振特性的磁场或电子磁场的形式形成。并且，谐振电路包括产生无线电力信号的线圈。

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电力。线圈和电容器确定电力传输的基本谐振频率。初级线圈随着电流的变化来形成与无线电力信号相对应的磁场，并且能够以平坦形式或螺线管形式实施。

由逆变器转换的AC电流驱动谐振电路，并因此在初级线圈中形成磁场。通过控制所包括开关的开/关定时，逆变器产生频率接近谐振电路的谐振频率的AC，以提高传输模块的传输效率。可以通过控制逆变器来改变传输模块的传输效率。

图3图示用于无线电力传输模块和无线电力接收模块发送和接收电力和消息的配置。

由于无论接收模块的接收状态如何，电力转换单元仅单方面传输电力，因此无线电力传输模块中需要用于从接收模块接收与接收状态相关联的反馈的配置，以便根据接收模块的状态传输电力。

无线电力传输模块100可以包括电力转换单元110、通信单元120、控制单元130和电源供应单元140。并且，无线电力接收模块200可以包括电力接收单元210、通信单元220和控制单元230，并且可以进一步包括将所接收电力供应到的负载240(或电源供应单元)。负载240可以包括充电单元，该充电单元用于通过从电力接收单元210供应的电力对内部电池进行充电。

电力转换单元110包括图2的逆变器和谐振电路，并且可以进一步包括用于控制特性的电路，所述特性包括用于形成无线电力信号的频率、电压、电流等。

连接到电力转换单元110的通信单元120可以解调由接收模块200调制的无线电力信号，所述接收模块200在磁感应方案中从传输模块100无线地接收电力，从而检测电力控制消息。

控制单元130基于由通信单元120检测到的消息来确定电力转换单元110的操作频率、电压和电流中的一个或多个特性，并且控制电力转换单元110以生成适合于所述消息的无线电力信号。通信单元120和控制单元130可以被配置为一个模块。

电力接收单元210可以包括匹配电路，所述匹配电路包括次级线圈和电容器，所述匹配电路根据从电力转换单元110的初级线圈生成的磁场的变化来生成感应电动势，并且可以进一步包括整流电路，所述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。

连接到电力接收单元210的通信单元220可以通过根据调整DC处的电阻负载和/或AC处的电容负载的方法调整电力接收单元的负载来改变传输模块与接收模块之间的无线电力信号，以向传输模块传输电力控制消息。

接收模块的控制单元230控制接收模块中包括的各个组件。控制单元230可以测量电力接收单元210以电流或电压形式的输出，并且基于所测量的输出来控制通信单元220以将电力控制消息传递到无线电力传输模块100。消息可以指示无线电力传输模块100开始或终止无线电力信号的传输，并且控制无线电力信号的特性。

由电力转换单元110形成的无线电力信号由电力接收单元210接收，并且接收模块的控制单元230控制通信单元220以调制无线电力信号。控制单元230可以执行调制过程，以通过改变通信单元220的电抗来改变从无线电力信号接收的电力量。当从无线电力信号接收的电力量改变时，形成无线电力信号的电力转换单元110的电流和/或电压也改变，并且无线电力传输模块100的通信单元120可以感测电力转换单元110的电流和/或电压的改变并执行解调过程。

控制单元230生成包括要传递到无线电力传输模块100的消息的分组(packet)，并且调制无线电力信号以包括所生成的分组。控制单元130可以通过解码通过通信单元120提取的分组来获取电力控制消息。控制单元230可以基于通过电力接收单元210接收的电力量来传输用于请求改变无线电力信号的特性的消息，以便控制要接收的电力。

图4是用于控制无线电力传输模块与无线电力接收模块之间的电力传输的环路的框图。

根据由传输模块100的电力转换单元110生成的磁场的变化，在接收模块200的电力接收单元210中感应电流，并且传输电力。接收模块的控制单元230选择期望的控制点，即期望的输出电流和/或电压，并且确定通过电力接收单元210接收的电力的实际控制点。

控制单元230通过在传输电力时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视为控制误差值。当需要更少的电力来达到期望控制点时，控制误差值可以被确定为例如负值，并且当需要更多的电力来到达期望控制点时，控制误差值可以被确定为正值。控制单元230可以通过通信单元220生成包括通过随时间改变电力接收单元210的电抗而计算出的所计算控制误差值的分组，以将分组传输到传输模块100。

传输模块的通信单元120通过解调在由接收模块200调制的无线电力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。

传输模块的控制单元130可以通过解码通过通信单元120提取的控制误差分组来获取控制误差值，并且通过使用实际在电力转换单元110上流动的实际电流值和控制误差值来确定由接收模块所需的传输电力的新电流值。

