CN210577962U - 异物检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种异物检测装置，包括：传输部、发射部和接收部；传输部具有多个传输单元，每个传输单元被配置为至少能与另外一个谐振单元发生电磁感应；以至少一个谐振单元作为起始单元，以至少一个谐振单元作为结束单元，发射部用于使起始单元产生电磁感应，接收部用于检测所述结束单元的电磁感应。本装置结构简单，检测效果好，适合小体积金属异物检测。各个谐振单元之间不需要物理连接，减少制造成本，谐振单元易于替换，降低了维修成本。

Description

异物检测装置

技术领域

本实用新型涉及电磁感应的应用领域，尤其涉及一种异物检测装置。

背景技术

异物检测具有非常广泛的应用场景，例如应用在狭小的工作空间、有辐射等危险的工作环境、大功率无线充电场景等。

以电动汽车的无线充电为例，实现无线充电的设备一般包括了功率发射和接收两部分，功率发射部分为地端，例如可以设置在地面，接收部分为车端，一般安装在车辆底部。发射部分包含有功率发射线圈，接收部分包含有功率接收线圈。需要充电时，两部分对齐，实现充电功能。

无线充电时，其原理可以概述为：由高频驱动源输出一定频率的交变电流施加在功率发射线圈上激励产生同频率的电磁场，位于发射线圈上方的功率接收线圈感应耦合到磁场后产生电流，从而实现电能的无线传输。

在无线充电过程中如果在功率发射线圈上(也就是发射部分和接收部分之间)存在有金属异物，会因为磁场在金属异物上产生涡流效应而导致温度急剧升高，甚至可能存在引发火灾等危险。

在车辆进行无线充电时，如果存在金属异物，将造成非常严重的后果。这里不光是车辆的无线充电，即使是小功率的无线充电，像手机无线充电，同样也存在这种“金属异物的安全隐患”，例如有人将信用卡等含有金属芯片的卡片放在手机背面，充电时直接将手机放到无线充电座上，卡片上的金属芯片同样会升温，引发安全问题。

除了上述例子，在一些如狭小的工作空间、有辐射的工作环境中，也存在需要检测异物(金属异物)的情况，发现在这些工作场景中的异物，尤其是金属异物，就需要特制的设备来实现。

现有技术中，常见的检测设备可以是摄像头等取像设备，使用他们进行实时监测金属异物。或者使用重力传感器进行重量监控，在重量改变时判断有金属异物进入。但是这两种方法的适用范围较小、可靠性差，且成本较高。例如充电汽车，在其底盘上安装摄像头一方面成本增加，另一方面车底环境不适合摄像头的工作。

对于无线充电来说，一些公司使用了其他方式进行金属异物检测。如公开号为CN103852631A的专利就公开了：通过检测无线充电器发送端发送的功率和从接收端移动设备接收到功率的差来计算金属异物损耗的功率，如果该损耗的功率超过某个设定的值，就终止功率传送，从而防止金属异物的温度进一步上升。

可见这种方法是通过功率差的计算实现对金属异物的检测，对于小功率产品(例如手机无线充电)来说，其适用性较好。对于小功率产品功率差的检测方式非常多，且更易实现，例如在发射端和接收端之间设置一个检测线圈，一旦有金属异物进入，检测线圈的电气参数就会发生改变，实现金属异物检测。电气参数例如可以是Q值(品质参数)，其通常表示在能量存储和损耗之间关系的指标，并且通常被用作表示谐振电路中的谐振峰值的尖锐度(谐振强度) 的参数。

但对于汽车无线充电这类大功率产品来说，其检测精度和效果就大打折扣——当大功率产品中混入小体积金属异物时，例如汽车无线充电时，有硬币掉入地端和车端之间，硬币的体积对于整个无线充电系统的功率影响非常有限，该影响可能仅与正常的功率波动相似，很难实现精准检测。

另外一些检测方法，可以在检测金属异物时通常使用多组检测线圈，例如公开号为CN105637729A的专利，它具有多个检测环路，每个检测环路都通过引线电连接到检测电路(CN105637729A说明书的72段)。如图1所示的，就是其一种实施方式，将多个检测环路1’连接到检测电路2’上。

