DE112017001839T5 - Induktiver leistungssender - Google Patents

Abstract

Induktiver Leistungssender, der eine Sendeschaltung mit einer Spule umfasst, wobei die Sendeschaltung auf oder um eine erste Frequenz für induktive Leistungsübertragung oder Objekterfassung abgestimmt, angepasst oder optimiert ist; einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der zweiten höheren Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen.

Description

• GEBIET
• Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen induktiven Leistungssender, insbesondere, aber nicht ausschließlich, für ein induktives Leistungsübertragungssystem.
• HINTERGRUND
• IPT-Systeme sind ein bekannter Bereich von etablierten Technologien (zum Beispiel das drahtlose Aufladen von elektrischen Zahnbürsten) und Entwicklungstechnologien (zum Beispiel das drahtlose Aufladen von tragbaren Vorrichtungen auf einer „Ladematte“). Typischerweise erzeugt ein Leistungssender aus einer oder mehreren Sendespulen ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Dieses Magnetfeld induziert einen Wechselstrom in einer geeigneten Empfangsspule in einem Leistungsempfänger, der dann verwendet werden kann, um eine Batterie aufzuladen oder eine Vorrichtung oder eine andere Last mit Strom zu versorgen.
• Im Hinblick auf IPT-Systeme zur drahtlosen Aufladung von tragbaren Vorrichtungen ist es insbesondere wichtig, dass die drahtlose Leistung nur an die Empfängervorrichtung übertragen wird und nicht an sogenannte Fremdobjekte, die als jedes Objekt definiert werden können, das auf der Ladematte (z. B. Schnittstellenoberfläche) angeordnet ist, aber nicht Teil einer Empfangsvorrichtung ist. Typische Beispiele für solche Fremdobjekte sind parasitäre Elemente, die Metalle wie Münzen, Schlüssel, Büroklammern usw. enthalten. Wenn sich beispielsweise ein parasitäres Metall in der Nähe des aktiven IPT-Bereichs befindet, kann es sich während der Leistungsübertragung erwärmen, da sich Wirbelströme, die durch das oszillierende Magnetfeld entstehen, bilden. Um zu verhindern, dass die Temperatur eines solchen parasitären Metalls auf inakzeptable Pegel ansteigt, sollte der Leistungssender in der Lage sein, zwischen Leistungsempfängern und Fremdobjekten zu unterscheiden und die Leistungsübertragung rechtzeitig abzubrechen.
• Eine herkömmliche Art und Weise, die Erwärmung von Fremdobjekten auf einer Schnittstellenoberfläche zu erfassen, verwendet ein Leistungsverlustverfahren. Bei diesem Verfahren wird die empfangene Leistung P_PR verwendet, um die Gesamtleistungsmenge anzuzeigen, die in dem Leistungsempfänger, der in der tragbaren Vorrichtung enthalten ist, aufgrund des durch den Leistungssender erzeugten Magnetfelds abgegeben wird. Die empfangene Leistung ist gleich der Leistung, die von dem Ausgang des Leistungsempfängers verfügbar ist, plus jeglicher Leistung, die bei der Erzeugung dieser Ausgangsleistung verloren geht. Der Leistungsempfänger überträgt seine P_PR an den Leistungssender, so dass der Leistungssender bestimmen kann, ob der Leistungsverlust innerhalb akzeptabler eingestellter Grenzen liegt, und wenn nicht, bestimmt der Leistungssender ein anomales Verhalten, welches das Vorhandensein eines Fremdobjekts anzeigen kann, und bricht die Leistungsübertragung ab. Dieses Verfahren der Verlustleistungsberechnung bietet jedoch an sich keine tatsächliche Erfassung eines Fremdobjekts, sondern nur das Auftreten von unerwartetem Verhalten.