当从接收装置接收控制误差分组的过程稳定时，传输模块的控制单元130控制电力转换单元110，使得操作点达到新的操作点，从而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电压的量值、频率、占空比等变为新值。并且，控制单元130控制连续地维持新的操作点，以便接收装置另外传送控制信息或状态信息。

无线电力传输模块100与无线电力接收模块200之间的交互可以包括选择、ping、识别和配置以及电力传递的四个步骤。选择步骤是用于传输模块以发现放置在接口表面上的对象的步骤。ping步骤是用于验证对象是否包括接收模块的步骤。识别和配置步骤是用于向接收模块发送电力的准备步骤，在此期间从接收模块接收适当的信息并且基于所接收的信息来签订与接收模块的电力传递合同。电力传递步骤是通过传输模块与接收模块之间的交互将电力实际无线地传输到接收模块的步骤。

在ping步骤中，接收模块200通过谐振波形的调制传输指示初级线圈与次级线圈之间的磁通耦合程度的信号强度分组SSP。信号强度分组SSP是由接收模块基于整流电压生成的消息。传输模块100可以从接收模块200接收消息，并且使用消息来选择用于电力传输的初始驱动频率。

在识别和配置步骤中，接收模块200向传输模块100传输包括接收模块200的版本、制造商代码、设备标识信息等的标识分组、包括包含接收模块200的最大电力、电力传输方法等的信息等的配置分组。

在电力传输步骤中，接收模块200向传输模块100传输控制误差分组CEP，所述控制误差分组CEP指示接收模块200接收电力信号的操作点与在电力传递合同中确定的操作点之间的差；接收电力分组RPP，所述接收电力分组RPP指示接收模块200通过接口表面接收的电力的平均值等。

接收电力分组RPP是关于接收电力量的数据，所述数据通过获取接收装置的电力接收单元210的整流电压、负载电流、偏移电力等获得，并且在接收模块200接收电力时连续地传输到传输模块100。传输模块100接收所述接收电力分组RPP并且将所述接收电力分组用作电力控制的操作因子。

传输模块的通信单元120从谐振波形的变化中提取分组，并且控制单元130对提取的分组进行解码以获取消息，并且基于此来控制电力转换单元110以无线地传输电力，同时根据接收模块200的请求改变电力传输特性。

同时，在基于电感耦合无线地传递电力的方案中，效率受频率特性的影响较小，但受传输模块100与接收模块200之间的布置和距离影响。

无线电力信号可以到达的区域可以分为两个。当传输模块100向接收模块200无线地传输电力时，高效磁场可以穿过的接口表面的部分可以被称为有源区域。传输模块100可以感测接收模块200的存在的区域可以被称为感测区域。

传输模块的控制单元130可以感测接收模块被设置在有源区域或感测区域中还是从有源区域或感测区域移除。控制单元130可以通过使用在电力转换单元110中形成的无线电力信号或使用单独提供的传感器来检测是否接收模块200被设置在有源区域或感测区域中。

例如，控制单元130可以通过监测用于形成无线电力信号的电力特性是否在无线电力信号受到存在于感测区域中的接收模块200的影响时改变来检测接收模块是否存在。控制单元130可以根据检测到接收模块200的存在的结果来执行识别接收模块200的过程或确定是否开始无线电力传递。

传输模块的电力转换单元110可以进一步包括位置确定单元。位置确定单元可以移动或旋转初级线圈，以便基于感应耦合方案提高无线电力传递的效率，并且特别是当接收模块200不存在于传输模块100的有源区域中时使用。

位置确定单元可以包括用于移动初级线圈的驱动单元，使得传输模块100的初级线圈的中心与接收模块200的次级线圈的中心之间的距离在预定范围内，或使得初级线圈的中心和次级线圈的中心彼此重叠。为此，传输模块100可以进一步包括用于感测接收模块200的位置的传感器或感测单元。并且，传输模块的控制单元130可以基于从感测单元的传感器接收的接收模块200的位置信息来控制位置确定单元。

可替选地，传输模块的控制单元130可以通过通信单元120来接收关于与接收模块200的布置或距离的控制信息，并且基于所述控制信息来控制位置确定单元。

此外，传输设备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与接收模块200的次级线圈适当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电力传输。

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初级电池。传输模块的控制单元130可以感测接收模块200的位置，基于所确定的有源区域来确定有源区域，连接配置与有源区域相对应的初级电池的传输模块，并且控制传输模块的初级线圈以电感耦合到接收模块200的次级线圈。