这种方式通过多个检测环路1’独立工作，有金属异物进入时，对应的一个检测线路可以通过电信号的改变实现对金属异物的检测。因为具有多个检测环路1’，每个检测环路1’的功率就可以降低，从而对于体积较小的金属异物来说，其产生的影响就能被少数几个靠近的检测环路1’反应出来。

但是这种方式往往需要进行复杂的布置，需要保证检测环路1’的覆盖区域，同时，每个检测环路1’又都需要引线连接，导致检测环路1’之间，以及其和引线之间也有可能产生电磁干扰。同时数量众多的检测环路1’的布置，以及引线的使用，势必造成成本增加，布线难度增加。在检测环路1’和检测电路 2’之间多股引线，也容易缠绕、磨损。引线出现问题，检测环路1’出现问题时，从众多布线中找出对应的损坏点，也极大的增加了维修成本。

实用新型内容

鉴于以上问题，本实用新型希望提供一种异物检测装置，能够对金属异物进行检测，具有良好的通用性——能在大功率产品中检测小体积金属异物；同时能够降低生产、维修的成本和难度。

本实用新型的异物检测装置，包括：传输部、发射部和接收部；所述传输部具有多个传输单元，每个所述传输单元被配置为至少能与另外一个所述传输单元发生电磁感应；以至少一个所述传输单元作为起始单元，以至少一个所述传输单元作为结束单元，所述发射部用于使所述起始单元产生电磁感应，所述接收部用于检测所述结束单元发生电磁感应。

优选的，所述传输单元为谐振单元；每个所述谐振单元包括：电容和联通在所述电容外的电感。

优选的，每个所述谐振单元呈环形结构，且在环形结构上形成开口部；所述环形结构导电，以形成电感；所述开口部形成电容；或者，每个所述谐振单元呈环形结构，且在所述环形结构上，形成至少一段绝缘介质；所述环形结构导电，以形成电感；所述绝缘介质形成电容。

优选的，所述发射部为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种；所述接收部为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种。

优选的，所述发射部为线圈元件，所述发射部具有发射线圈，以及联通所述发射线圈的信号发生器；所述接收部为线圈元件，所述接收部具有接收线圈，以及联通所述接收线圈的控制器。

优选的，所述发射部还具有依次联通的驱动电路、功率放大器和发射补偿电路，所述驱动电路联通所述信号发生器，所述补偿电路联通所述发射线圈；所述接收部还具有依次联通的信号放大器、循环转换电路和接收补偿电路，所述信号放大器联通所述控制器，所述接收补偿电路联通所述接收线圈。

优选的，所述传输部还具有基板，所述传输单元分布在所述基板上。

优选的，所述基板为印刷电路板，所述传输单元为印刷在所述印刷电路板上的印刷电路；所述印刷电路至少包括：电容和联通在所述电容外的电感。

优选的，每个所述传输单元位于同一平面内，任意两个所述传输单元以相交或相离的方式排布。

优选的，每个所述传输单元位于不同平面内，任意两个所述传输单元的投影呈相交或相离的方式排布。

本实用新型的异物检测装置，在起始单元上由发射部激发电磁感应，多个传输单元之间，彼此也进行电磁感应，并通过结束单元激发接收部的电磁感应信号，在没有金属异物时，各个传输单元之间保持一个电磁感应的强度，而一旦有金属异物进入，一个或几个谐振单元的电磁感应就会收到影响，由于所有传输单元的电磁感应是互相产生的，一个或几个传输单元产生电磁变化，就会影响整体变化，使接收部接收到的电磁感应(信号) 随之变化，实现对金属异物的检测。即使小体积金属异物也能对电磁感应产生影响，因此本设备能够实现对小体积金属异物的检测，且具有较高的灵敏性。

本实用新型的结构各个传输单元之间没有物理连接，不需针对每个传输单元设置输入和输出的结构，对全部传输单元的极少部分设置输入和输出即可——起始单元设置配置电磁感应的激发部，结束单元配置接收部就可以实现电磁感应信号的输入和输出。这种方式减少了物理导线的连接，降低了制造成本，避免了因大量导线引出，导线之间相互干扰导致检测精度差的问题。同时也能避免大量导线可能存在磨损等情况的发生。

各个传输单元不需要完全一致，小差异(型号、尺寸、性能)并不影响使用(因为所有传输单元只要形成电磁感应，有金属异物进入对该电磁感应造成影响就实现了检测功能，因此不需要特定、或完全相同的传输单元)，这就使生产和维修都更方便。

