CN116636113A - 无线功率发射器以及操作其的方法 - Google Patents

Abstract

一种功率发射器(101)包括驱动器(201)，所述驱动器生成针对发射器线圈的驱动信号，以在功率传输时间间隔期间生成功率传输信号并且在测量时间间隔期间生成电磁测试信号。一组平衡检测线圈(207、209)包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号彼此补偿。估计电路(205)被布置为响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈(207、209)的信号而确定针对所述功率接收器(105)的位置/耦合因子估计。

Description

无线功率发射器以及操作其的方法

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统，并且具体地但非排他地，涉及针对向高功率设备(例如，厨房器具)提供感应功率传输的功率发射器的操作。

背景技术

当今的大多数电气产品需要专用的电接触以便从外部电源供电。然而，这倾向于是不切实际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它们自己的专用电源，导致通常用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管使用内部电池可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但这仅提供部分解决方案，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和潜在的成本和尺寸。

为了提供显著改进的用户体验，已经提出使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传输到各个设备中的接收器线圈。

通过磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用于在初级发射器线圈与次级接收器感应器/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，基于松散耦合的变压器的原理，它们之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不需要进行任何电线或物理电连接。实际上，其可以简单地允许将设备放置在发射器线圈附近或之上，以便从外部再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，在该水平表面上可以简单地放置设备以便被供电。

此外，可以有利地设计这样的无线功率传输布置，使得功率发射器设备可以与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了称为Qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发。该方法允许符合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，而不是必须来自同一制造商或必须对彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适应特定功率接收器设备的一些功能(例如，取决于特定的功率抽取)。

Qi规范由无线功率联盟(Wireless Power Consortium)开发，并且更多信息可以在他们的网站上找到：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmh，在其上特别是可以找到定义的规范文档。

无线功率联盟(Wireless Power Consortium)已经在Qi规范的基础上继续开发了Ki规范(也称为无绳厨房规范)，其旨在向厨房器具提供安全、可靠且有效的无线功率传输。KI支持高达2.2kW的高得多的功率水平。

无线功率传输的潜在问题是功率传输性能可能显著取决于特定条件。特别地，在效率、可实现的功率水平、适配响应时间等方面的功率传输性能倾向于在很大程度上取决于发射器线圈和接收器线圈如何相对于彼此定位。通常，对于彼此对齐且更靠近的线圈，倾向于实现更有效且可靠的功率传输。

通常，功率传输性能取决于耦合因子或系数，并且耦合因子越高，功率传输越有效。

尽管可以通过将设备设计成使得功率接收器设备相对于功率发射器设备的定位被严格约束(例如，将功率接收器限制到一个特定位置)来实现更接近的对齐和更高的耦合因子，但是这通常是不期望的，因为它限制了系统的实用性。例如，对于功率发射器被实施在操作台中的厨房器具，优选的是用户可以简单地将器具定位为大致靠近功率发射器线圈，然后系统相应地进行适配。还优选的是，在不需要例如约束功率接收器设备的机械或物理引导特征的情况下实施功率传输功能，例如，期望功率发射器可以使用完全平坦的操作台表面来实施。

在实践中，功率发射器与功率接收器之间的空间关系以及由此的耦合因子可以显著变化。在许多场景中，期望能够确定这样的变化的属性并且适配例如功率传输或提供用户反馈。将特别期望能够确定功率接收器的相对位置和/或线圈之间的耦合因子。

已经提出了用于实现这一点的一些方法。一种这样的方法是在有源表面上包括多个发射器线圈，并且然后功率发射器在发射器线圈之间顺序地切换，直到已经确定哪个发射器线圈提供最佳功率传输。然后，该发射器线圈用于功率传输。

然而，这样的方法往往是次优的，并且不提供理想的性能。功率接收器的位置确定往往是非常粗略的，并且功率传输操作的适配也往往是有限的。

因此，针对功率发射器的改进的操作将是有利的，并且特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改进的功率接收器位置和/或耦合因子估计、向后兼容性、改进的稳定性和更高功率水平传输、和/或改进的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明寻求单独地或以任何组合来优选地减弱、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由感应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：发射器线圈；驱动器，其用于生成用于所述发射器线圈的驱动信号，所述驱动器被布置为生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以用于在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号，并且生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以用于在所述重复时间范围的至少一个测量时间间隔期间生成电磁测试信号；串联耦合的多组平衡检测线圈，每组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；估计电路，其用于响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈的信号而确定针对所述发射器线圈与所述功率接收器的接收器线圈之间的电磁耦合的耦合因子估计。

在许多实施例和场景中，本发明可以提供针对发射器线圈与功率接收器的接收器线圈之间的电磁耦合的改进的耦合因子估计。在许多实施例中，本发明可以允许改进的功率传输，并且特别地可以提供功率传输对变化的操作条件的改进的适配。

重复时间范围的测量时间间隔可以具体地被定时为与功率传输信号的幅值的过零点和/或到驱动器的输出级的变化的(例如AC)供应电压的过零点一致/包括功率传输信号的幅值的过零点和/或到驱动器的输出级的变化的(例如AC)供应电压的过零点，与功率传输信号的幅值的过零点同步和/或与到驱动器的输出级的变化的(例如AC)供应电压的过零点同步。

所述耦合因子估计可以是相对耦合因子变化估计。

在许多实施例中，测量时间间隔的持续时间不超过所述时间范围的持续时间的5％、10％或20％。在许多实施例中，所述(一个或多个)测量时间间隔的持续时间不小于所述时间范围的70％、80％或90％。所述(一个或多个)测量时间间隔的持续时间在许多情况下可以不超过5msec、10msec或50msec。

检测线圈的平衡在于检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿。两个平衡检测线圈上的组合电压低于两个平衡检测线圈中的每个上的电压中最大的电压。补偿可以是两个信号的至少部分抵消。

电磁测试信号也可以称为测试电磁场并且这些术语可以被认为是可互换的。作为一组平衡检测线圈的检测线圈可以串联耦合。对于串联耦合的检测线圈/绕组，通过检测线圈/绕组的电流可以是相同的。在至少一个测量时间间隔期间来自多组平衡检测线圈的信号可以是由电磁测试信号感应/产生/引起的信号。

在一些实施例中，在测量时间间隔期间所述驱动信号的频率不低于高出在功率传输时间间隔期间所述驱动信号的频率的50％。

在许多实施例中，这可以提供对指示检测线圈的不平衡的信号的改进和/或便利的测量/确定。在许多实施例中，负载的减少的影响可以导致更准确的位置估计。

在一些实施例中，在测量时间间隔期间的驱动信号的频率比在功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率高出不少于100％，或者甚至200％。

在一些实施例中，在测量时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的50％。

在一些实施例中，在测量时间间隔期间的驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号的电压幅值的25％或10％。

在一些实施例中，驱动信号的电压幅值在测量时间间隔期间是基本上恒定的。

在许多实施例中，这可以提供改进和/或便利的功率接收器位置估计。

每组平衡检测线圈可以包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由电磁场在两个检测线圈中感应的信号和具体地由发射器线圈生成的信号在来自该组平衡检测线圈的信号中彼此偏移/补偿/至少部分地抵消。

来自一组平衡检测线圈的信号可以具体地是来自该组检测线圈的检测线圈的感应信号的组合信号。该信号可以是在每个检测线圈中感应的电压的组合/总和电压(或包括这样的电压贡献)。在给定的一组检测线圈的两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡可以由信号的电压并且具体地由电压幅值和/或相位指示。

所述估计电路被布置为响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈的信号而确定针对所述发射器线圈与所述功率接收器的接收器线圈之间的电磁耦合的耦合因子估计。

这可以特别地提供功率传输的改进的操作，并且可以允许功率传输对变化的条件的适配。

根据本发明的任选的特征，所述耦合因子估计是相对耦合因子估计。

在许多实施例和场景中，这可以提供特别有利的性能。相对耦合因子估计可指示耦合因子的变化。

根据本发明的任选的特征，所述估计电路被布置为将所述耦合因子估计确定为针对所述多组平衡检测线圈中的至少第一组的增加的幅值的减小的耦合因子。

在许多实施例和场景中，这可以提供特别有利的性能。

根据本发明的任选的特征，所述估计电路被布置为将所述耦合因子估计确定为针对所述多组平衡检测线圈中的至少两组之间的增加的幅值差的减小的耦合因子。

在许多实施例和场景中，这可以提供特别有利的性能。

根据本发明的任选的特征，所述功率发射器包括适配器，所述适配器被布置为响应于所述耦合因子估计而适配功率回路参数，所述功率回路参数是功率控制回路的回路参数，所述回路参数被布置为响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息而适配所述功率传输信号的功率水平。

在许多实施例和场景中，这可以提供特别有利的性能。它可以提供改进的功率传输，并且可以允许操作对变化的条件的改进的适配。

根据本发明的任选的特征，所述功率回路参数是回路时间常数、回路滤波器的频率响应和回路增益中的至少一个。

这可以在许多实施例和场景中提供特别有利的性能，并且可以特别地在许多实施例中提供功率传输操作的改进的和/或便利的适配。根据本发明的任选的特征，所述估计电路被布置为响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈的信号而确定针对所述功率接收器的位置估计。

在许多实施例和场景中，该方法可以提供对无线功率传输的功率接收器的位置的改进的估计。在许多实施例中，本发明可以允许改进的功率传输，并且可以特别地提供功率传输对变化的操作条件的改进的适配。

根据本发明的任选的特征，所述功率发射器还包括用户接口，所述用户接口被布置为响应于所述位置估计满足要求而提供用户输出，所述用户输出提供所述功率接收器的未对齐的指示。

在许多实施例中，这可以提供改进的和/或便利的操作。它可以允许用户防止高效功率传输不可行的不期望的情况。

该要求可以具体地包括位置估计与标称或优选位置之间的差/距离超过阈值的要求。

该指示可以包括用于减少未对齐的功率接收器的移动方向的指示。

在一些实施例中，所述功率发射器可以包括用户接口，所述用户接口被布置为响应于所述位置估计而提供用户输出，所述用户输出提供所述功率接收器的位置的指示。

在一些实施例中，所述功率发射器可以包括用于将所述位置估计的指示通信到所述功率接收器的通信器。所述功率接收器可以包括用户接口，所述用户接口被布置为响应于所述位置估计而提供用户输出，所述用户输出提供所述功率接收器的位置的指示。