• Die internationale Patentveröffentlichung WO2014/095722 schlägt demgegenüber ein Verfahren zur Fremdobjekterfassung vor, bei dem Erreger- und Erfassungsspulen innerhalb des Senders separat von der bzw. den primären IPT-Sendespule(n) verwendet werden. In diesem Fall werden entweder Änderungen in der Ausgangsspannung in der Erfassungswicklung oder Änderungen in der Induktivität der Erfassungswicklung verwendet, um das mögliche Vorhandensein eines Objekts zu bestimmen. Dieses System erfordert jedoch eine aufwändige Kalibrierung, um die Basisinduktivität zu bestimmen. Es ist auch unempfindlich gegen Metallobjekte gegenüber Eisen- oder Magnetobjekten und bietet daher keine Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen Fremdobjekten und eigenen Objekten, z.B. einer Empfängervorrichtung. Etwaige unerwünschte Auswirkungen des Betriebs des primären IPT-Feldes auf die Erfassung werden ebenfalls nicht berücksichtigt oder gekennzeichnet, so dass das vorgeschlagene Verfahren unzuverlässig sein kann.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten induktiven Leistungssender bereitzustellen oder der Öffentlichkeit eine nützliche Wahlmöglichkeit bereitzustellen.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Sendeschaltung mit einer Spule, wobei die Sendeschaltung auf oder um eine erste Frequenz für induktive Leistungsübertragung oder Objekterfassung abgestimmt, angepasst oder optimiert ist;
• einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben; und
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der zweiten höheren Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen.
• Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Sendeschaltung mit einer Spule;
• einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung anzutreiben; und
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer ersten höheren Handshake-Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der ersten Handshake-Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen,
• wobei die vorbestimmte nicht autorisierte Vorrichtung ein spezifiziertes Handshake-Signal mit einer Trägerfrequenz aufweist, die höher ist als die erste Handshake-Frequenz, und
• wobei das vorbestimmte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt und das spezifizierte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt, und die Anzahl von Zyklen jedes vorbestimmten Handshake-Signal-Abfragebefehls die gleiche ist wie die Anzahl von Zyklen jedes jeweiligen spezifizierten Handshake-Signal-Abfragebefehls.
• Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungsempfänger bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Empfängerschaltung mit einer Spule;
• eine nicht autorisierte Resonanzvorrichtung; und
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, um ein Deaktivierungssignal in der Spule zu erfassen, das von einem induktiven Leistungssender gesendet wird, um die nicht autorisierte Resonanzvorrichtung in Abhängigkeit von dem Deaktivierungssignal zu deaktivieren, und zum Modulieren eines Signals in der Spule, um den Sender anzuweisen, mit der Leistungsübertragung zu beginnen.
• Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Senderschaltung mit einer Spule;
• einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung anzutreiben; und
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer ersten Ping-Frequenz anzutreiben, und um ein Signal mit der ersten Ping-Frequenz gemäß einem Deaktivierungssignal zu modulieren, um eine nicht autorisierte Resonanzvorrichtung in einem autorisierten Empfänger zu deaktivieren, und um ein Anfahrsignal in der Spule zu erfassen, um die Leistungsübertragung an den autorisierten Empfänger zu beginnen.
• Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• mindestens eine Mehrzweckspule; und
• ein Objekterfassungssystem, das konfiguriert ist, um Objekte im oder angrenzend an das IPT-Feld zu erfassen;
• wobei das Objekterfassungssystem die Mehrzweckspule erregt, um ein Handshake-Signal zu senden, das konfiguriert ist, um eine Antwort von einem vorbestimmten nicht autorisierten Objekt zu erzeugen, und ein nicht autorisiertes Objekt basierend auf dem Empfang einer gültigen Antwort erfasst.
• Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel wird ein Objekterfassungssystem für einen induktiven Leistungssender bereitgestellt, wobei das Objekterfassungssystem Folgendes umfasst:
• Speicher, der eingerichtet ist, um vorbestimmte Signaturen zu speichern, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger und/oder einem nicht autorisierten Objekt zugeordnet sind;
• wobei das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um ein nicht autorisiertes Objekt anzuzeigen als Antwort auf:
  • Erfassen einer oder mehrerer der vorbestimmten Signaturen, die den nicht autorisierten Objekten zugeordnet sind;
  • und/oder Erfassen einer Signatur, die nicht den vorbestimmten Signaturen entspricht, die einem autorisierten Empfänger zugeordnet sind.
• Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• mindestens eine Leistungssendespule, die konfiguriert ist, um ein induktives Leistungsübertragungs-(IPT)-Feld zu erzeugen; und
• ein Objekterfassungssystem, das konfiguriert ist, um Objekte im oder angrenzend an das IPT-Feld zu erfassen;
• wobei das Objekterfassungssystem konfiguriert ist, um eine nicht genehmigte Resonanzvorrichtung zu erfassen.
• Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel wird ein Objekterfassungssystem für einen induktiven Leistungssender bereitgestellt, wobei das Objekterfassungssystem Folgendes umfasst:
• eine Spule und eine Schaltung, die eingerichtet sind, um reflektierte Impedanzen bei einer Vielzahl von Frequenzen zu bestimmen;
• Speicher, der eingerichtet ist, um vorbestimmte Frequenzen zu speichern, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger und/oder vorbestimmten Frequenzen, die einem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind; und
• das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um einen nicht autorisierten Empfänger anzuzeigen als Antwort auf:
  • Erfassen einer vorbestimmten Zunahme oder Abnahme der reflektierten Impedanz bei der vorbestimmten Frequenz, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet ist;
  • und/oder Erfassen einer vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei einer Frequenz, die dem autorisierten induktiven Leistungsempfänger nicht zugeordnet ist.
• Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Objekterfassungssystems für einen induktiven Leistungssender bereitgestellt, wobei das Objekterfassungssystem eine Spule und eine Schaltung umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
• Antreiben der Spule mit einem ersten Leistungspegel und Bestimmen einer ersten reflektierten Impedanz;
• Antreiben der Spule mit einem zweiten Leistungspegel und Bestimmen einer zweiten reflektierten Impedanz;
• wobei der zweite Leistungspegel, aber nicht der erste Leistungspegel ausreichend ist, um den Betrieb eines vorbestimmten nicht autorisierten Empfängers zu starten;
• Erfassen eines nicht autorisierten Empfängers als Antwort auf das Bestimmen einer vorbestimmten Differenz zwischen der ersten und zweiten reflektierten Impedanz.
• Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Objekterfassungssystems für einen induktiven Leistungssender bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
• Bestimmen von reflektierten Impedanzen bei einer Vielzahl von Frequenzen;
• Anzeigen eines nicht autorisierten Empfängers als Antwort auf:
  • Erfassen einer vorbestimmten Zunahme oder Abnahme der reflektierten Impedanz bei einer vorbestimmten Frequenz, die einem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet ist;
  • und/oder Erfassen einer vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei einer Frequenz, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger nicht zugeordnet ist.
• Gemäß einem elften Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Sendeschaltung mit einer Spule, wobei die Sendeschaltung auf eine erste Frequenz zur induktiven Leistungsübertragung oder Objekterfassung abgestimmt ist;
• einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben;
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz anzutreiben, und die zweite höhere Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen.
• Gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Leistungssenders bereitgestellt, der eine Sendeschaltung mit einer Spule umfasst und auf eine erste Frequenz abgestimmt ist, und einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben; das Verfahren umfassend:
• Antreiben der Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz, um alle vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtungen in der Nähe der Spule zu erfassen;
• Modulieren der zweiten höheren Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal, das durch die nicht autorisierten Vorrichtungen erkennbar ist; und
• Anzeigen der Anwesenheit der nicht autorisierten Vorrichtung als Antwort auf das Erfassen einer vorbestimmten Antwort.
• Gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Leistungssender bereitgestellt, der Folgendes umfasst:
• eine Sendeschaltung mit einer Spule;
• einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung anzutreiben;
• eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer ersten höheren Handshake-Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der ersten Handshake-Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen,
• wobei die vorbestimmte nicht autorisierte Vorrichtung ein spezifiziertes Handshake-Signal mit einer Trägerfrequenz aufweist, die höher ist als die erste Handshake-Frequenz, und
• wobei das vorbestimmte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Modulationszuständen einschließt und das spezifizierte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Modulationszuständen einschließt, und die Anzahl von Zyklen jeder vorbestimmten Handshake-Signalreihe von Modulationszuständen die gleiche ist wie die Anzahl von Zyklen jeder jeweiligen spezifizierten Handshake-Signalreihe von Modulationszuständen.