附图说明

图1为现有技术中异物检测装置的示意图；

图2为本实用新型异物检测装置的示意图；

图3为本实用新型异物检测装置中谐振单元的一种结构示意图；

图4为本实用新型异物检测装置中谐振单元的另一种结构示意图；

图5为本实用新型异物检测装置中传输部的示意图；

图6为本实用新型异物检测装置的使用参考图；

图7为本实用新型异物检测装置的电路连接示意图；

图8为本实用新型异物检测装置的使用示例。

附图标记：

检测环路1’；检测电路2’；

传输部1；发射部3；接收部5；无线充电线圈7；盖板9；谐振单元 11；基板12。信号发生器31；驱动电路32；功率放大器33；发射补偿电路34；控制器51；信号放大器52；循环转换电路53；接收补偿电路54。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型提供一种异物检测装置(以下可以简称为检测装置)，该金属异物检测装置可以在多种场景中使用。例如车辆无线充电、手机无线充电、狭小工作空间、有辐射的工作空间等等。这些情形有一个共同的问题就是，异物，尤其是金属异物进入，会造成非常严重的安全隐患，因此需要对金属异物进行检测。本申请中，以电动汽车的无线充电为例进行说明。根据这些说明，可以将本实用新型的金属异物检测装置，按照需求，应用在多种工作场景。

本申请的异物检测装置主要检测的异物时金属异物，对于其他能够影响电磁场分布的异物也能实现检测。这里使用“金属异物”进行统一的说明。一方面，在车辆无线充电领域中，异物主要分为活体异物(如小动物)、金属异物和非金属异物(如树叶、石块)。非金属异物一般不对充电产生过大影响。但是不排除一些特殊的非金属异物，能够感应到磁场，那这些非金属异物同样可能产生安全隐患。

如图2所示，本实用新型的异物检测装置主要包括传输部1、发射部3 和接收部5。传输部1具有多个传输单元，发射部3用来激励传输单元发生电磁感应，接收部5用来接收传输单元的电磁感应信号。该检测装置工作的主要原理概述为：传输单元之间发生电磁感应，有金属异物进入时，影响该电磁感应的稳定性，检测到该电磁感应中的电器信号的变化，就能判断金属异物是否进入。

传输单元的形式可以具有多种，本申请优选的使用的谐振单元11作为传输单元。因为谐振单元11更易获取，制备也可相对简单，更适合工业生产制造。谐振单元11的具体结构、安装设置方式等，将在下文进行说明。本申请为了描述的方便，下面除非特殊说明，直接以谐振单元11作为传输单元进行描述。除了使用谐振单元11，其他能够实现在金属异物进入后，影响整个电磁感应的电器信号变化，其同样可用在传输部1上，作为传输单元。

在传输单元为谐振单元11时，传输部1主要是通过各个谐振单元11 之间的共振(谐振)，实现的电磁感应效应。下面就具体的对谐振单元11 进行说明。谐振单元11具有多个，每个谐振单元11的位置被配置为至少能与另外的一个所述谐振单元11发生电磁感应。以至少一个谐振单元11 作为起始单元，以至少一个谐振单元11作为结束单元，发射部3使起始单元产生电磁感应，接收部5检测结束单元发生电磁感应，根据结束单元的电磁感应，还能够获取对应的电器信号。起始单元和结束单元可以是同一个谐振单元11，也可以是不同的谐振单元11。这里提到“至少与另外一个谐振单元11发生电磁感应”，其最终的效果是能够实现一条完整的感应回路，感应回路是指：包括起始单元和结束单元，并且起始单元发生的谐振，能够传送到结束单元。一个感应回路中，可以只包括两个谐振单元11，这两个谐振单元11一个是起始单元，另一个是结束单元。这二者实现一个稳定的电磁感应状态，有金属异物进入时影响该谐振，实现金属异物进入的判断。在一些实施例中，甚至在一个感应回路中只有一个谐振单元11，其同样可以适用于本申请。

在使用不同的发射部3和接收部5时，还可能存在不同的工作方式，例如接收部5可以具有谐振线圈，那么接收部5就可以直接和结束单元发生谐振，产生电磁效应，从而进行后续的电器信号检测。而接收部5还可以是其他例如霍尔元件等，直接通过结束部的电磁效应获取电气信号。