根据本发明的任选的特征，所述功率发射器还包括适配器，所述适配器被布置为响应于所述位置估计而适配所述功率传输的操作参数。

这可以在许多实施例中提供特别有利的性能，并且可以特别地在许多实施例和场景中提供改进的功率接收器位置估计和/或改进的功率传输。

在许多实施例和场景中，这可以提供特别有利的性能。操作参数可以例如是用于功率传输信号的最大功率限制和/或用于功率传输信号的当前功率水平。

在一些实施例中，所述适配器被布置为响应于所述位置估计的改变而适配功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息而适配所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。根据本发明的任选的特征，所述适配器被布置为响应于所述位置估计而适配功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息而适配所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能。它可以提供改进的功率传输，并且可以允许操作对变化的条件的改进的适配。

根据本发明的任选的特征，所述位置电路被布置为在所述信号满足准则的情况下检测所述功率接收器的位置变化，所述准则包括来自所述一组平衡检测线圈的指示在所述一组平衡检测线圈的所述两个检测线圈中感应的所述信号之间的不平衡超过第二阈值的信号的数量小于阈值数量的要求，所述阈值数量为至少两个。

这可以在许多实施例和场景中提供特别有利的性能，并且可以特别地在许多实施例中提供改进的位置估计。它可以允许对当前条件和操作场景的改进的适配。在许多实施例中，阈值数量可以是至少三个，并且在许多实施例中，阈值数量可以等于平衡检测线圈的组数。

根据本发明的任选的特征，所述功率发射器还包括补偿器，所述补偿器被布置为针对当不存在异物时在所述两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡补偿至少一组平衡检测线圈的信号，并且所述估计器被布置为响应于针对所述至少一组平衡检测线圈的补偿量而确定所述位置估计。

这可以在许多实施例和场景中提供特别有利的性能，并且可以特别地在许多实施例中提供改进的位置估计。它可以特别地便于位置估计，并且可以便于不平衡的指示的确定。

在许多实施例中，所述功率发射器可以包括异物检测器，所述异物检测器被耦合到多组平衡检测线圈并且被布置为在所述测量时间间隔期间执行异物检测，所述异物检测器被布置为响应于来自所述多组平衡检测线圈的信号满足异物检测准则而检测异物。所述信号可以是在补偿之后来自所述多组平衡检测线圈的信号。

所述异物检测准则可以包括来自所述多组平衡检测线圈中的至少一组平衡检测线圈的信号指示在所述多组平衡检测线圈中的所述至少一组平衡检测线圈的所述两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡超过第一阈值的第一要求。

所述异物检测准则可以包括来自所述多组平衡检测线圈的指示在所述一组平衡检测线圈的所述两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡超过第二阈值的信号的数量小于阈值数量的第二要求，所述阈值数量为至少两个。

根据本发明的任选的特征，所述补偿器被布置为确定所述补偿的静态分量和动态分量，所述静态分量独立于所述功率接收器的存在，并且所述动态分量取决于所述功率接收器的存在；并且所述估计器被设置为响应于所述动态分量而确定所述位置估计。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作经由感应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的方法；所述方法包括：发射器线圈；串联耦合的多组平衡检测线圈，每组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；并且所述方法包括：驱动器生成用于所述发射器线圈的驱动信号，所述驱动器生成用于所述发射器线圈的所述驱动信号以用于在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号，并且生成用于所述发射器线圈的所述驱动信号以用于在所述重复时间范围的至少一个测量时间间隔期间生成电磁测试信号；并且响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈的信号而确定针对所述功率接收器的位置估计。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优势将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

仅以示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中，

图1图示了根据本发明一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图3图示了根据用于功率发射器的半桥逆变器的示例；

图4图示了根据用于功率发射器的全桥逆变器的示例；

图5图示了图1的无线功率传输系统的时间范围的示例；

图6图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的检测线圈的示例；

图7图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的电磁场和检测线圈的示例；

图8图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的驱动信号的示例；

图9图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的驱动信号的示例；

图10图示了根据本发明一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图11图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的检测线圈的示例；

图12图示了根据本发明一些实施例的用于功率发射器的检测线圈的示例；

图13图示了根据本发明一些实施例的功率接收器设备和用于功率发射器的检测线圈的示例；

图14图示了根据本发明一些实施例的功率接收器设备和用于功率发射器的检测线圈的示例；

图15图示了根据本发明一些实施例的功率接收器设备和用于功率发射器的检测线圈的示例。

图16图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器设备和用于功率发射器的检测线圈的示例；并且

图17图示了作为功率发射器线圈与功率接收器线圈之间的位移的函数的功率传输系统的耦合因子和环路增益的示例。

具体实施方式

以下描述集中于适用于利用诸如Qi规范或Ki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，应当理解，本发明不限于该应用，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示例。功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或被耦合到)发射器线圈/感应器103。该系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括(或被耦合到)接收器线圈/感应器107。

所述系统提供了可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105的功率传输信号。具体地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号通过发射器线圈或感应器103作为磁通量传播。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，并且通常用于通常在95kHz到205kHz范围内的Qi兼容系统、或通常用于通常在20kHz到80kHz之间的范围内的Ki兼容系统。发射器线圈103与功率接收线圈107松散地耦合，并且因此功率接收线圈107拾取来自所述功率发射器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的无线感应耦合，功率从所述功率发射器101传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要用于指发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是应当理解，通过等效，它也可以被考虑和使用为对提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在示例中，功率接收器105特别是经由功率接收器线圈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，例如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号直接感应出涡电流，导致元件的直接加热。

该系统被布置为传输显著的功率水平，并且具体地，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对应的应用，功率传输通常针对低功率应用(基本功率概况)可以在1-5W功率范围内，对于Qi规范版本1.2高达15W，对于更高功率应用(例如，电动工具、笔记本电脑、无人机、机器人等)在高达100W的范围内，并且对于超高功率应用(例如对于Ki厨房应用)超过100W和高达2000W以上。

在下文中，将具体参考总体根据Qi规范或Ki规范的实施例(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)或适合于由无线功率联盟(Wireless Power Consortium)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。特别地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循Qi规范版本1.0、1.1或1.2的元素或基本上与其兼容(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)。

在许多无线功率传输系统中，功率传输操作条件可以例如根据发射器线圈103和接收器线圈107的空间布置动态地改变。在许多系统中，将期望能够测量电磁条件的性质并且继续相应地适配操作。

如将在下文中更详细描述的，图2的系统采用在功率传输阶段期间利用时分的测量方法。特别地，当前条件和功率传输的测量可以例如在分开的时间间隔中执行，从而允许它们之间的干扰(具体地，功率传输对测量和相关联的操作参数估计的影响)被显著降低。

在下文中，将更详细地描述图1的系统。在该示例中，用于测量的电磁功率传输信号和电磁测试信号由同一线圈生成。此外，信号/场可以用不同的术语来指代，即在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号/场将被称为功率传输信号，而在测量时间间隔期间生成的电磁信号/场将被称为电磁测试信号，或者仅称为测试信号。

图2更详细地图示了图1的功率发射器101的元件。

功率发射器101包括驱动器201，所述驱动器201可以生成驱动信号，所述驱动信号被馈送到发射器线圈103，发射器线圈103继而生成电磁功率传输信号，从而向功率接收器105提供功率传输。所述功率传输信号在功率传输阶段的功率传输时间间隔期间被提供。

驱动器201生成电流和电压，其被馈送到发射器感应器103。驱动器201通常是逆变器形式的驱动电路，其从DC电压生成交流信号。驱动器201的输出通常是通过适当地切换开关桥的开关来生成驱动信号的开关桥。图3示出了半桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，S1闭合而S2断开，并且S2闭合而S1断开。开关以期望的频率断开和闭合，从而在输出端生成交流信号。通常，逆变器的输出经由谐振电容器而被连接到发射器感应器。图4示出了全桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们从不同时闭合。开关S3和S4被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，开关S1和S4闭合，而S2和S3断开，并且然后S2和S3闭合，而S1和S4或断开，从而在输出端创建方波信号。开关以期望的频率断开和闭合。

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来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据Qi规范或Ki规范来执行功率控制所需的功能中的许多功能。

功率发射器控制器203具体被布置为控制由驱动器201进行的驱动信号的生成，并且其可以具体控制驱动信号的功率水平，并且因此控制所生成的功率传输信号的水平。功率发射器控制器203包括功率回路控制器，该功率回路控制器响应于在功率控制阶段期间从功率接收器105接收到的功率控制消息而控制功率传输信号的功率水平。

图1的系统使用其中电磁场中的性质并且特别是空间变化被测量并用于估计功率接收器相对于功率发射器的位置和/或发射器线圈与接收器线圈之间的耦合因子的方法。在许多实施例中，该方法可以提供改进的操作，因为可以进行操作的适配以反映当前条件。在许多实施例中，该方法可以在维持低复杂性和/或低资源要求的同时实现这一点。

在示例中，驱动器201和发射器线圈103被布置为生成用于将功率传输到功率接收器的目的的电磁功率传输信号和用于执行可以例如用于位置和/或耦合因子估计的测量的电磁测试信号两者。功率发射器可在功率传输阶段针对驱动信号采用重复时间范围，其中，时间范围包括至少一个功率传输时间间隔和一个测量时间间隔。这样的重复时间范围的示例如图5中所示，其中，功率传输时间间隔由PT指示，并且测量时间间隔由D指示(时间间隔也可以被称为检测时间间隔)。在该示例中，每个时间范围FRM仅包括一个测量时间间隔和一个功率传输时间间隔，并且这些(以及时间范围本身)在每一帧中具有相同的持续时间。然而，应当理解，在其他实施例中，其他时间间隔也可以被包括在时间范围中(例如通信间隔)，或者多个测量时间间隔和/或功率传输时间间隔可以被包括在每个时间范围中。此外，在一些实施例中，不同时间间隔的持续时间(以及实际上时间范围本身)可以动态地变化。