• Es ist bekannt, dass den Begriffen „umfassen“, „umfasst“ und „umfassend“ im Rahmen von unterschiedlichen Rechtssystemen entweder eine ausschließliche oder eine einschließliche Bedeutung beigemessen werden kann. Zum Zwecke dieser Beschreibung und sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, sollen diese Begriffe eine einschließliche Bedeutung haben - d.h. sie werden benutzt, um ein Einbeziehen nicht nur der aufgelisteten Komponenten, auf die sie sich direkt beziehen, sondern möglicherweise auch weiterer, nicht spezifizierter Komponenten oder Elemente zu bezeichnen.
• Die Bezugnahme auf ein beliebiges Dokument in dieser Beschreibung stellt keine Anerkennung dar, dass es Stand der Technik ist oder dass es einen Teil des üblichen Allgemeinwissens darstellt.
• Figurenliste
• Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung der Erfindung, die vorstehend angegeben ist, und der detaillierten Beschreibung der nachstehend angegebenen Ausführungsformen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
• 1 ist ein schematisches Diagramm eines induktiven Leistungsübertragungssystems;
• 2 ist ein Blockdiagramm eines Objekterfassungssystems;
• 3 ist ein schematisches Diagramm einer Doppel-OD-Spule;
• 4 ist ein schematisches Diagramm einer Einzel-OD-Spule;
• 5 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Doppel-OD-Spule;
• 6 ist ein schematisches Diagramm einer Sendespulenanordnung;
• 7 ist ein schematisches Diagramm, das die OD- und IPT-Spulen, die um die Ferrite verschachtelt sind, zeigt;
• 8 ist ein Querschnitt einer PCB-basierten OD-Spule;
• 9 ist eine Simulation der Flusslinien, die von der Erregerspule unter Verwendung der IPT-Ferrite erzeugt werden;
• 10A ist ein Flussdiagramm des Erfassungsalgorithmus;
• 10B ist ein Flussdiagramm eines anderen Erfassungsalgorithmus;
• 11 ist ein schematisches Diagramm eines Erregerspulentreibers;
• 12 ist ein Schaltungsdiagramm des Erregerspulentreibers;
• 13 ist ein schematisches Diagramm eines Detektors;
• 14 ist ein Schaltungsdiagramm des Multiplexers;
• 15 ist ein Schaltungsdiagramm des Mischers;
• 16 ist ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform;
• 17 ist ein Graph der Impedanz von verschiedenen Resonanzvorrichtungen;
• Figuren 18A&B sind Diagramme der Wirkleistung verschiedener Resonanzvorrichtungen;
• 19a ist ein Flussdiagramm eines Signaturverfahrens zum Erfassen nicht autorisierter Resonanzvorrichtungen wie RFID/NFC-Tags;
• 19b ist ein Graph der Abfragebefehle bei verschiedenen Trägerfrequenzen;
• 20 ist ein Schaltungsdiagramm eines Senders mit einer Abfrageanforderung bei 1 mHz;
• 21 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden von Abfragebefehlen, um nicht autorisierte Resonanzvorrichtungen wie RFID/NFC-Tags zu erfassen;
• 22 ist ein Schaltungsdiagramm eines Senders mit einer Abfrageanforderung bei 13,56 mHz;
• 23 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden von Signalen von einem Sender, um eine NFC-Emulation in einem gültigen Empfänger zu deaktivieren; und
• 24 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen von Signalen von einem Sender, um eine NFC-Emulation in einem gültigen Empfänger zu deaktivieren.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Ein System(1) zur induktiven Leistungsübertragung (IPT) wird im Allgemeinen in 1 gezeigt. Das IPT-System umfasst einen induktiven Leistungssender 2 und einen induktiven Leistungsempfänger 3. Der induktive Leistungssender 2 ist mit einer geeigneten Leistungsversorgung 4 (wie Netzstrom oder eine Batterie) verbunden. Der induktive Leistungssender 2 kann eine Senderschaltung mit einem oder mehreren von einem Wandler 5, z. B. einem AC-DC-Wandler (abhängig von der Art der verwendeten Leistungsversorgung) und einem Wechselrichter 6 einschließen, der z. B. mit dem Wandler 5 (falls vorhanden) verbunden ist. Der Wechselrichter 6 versorgt eine Sendespule oder Spulen 7 mit einem Wechselstromsignal, so dass die Sendespule oder Spulen 7 ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. In einigen Konfigurationen kann die Sendespule(n) 7 auch als vom Wechselrichter 5 separat betrachtet werden. Die Sendespule oder die Spulen 7 können parallel oder in Reihe mit Kondensatoren (nicht dargestellt) verbunden werden, um einen Resonanzkreis zu bilden.