在感应回路中，还可以包括多个非起始单元和结束单元的谐振单元11，这些谐振单元11都通过起始单元的激励，产生稳定的电磁感应，最终使结束单元也进行电磁感应。

在一个传输部内，多个谐振单元11可以形成多条感应回路。因为谐振单元11被配置为可以和其他多个谐振单元11发生电磁感应，因此一个谐振单元11可以属于多个感应回路。因为谐振单元11是能通过互相谐振进行电磁感应，上述感应回路，也可以称为谐振回路。

上文提及“每个谐振单元11的位置被配置为至少能与另外的一个所述谐振单元11发生电磁感应”。其并不是说明在多于两个谐振单元11的情况时，“存在两个谐振单元11只互相发生电磁感应，而不和其他谐振单元 11发生电磁感应”这种极端的情况。其要表明“多个谐振单元11之间，可以通过互相的电磁感应，实现稳定的电磁感应状态”。而这种形态的最基础的表达就是——一个谐振单元11可以和另外一个谐振单元11发生电磁感应。

这些谐振单元11的被配置为较小尺寸，例如限制在5cm×5cm以内，该尺寸可以根据适用场景和金属异物可能的尺寸来进行调节。例如在无线汽车充电中，用来检测地端和车端之间的金属异物，这些金属异物通常可能是硬币、易拉罐、金属纽扣、电池等，尤其硬币、金属纽扣等，他们的尺寸较小，为了适用对这些金属异物的检测，就需要配置较小尺寸的谐振单元11。如果为了提高灵敏性，可以将该尺寸设置到毫米级别，尤其是采用印刷电路的形式制备上述谐振单元11时(下文会对印刷电路形成谐振单元11进行说明)，可以制备更小的尺寸，也就具有更高的灵敏性。如果谐振单元11过大，小尺寸金属异物对其谐振的影响就会相对变小，从而影响检测效果。需要强调，上述的数值仅是举例，并不用于限制本申请中谐振单元11的尺寸。

下面说明谐振单元11的结构。每个谐振单元11包括电容C和联通在电容C外的电感L。

而谐振单元11的具体结构可以是具有多种的，例如图2中所示的，采用电路连接的方式，电感L通过线路连接到电容C。

也可以是如图3所示，每个谐振单元11呈环形结构，且在环形结构上形成开口部；环形结构导电，以形成电感L；开口部形成电容C。如果使用开口部形成电容C时，部能满足性能要求，如频率不能满足时，可以在开口部内添加补充电容，例如可以是焊接等形式进行补偿电容的添加。

还可以是如图4所示，每个谐振单元11呈环形结构，且在环形结构上，形成至少一段绝缘介质；环形结构导电，以形成电感L；绝缘介质形成电容C。该绝缘材质不是包裹在金属环外，而是环形结构的一部分，也就是说，环形结构中包括至少一段绝缘材料。该绝缘介质还可以直接使用电容器，连接在金属环上。

图3和图4中展示的是圆环形结构，在实际应用中，还可以配置成更多种形状，例如口字形、螺旋形、Ω形结构、U形结构、树突结构形等等。除了上述环形或类似环形的结构，还可以是如十字型的谐振单元11，无论何种形状，其目的是为了保证在电感L外周形成可以激励其他谐振单元11 的电磁场，能够实现该目的，就可以适用于本申请。

除了上述多种形状，还可以由多个同轴的导电通路构成，导电通路的重叠、延伸、弯折等形状改变均可等效为总电感L的变化；导电通路上也可以有多个不导电的缺口，在电路模型中相当于多个电容串联或并联，可等效为总电容C的变化，整体结构仍然构成一个LC谐振电路。对于LC串联谐振电路，其谐振频率f为：

以图3和图4作为示例的多种形状的环形结构，采用金属材料制成(图 4所示的结构中，具有绝缘介质，除了绝缘介质以外的部分为金属材料)，例如铜。这里需要说明，环形结构最终形成了电感L，那么其材料的具体使用应该以电感L的要求为准，电感L的具体材料，对于本领域技术人员来说是可以知晓的，本申请不对具体材料进行限制，能够用来制备并适合应用于本申请内的材料，都应在本申请的涵盖范围内。