在该方法中，测量和功率传输因此在时域中分离，从而导致从功率传输到测量和估计的交叉干扰减少。因此，由于功率传输的操作条件的变化导致的可变性和不确定性可以与测量和估计隔离，从而导致更可靠和准确的估计过程。

在功率传输阶段，功率发射器因此被布置为在时间范围的功率传输时间间隔期间执行功率传输。具体地，在这些时间间隔期间，功率发射器101和功率接收器105可以操作功率控制回路。功率控制回路可以基于功率传输时间间隔内的通信或者可以例如基于功率传输之外的通信时间间隔，例如，在专用通信时间间隔中。例如，每个测量时间间隔可以被多个交替的功率传输时间间隔和通信时间间隔分隔开。因此，正在传输的功率水平可以动态地变化。在功率传输阶段的时间范围的测量时间间隔中，驱动信号的至少一个参数以及电磁测试信号的至少一个参数通常被设置为预定值，或者例如在在测量时间间隔之前执行的适配操作期间确定的值。因此，在测量时间间隔中，可以将参数设置为预定值(即，在测量时间间隔之前确定，并且通常在功率传输阶段之前确定)。相反，在功率传输时间间隔期间，参数可以不被限制到该预定值。

例如，在功率传输时间间隔期间，系统可以操作功率控制回路，所述功率控制回路允许功率传输信号的功率水平响应于来自功率接收器的功率控制消息而改变。功率控制回路可以控制/改变驱动信号/功率传输信号的电流、电压和频率中的至少一个。相反，在测量时间间隔期间，在功率传输时间间隔期间由功率控制回路改变的参数可以被设置为在功率传输阶段之前确定的电流、电压和/或频率的预定值。

在许多实施例中，在测量时间间隔期间设置驱动信号的恒定(通常更低)幅值(通常是电压)。额外地或替代地，可以在测量时间间隔期间为驱动信号设置预定频率，并且这通常可以显著高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号。

因此，在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号(功率传输信号)，通常具有与在测量时间间隔期间生成的电磁信号(电磁测试信号)显著不同的性质。在功率传输时间间隔期间生成的电磁信号或场将被称为功率传输信号，而在测量时间间隔期间生成的电磁信号或场将被称为电磁测试信号，或仅称为测试信号。然而，应当理解，在图2的系统中，在功率传输时间间隔和测量时间间隔电磁信号都从相同的线圈生成，并且实际上相同的驱动器等用于功率传输时间间隔和测量时间间隔两者被使用。实际上，在许多实施例中，对测试信号的引用可以被认为等同于测量时间间隔期间的功率传输信号。

功率发射器101包括估计器205，估计器205被布置为执行测量并且基于所生成的电磁场的测量来估计位置和/或耦合因子。所确定的耦合因子可以是相对耦合因子或耦合因子变化。

在执行测量的间隔期间，即在测量时间间隔期间，估计器205因此评估电磁场的条件以确定可以用于估计的测量。在测量时间间隔期间，功率发射器101生成电磁测试信号，并且估计基于评估电磁场的特性和性质。

在该系统中，测量/估计基于在多组平衡检测线圈中检测由电磁测试信号感应的信号，所述多组平衡检测线圈包括至少两个检测线圈207、209，所述至少两个检测线圈被布置为使得它们在存在由发射器线圈103生成的电磁场(例如电磁测试信号)的情况下彼此负偏移。具体地，功率发射器包括多组平衡检测线圈，所述多组平衡检测线圈包括第一检测线圈207和第二检测线圈209，第一检测线圈207和第二检测线圈209被耦合为使得由发射器线圈(至少部分地)生成的电磁场相互补偿。一组平衡检测线圈也将被称为感应平衡。

以下描述将首先集中于用于单个感应平衡(即用于例如图6中所示的单组平衡检测线圈)的操作。对于该组平衡检测线圈，发射器线圈103生成的电磁场将在第一检测线圈207中感应出信号，并将在第二检测线圈209中感应出信号。然而，感应电压将具有相反的极性，使得由发射器线圈103生成的电磁场生成的检测线圈207、209的串联耦合的电压(幅值)至少低于由发射器线圈103生成的电磁场生成的单个检测线圈207、209中最大的电压(幅值)并且通常低于任一个。因此，第一检测线圈207和第二检测线圈209被耦合为使得来自发射器线圈103生成的电磁场的感应电压至少部分地相互抵消。

检测线圈具体地被布置为对应于至少两个绕组，在所述至少两个绕组中，当均匀磁场存在于两个线圈上时由电磁测试信号生成相反的信号。因此，相反的信号可以至少部分地相互抵消，并且因此跨检测线圈207、209的串联耦合的所测量的感应信号的水平将被降低，并且可能基本上被抵消。这可以允许将大大增加的磁场强度用于测量。实际上，在许多实施例和场景中，所生成的感应电压可能(理想地)仅由绕组之间的磁通量的差异引起。绕组之间的这种差异或不对称可能由例如功率接收器设备相对于检测线圈不对称地定位而引起，或者它可能是由于存在异物。

在图6中示出了检测线圈布置的示例。在该示例中，第一检测线圈207被形成为第一绕组L1并且第二检测线圈209被形成为以(反)串联耦合的第二绕组L2，使得两个绕组的组合电压相互抵消以实现均匀电磁场。在该示例中，检测线圈207、209/绕组L1、L2相对且对称地围绕中心点定位。它们进一步形成在平面中，并且发射器线圈103还被形成在同一平面(或至少一个基本平行的平面)中。在该示例中，检测线圈207、209被形成在发送线圈103的内部。此外，检测线圈207、209被形成为具有大致相同的轮廓并且覆盖大致相同的区域。

因此，通过两个检测线圈207、209的电磁通量基本相同但方向相反。因此，两个检测线圈207、209中的感应电压基本相同但具有相反的相位/极性，并且两个串联耦合的检测线圈207、209上的组合电压被抵消到基本为零。

因此，检测线圈207、209被布置为使得在存在均匀场的情况下，和/或在存在由发射器线圈103生成的电磁场且不存在其他物体的情况下，感应信号/电压至少部分地相互抵消/补偿，理想情况下生成零组合电压。

图2和6的布置使得两个检测线圈中的第一检测线圈的感应信号具有与两个检测线圈中的第二检测线圈的感应信号相反的电压。对于均匀场，针对两个检测线圈的感应信号具有相反的相位。两个检测线圈中的感应信号相位相反。两个检测线圈串联且反相耦合，使得感应的信号具有相反的极性。这些性质针对均匀场和由发射器线圈103生成的未失真场存在。

金属异物的存在可以使电磁场失真，从而导致两个检测线圈207、209的场之间的不对称。如果在发射器线圈103附近存在金属异物，则可以是这种情况，但是如果存在包括相对于检测线圈207、209不对称的金属部件的功率接收器(通常由于功率接收器设备的位置相对于检测线圈207、209不对称)，则也可以是这种情况。因此，在这种情况下，在两个检测线圈207、209的场中将存在不对称性。

通常，对于金属物体，生成的电磁测试信号将感应涡流，这导致物体生成电磁场，使得组合电磁场相对于生成的电磁测试信号的场失真。如图7所示，得到的不对称场将导致在第一检测线圈207和第二检测线圈209中感应出不同的信号。在功率接收器设备相对于检测线圈207、209对称并且不存在异物的情况下，通过两个检测线圈207、209的通量将是对称的，从而导致基本上零的组合电压。然而，在功率接收器不提供对称失真的情况下或如果存在异物，则感应信号中的差异将发生。两个检测线圈207、209的感应信号的这种差异可以用于估计功率接收器位置和/或耦合因子。它还可以用于检测异物的存在。

在图2的系统中，检测线圈对207、209的组合电压可以被直接测量并且用于执行测量。在一些实施例中，可以使用更复杂的方法，诸如将检测线圈与变压器串联耦合，使得通过检测线圈207、209的电流也流过变压器的初级绕组。因此，检测线圈207、209和初级绕组可以是串联电路的一部分，在检测线圈207、209中感应的电流流过该串联电路。次级绕组然后可以耦合到估计器205，并且例如，通过第二绕组的电流可以被测量并用作两个检测线圈207、209中的感应信号之间的不平衡的测量。

由来自感应平衡的信号(具体地，输出电压)指示的不平衡可以用作功率接收器控制器的位置、发射器线圈103与接收器线圈107之间的耦合系数(并且具体地，耦合系数变化)和/或存在异物的指示。例如，如果来自一组平衡检测线圈的信号满足准则，例如绝对值超过检测阈值，则这可以被认为指示可能存在异物。在一些实施例中，平衡检测线圈的使用因此可以允许估计器205实施异物检测。作为另一示例，指示不平衡的信号的存在可以用作功率接收器的不对称定位的指示或用作耦合因子(并且具体地耦合因子变化)的指示。

在无线功率传输系统中，物体(通常是从功率传输信号提取功率并且不是功率发射器101或功率接收器105的一部分的导电元件，即是对功率传输的非预期的、不期望的和/或干扰的元件)的存在在功率传输期间可能是高度不利的。这样的不期望物体在本领域中被称为异物。

异物不仅可以通过向操作添加功率损耗来降低效率，而且还可以使功率传输操作本身劣化(例如，通过干扰功率传输效率或提取例如不由功率传输回路直接控制的功率)。另外，异物中的电流(特别是异物的金属部分中的涡流)的感应可能导致异物的通常非常不期望的加热。

在附图的示例中，两个检测线圈207、209彼此相对定位并且与发射器线圈103位于相同的磁平面中。如果这样的感应平衡暴露于由发射器线圈103生成的对称检测电磁场，则检测线圈207、209的端子处的电压在理想的理论情况下基本上为零。

在该方法中，在均匀场的情况下(如通常不存在异物的情况)，在每个检测线圈中感应出信号，其中，平衡的检测线圈基本上相互补偿。检测线圈207、209的输出被耦合到估计器205。因此，在检测线圈207、209中感应信号(由发射器线圈生成的电磁场)，并且在平衡检测线圈207、209的输出端生成的(差异)感应信号被馈送到估计器205。然后由估计器205评估所得信号。由估计器205评估的信号因此是在检测线圈207、209中感应的信号的表示，并且具体地是补偿的差异/加和感应信号。