同时，由于接收模块200被嵌入到智能终端或电子设备(例如，多媒体再现终端或智能手机)中，并且放置在传输模块100的接口表面上的垂直或水平方向中不恒定的方向或位置上，因此传输模块需要宽的有源区域。

在使用多个初级线圈以扩大有源区域的情况下，由于需要与初级线圈数量相等的驱动电路数量并且对多个初级线圈的控制是复杂的，因此在商业化过程中，传输模块(即，无线充电器)的成本会增加。此外，为了扩大有源区域，即使当应用改变初级线圈的位置的方案时，由于需要提供用于移动初级线圈的位置的传送机构，因此存在体积和重量增加以及制造成本增加的问题。

即使使用位置被固定的一个初级线圈扩展有源区域的方法是有效的。然而，当初级线圈的尺寸刚刚增大时，单位面积的磁通密度减小并且初级线圈与次级线圈之间的磁耦合力减弱。因此，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适当形状和适当尺寸，以扩大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以是扩展无线电力传输模块的有源区域的有效方法。

同时，用于检测异物，特别是金属异物是否放置在接收装置与传输设备之间的方法中的一个是确定Q因子(即Q值和Q频率)是否改变，所述Q因子是与传输设备或接收装置的谐振相关的值。如果存储的Q因子和新检测的Q因子不同，则可以确定存在异物。

图5示出用于使用输入电压与输出电压的比率和检测到的Q因子的曲线图来检测包括Q值和Q频率的Q因子的电路。

通过将AC电压作为输入电压V1输入到包括电容器C和线圈L的谐振电路，同时改变输入电压的频率，可以将线圈L两端的电压检测为输出电压V2，并且可以基于输出电压V2和输入电压V1的比率来计算与谐振特性相关的Q因子。在图5的右图中，可以看到100kHz的频率成为谐振频率，并且最高输出电压出现在谐振频率处。

图6图示通过检测信号衰减来确定是否存在异物的概念。当向谐振电路供应谐振频率或接近谐振频率的频率的输入电压时，谐振电路的输出信号被表达为其中/>且/>

如果谐振电路附近没有异物(没有FO)，则随着时间的推移，由于构成谐振电路的电阻组件引起的轻微自然衰减，输出信号逐渐地降低。但是如果谐振电路附近有异物(具有FO)，则由于异物与谐振电路之间的相互作用，输出信号被快速地衰减。

通过这种方式，通过当谐振电路以接近谐振频率的频率驱动时检测输出信号的衰减程度，可以确定附近是否有异物。

虽然无线充电器可以配备有用于确定附近是否有异物的装置，如图5或6所示，但由于无线充电器不知道接收器的Q因子或谐振频率，因此不容易准确地确定无线充电器与接收器之间是否存在异物。

最近，发布了能够进行无线充电的许多智能手机，并且许多用户将它们放在专用外壳中以保护装置并且也将装置放置在无线充电器上。可以将包含具有例如NFC的RF功能的RF模块的信用卡存储在外壳内。信用卡的RF模块充当干扰无线充电操作的异物。

与在无线充电器上放置诸如硬币或夹子的异物并且所述异物干扰充电的情形下接收装置被放置在无线充电器的接口表面上的情况不同，更常见的情况是将接收装置放置在无线充电器的顶部上，同时将信用卡或夹子插入接收装置的外壳内并且所述异物干扰充电。

根据本公开的实施例，可以准备和存储与能够区分存在异物的状态和可以充电的状态的Q因子相关的标准，并且可以通过在对接收装置充电时测量包括谐振频率(或Q频率)和Q值的Q因子并将其与存储的标准相比较来确定是否当前充电状态是存在异物的状态或可以充电的状态。

更具体来说，当无线电力传输设备被释放时，在具有异物的各种情况下(例如，当以预定间隔移动金属异物时)获得多个第一Q因子(Q值和Q频率的组合)，在没有异物并且可以充电的各种情况下(例如，当以预定间隔移动接收装置时)获得多个第一Q因子(Q值和Q频率的组合)，可以获得并存储用于将第一Q因子和第二Q因子彼此区分的标准。当向接收装置无线地传输电力时，存储所述标准的无线电力传输设备可以获得Q因子，并将其与存储的标准进行比较以确定是否存在异物或是否可以充电。

在存在异物或可以充电的各种情况下获得Q因子，所获得的Q因子位于一个平面上，所述平面具有构成Q因子的Q频率和Q值作为X轴和Y轴(或Y轴和X轴)，确定将存在异物的情况的坐标和可以充电的情况的坐标分开的线，并且所述线可以用作区分异物情况和可充电情况的标准。