为了方便说明，将上述金属材料制成的，用来形成电感L的环形结构，简称为金属环。在金属环具有开口部的实施例中，金属环的内阻为R，金属环上的缺口缝隙等效为电容C，金属环上的电流通路等效为电感L，电感 L和电容C的共同存在会产生谐振，构成串联的LC谐振电路。

在金属环上具有至少一段绝缘介质的实施例中，金属环的内阻为R，金属环上的绝缘介质等效为电容C，金属环上的电流通路等效为电感L，电感L和电容C的共同存在会产生谐振，构成串联的LC谐振电路。每一段绝缘介质可以等效为一个电容C，如图4所示，其具有两段绝缘介质，那么等效为具有两个电容C。在采用该具有多段绝缘介质的谐振单元11时，一个谐振单元11可以等效为两部分，也就是说，图4展示出来的谐振单元 11可以等效为两个图3所展示出来的谐振单元11(数量上的等效)。

进一步，传输部1还具有基板12，谐振单元11分布在基板12上。基板12作为谐振单元11的承载，是谐振单元11具有固定的位置。基板12 可以是一层，也可以是多层。每层基板12上，谐振单元11可以以多种排布方式分布，具体下文说明。在有一层基板12时，所有谐振单元11可以理解为都设置在一个平面内。当基板12具有层时，就存在谐振单元11可以位于不同平面内的情形。

既然使用基板12作为承载结构，上述多种形式的谐振单元11就可以安装在该基板12。如果使用印刷电路板(PCB板，Printed Circuit Board，以下简称PCB板)，将谐振单元11以印刷电路的形式，设置(蚀刻)在 PCB板上，对于本申请来说，是一种更优选的方式。也就是在这种方式中，基板12为印刷电路板，谐振单元11为印刷在印刷电路板上的印刷电路；印刷电路至少包括：电容C和联通在电容C外的电感L。当然，还可以使用激光刻蚀、丝网印刷技术或3D打印技术等实现将谐振单元11“设置”到基板12上。

谐振单元11以规则或者不规则的阵列的方式部分，其至少应该覆在需要检测的区域，以汽车无线充电来说，其至少应该覆在地端的发射线圈。

谐振单元11的分布方式可以多种，例如可以是如图2所示的，规则排布，谐振单元11以n行和m列的方式分布，每行中的谐振单元11等间距的水平分布，每列中的谐振单元11等间距的竖直分布。相邻的两个谐振单元11可以是相离的，也就是在一排或者一列中，每个谐振单元11之间是有间隔的。当然，根据不同的排布方式，两个相邻的谐振单元11也是可以相交或相切的，总之就是可以存在重合，甚至在一些实施例中，多个谐振单元11之间都存在重合。考虑到多个谐振单元11需要进行谐振，如果谐振单元11之间以导体的方式相交，可能会影响谐振。因此，在一些情况，例如谐振单元11使用上述金属环时，在相交处可以设置绝缘层。为此，也有一些实施例中，可以在谐振环外套设绝缘层，可以起到绝缘作用，还可以起到保护作用。上述的相交可以是指投影关系上的相交，也就是在正投影上二者相交，而在投影方向上，二者可以存在一定的距离。

当然，在上述的谐振单元11的结构中，还可以是使用导线经过缠绕作为电感L，导线连接电容C，这种情况中，导线外具有绝缘的线皮，因此在一些可能存在谐振单元11互相相交(接触)的情况下，通过导向的线皮，避免了可能存在的影响。

除了上述的规则排布，也可以是如图5所示的，根据任意方式排布，只要满足谐振单元11之间实现稳定的电磁感应都可以用于本申请中。

对于上述使用多层基板12时，每层基板12上的谐振单元11的分布方式可以相同也可以不同。例如第一层基板12上的谐振单元11如图2和图6中所示的“行列式”分布，第二层基板12上的谐振单元11如图5所示的“无规则式”分布。继续参见图2、图5和图6，图2和图6中，一块基板12上的谐振单元11可以是完全相同的，也可以是如图5所示的，使用不同结构的谐振单元11，在图5中示出了四种不同的谐振单元11——具有开口部的谐振单元11；具有两段绝缘介质的谐振单元11；具有三段绝缘介质的谐振单元；呈U型的谐振单元。