如果将金属片放在感应平衡的一侧，如图7中所示，检测电磁测试信号/场的密度不再对称，并且可以在感应平衡的端子处测量电压。估计器205可以被布置为响应于来自所述感应平衡的感应信号的性质满足异物检测准则而检测异物。因此，感应平衡的使用的特定优点是，在许多实施例中，它可以提供非常有利的异物检测。

类似地，如果功率接收器被定位成使得功率接收器的金属部件偏移到感应平衡的侧面(如图7中)，则检测电磁测试信号/场的密度也不再对称，并且可以在感应平衡的端子处测量电压。估计器205可以被布置为基于不平衡来估计位置和耦合因子(其可以是相对耦合因子)。因此，感应平衡的使用的特定优点是，在许多实施例中，它可以提供非常有利的位置和/或耦合因子估计。在许多实施例中，估计器205可以使用由接收器提供的其性质的信息(例如接触功率发射器的表面的直径)来计算绝对未对齐。

如前所述，功率发射器可以被布置为控制驱动信号以用于在测量时间间隔期间与在功率传输时间间隔期间表现出不同的参数。这尤其可用于减少负载对功率接收器的电磁测试信号的影响和影响。

已经提出在短的测量时间间隔期间断开功率接收器的负载，例如通过使用为此目的主动打开的开关来实现功率接收器。然而，对于kW范围内的更高功率水平，这种解决方案并不理想，因为断路开关会引入额外的损耗并增加成本。实际上，在一些高功率应用中，实现这样的切换根本不可行，例如负载是感应加热的金属元件，其中，涡电流直接由功率传输信号感应以引起加热。

在测量时间间隔期间的驱动信号的参数相对于功率传输时间间隔的适配可以解决这个问题并且可以用于减轻功率接收器的负载对测量的影响。

在许多实施例中，驱动器201被布置为在测量时间间隔期间与在功率传输时间间隔期间相比增加驱动信号的频率，并且具体地被设置为将驱动信号频率设置为不小于高出功率传输时间间隔期间的驱动信号的频率50％。驱动器201可以相应地生成电磁测试信号以具有比功率传输信号显著更高的频率。

在许多情况下，显著增加频率可以改进测量、估计和检测，并且可以减少功率接收器负载的影响。例如，功率发射器和功率接收器都可以具有为功率传输而形成的谐振电路，例如发射器线圈103和接收器线圈107都可以是谐振电路的一部分，例如具有f_res＝25kHz的谐振频率。在测量时间间隔期间增加驱动频率(例如至50kHz)将导致功率发射器谐振电路以感应模式操作，从而导致发射器线圈103中的电流减小。此外，由于系统不再被调谐，接收器线圈电流也降低了。这将进一步降低功率发射器电流。整体效果将对应于部分断开负载所生成的效果。

在许多实施例中，驱动器201可以被设置为在测量时间间隔期间相对于功率传输时间间隔降低驱动信号的电压，并且具体地可以设置在异物检测时间期间驱动信号的电压幅值不高于在功率传输时间间隔期间的驱动信号电压幅值的50％(或通常为25％甚至10％)。

降低的电压可以生成强度降低的电磁测试信号，因此在测量时间间隔期间生成的电磁场低于在功率传输时间间隔期间生成的电磁场，并且可以相应地减少负载的负载。这在许多情况下可以允许基于测量时间间隔中的测量的改进的估计。在一些实施例中，降低的电压可能是有利的，因为它可能导致功率接收器负载的断开。例如，如果电压降低到一定水平，包括整流器和电池的功率接收器将由电池驱动，因为感应电压不足以使整流器导通。这将有效地断开负载与电磁测试信号的连接，从而提高测量性能。

在许多实施例中，驱动器201可以被布置为在测量时间间隔期间将驱动信号的电压幅值设置为恒定。这可以导致生成更均匀的电磁测试信号，这可以改进基于平衡检测线圈207、209的测量并且实际上异物检测。例如，如果电压幅值随时间变化，则测试信号并且因此来自感应平衡的指示的不平衡信号会发生变化，除非这种变化能够被补偿或考虑在内，否则估计精度将会降低。

在许多实施例中，驱动器201可以被布置为在测量时间间隔期间将驱动信号生成为具有恒定的并且比在功率传输时间间隔内驱动信号低至少50％的电压幅值和高至少50％的频率。

作为示例，在功率传输时间间隔期间，以接近功率发射器和功率接收器的谐振频率的第一操作频率生成驱动信号，以便高效地传输无线功率。

在测量时间间隔期间，将驱动信号的第一工作频率从功率发射器和功率接收器两者的谐振频率移开，移动到第二更高工作频率。驱动信号的该第二更高操作频率可以被固定在预定值，所述预定值比第一操作频率(即功率传输信号的频率)高至少1.5倍。

此外，驱动信号电压Uinv被改变为第二幅值(例如由不同的电压源提供)，所述第二幅值是恒定的并且低于功率传输时间间隔期间的幅值。

利用具有第二更高工作频率和第二更低且恒定电压幅值的驱动信号，通过发射器线圈103线圈的电流被强烈减小并保持恒定。此外，由于驱动器电流滞后于驱动器信号电压，因此由于驱动器201输出端的逆变器工作在零电压开关情况下，开关噪声大大降低。

这种情况下的驱动信号幅值的示例在图8中示出，其中，功率传输时间间隔期间的操作称为模式1，测量时间间隔期间的操作称为模式2。在该示例中，电压幅值在功率传输时间间隔期间也是恒定的，例如由于逆变器由恒定电压源供电。

图9图示了电压幅值在功率传输时间间隔期间变化的相应示例。这可以例如通过由整流(但未平滑)AC电压的电压供应逆变器来实现。在测量时间间隔期间的电源电压(其可以与AC信号的过零同步)，是通过替代电源来提供的，所述替代电源提供基本恒定电压。可以生成这种驱动信号的电路示例如图10中所示。在该电路中，输出逆变器电路(M1、M2、Cp1、Cp2)由经整流的交流电源电压驱动，除非经整流电压低于由第二电源电路(第二Ude)馈送的平滑电容器C3的给定电压(在示例中为48V)。在此期间，逆变器电路由平滑电容器C3经由D5供电，从而导致基本恒定的供电电压以及因此恒定的驱动信号电压幅值。

在这样的示例中，发射器线圈103在测量时间间隔期间生成对应于用于测量的基本恒定的电磁场的电磁测试信号，其中，电磁测试信号具有预定的更高的第二操作频率。估计电磁场/电磁测试信号的幅值主要由驱动器201的第二更低输出电压决定。在这种情况下，功率接收器的未断开负载与功率发射器有效地失谐，并且因此它对电磁场/电磁测试信号的影响减小。

在所描述的特定系统中，功率发射器包括多个感应平衡，即多组平衡检测线圈，并且位置/耦合系数估计以及异物检测可以基于来自这些组平衡检测线圈中的两组或更多组平衡检测线圈的输出信号。

例如，如图11所示，功率发射器可以被生成为包括三组平衡检测线圈，每组包括两个楔形线圈。在该示例中，估计器205可以测量来自三个平衡检测线圈对中的每一个的输出信号，并使用这些信号来执行位置估计、耦合系数补偿和/或异物检测。所使用的确切准则将取决于各个实施例的偏好和要求。

在许多实施例中，实际上如在图11的示例中，平衡检测线圈位于发射器线圈103内。这通常可以提供改进的性能，并且特别地可以提供对于不同线圈是均匀的电磁测试信号/场。

在许多实施例中，多个感应平衡的使用可以提供改进的性能，并且特别地可以提供磁场的不均匀性的附加信息。特别地，它可以提供不均匀性的空间性质的指示。这可以用于生成对引起不均匀性的物体的位置的估计，并且具体地用于生成对功率接收器的位置的估计，因为这在许多场景中(并且尤其是在不存在异物的情况下)将是不均匀性的根源。同样地，来自多个感应平衡的信号可以用于生成功率发射器与功率接收器之间的(例如，相对)耦合因子的估计。可以通过首先生成功率接收器的位置估计并且然后将其转换为耦合因子估计来生成该(例如，相对)耦合因子估计，在许多实施例中，该耦合因子估计将是相对耦合因子估计。在其他实施例中，可以在不依赖于正在生成的显式中间位置估计的情况下生成(相对)耦合因子估计。

因此，在图2的功率发射器中，估计器215被布置为响应于在至少一个测量时间间隔期间来自多组平衡检测线圈的信号而确定功率接收器的位置估计。在一些实施例中，估计器可以被布置为响应于在至少一个测量时间间隔期间来自多组平衡检测线圈的信号而确定功率接收器的(通常相对的)耦合因子估计。可以在不生成位置估计的情况下生成(通常相对的)耦合因子估计。

作为示例，在图11的布置中，可以使用三个感应平衡来提供不均匀性来源的位置的指示。例如，如果物体1101(其原则上可以是小功率接收器设备)存在于检测线圈L1内，则L1-L2的感应平衡可以生成显著信号，而其他感应平衡L3-L4、L5-L6可以生成低信号，因为通过对应检测线圈的场是基本上均匀的。因此，可以推断物体1101的位置最接近L1(并且在特定情况下在L1内)。通常可以通过将感应平衡信号的相位与生成电磁测试信号的驱动信号进行比较来确定物体1101是靠近L1还是靠近L2之间的区分(因为两个检测线圈将感应相反相位的信号)。

在许多实施例中，并且如图2中所指示的，所有感应平衡/所有组平衡检测线圈的输出被馈送到估计器205，所述估计器205可以测量来自所有感应平衡的信号。估计器205可以在测量时间间隔期间确定多组平衡检测线圈中的每组平衡检测线圈的电压和/或电流，例如，通常每组平衡检测线圈的电压可以被确定并用于位置/耦合因子估计。

在许多实施例中，图2的功率发射器还包括补偿器211，补偿器211被布置为针对当不存在异物时并且还可能当功率接收器处于标称或优选位置时在两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡补偿来自一组、多组并且通常所有组平衡检测线圈的信号。在一些实施例中，补偿可以包括例如补偿同一组平衡检测线圈中的不同检测线圈的几何性质的差异的静态补偿。静态补偿可以是独立于功率接收器的存在的对不平衡的补偿，并且可以具体地是当不存在功率接收器时对不平衡的补偿。