图7示出设置FOD线的示例，所述FOD线基于在改变接收装置的位置以及异物的类型和位置时测量的Q值和Q频率来区分存在异物的情况和可以充电的情况。

无线电力传输设备或无线充电器在对接收装置进行充电之前测量Q因子，即作为谐振频率的Q频率和在谐振频率处的Q值。

然后，无线充电器模拟各种情况并且每次测量Q因子。也就是说，无线充电器可以在将诸如各种尺寸的硬币、夹子的各种类型的金属异物和诸如NFC的RF模块附接到诸如智能手机的无线电力接收装置并对智能手机进行充电的同时测量Q因子。也就是说，在附着异物的状态下，在从智能手机和无线充电器的中心开始以预定长度间隔在平面上依次移动金属异物的同时测量Q因子，并且在移动没有异物的智能手机的同时也测量Q因子。

在各种情况下测量的Q因子显示为Q平面上的坐标，其中横轴(X轴)是Q频率并且纵轴(Y轴)是Q值。如图7中所示，可以基于压印在Q平面上的Q因子来提取能够区分存在异物的状态和可以在没有异物的情况下充电的状态的线。

如图7中所示，在Q频率降低并且Q值增加的方向中形成的第一区域可以对应于存在异物的情况，并且在Q频率增加并且Q值减小的方向中形成的第二区域可以对应于没有异物并且可以充电的情况。

可以确定异物边界线，所述异物边界线在具有相互垂直的两个轴线(一个是Q值轴线且另一个是Q频率轴线)的平面(可以简称为Q平面)中将具有异物的第一区域和在无异物的情况下可以充电的第二区域划分开。如图7所示，它可以表示为直线(FOD线)，或者可以根据需要表示为二次曲线或更高维度的曲线。在下文中，异物边界线被表示为FOD线。

当检测到接收装置并开始无线充电时，无线充电器测量检测到的接收装置的Q因子，比较测量的Q因子和FOD线以确定是否Q因子的坐标在具有异物的第一区域中或在没有异物的第二区域中，当Q因子的坐标在第一区域中时停止充电或通知用户，并且当Q因子的坐标在第二区域中时立即开始或继续充电。

FOD线(或异物边界曲线)可以在运输相应无线充电器的过程中被测量并且被存储在无线充电器的非易失性存储器中。然而，就成本或时间而言，在运输所有无线充电器时测量和存储FOD线是不可取的。

因此，有利的是测量用于多个相同产品的FOD线，通过将所测量FOD线平均化来获得一个FOD线，并且在运输每个产品时将平均FOD线存储在非易失性存储器中。

然而，由于针对每个产品存在差异，因此存储在存储器中的FOD线可能无法准确地反映相应产品的特性。

图8A到8C示出Q平面中的FOD线无法清楚地区分存在异物的情况与可以充电的情况的示例。图8A到8C示出在Q平面上的在具有异物的情况下在各种位置处测量的Q因子、在没有异物的情况下在各种位置处利用接收装置测量的Q因子以及存储在存储器中的FOD线。

在图8A的无线充电器的情况下，存储在存储器中的FOD线太靠近Q平面上的为异物测量的Q因子，因此针对靠近FOD线或FOD线之外的一些异物的Q因子有可能错误地判断没有异物。

在图8B的无线充电器的情况下，存储在存储器中的FOD线太靠近Q平面上的为可充电接收装置测量的Q因子，因此针对靠近FOD线或FOD线之外的一些Q因子有可能错误地判断存在异物。

在图8C的无线充电器的情况下，存储在存储器中的FOD线与针对异物测量的Q因子聚类和针对可充电接收装置测量的Q因子聚类分开了一定距离，因此可以基于存储的FOD线和测量的Q因子相对准确地区分存在异物的状态和不存在异物且仅存在接收装置的状态。

考虑到这种情况，有必要为每个无线充电器校准存储在存储器中的FOD线。

先前版本(例如，Qi 1.2)的接收装置测量Q值，并且在感应地耦合到传输设备或无线充电器以无线地接收电力的状态下将Q值传输到传输设备或者无线充电器。然而，由于无法仅用Q值在Q平面上标记坐标，因此传输设备或无线充电器无法使用由接收装置传输的Q值来校准FOD线。

另一方面，最新版本Qi 1.3的接收装置不仅可以测量Q值，还可以测量Q频率，并且将它们传输到电感耦合的无线充电器。

无线充电器可以使用由接收装置传输的Q值和Q频率来校准存储在存储器中的FOD线。

图9示出计算FOD线与在Q平面中由从接收装置传输的Q值和Q频率确定的坐标之间的距离的示例。

例如，当在x轴是Q频率并且y轴是Q值的平面中，存储在存储器中的FOD线是ax+by+c＝0并且与由接收装置传输的Q频率和Q值相对应的点(称为Q点)A的坐标是(x1,y1)，则FOD线与Q点之间的Q距离d可以计算为d＝|ax1+by1+c|/(a^2+b^2)^(1/2)。