综上所述，每个基板12上的谐振单元11的形状、分布方式都是可以改变的。只要保证在使用过程中，他们的位置不发生变化，那么，他们之间就可以实现稳定电磁感应。这种设置方式，即使有少数谐振单元11损坏，也能凭借整体电磁感应正常工作。不过，如果是在使用过程中，有谐振单元11损坏，那么久会影响谐振的稳定性，有可能造成误判，因为本实用新型的检测装置就是靠该稳定的电磁感应受到影响作为判断依据的。

同时，在维修时，只需要对损坏的谐振单元11更新即可，并且，因为更换的谐振单元11并不要求与原谐振单元11或者与相邻的谐振单元11相同，因此更换的选择性提高，这就大大降低了维护成本。进一步，谐振单元11之间没有物理上的连接，主要是指没有实体的线路连接，只和基板12存在固定连接的关系，因此更换新的谐振单元11就变得更容易。需要注意，如果谐振单元11采用印刷电路的方式制成，那其更换就要根据印刷电路的形式进行更改，有可能需要将整个基板12进行更换。如果是采用如图3和图4示出的谐振单元11的方式，那么可以单独对某个谐振单元11进行更换。

下面说明发射部3和接收部5。发射部3为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种；接收部5也为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种。发射部3的目的是为了激发起始元件，以使各个传输单元直接发生电磁效应，传输单元是谐振单元11时，也就是激发他们产生谐振效应，实现电磁感应效应的产生。接收部5是用来对结束单元的电磁效应进行检测(具体检测电磁效应的何种信号，以及检测手段和设备等，可以根据实际需求进行调整)，通过其电磁效应的电器信号，来判断是否有异物。因此，发射部3和接收部5可以根据传输单元的不同选择，进行适应性的设置。

优选的，发射部3和接收部5都采用线圈元件。参见图2、图6和图7，发射部3是用来激励起始单元发生谐振的，其具有发射线圈L_S，以及联通发射线圈L_S的信号发生器31。发射线圈L_S用来激励起始单元发生电磁感应，信号发生器31属于控制部件，用来调节发射线圈的L_S发射属性。发射线圈的L_S可以是通过与起始单元发生谐振，实现电磁感应的产生，因此，发射线圈可是谐振发射线圈。

接收部5用来获取结束单元的电磁感应电器信号，以判断整个谐振单元11的电磁感应是否发生变化，在发生变化时可以判断发生金属异物进入。当然具体实现的判断工件下文会进行说明。接收部5具有接收线圈L_L，以及联通接收线圈L_L的控制器51。接收线圈L_L用来和结束单元匹配(电器匹配或者电磁匹配)，控制器51可以用来处理接收线圈L_L接收来的信号(当然，该信号是经过其他处理部件进行处理后形成的信号)，通过该信号判断谐振单元11的中是否出现变化，如果有变化则说明有金属异物进入。在一种实施例中，接收部5采用线圈和结束单元发生谐振，从而实现对谐振单元11整体的电磁效应是否发生变化进行判断。

上述发射部3(下文以发射线圈L_S为例说明)和接收部5(下文以接收线圈L_L为例说明)都可以设置多个，具体的数量和起始单元、结束单元的数量一致。这里，起始单元和结束单元的确定，主要是依据上述两个线圈。和哪个谐振单元11靠近，发生电磁感应，或者和他发生最多的电磁感应，那么这个谐振单元11就被认定为起始单元。类似的，接收线圈L_L通过那个谐振单元11产生电磁感应，就认定这个谐振单元11为结束单元。参见图 6，发射线圈L_S和接收线圈L_L二者的数量可以是不同的，设置的位置也并不做限定。途中为了方便区分，将发射线圈L_S以平滑线条示出，而接收线圈L_L以折线示出。

图6示出的是本实用新型的金属异物检测装置在使用时的一个示例，具有多个发射线圈L_S和接收线圈L_L，并且采用了多个相同的谐振单元11。采用多个相同的谐振单元11一方面是利于大量生产时原材料的采购，多个相同且规律排布的谐振单元11也能使谐振更有规律和清晰。但是这并不影响谐振单元11在后续更换和调整时的选择。