• Eine Steuerung 8 kann mit jedem Teil des induktiven Leistungssenders 2 verbunden sein. Die Steuerung 8 empfängt Eingaben von jedem Teil des induktiven Leistungssenders 2 und produziert Ausgaben, die den Betrieb jedes Teils steuern. Die Steuerung 8 kann als eine einzelne Einheit oder als separate Einheiten implementiert werden, die konfiguriert ist, um verschiedene Aspekte des induktiven Leistungssenders 2 abhängig von seinen Funktionen zu steuern, einschließlich beispielsweise: Leistungsfluss, Abstimmung, selektiv erregende Sendespulen, Erfassung des induktiven Leistungsempfängers und/oder Kommunikation. Die Steuerung 8 kann intern einen Speicher zum Speichern gemessener und berechneter Daten einschließen oder kann mit einem externen Speicher für einen solchen Zweck verbunden sein.
• Der induktive Leistungsempfänger 3 schließt eine Empfangsspule oder Spulen 9 ein, die mit einer Empfängerschaltung verbunden sind, die eine Leistungskonditionierungsschaltung 10 einschließen kann, die wiederum eine Last 11 mit Leistung versorgt. Wenn die Spulen des induktiven Leistungssenders 2 und des induktiven Leistungsempfängers 3 geeignet gekoppelt sind, induziert das von der Sendespule oder den Spulen 7 erzeugte magnetische Wechselfeld einen Wechselstrom in der Empfangsspule oder den Spulen 9. Die Leistungskonditionierungsschaltung 10 ist konfiguriert, um den induzierten Strom in eine Form umzuwandeln, die für die Last 11 geeignet ist, und kann beispielsweise einen Leistungsgleichrichter, eine Leistungsregelschaltung oder eine Kombination von beiden einschließen. Die Empfangsspule oder Spulen 9 können mit Kondensatoren (nicht gezeigt) entweder parallel oder in Reihe verbunden sein, um einen Resonanzkreis zu bilden. In einigen induktiven Leistungsempfängern kann der Empfänger eine Steuerung 12 einschließen, welche die Abstimmung der Empfangsspule oder Spulen 9, den Betrieb der Leistungskonditionierungsschaltung 10 und/oder die Kommunikation steuern kann.
• Der Begriff „Spule“ kann eine elektrisch leitfähige Struktur beinhalten, bei der ein elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt. Beispielsweise können induktive „Spulen“ elektrisch leitfähige Drähte in dreidimensionalen oder zweidimensionalen planaren Formen sein, elektrisch leitfähiges Material, das unter Verwendung von Leiterplatten-(PCB)-Techniken zu dreidimensionalen Formen über mehrere PCB-„Schichten“ hergestellt wird, und andere spulenartige Formen. Die Verwendung des Begriffs „Spule“, sei es im Singular oder Plural, soll in diesem Sinne nicht restriktiv sein. Andere Konfigurationen können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden.
• Ein beispielhafter Sender 2 ist in 2 dargestellt. Der Wechselrichter 6 versorgt die Sendespule 7 mit Leistung, um ein IPT-Feld zu erzeugen. Eine Objekterkennungs-(OD)-Schaltung 200 enthält eine Erregerspule oder Spulen 202, um ein Erfassungsfeld (OD) separat von dem IPT-Feld und eine Erfassungsspule oder Spulen 204 zu erzeugen, die verwendet werden, um das Vorhandensein und/oder den Standort von Objekten auf dem oder angrenzend an den Sender 2 zu erfassen. Die Steuerung 8 des Senders 2 kann entweder direkt oder über eine separate Steuerschaltung konfiguriert werden, um die an die Erregerspule 202 zuzuführende Erregung zu bestimmen und das Ausgangssignal von der Erfassungsspule 204 zu verarbeiten.