对于存储相同FOD线的多个无线充电器，Qi 1.3版本接收装置被感应地耦合以从接收装置接收Q频率和Q值，并且可以计算与接收到的Q频率和Q值相对应的Q点与FOD线之间的距离。

通过将图8A至8C的无线充电器连接到相同的Qi 1.3版本接收装置并且接收Q频率和Q值以计算距离而获得的实验数据如下。

对于图8A的情况1中的无线充电器，接收到的Q频率和Q值分别为82.4KHz和34.1，并且从相应Q点到FOD的距离是96.8。

对于图8B的情况2中的无线充电器，接收到的Q频率和Q值分别为86.2KHz和27.4，并且从相应Q点到FOD的距离是23.2。

对于图8C的情况3中的无线充电器，接收到的Q频率和Q值分别为84.0KHz和28.1，并且从相应Q点到FOD的距离是43.5。

在图8C的情况3中的无线充电器的情况下，由于存储在存储器中的FOD线相对准确地划分在存在异物的情况下测量的Q因子聚类的第一区域和在不存在异物的情况下测量的Q因子聚类的第二可充电区域，所以由从Qi 1.3版本接收装置传输的Q值和Q频率形成的Q点与FOD线之间的Q距离43.5可以被确定为最佳Q距离。

当运输无线充电器时，通过上述方法获得的最佳Q距离可以存储在存储器中。

在运输之后，当连接到Qi版本1.3接收装置时，无线充电器可以从接收装置接收Q值和Q频率(即Q因子)，计算对应于接收到的Q因子的Q点与在Q平面中存储在存储器中的FOD线之间的Q距离，并且校准FOD线(精确地是FOD线中常数c的值)，使得Q点与FOD之间的Q距离变成存储在存储器中的最佳Q距离。

此后，无线充电器可以在与接收装置感应耦合的状态下测量Q因子，并且通过使用校准的FOD线确定是否测量的Q因子属于具有异物的第一区域或属于在Q平面中没有异物的情况下可以充电的第二区域，因此将能够更准确地确定是否存在异物。

图10A到10C示出通过利用从接收装置传输的Q值和Q频率向FOD线添加偏移，FOD线清楚地区分存在异物的情况与可以充电的情况的示例。

在图10A到10C中的任一个中，实线是在运输时存储在无线充电器的存储器中的FOD线，并且虚线是使用在将无线充电器与Qi 1.3版本接收装置连接之后接收的Q因子校准的FOD线。

由Qi 1.3版本接收装置(假设在没有异物的情况下连接)传输的Q因子很可能在可充电第二区域内。

在图10A的情况1中，存储在存储器中的FOD线与第二区域之间的距离长，因此如果使用由接收装置传输的Q因子校正存储在存储器中的FOD线，则它在更接近第二区域的方向中移动。

在图10B的情况2中，存储在存储器中的FOD线与第二区域之间的距离短，因此如果使用由接收装置传输的Q因子校正存储在存储器中的FOD线，则它在更远离第二区域的方向中移动。

在图10C的情况3中，存储在存储器中的FOD位于第一区域与第二区域之间的中间，因此即使使用由接收装置传输的Q因子校正存储在存储器中的FOD线，FOD线的位置也几乎不变。

即使在运输无线充电器时存储在存储器中的FOD线无法准确地反映产品的特性，因此由于没有异物且偏向第一区域或第二区域附近而无法相对准确地区分具有异物的第一区域和可以充电的第二区域，如果无线充电器在对Qi 1.3版本的接收装置充电时从接收装置接收Q值和Q频率，则无线充电器可以使用Q值和Q频率校准FOD线(使得从Q点到FOD线的距离变成存储在存储器中的值)，然后使用校准的FOD线来更准确地确定是否存在异物。

图11以框形式示出应用本公开的实施例的无线电力传输设备的配置。

除了图3中所示的传输模块之外，图11的传输设备还可以包括用于检测Q因子的Q因子检测单元。另外，图11的传输设备可以进一步包括用于存储与FOD线相关的信息的存储装置以及用于通知用户异物附着的输出装置。与FOD线相关的信息可以包括FOD线数据和与由接收装置传输的Q因子相对应的Q点与FOD线之间的所推荐Q距离。