在许多实施例中，补偿器211可以被布置为执行动态补偿，该动态补偿取决于功率接收器的存在，并且该动态补偿具体地可以取决于功率接收器的位置。在动态补偿中，例如当特定事件发生时，补偿值可以在操作期间进行适配。动态补偿通常可以确定组合补偿值，所述组合补偿值还包括对是由于功率发射器的不对称性并且即使当不存在功率接收器时也存在的静态不平衡的补偿。

动态补偿可以在操作和功率传输期间执行，并且可以确定包括静态补偿分量和动态补偿分量的补偿。静态补偿分量可以是当不存在功率接收器时或当功率接收器满足标称要求(诸如具有特定的预定性质和/或被定位在预定位置(通常是相对于发射器线圈的优选和/或中心位置))时补偿不平衡的补偿分量。动态补偿分量可以是随着变化的操作条件而变化的补偿分量，并且因此是可以在操作期间变化的分量。它可以具体地随着功率接收器的位置而变化。

在许多实施例中，动态补偿分量可以通过动态补偿过程来确定，该动态补偿过程确定对当前条件的组合补偿，并且然后减去例如在功率传输之前确定的静态补偿分量。

在实践中，检测线圈207、209可以被生成为尽可能彼此相同并且可以被设计为尽可能多地抵消感应信号。然而，在实践中，已经发现即使在没有异物存在的情况下并且在不存在(或对称)功率接收器的情况下，检测线圈207、209的参数以及可能在电磁环境中也可能存在一些不对称和差异。此外，在许多情况下，不对称和不平衡可能导致检测线圈207、209上的组合电压与由功率接收器位置偏移或期望检测的一些异物引起的电压处于相同数量级。因此，即使使用平衡的感应/检测线圈，在一些实施例中也可能导致困难的或不太理想的估计和检测性能。

补偿器211可以被布置为通过在测量时间间隔期间并且通常在假设不存在异物的情况下测量值来补偿信号，即，可以在假设不存在异物时确定由测试信号产生的信号。这可以例如通过合适的异物检测已经导致没有检测到异物来指示，或者可以例如被认为是响应于提供指示不存在异物的特定用户输入的情况。例如，用户可以按下按钮以初始化校准/补偿测量。在一些情况下，当检测到新的功率接收设备时并且当用户将新的功率接收设备定位在功率发射器上指示用户已经检查不存在异物时，可以执行补偿测量。

在许多实施例中，当不存在异物并且不存在功率接收器时，可以执行静态补偿，并且所得到的补偿值可以被存储为静态补偿分量，该静态补偿分量例如可以在动态补偿期间用于确定动态补偿分量。

基于对不平衡的测量(其反映了当不存在异物时来自多组平衡检测线圈的信号)，补偿值可以被确定并将其应用于每个信号。通常，补偿值可以与测量的不平衡相反，以便(至少部分地)消除不平衡。例如，当不存在异物时，可以测量来自多组平衡检测线圈的输出信号的电压或电流幅值。随后，可以从来自多组平衡检测线圈的信号的测量幅值中减去该测量幅值，以生成补偿的信号幅值。然后，这些补偿的信号幅值可以用于评估异物检测准则，而不是信号的测量幅值。

补偿器211可以具体地生成补偿值，该补偿值使来自在(假设)不存在异物时测量的一组平衡检测线圈的信号值偏移(具有相反的相位/极性)。

在一些实施例中，补偿可以不是单个值，诸如补偿电流或电压幅值，而是可以是补偿信号，例如具有与测量信号相同的幅值但具有相反相位的补偿信号(因此消除不平衡信号)。例如，补偿信号可以被生成为具有与测量信号相同(并且因此与电磁测试信号相同)的频率。相位和/或幅值可以被设置为提供期望的补偿的值。

补偿在许多实施例中可以提供改进的估计以及异物检测。实际上，即使检测线圈207、209在制造阶段完全平衡和/或完美表征，电磁场和由此感应的信号也将取决于特定环境，并且特别是倾向于取决于例如使用哪个功率接收设备并确切地这被如何定位而变化。因此，能够动态地适配补偿，特别是针对当前的电磁环境进行校准，可以显著提高性能。补偿对于减轻或减少检测线圈和/或周围环境之间的不平衡可能是有用的。这可以在许多场景中提供改进的性能并且可以具体地提供更准确的估计和异物检测。

在许多实施例中，补偿可以提供基本上更准确的异物检测，因为可以补偿由除异物之外的其他特征引起的不平衡。然而，另外，补偿可以用于生成位置/耦合因子估计。在许多实施例中，当不存在异物时，为了(至少部分地)消除不平衡信号而应用的补偿值并且尤其是动态补偿值，也可以用于生成这样的估计。因此，补偿不仅可以改进异物检测，而且它还可以促进并且可能改进位置估计/耦合因子估计(包括耦合因子变化估计)。

在许多场景和实施例中，这种方法的特定优点是可以单独地适配不同操作的性质。通常，频繁地并且以快速的反应时间执行异物检测，使得可以非常快速地检测异物的存在。异物检测通常还基于小的不平衡信号。

在许多实施例和场景中，可以更不频繁地并且以更慢的更新速率/反应时间执行补偿。因此，不同操作的性质可以是不同的，并且这些性质可以针对特定操作进行优化。位置和耦合因子估计通常可以具有与补偿所需的性质类似的性质，因为实际上补偿的变化通常由功率接收器的位置的变化引起。

作为示例，图12的布置可以被考虑用于其中异物检测基于从均包括两个检测线圈(L1、L2)、(L3、L4)和(L5、L6)的多组平衡检测线圈测量电压幅值Ufod的系统。

在该示例中，在发起功率传输之前，可以执行异物检测系统的静态校准以补偿/移除从电压Ufod(L1至L2)、Ufod(L3至L4)和Ufod(L5至L6)的原始偏移。这些偏移电压可能是由于不均匀的检测H场。在该示例中，发射器线圈103的绕组不是完全圆形对称地安装在线圈架上。在该示例中，感应平衡L3-L4和L5-L6差不多捕获相同的均匀检测H场。然而，由于线圈L2下方的发射器线圈103的局部布线布局，由感应平衡LI-L2捕获的磁场不均匀。对于这种情况，可以通过利用相对于电压U_Tx具有正确幅值和相位的信号Ucomp(LI-L2)来补偿感应平衡LI-L2的电压Ufod(LI-L2)而应用主动校准。

该初始补偿可以在不存在功率接收器的情况下执行，并且因此功率发射器本身的不对称性的确定可以被确定并用于反映静态补偿分量。

图13示出了当存在功率接收器时的偏移电压的另一原因。如果功率接收器设备/器具1301在未对齐的情况下定位在功率发射器的有源区域上，则预期来自发射器线圈103的检测H场甚至更失真并且它变得不均匀，特别是如果器具包括金属部件。

在该示例中，还可以执行有源偏移校准。由于器具1301的尺寸相对于有源区域的尺寸，来自发射器线圈103的检测H场的分布在大的区域内并且可能在整个区域内变得不均匀是合理的。因此，所有三个感应平衡都受到影响并生成具有偏移的信号。在这种情况下，三个独立的补偿电压Ucomp(L1-L2)、Ucomp(L3-L4)和Ucomp(L5-L6)可以被确定并分别应用于三个感应平衡，其中，这些感应平衡中的每一个相对于电压引起的偏移不平衡信号具有正确的幅值和相位。

在存在功率接收器的情况下的该第二补偿可以在操作期间并且具体地在测量时间间隔期间执行。当执行异物检测时，所得补偿值可应用于来自感应平衡的信号。然而，此外，补偿值可以用于生成位置估计和/或耦合因子估计。可以从测量的补偿值中减去在没有功率接收器的情况下在测试期间确定的静态补偿值，以生成动态补偿分量，该动态补偿分量更准确地反映(仅)功率接收器的不对称定位的影响。然后可以基于来自进气平衡的这些动态补偿分量来生成估计。

在图14的示例中，在已经执行主动校准/补偿之后并且在应用补偿的情况下，将异物FO放置在有源区域上。由于其在有源区域上的位置，预期来自发射器线圈103的检测H场在感应平衡L1-L2和L5-L6附近变得不均匀。因此，在这两个感应平衡的端子处出现检测电压，导致存在异物的指示。然而，异物不太可能引起第三感应平衡L3-L4的不平衡。估计器205可以确定已经检测到异物。因此，如图所示，即使未对齐的器具位于有源区域的顶部上，三感应平衡系统也能够检测异物。

在图15的示例中，不存在异物，而是器具1301已经从其在有源区域上的原始位置移动。该位移导致发射器线圈103的检测H场(即，测试场)在整个检测区域内的分布的变化。因此，来自感应平衡的信号显著变化，这可能使异物检测不太准确。

当在移动之后执行补偿时，补偿值将从先前显著改变，以便补偿新的不对称性。应用新的补偿值将再次导致准确的异物检测。另外，改变的补偿值可以用于更新位置和/或耦合因子估计。

补偿器211可以被布置为根据各个实施例的偏好和要求在不同的时间处并且在不同的情况下更新/适配/校准补偿。在许多实施例中，补偿器211可以被布置为当检测到新的功率接收器具被定位在功率发射器上时发起补偿的适配。这可以允许补偿不仅适配于静态性质，而且还适配于例如功率接收设备在功率发射器上的位置。此外，在许多实施例中，可以以规则的间隔并且通常相对频繁地执行新的动态补偿。在一些实施例中，当已经检测到信号值的变化但是异物检测算法已经确定不存在异物(例如，由于所有感应平衡示出显著变化)时，可以执行新的补偿。

在不同的实施例中，估计器205可以使用不同的估计方法。位置和/或耦合因子的估计基于由来自感应平衡的信号指示的不平衡。在一些实施例中，信号被直接测量并且直接使用。例如，估计器205可以包括测量电路，该测量电路在测量时间间隔期间测量来自感应平衡的信号并使用这些信号来估计位置。该方法可以例如用于不使用(动态)补偿的实施例中，或可以例如用于确定相对于当执行(最近的)补偿/校准时的位置/耦合因子的相对位置/耦合因子。