从图2和图6可以看出，发射线圈L_S和接收线圈L_L可以在基板12上方，与基板12在正投影上有交叠部分或者完全在基板12上。也可以是发射线圈L_S和接收线圈L_L在基板12的正投影外。

进一步，参见图7，发射部3还具有依次联通的驱动电路32、功率放大器33和发射补偿电路34，驱动电路32联通信号发生器31，补偿电路 34联通发射线圈L_S；接收部5还具有依次联通的信号放大器52、循环转换电路53和接收补偿电路54，信号放大器52联通控制器51，接收补偿电路 54联通接收线圈L_L。

发射线圈L_S及接收线圈L_L优选的采用铜芯漆包导线绕制而成，一种最简单的绕制方式为绕制形成单层平面螺旋线圈。发射线圈L_S的内阻为R_S，接收线圈L_L的输出等效负载电阻为R_L。

发射线圈L_S配置了发射补偿电路34，接收线圈L_L配置了接收补偿电路 54，将发射补偿电路34和接收补偿电路54统称为补偿电路(或者补偿网络)，补偿电路内包括有可构成谐振电路的一个电容，与发射线圈L_S及接收线圈L_L形成的电感采用并联型或串联型的补偿结构。

优选的，接收线圈L_L和发射线圈L_S的大小、尺寸、绕阻可以相同，这两个线圈构成的谐振电路的谐振频率一致，且这个谐振频率与谐振单元11 的谐振频率f也一致，即发射线圈L_S-谐振单元11-接收线圈L_L都可处在谐振的状态。如谐振单元11自身等效电容C按上述公式计算不满足所需的谐振频率时，可以直接在谐振单元11上额外添加(如焊接、蚀刻等，以谐振单元11的具体设置形式为准)补偿电容进行补偿。

在应用在汽车无线充电领域时，检测装置为不受到无线充电功率传输的影响(即地端给车端充电时的功率传输)，谐振频率f与无线充电的工作频率设置为不同，一般采用更高的频率段。

下面说明本申请的谐振单元11之间，以及发射线圈、接收线圈和谐振单元11之间是如何产生谐振的。

当发射线圈施加一个与谐振频率f一致的高频交流电时，在其频率上电能以交变磁场的形式自由振荡。发射线圈与临近的谐振单元11(也就是起始单元)的谐振频率f一致时，两二者达到谐振状态，也就是发射线圈激励起始单元谐振，二者之间有最大量的电能交换。交变磁场被谐振单元 11接收转化为电能，进而在谐振单元11内部也激发产生一个变化磁场，变化的磁场又会在该谐振单元11的谐振单元11内激发变化的电场，再沿上下左右在各个方向逐级传递到其它的谐振单元11——也就是上文提到的，谐振单元11与另外一个谐振单元11发生了电磁感应。最终，由边接收线圈接收到交变磁场(接收线圈是从结束单元接收的高频交变磁场)而产生高频交流电，并传递到控制器51进行检测。这种以一个起始单元开始逐渐传递到结束单元的传递，形成就是上述的感应回路。

信号发生器31把高频交流电信号传输到驱动电路32上，经过功率放大器33将信号放大后加载到给所有的发射线圈上，

发射线圈-谐振单元11-接收线圈都工作在谐振状态，谐振单元11作为中继接力环节，将高频交流电信号从发射线圈传递给接收线圈，所有的接收线圈均接收到电磁场能量。

谐振单元11可能因为开口朝向(如果有开口的话)、布置方向不同等原因会造成相互之间的耦合关系的不同，谐振状态时传递能量时的传输路径、传输方向的不同也会使各个谐振单元11之间传递的电磁场能量有差异，最终使各个接收线圈接收到电磁场能量有差异。但对于确定的谐振单元11阵列结构，各个接收线圈在谐振状态时接收到电磁场能量及接收功率等高频交流电参数虽可能不同，但会在谐振状态时各自趋于一个稳定值。

各个接收线圈的输出经过接收补偿电路54与循环转换电路53相连接，循环转换电路53通过内部电路分时切换与后端的信号放大器52循环接通，每次接入一路的接收线圈输出，将该通道的高频交流电信号送入到信号放大器52将信号放大，再送入到控制器51进行检测。