无线电力传输设备100或传输模块100可以包括电力转换单元110、通信单元120、控制单元130、电源供应单元140和Q因子检测单元150。

电力转换单元110由图2的逆变器和谐振电路组成，并且可以被配置成进一步包括能够调整用于形成无线电力信号的诸如频率、电压和电流的特性的电路。

通信单元120被连接到电力转换单元110，并且可以通过解调由接收装置调制的无线电力信号来检测电力控制消息，所述接收装置根据电感耦合来无线地接收电力。能够传输大于中等电力的传输模块的通信单元120可以通过包括短程通信装置(例如蓝牙)与接收模块通信。

通信单元120可以在向Qi版本1.3或更高的接收装置无线地传输电力的同时接收消息，并且从消息提取接收装置中包括的谐振电路的Q因子，即谐振频率(Q频率)和在那个频率处的Q值。

控制单元130可以基于由通信单元120检测到的消息来确定电力转换单元110的操作频率、电压和电流的一个或多个特性，并且控制电力转换单元110以生成适合于所述消息的无线电力信号。通信单元120和控制单元130可以被配置为一个模块。

电源供应单元140可以将电力供应到传输模块的组件。

Q因子检测单元150可以根据参考图5所描述的方法来检测由初级线圈和电容器组成的谐振电路的Q因子，即谐振频率和在所述谐振频率处的Q值，同时将电力传输到接收装置。Q因子检测单元150可以包括用于检测谐振电路的输入电压和施加到初级线圈的输出电压的电压传感器。

传输模块100可以进一步包括输出单元(未示出)，以通知用户存在异物。输出单元可以包括通过图像或光输出消息的显示单元、通过声音传输消息的声音单元和通过振动传输消息的振动单元中的至少一个。

用于控制传输模块的每个组件的控制单元130可以通过Q因子检测单元150测量谐振电路的Q因子，即谐振频率(或Q频率)和在那个频率处的Q值，将所测量的Q因子与存储在存储器(未示出)中的FOD线相比较以确定在由Q频率和Q值形成的平面中所测量的Q因子属于的区域，即确定是否所测量的Q因子在具有异物的第一区域中或在没有异物的第二区域中，当Q因子在第一区域中时确定存在异物，并且当Q因子在第二区域中时确定接收装置在没有异物的可充电区域中。

如果由Q因子检测单元150测量的Q因子在第二区域中，则控制单元130可以确定不存在异物并且继续对接收装置或接收模块进行充电。

另一方面，如果Q因子在第一区域中，则控制单元130可以确定存在异物，并且计算Q因子与FOD线之间的距离以确定异物对充电操作的影响程度。控制单元130可以确定异物对充电具有较大影响，并且如果距离大于预定值，则停止充电。或者，如果距离小于预定值，则控制器130可以确定异物对充电几乎没有影响，宽松地调整异物确定标准，并且继续充电操作。

同时，当通过通信单元130从接收装置(Qi 1.3版本或更高版本接收装置)传输Q因子(Q频率和Q值)时，控制单元130可以调整FOD线，使得FOD线与对应于所接收的Q因子的Q点之间的Q距离等于存储在存储器中的Q距离和存储器中的调整的FOD线，以使用调整的FOD线来确定是否存在异物。

图12是图示根据本公开的实施例的用于在检测异物时无线地传输电力的方法的操作的流程图。并且图12的操作可以由传输设备的控制单元130执行。

控制单元130通过Q因子检测单元150来测量Q因子，即Q频率和Q值(S1200)。

控制单元130可以计算对应于所测量Q因子的Q点与存储在存储器(未示出)中的FOD线之间的Q距离(S1210)。

另外，控制单元130将Q点与FOD线相比较以确定是否Q点在具有异物的第一区域中或在没有异物且可充电的第二区域中(S1220)。

如果确认Q点在具有异物的第一区域中(S1220中为“是”)，则控制器130将指示存在异物的标志FLAG值设置为1(S1230)。可以在确认Q点在存在异物的第一区域中之后执行计算Q距离的步骤S1210。

如果对应于Q因子的Q点与Q平面中的FOD线之间的距离大于预定值，则控制单元130可以确定异物极大地影响充电并停止充电。或者，如果距离小于或等于预定值，则控制器130可以确定异物对充电几乎没有影响并且宽松地调整异物确定标准以继续充电操作(S1240)。

另外，控制单元130可以通过输出单元(未示出)输出指示异物附着的警报消息以通知用户(S1250)。

另一方面，如果控制器130没有检测到异物，也就是说，如果对应于所测量的Q因子的Q点与FOD线相比较并且确定Q点在没有异物且可充电的第二区域中(在S1220中为“否”)，则控制单元130将存储器(未示出)的标志FLAG的值重新设置到0(S1260)并且开始用于接收装置的无线充电操作或继续进行中的充电操作(S1270)。