在其他实施例中，不平衡和来自感应平衡的信号由在补偿/校准期间确定的补偿值表示。补偿值可以被认为对应于在补偿确定时(并且当不存在异物时)来自感应平衡的信号的测量，并且动态补偿分量可以被认为对应于可能是由于功率接收器的存在和位置引起的不平衡的分量。使用补偿信号而不是直接进行信号的测量可以便于处理和操作，并且特别地可以便于使用该组感应平衡用于位置/耦合因子估计和例如异物检测两者。

在下文中，术语测量信号将用于指来自用于位置/耦合因子估计的感应平衡的信号。应当理解，在不同的实施例中，测量信号可以对应于补偿信号、这些补偿信号的动态补偿分量或来自感应平衡的直接(当前)测量的信号。

在大多数实施例(诸如在附图中图示的那些实施例)中，针对给定的感应平衡的不平衡将倾向于增加，功率接收器从中心位置偏移得越远。不平衡的幅值因此可以是功率接收器从该中心位置偏移多远的指示。幅值还可以取决于在与感应平衡的主方向正交的方向上的距离，并且因此可以随着在该方向上的偏移而减小。偏移的方向将影响哪个检测线圈将经历最大感应信号，并且因此测量信号的相位可以指示偏移的方向。可以通过将测量信号的相位与测试信号的相位进行比较并且利用指示功率接收器在哪个方向上偏移的相位差来确定相位。

因此，在一些实施例中，沿着感应平衡的轴线的位置估计可以被确定为来自该感应平衡的估计信号的幅值和相位的函数。这可以针对所有感应平衡重复，从而产生沿着感应平衡的轴线的位置指示。然后可以通过组合这些位置估计来确定对功率接收器的位置估计。例如，将位置估计可以被生成为相应感应平衡轴线上的投影导致最小平方和误差的位置。

在许多实施例中，不是针对每个感应平衡单独确定位置估计，而是生成组合且联合的估计。例如，如上所述，测量信号的幅值不仅可以取决于沿着感应平衡的轴线的偏移，而且还可以取决于正交方向上的方向。然而，该方向上的位置偏移可能对其他感应平衡的不平衡具有显著影响，并且这些感应平衡的测量信号可以用于针对正交方向上的位置偏移补偿第一测量信号。例如，在确定沿着感应平衡轴线的位置估计之前，可以基于其他测量信号的信号幅值来对测量信号进行归一化。

在许多实施例中，位置估计可以基于例如制造期间的先前表征。例如，在制造期间，可以针对许多不同的位置测量给定功率发射器和功率接收器组合的测量信号。结果可以作为N输入LUT(查找表)存储在功率发射器的存储器中，其中，N等于感应平衡的数量。在操作期间，测量信号可以用于执行表查找，其中，检索最接近测量信号值(例如，由幅值和相位表示)的条目。然后可以将该检索到的位置用作位置估计。

在这样的实施例中，可以针对一系列不同的功率接收器或一种类型的功率接收器生成LUT。这些LUT可以都被存储在功率发射器的存储器中，并且可以例如响应于从功率接收器接收的指示它是的功率接收器的类型(并且因此指示哪个LUT最接近地反映当前正被支持的功率接收器)的数据而选择适当的LUT。

在许多实施例中，关于功率接收器性质的信息可以被存储在功率接收器的存储器中并且例如在初始化或配置期间被传送到功率发射器。该信息可以例如是接收器线圈的直径、谐振频率、负载阻抗等。然后，功率发射器可以在确定位置/耦合因子时使用该信息。例如，它可以用于选择包括针对具有类似性质的功率接收器生成的数据的LUT。

在一些实施例中，位置估计可以基于在与线圈正交的方向(z方向)上的已知距离的考虑。在许多情况下，z距离可以是未知的或可变的，但是在一些实施例中，它可以是恒定的和/或已知的(并且例如在制造期间存储)。在一些实施例中，可以在操作期间确定或学习z距离。在z方向已知的情况下，当确定位置和/或耦合因子时可以考虑这一点。这可以移除未知参数/变量，从而允许例如确定绝对值。在许多实施例中，位置估计可以是相对位置估计，并且可以例如用于指示功率接收器已经从先前位置移动了多远。实际上，在许多实施例中，距离中的一个将倾向于不是已知的，并且特别地，在与平面发射器和接收器线圈的平面正交的方向上的z距离将是未知的。例如通常，功率接收器线圈和发射器线圈之间的距离以及感应平衡是未知的，因为这些可能在不同的功率接收器之间变化，或例如是功率发射器在设计时的未知性质。例如，如果功率发射器要被实施为厨房操作台的一部分，则可能不知道操作台有多厚。

测量信号的性质可以取决于z距离，并且因此确定绝对位置可能是困难的或不可靠的。然而，在这样的系统中，该方法通常可以用于确定相对位置，并且特别是位置变化。

这种方法可以例如与补偿组合。例如，在操作期间的给定点处，可以执行抵消由感应平衡测量的不平衡的补偿/校准。然后可以测量来自感应平衡的信号，并且可以响应于电流信号而确定位置的变化，即，补偿之后的电流信号可以用作测量信号以确定相对于补偿的位置变化的位置变化。

在一些实施例中，功率发射器和/或接收器可以包括用户接口215，用户接口215可以被布置为提供指示存在功率接收器的未对齐的用户输出。可以响应于位置估计满足要求而确定未对齐。例如，如果位置估计指示功率接收器偏离优选位置太远，则可以生成用户警报或指示。优选位置可以具体地对应于来自感应平衡的信号指示不存在不平衡的位置。在许多实施例中，优选位置可以是相对于发射器线圈的中心位置和/或可以是发射器线圈与接收器线圈之间的耦合因子(或耦合因子变化)最大的位置。在用户接口(可能也)被提供在功率接收器处的示例中，功率发射器可以包括通信器，该通信器可以将位置估计的指示传送到功率接收器，该功率接收器然后可以对此进行处理以提供合适的用户输出。

在一些实施例中，要求可以包括相对考虑，使得例如响应于检测到功率接收器的位置变化而生成用户未对齐指示。因此，在一些实施例中，如果位置估计指示功率接收器已经(被)移动，则可以生成用户未对齐指示或警报。

作为示例，如果满足要求，则可以启动光或例如警报/声音以指示已经检测到未对齐。

在一些实施例中，用户接口可以被布置为提供用户输出，该用户输出提供功率接收器的位置的指示，其中，指示是响应于位置估计而确定的。位置指示可以是相对位置的指示，诸如相对于优选或标称位置的位置的指示。

在一些实施例中，位置指示可以被提供为功率接收器应当如何朝向优选位置移动的指示。例如，显示器可以示出指示功率接收器应当被移动以接近优选位置的方向的箭头。还可以给出到优选位置的距离，例如通过直接指示从当前位置估计到优选位置的距离或例如间接地通过根据距离适配箭头的大小。

作为示例，在图16中示出了其中功率接收器1301相对于发射器线圈未对齐并且实际上其中未对齐如此极端以至于高效功率传输可行是不太可能的场景。在该示例中，接收机设备离有效区域太远并且“无法到达”，并且可能不发起重新校准程序。然而，感应平衡L1-L2将受到器具的影响，感应平衡L3-L4和L5-L6也将受到影响，但是小得多。

在该示例中，估计器205仍然可以用于估计功率接收器设备的位置，并且这可以用于检测器具是否正在接近功率发射器的有效区域，并且甚至它正在从哪个方向接近。该信息可以用于例如借助于显示器或通过听觉装置将功率接收器器具引导到中心位置。

在一些实施例中，功率发射器可以被布置为响应于检测到位置估计的变化而生成位置变化指示。在不同的实施例中，移动指示可以用于不同的事物。在一些实施例中，它可以如所提到的那样用于生成向用户指示功率接收器器具已经移动并且应当可能(由用户)移动回到用于充电的更优位置的用户指示，诸如音频警报。

在其他实施例中，移动指示可以用于适配功率传输的操作参数，诸如最大功率传输水平。例如，如果检测到移动，则可以在检测之后立即将功率水平约束到功率下限。然后可以针对新的操作情况逐渐增加功率水平，同时确保功率传输是可靠的且安全的(例如，通过确保在延长的时段内没有检测到异物)。

在一些实施例中，移动指示可以用于指示功率控制回路的改变。例如，可以适配回路增益、回路滤波器响应或回路的时间常数。例如，在正常操作期间，回路性能可能已经针对当前操作场景通过在确保回路稳定性的同时缓慢地适配回路增益来进行优化。如果功率接收器被快速移动，则耦合因子的改变可能导致基本上改变的回路行为，并且这可能潜在地导致当前回路参数的潜在不稳定性。因此，当生成移动指示时，功率控制器203可以将回路增益改变为预定且安全的值，这确保了所有耦合因子的稳定性。然后，系统可以再次开始回路(并且具体地回路增益)的适配，以提供例如更快的回路响应，同时仍然确保当前条件的稳定性。

在许多实施例中，功率发射器可以包括适配器213，适配器213被布置为响应于位置和/或耦合估计而适配功率传输的操作参数。例如，如果位置估计指示功率接收器离中心位置太远，或如前所述，如果位置估计指示移动，则可以降低功率传输信号的最大功率水平，或实际上可以完全关闭功率传输。

在一些实施例中，适配器209可以被布置为响应于位置估计而适配功率传输，其中，适配可以是功率传输的操作参数，诸如功率水平、频率、占空比、功率传输时间间隔的持续时间等。

例如，如果位置估计指示功率接收器已经移动，则这可能导致不同的操作条件。在这种情况下，估计器205可以降低功率水平以确保安全和可靠的操作，并且实际上可以作为特定情况甚至终止功率传输。然后，功率接收器可以继续进入操作模式，在该操作模式中，通过系统逐渐适配于新的操作条件来逐渐实现全功率传输(例如，可以使用缓慢的功率控制操作，或如果正在进行的功率传输被终止，则可以执行功率传输的完全重新初始化)。

在许多实施例中，估计器205可以被布置为：如果测量信号满足包括指示超过第二阈值的不平衡的测量信号的数量小于至少为二的阈值数量的要求的准则，则检测到功率接收器已经发生位置变化。