工作时，若存在着金属异物会在内部产生涡流效应，即在内部发生电磁感应而产生感应电流。金属异物的涡流效应会使金属异物所在区域的谐振单元11与其它谐振单元11之间的谐振状态被破坏，从而使各个接收线圈接收到电磁场能量及其产生的高频交流电参数发生变化。如测量接收线圈输出的交流电电流和电压，可以获得对应接收线圈的输出功率。如控制器51检测到接收线圈的输出功率大于报警安全阈值范围的最大值，或小于报警安全阈值范围的最小值，则可判定存在着金属异物。

除输出功率外，控制器51也可以通过检测接收线圈的输出阻抗、高频交流电的相位、频率等高频交流电参数变化，或者通过组合检测上述参数的变化发现金属异物。当控制器判定发现金属异物时，控制器将信息发送给无线充电系统主控制器，停止无线充电的功率传输并发出报警信息。

在一些实施例中，设置有多个发射线圈L_S和接收线圈L_L，通过不同接收线圈L_L上的不同信号输出，还可以判断去具体异物存在的位置。具体如何实现判断，属于算法的范畴。

图8是本异物检测装置应用在汽车无线充电时的示例。图8中包括了地端，在地端上具有无线充电线圈7，在无线充电线圈7上设置有顶部盖板9。对应的会在车辆上设置有无线接收线圈。具体地端和车辆上的结构，是本领域技术人员可以知晓的，在此不进行展开说明。本申请的异物检测装置优选的是安装在无线充电线圈7和盖板9之间。车辆充电时，有异物进入地端和车辆之间，本申请的装置可以进行检测和报警。以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种异物检测装置，其特征在于，包括：

传输部(1)、发射部(3)和接收部(5)；

所述传输部(1)具有多个传输单元，每个所述传输单元被配置为至少能与另外一个所述传输单元发生电磁感应；

以至少一个所述传输单元作为起始单元，以至少一个所述传输单元作为结束单元，所述发射部(3)用于使所述起始单元产生电磁感应，所述接收部(5)用于检测所述结束单元的电磁感应。

2.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，

所述传输单元为谐振单元(11)；

每个所述谐振单元(11)包括：电容(C)和联通在所述电容(C)外的电感(L)。

3.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，

每个所述谐振单元(11)呈环形结构，且在环形结构上形成开口部；

所述环形结构导电，以形成电感(L)；

所述开口部形成电容(C)；或者，

每个所述谐振单元(11)呈环形结构，且在所述环形结构上，形成至少一段绝缘介质；

所述环形结构导电，以形成电感(L)；

所述绝缘介质形成电容(C)。

4.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，

所述发射部(3)为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种；

所述接收部(5)为线圈元件、霍尔元件、巨磁阻元件中的一种。

5.根据权利要求1或4所述的异物检测装置，其特征在于，

所述发射部(3)为线圈元件，所述发射部(3)具有发射线圈(L_S)，以及联通所述发射线圈(L_S)的信号发生器(31)；

所述接收部(5)为线圈元件，所述接收部(5)具有接收线圈(L_L)，以及联通所述接收线圈(L_L)的控制器(51)。

6.根据权利要求5所述的异物检测装置，其特征在于，

所述发射部(3)还具有依次联通的驱动电路(32)、功率放大器(33)和发射补偿电路(34)，所述驱动电路(32)联通所述信号发生器(31)，所述补偿电路(34)联通所述发射线圈(L_S)；

所述接收部(5)还具有依次联通的信号放大器(52)、循环转换电路(53)和接收补偿电路(54)，所述信号放大器(52)联通所述控制器(51)，所述接收补偿电路(54)联通所述接收线圈(L_L)。

7.根据权利要求1或2所述的异物检测装置，其特征在于，

所述传输部(1)还具有基板(12)，所述传输单元分布在所述基板(12)上。

8.根据权利要求7所述的异物检测装置，其特征在于，

所述基板(12)为印刷电路板，所述传输单元为印刷在所述印刷电路板上的印刷电路；

所述印刷电路至少包括：电容(C)和联通在所述电容(C)外的电感(L)。

9.根据权利要求1-4任一项所述的异物检测装置，其特征在于，

每个所述传输单元位于同一平面内，任意两个所述传输单元以相交或相离的方式排布。

10.根据权利要求1-4任一项所述的异物检测装置，其特征在于，

每个所述传输单元位于不同平面内，任意两个所述传输单元的投影呈相交或相离的方式排布。

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