当用于接收装置的无线充电操作正在进行时，控制单元130检查是否从接收装置接收由接收装置测量的Q因子(Q频率和Q值)(S1280)。

当从接收装置接收Q因子(在S1280中为“是”)时，控制单元130可以计算对应于所接收的Q因子的Q点与存储在存储器中的FOD线之间的Q距离，调整FOD线使得所计算的Q距离变成等于存储在存储器中的Q距离，并且将调整的FOD线再次存储在存储器中(S1290)。

使用从接收装置接收的Q因子调整的FOD线存储在存储器中，然后在步骤S1210和S1220中，控制单元130可以使用调整的FOD线来确定是否存在异物。

另一方面，如果没有从接收装置接收到Q因子(在S1280中为“否”)，则控制单元130进行到步骤S1200。

控制单元130可以通过基于计时器的计数值周期性地执行图12的操作来检测异物。

另外，控制单元130可以检查指示是否附着异物的标志，并且如果没有异物，则传输电力，直到接收装置的电池被完全充电。

以这种方式，通过基于由接收装置传输的Q因子更精确地调整用于确定是否存在异物的标准(例如FOD线)，传输设备可以更准确地且更有效地确定是否存在异物，并且可以基于FOD线与对应于Q因子的Q点之间的距离来确定是否应停止充电或即使存在异物时也可以继续充电。

另外，通过当存在异物时通过图像或声音通知存在异物或停止电力传输，传输设备可以防止异物引起的过热或火灾。另外，传输设备可以通过防止由不影响充电的异物间歇性地中断充电操作来快速地对电子装置充电。

本公开中用于无线地传输电力的方法和设备可以如下描述。

根据实施例的用于无线地传输电力的方法可以包括将电力无线地传输到接收装置；从接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括在传输电力时由接收装置测量的Q频率和Q值；以及通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于对应于第一Q因子的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

在实施例中，所述方法可以进一步包括检测包括在传输设备中的谐振电路的Q频率和Q值作为第二Q因子，并且基于对应于第二Q因子的第二Q点和Q平面中的第二异物边界线的比较来继续或停止电力传输操作。

在实施例中，继续或停止可以包括基于第二异物边界线来检查是否在Q平面中第二Q点在具有异物的第一区域中或在没有异物的第二区域中。

在实施例中，基于Q平面中的第二异物边界线的边界线，第一区域可以被形成在Q频率较低且Q值较高的区域中，并且基于Q平面中的第二异物边界线，第二区域可以被形成在Q频率较高且Q值较低的区域中。

在实施例中，继续或停止可以进一步包括当第二Q点属于第一区域时计算第二Q点与第二异物边界线之间的Q距离，并且基于Q距离来调整异物确定标准。

在实施例中，继续或停止可以进一步包括当Q距离大于第一值时停止电力传输操作，并且当Q距离小于第一值时继续电力传输操作。

在实施例中，继续或停止可以在第二Q点属于第二区域时继续电力传输操作。

在实施例中，获得可以将第一异物边界线改变成第二异物边界线，使得从第一异物边界线到第一Q点的距离变成第一Q距离。

在实施例中，当运输传输设备时，第一异物边界线和第一Q距离可以存储在传输设备的存储器中。

在实施例中，接收装置可以具有Qi 1.3或更高的版本。

根据另一实施例的无线电力传输设备可以包括：电力转换单元，所述电力转换单元包括用于将DC电力转换成AC电力的逆变器以及谐振电路，所述谐振电路包括用于通过与接收装置的次级线圈磁感应耦合来传输电力的初级线圈；Q因子检测单元，所述Q因子检测单元被配置成在传输电力时检测谐振电路的Q频率和Q值作为Q因子；通信单元，所述通信单元被配置成从接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括由接收装置测量的Q频率和Q值；以及控制单元，所述控制单元被配置成控制电力转换单元以将电力传输到接收装置，并且通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于与通过通信单元接收的第一Q因子相对应的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

在实施例中，控制单元可以被配置成控制电力转换单元以基于与由Q因子检测单元检测的第二Q因子相对应的第二Q点和Q平面中的第二异物边界线的比较，继续或停止电力传输操作。

在实施例中，控制单元可以被配置成基于第二异物边界线来检查是否在Q平面中第二Q点在具有异物的第一区域中或在没有异物的第二区域中，当第二Q点属于第一区域时停止电力传输操作，并且在第二Q点属于第二区域时继续电力传输操作。