如果感应平衡系统，并且具体地，附图中的三感应平衡系统，在该位移之前被适当地校准，这将导致所有三个感应平衡的平衡条件受到影响，并且生成针对所有三个感应平衡的检测电压。在这种情况下，将满足异物检测的第一要求，并且因此触发异物可能存在的初始指示。然而，不满足所有三个感应平衡必须不示出显著不平衡/检测信号的第二要求。在这种情况下，第一指示被覆盖，并且估计器205不生成异物的检测。因此，可以避免假阳性异物检测。

在一些实施例中，补偿器211被布置为响应于满足异物检测准则的第二要求而发起补偿的适配。因此，如果通过多于阈值数量的感应平衡检测到不平衡，并且通常如果针对所有感应平衡检测到不平衡，则补偿器211可以发起补偿的新适配。具体地，来自不同感应平衡的信号的新值(例如，电压和/或电流的幅值和相位)可以被测量并用作今后的新补偿信号。

如前所述，影响所有感应平衡的不平衡可能是由于功率接收器的位置变化而不是由于存在异物。因此，补偿的适配可以允许改进的异物检测，因为它可以适配于新位置，从而允许更准确地测量由异物引起的可能不平衡。

因此，在该方法中，异物检测准则包括评估多少测量信号指示高于阈值的不平衡。该评估可以例如通过将信号幅值与阈值进行比较来执行，其中，测试是幅值是否超过阈值。该要求可以取决于正在评估哪组平衡检测线圈，并且因此对于不同的组可以是不同的。

可以确定不平衡超过阈值的感应平衡的数量，并且异物检测准则要求该数量至少是阈值数量，即至少与感应平衡的阈值数量一样多指示高于阈值的不平衡。只有在这种情况下异物检测才将被认为是存在的，并且否则将认为不存在异物，而是功率接收器已经移动。在许多实施例中，只有当不平衡的数量低于阈值时，才将认为异物被检测到，否则将认为功率接收器已经被移动。

在许多实施例中，阈值数量可以不小于三，和/或阈值数量可以等于多组平衡检测线圈中的平衡检测线圈的组数。

例如对于图11-16的示例，其中，功率发射器包括三个感应平衡，要求可以使用阈值数量三，导致例如如果所有测量信号指示足够高的不平衡，则检测到位置变化。

在许多实施例和场景中，该方法可以提供改进的性能，并且可以提供功率接收器被移动的准确指示。

在许多实施例中，可以通过阈值数量等于平衡检测线圈的组数来实现特别有效的操作。在一些实施例中，这可以提供更可靠的位置变化检测。它可以将位置变化指示限制为仅在足够大以影响所有感应平衡的物体存在并移动的情况下被激活，例如，更小的设备可以被认为是异物。

类似地，与使用阈值数量2相比，使用阈值数量3可以提供一些特定的优点。具体地，尽管异物可以被定位成使得它将在两组平衡检测线圈中引起不平衡(例如，如果被定位成跨越用于不同组平衡检测线圈的两个检测线圈的区域)是可能的或甚至很可能的，但是可以将异物定位成使得它将对三组平衡检测线圈具有强烈影响是更不太可能的。实际上，这通常将要求异物延伸跨越三个不同的检测线圈，考虑到存在功率接收器以便发生功率传输的必要性，这在许多应用中将是非常不太可能的(或甚至不可能的)。

该方法可以提供对功率接收设备的移动的特别有效且可靠的检测。在实施例中，该方法还可以提供改进的异物检测。例如，异物检测可以依赖于指示超过给定水平的不平衡的感应平衡中的至少一个，并且如果检测到不平衡，则认为异物可能潜在地存在以引起不平衡。然而，如果检测到所有测量信号示出足够高的不平衡，则可以覆盖该检测，因为这比小的异物更可能由(相对大的)功率接收器的移动引起(实际上，在许多情况下，功率接收器的尺寸可能使得异物不可能存在，使得它可以充分影响所有感应平衡)。

因此，在一些实施例中，异物检测准则不仅包括不平衡必须超过阈值的要求，而且还要求并非所有的感应平衡都必须显示不平衡。在许多实施例中，异物检测不被认为仅因为测量信号中的一个指示(足够)高的不平衡而已经发生。相反，另外，需要满足一起考虑检测信号(或它们中的至少一些)的第二要求。

在一些实施例中，功率发射器可以被布置为区分由于针对功率接收器的位置(并且因此耦合因子)的改变而引起的不平衡和由于异物响应于测量/检测信号的幅值而存在而引起的不平衡。在所描述的系统中，由于器具移动/位置变化或由于异物，(一个或多个)感应平衡可能示出不平衡。在前一种情况下，通常检测到大的幅值变化(并且通常在多于两个感应平衡处)，而第二种情况下的幅值变化通常小得多，这是由于异物通常与功率接收设备相比更小(并且通常仅一个或两个感应平衡受到影响)。因此，在许多实施例中，位置估计和/或耦合因子(变化)估计也取决于检测到的不平衡的大小。具体地，在许多实施例中，可以(仅)在(一个或多个)测量信号指示高于给定阈值的不平衡的情况下检测位置变化和/或耦合因子变化。否则，可以认为不平衡更可能是由于异物。

在一些实施例中，功率发射器可以包括被布置为从功率接收器接收数据的接收器。在这样的实施例中，功率接收器可以被布置为将物理属性数据发送到功率发射器，其中，物理属性数据指示功率接收器的一个或多个物理属性并且具体地广泛的物理属性。例如，物理属性数据可以指示功率接收设备的大小、扩展、维度等。物理属性数据因此可以指示功率接收设备的空间扩展性质。在一些实施例中，物理属性数据可以替代地或附加地指示空间扩展或例如为功率接收设备的一部分的导电材料(金属)的量。

在这样的实施例中，物理属性数据可以被馈送到估计器205，估计器205可以被布置为响应于物理属性数据而适配位置估计/耦合因子(变化)估计。例如，取决于物理尺寸，可以执行根据测量信号确定沿着感应平衡轴线的位置的函数。作为另一示例，可以根据接收到的数据来进行对包括测量信号性质的差异组合的位置估计的LUT的选择。

估计器205可以响应于来自测量时间间隔期间的感应平衡的信号并且且通常具体地响应于测量信号而估计发射器线圈103与接收器线圈107之间的电磁耦合的耦合因子(改变)估计。在许多实施例中，估计器205可以被布置为确定相对耦合因子估计而非绝对耦合因子估计。具体地，估计器205可以被布置为监测测量信号，以便检测耦合因子的变化，并且如果这样的话，则估计变化有多大(以及在哪个方向上)。

耦合因子取决于接收器线圈107相对于发射器线圈103的相对位置，并且在许多实施例中，估计器205可以被布置为首先确定功率接收器相对于功率发射器的位置，并且然后从该位置确定对应的耦合因子。例如，测量信号可以用于执行提供相对位置估计的表查找。然后，该相对位置估计可以用作对提供耦合因子估计的第二查找表的查找。在其他实施例中，可以直接生成耦合因子，而无需将位置估计显式确定为显式值。在这样的实施例中，耦合因子可以由估计器205直接确定，并且位置估计可以不被确定(但是可以被认为是耦合因子估计的生成的固有和隐式部分)。例如，第一查找表可以直接输出耦合因子估计，而不是然后与第二查找表一起使用的位置估计。

估计器205可以向适配器213提供耦合因子估计的指示，适配器213可以被布置为响应于耦合因子估计而适配功率传输操作的参数。具体地，适配器213可以被布置为响应于耦合因子估计而适配功率回路参数，其中，功率回路参数是响应于从功率接收器接收的功率控制消息而适配功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。功率回路参数可以具体地是回路时间常数、回路滤波器的频率响应和/或回路增益。功率控制环路性能在很大程度上取决于耦合因子。通常，闭环系统的环路稳定性(频域)和稳定时间(时域)由环路增益及其相关联的相位裕度确定。通常，对于控制回路，诸如回路增益和回路滤波器性质的回路参数对于回路的性能是关键的，并且通常被严格控制，或实际上在许多控制回路中基本上是恒定的，以便不仅实现期望的性能，而且实现反馈回路的基本稳定性。然而，对于无线功率传输系统的功率控制环路，环路参数并且具体地环路增益在很大程度上取决于耦合因子。此外，耦合因子通常可能变化很大，并且除非相当小心，否则存在不期望的环路性能或甚至不稳定性的相当大的风险。在所描述的方法中，可以动态地估计耦合因子，并且可以相应地适配回路行为。例如，可以调整环路增益以补偿由耦合因子的变化引起的增益变化。作为另一示例，可以修改环路滤波器或环路延迟以改变相位反馈行为，从而避免导致振荡和不稳定性的360°反馈。

作为示例，图17图示了针对接收器线圈107和发射器线圈103的不同位移1705的耦合因子(称为K因子)1701和回路增益1703的变化。可以看出，影响环路增益的重要参数是接收器线圈107和发射器线圈103之间的K因子。K因子由线圈的尺寸、线圈之间的Z距离和线圈平面中的未对齐确定。能够估计K因子的功率发射器允许它在更大的区域内并且针对更大范围的未对齐来支持功率接收器，同时仍然保持闭环稳定。

图17示出了针对给定Z距离的作为未对齐的函数的K因子和环路增益的函数。如果接收器线圈107远离发射器线圈103的中心移动，则K因子减小到零，并且在某个位移处，K因子改变符号。另一方面，由于由发射器线圈103和一个或多个电容器形成的功率发射器谐振回路的谐振行为，系统回路增益首先随着功率接收器远离中心移动而增加。然而，在某个位移处，环路增益下降到零，因为由于缺乏耦合而不能再传输功率。这种行为清楚地表明，关于K因子的了解可以是保持闭环稳定的实质性帮助。

因此，对耦合因子的了解可以有助于保持控制回路针对回路稳定性、过冲进行优化，并且根据需要保持稳定时间。

对于位置估计，耦合因子估计通常可以是相对估计，并且可以估计和检测耦合因子的变化，其中，例如通过将相对变化应用于增益而相应地适配环路参数。实际上，z方向距离通常是未知的，并且耦合因子可以取决于该距离。这可防止确定耦合因子的绝对估计，但可允许检测相对变化。在不同的实施例中，用于估计耦合因子的具体方法可以是不同的。在许多实施例中，可以在制造期间进行测量，其中，结果以用于不同功率接收器的各种LUT存储在功率发射器中。功率发射器可以识别最合适的LUT(与功率接收器最紧密匹配的LUT)并且使用用于表查找的测量信号来检索耦合因子估计。