在实施例中，基于Q平面中的第二异物边界线的边界线，第一区域可以被形成在Q频率较低并且Q值较高的区域中，并且基于Q平面中的第二异物边界线，第二区域可以被形成在Q频率较高并且Q值较低的区域中。

在实施例中，控制单元可以被配置成将第一异物边界线改变成第二异物边界线，使得从第一异物边界线到第一Q点的距离变成第一Q距离。

在实施例中，无线电力传输设备可以进一步包括存储器，所述存储器被配置成当运输无线电力传输设备时存储第一异物边界线和第一Q距离。

在整个描述中，本领域技术人员应理解，在不偏离本发明的技术原理的情况下，可以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书的范围限定。

Claims (16)

1.一种用于无线地传输电力的方法，包括：

将电力无线地传输到接收装置；

从所述接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括在传输所述电力时由所述接收装置测量的Q频率和Q值；以及

通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于对应于所述第一Q因子的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

检测传输设备中包括的谐振电路的Q频率和Q值作为第二Q因子；以及

基于对应于所述第二Q因子的第二Q点与所述Q平面中的所述第二异物边界线的比较来继续或停止电力传输操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述继续或停止包括：

基于所述第二异物边界线来检查是否在所述Q平面中所述第二Q点在具有异物的第一区域中或在没有所述异物的第二区域中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于所述Q平面中的所述第二异物边界线的边界线，所述第一区域被形成在所述Q频率较低并且所述Q值较高的区域中，以及基于所述Q平面中的所述第二异物边界线，所述第二区域被形成在所述Q频率较高并且所述Q值较低的区域中。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述继续或停止进一步包括：

当所述第二Q点属于所述第一区域时，计算所述第二Q点与所述第二异物边界线之间的Q距离；以及

基于所述Q距离来调整异物确定标准。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述继续或停止在所述Q距离大于第一值时停止所述电力传输操作，并且在所述Q距离小于所述第一值时继续所述电力传输操作。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述继续或停止在所述第二Q点属于所述第二区域时继续所述电力传输操作。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述获得将所述第一异物边界线改变成所述第二异物边界线，使得从所述第一异物边界线到所述第一Q点的距离变成第一Q距离。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，当运输所述传输设备时，所述第一异物边界线和所述第一Q距离被存储在所述传输设备的存储器中。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收装置具有Qi 1.3或更高的版本。

11.一种无线电力传输设备，包括：

电力转换单元，所述电力转换单元包括用于将DC电力转换成AC电力的逆变器以及谐振电路，所述谐振电路包括用于通过与接收装置的次级线圈的磁感应耦合来传输电力的初级线圈；

Q因子检测单元，所述Q因子检测单元被配置成在传输所述电力时检测所述谐振电路的Q频率和Q值作为Q因子；

通信单元，所述通信单元被配置成从所述接收装置接收第一Q因子，所述第一Q因子包括由所述接收装置测量的Q频率和Q值；以及

控制单元，所述控制单元被配置成控制所述电力转换单元将所述电力传输到所述接收装置，并且通过在以Q频率和Q值作为两个轴的Q平面中基于与通过所述通信单元接收的所述第一Q因子相对应的第一Q点调整第一异物边界线来获得第二异物边界线。

12.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中，所述控制单元被配置成控制所述电力转换单元以基于与由所述Q因子检测单元检测的第二Q因子相对应的第二Q点和所述Q平面中的所述第二异物边界线的比较，继续或停止电力传输操作。

13.根据权利要求12所述的无线电力传输设备，其中，所述控制单元被配置成基于所述第二异物边界线来检查是否在所述Q平面中所述第二Q点在具有异物的第一区域中或在没有所述异物的第二区域中，当所述第二Q点属于所述第一区域时停止所述电力传输操作，并且在所述第二Q点属于所述第二区域时继续所述电力传输操作。

14.根据权利要求13所述的无线电力传输设备，其中，基于所述Q平面中的所述第二异物边界线的边界线，所述第一区域被形成在所述Q频率较低并且所述Q值较高的区域中，以及基于所述Q平面中的所述第二异物边界线，所述第二区域被形成在所述Q频率较高并且所述Q值较低的区域中。

15.根据权利要求11所述的无线电力传输设备，其中，所述控制单元被配置成将所述第一异物边界线改变成所述第二异物边界线，使得从所述第一异物边界线到所述第一Q点的距离变成第一Q距离。

16.根据权利要求15所述的无线电力传输设备，进一步包括：

存储器，所述存储器被配置成当运输所述无线电力传输设备时存储所述第一异物边界线和所述第一Q距离。