在一些实施例中，估计器205可以被布置为将耦合因子估计确定为针对多组平衡检测线圈中的至少第一组的增加幅值的减小耦合因子。这可以反映，如图17所示，更大的位移将倾向于导致更低的耦合因子，并且更大的位移将倾向于导致更大的不平衡，并且因此导致针对感应平衡中的至少一个的测量信号的更大幅值。

在一些实施例中，估计器205可以被布置为将耦合因子估计确定为针对多组平衡检测线圈中的至少两组之间的增加幅值差的减小耦合因子。

例如，在制造期间，可以进行测量以确定用于不同功率接收器或不同类型的功率接收器的理想放置的最大耦合因子。例如，测量可以确定用于给定尺寸的居中放置的功率接收器器具的耦合因子。测量可以存储在查找表LUT中。

在操作期间，估计电路205可以访问LUT并且提取当前功率接收器的最大耦合因子值。然后，它可以基于感应平衡的不平衡的差异来估计功率接收器的位置与理想位置的偏移。感应平衡之间的幅值差越大，功率接收器从中心平衡位置的偏移越大，并且因此耦合因子越低。可以使用在制造期间确定的函数来计算从由LUT提供的最大耦合因子的减小，其中，该函数对于增加的幅值差具有增加的减小。然后可以将减小应用于最大耦合因子以生成耦合因子的当前估计。

更详细地，在一些实施例中，估计器205可以例如被布置为根据实施方式使用以下程序来确定耦合因子：

功率接收器具被放置在发射器区域上并且由功率发射器识别。器具将其覆盖区的直径传送到功率发射器。然后，功率发射器可以对LUT进行寻址，以便获得针对给定直径覆盖区的最大K因子(耦合系数)。这是接收器线圈精确地放置在功率线圈的中心的情况。接下来，补偿电路211可以补偿三重感应平衡的三个输出信号，使得输出信号被调整为基本上零。如果三个补偿信号足够相似(例如，相等或处于相同的数量级)，则这可以被认为是由LUT提供的K因子接近实际当前情况的指示。可以基于K因子值来调整控制回路。然而，如果三个补偿信号相差很大，则器具不在功率线圈的中心。这意味着由LUT提供的K因子可能是不准确的，并且具体地，由LUT提供的值高于实际值。估计电路205可以相应地减小耦合因子(K因子)以反映信号之间的差异。例如，在一些实施例中，如果输出信号的差异满足指示差异足够高的准则，则可以提供固定的低K因子值。在其他实施例中，可以使用函数来减小K因子值，其中，该函数取决于来自感应平衡的输出信号之间的差异。然后，发射器可以设置初始环路增益参数以反映估计的(并且通常减小的)耦合因子，使得可以避免或减小输出处的过冲等。

在许多实施例中，耦合因子估计可以是相对耦合因子估计，使得当在来自感应平衡的信号中检测到变化时，它可以被转换成耦合因子估计的变化。在许多实施例中，来自感应平衡的信号的变化(例如不平衡的增加)可以直接被认为反映耦合因子估计的变化，诸如耦合因子的减小已经发生的指示。功率发射器然后可以快速地修改操作，例如将功率控制回路修改相对量。

在一些实施例中，功率发射器可以被布置为响应于耦合因子估计而改变驱动器的操作点，并且特别地可以响应于检测到耦合因子估计的相对变化而将相对变化应用于操作参数，例如生成驱动信号的逆变器的电压或其他参数。

在一些实施例中，功率发射器可以被布置为响应于耦合因子估计而改变驱动信号的频率，并且特别地可以响应于检测到耦合因子估计的相对改变而将相对改变应用于频率。

功率发射器可以例如将用于功率传输的操作/驱动频率维持在频率间隔内，其中，该频率间隔取决于耦合因子估计。

作为示例，功率发射器可以被布置为寻求向输出/负载递送恒定电压。通常，当耦合因子改变时，(功率)传递函数改变，并且耦合因子估计的改变可以用于适配功率传递参数以反映和补偿功率传递函数的这种改变。具体地，功率发射器可以基于耦合因子估计来适配占空比和/或频率。

功率发射器可以例如被布置为确定耦合因子估计的变化已经发生(例如，由功率接收器突然移动引起的突然阶跃变化)。功率发射器然后可以被布置为确定对驱动信号的占空比和/或频率的对应改变，并且该改变可以被立即应用于驱动信号。然后，系统可以继续功率控制回路缓慢地调整频率和/或占空比。初始阶跃变化例如可能相对不准确，其中，功率控制回路随后朝向最优值适配。然而，基于耦合因子估计的初始快速阶跃变化可以提供大大改进的瞬态性能，并且可以基本上减少例如过电压或欠电压条件。

在许多实施例中，功率发射器可以例如包括具有绝对或相对耦合因子估计作为输入并且提供绝对或相对占空比或频率作为输出的预定函数或查找表。函数或查找表可以例如在制造或设计阶段期间确定。

基于耦合因子估计的方法和操作适配可以提供显著改进的性能。通常，无线功率传输系统和功率传输函数是非线性的，并且耦合因子估计可以提供关于系统的性质和增益的附加信息。

应当理解，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，显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被示为由分别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，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明可以以任何合适的形式实现，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本发明可以可选地至少部分地实现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、功能地和逻辑地实现。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或作为其他功能单元的一部分来实现。这样，本发明可以在单个单元中实现，或可以在不同的单元、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。

此外，尽管是单独地列出的，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、单元或处理器来实现。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。在一个独立权利要求的从属权利要求中包括特征并不意味着对该独立权利要求的限制，而是指示该特征在合适的情况下同等地适用于其他独立权利要求。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被提供用于地使示例清楚，不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种用于经由感应功率传输信号来向功率接收器(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：

发射器线圈(103)；

驱动器(201)，其被布置为生成用于所述发射器线圈(103)的驱动信号，所述驱动器(201)被布置为生成针对所述发射器线圈(103)的所述驱动信号以用于在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成所述功率传输信号，并且生成针对所述发射器线圈的所述驱动信号以用于在所述重复时间范围的至少一个测量时间间隔期间生成电磁测试信号；

串联耦合的多组平衡检测线圈(207、209)，每组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈(103)生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；

估计电路(205)，其被布置为响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈(207、209)的信号而确定针对所述发射器线圈(103)与所述功率接收器(105)的接收器线圈(107)之间的电磁耦合的耦合因子估计。

2.根据权利要求1所述的功率发射器，其中，所述耦合因子估计是相对耦合因子估计。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的功率发射器，其中，所述估计电路(205)被布置为将所述耦合因子估计确定为针对所述多组平衡检测线圈中的至少第一组平衡检测线圈的增加的幅值的减小的耦合因子。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的功率发射器，其中，所述估计电路(205)被布置为将所述耦合因子估计确定为针对所述多组平衡检测线圈中的至少两组平衡检测线圈之间的增加的幅值差的减小的耦合因子。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的功率发射器，包括适配器(213)，所述适配器被布置为响应于所述耦合因子估计而适配功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器(105)接收的功率控制消息而适配所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。

6.根据权利要求5所述的功率发射器，其中，所述功率回路参数是以下中的至少一项：回路时间常数、回路滤波器的频率响应、以及回路增益。

7.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述估计电路(205)被布置为响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈的信号而确定针对所述功率接收器(105)的位置估计。

8.根据权利要求7所述的功率发射器，还包括用户接口(215)，所述用户接口被布置为提供用户输出，所述用户输出响应于所述位置估计满足要求而提供对所述功率接收器的未对齐的指示。

9.根据权利要求7或8所述的功率发射器，还包括适配器(213)，所述适配器被布置为响应于所述位置估计而适配所述功率传输的操作参数。

10.根据权利要求9所述的功率发射器，其中，所述适配器(213)被布置为响应于所述位置估计而适配功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器(105)接收的功率控制消息而适配所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。

11.根据前述权利要求7-10中的任一项所述的功率发射器，其中，所述估计电路(205)被布置为在所述信号满足准则的情况下检测所述功率接收器(105)的位置变化，所述准则包括来自所述一组平衡检测线圈(207、209)的指示在所述一组平衡检测线圈(207、209)的所述两个检测线圈中感应的所述信号之间的不平衡超过第二阈值的信号的数量小于阈值数量的要求，所述阈值数量为至少两个。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的功率发射器(101)，还包括补偿器(211)，所述补偿器被布置为针对当不存在异物时在所述两个检测线圈中感应的信号之间的不平衡来补偿针对至少一组平衡检测线圈的信号，并且所述估计器(211)被布置为响应于针对所述至少一组平衡检测线圈的补偿的量而确定所述耦合因子估计。

13.根据权利要求12所述的功率发射器(101)，其中，所述补偿器(211)被布置为确定所述补偿的静态分量和动态分量，所述静态分量独立于所述功率接收器(105)的存在，并且所述动态分量取决于所述功率接收器(105)的存在；并且所述估计器(211)被布置为响应于所述动态分量而确定所述位置估计。

14.一种操作经由感应功率传输信号来向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)的方法；所述方法包括：

发射器线圈(103)；

串联耦合的多组平衡检测线圈(207、209)，每组平衡检测线圈包括两个检测线圈，所述两个检测线圈被布置为使得由所述发射器线圈(103)生成的电磁场在所述两个检测线圈中感应的信号相互补偿；并且所述方法包括：

驱动器(201)生成用于所述发射器线圈(103)的驱动信号，所述驱动器(201)生成针对所述发射器线圈(103)的所述驱动信号以用于在重复时间范围的至少一个功率传输时间间隔期间生成功率传输信号，并且生成针对所述发射器线圈(103)的所述驱动信号以用于在所述重复时间范围的至少一个测量时间间隔期间生成电磁测试信号；以及

响应于在所述至少一个测量时间间隔期间来自所述多组平衡检测线圈(207、209)的信号而确定针对所述发射器线圈(103)与所述功率接收器(105)的接收器线圈(107)之间的电磁耦合的耦合因子估计。