• Dies kann eine einzelne Erregerspule und eine Anordnung von Erfassungsspulen, eine Anordnung von Erregerspulen und eine einzelne Erfassungsspule, eine Anordnung von Erregerspulen und eine Anordnung von Erfassungsspulen beinhalten, wobei eine einzelne Spule sowohl für die Erregung als auch für die Erfassung verwendet wird, und/oder die IPT-Spule(n) als Erregerspule(n) verwendet wird (und entweder die IPT-Frequenz verwendet oder ein Erregungssignal auf das IPT-Feld moduliert wird), abhängig von den Anforderungen der Anwendung.
• In einer Ausführungsform kann die Erfassungstechnik als eine Form eines magnetischen Sichtsystems betrachtet werden, das durch Übertragung eines Erregersignals zu einem Leistungsempfänger (oder einem anderen leitenden Objekt in dem Erfassungsfeld) arbeitet, das dann zu eine Anordnung von Sensoren zurückgestreut wird, die entweder kontinuierlich oder periodisch überwacht werden. Die Stärke und Verzögerung der Rückstreuung des Erregersignals wird gemessen und kann an jeder Stelle über die Anordnung getrennt analysiert werden. Dies kann dann verwendet werden, um Objekte (sowohl eigene als auch fremde) zu erfassen und die Position und/oder Bewegung solcher Objekte, wie mehrere Empfänger, im IPT-Feld oder auf der Senderoberfläche zu verfolgen. Sie kann auch in der Lage sein, Fremdobjekte zu erfassen, die sich mit den eigenen Objekten überlagern, wie zum Beispiel die Empfangsspule(n) eines Leistungsempfängers.
• Die Erfassungsanordnung ist so aufgebaut, dass ihre Auflösung ausreicht, um signifikante Fremdobjekte zu erfassen oder zu „sehen“ und zu lokalisieren, mit einer ausreichenden Öffnung, um das Vorhandensein und den Standort eines oder mehrerer Telefone oder vielleicht eines Tabletts oder eines tragbaren PCs oder anderer tragbarer wiederaufladbarer Geräte identifizieren zu können.
• Eine oder mehrere Ausführungsformen können auf direktem oder indirektem Bestimmen der Übertragung von Energie (entweder an ein Objekt oder zwischen der Erregerspule und der Erfassungsspule) anstatt auf einer Reflexion beruhen. Mit anderen Worten wird der Kopplungskoeffizient zwischen der Erregerspule, dem Objekt und/oder der Erfassungsspule verwendet, um die Art und/oder den Standort des Objekts zu bestimmen, z. B.: fremd (oder eigen).
• Entkopplung aus dem IPT-Feld
• Das OD-Feld wird für die Erfassung von Objekten verwendet, während das IPT-Feld für die drahtlose Übertragung sinnvoller Leistungspegel zwischen elektronischen Vorrichtungen verwendet wird. Dementsprechend ist die Leistung des IPT-Feldes um mehrere Größenordnungen höher als das OD-Feld, so dass es, um die Objekterfassungsvorrichtung während der Leistungsübertragung wirksam zu betreiben, wünschenswert sein kann, das OD-Feld von dem IPT-Feld im Wesentlichen zu entkoppeln. Eine Anzahl von Möglichkeiten, eine solche Entkopplung zu erreichen, werden nun beschrieben. Auf diese Weise werden unerwünschte Auswirkungen des Betriebs des IPT-Feldes auf die Erfassung minimiert, wodurch das Erfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung zuverlässiger und robuster wird.
• Das OD-Feld kann so hergestellt werden, dass es eine signifikant höhere oder niedrigere Frequenz aufweist als dasjenige, das für das IPT-Feld verwendet wird. Dies kann eine Frequenzisolierung vom IPT-Feld ermöglichen und die Empfindlichkeit von physikalisch kleinen Objekten, wie z.B. Münzen, erhöhen, da die Möglichkeit besteht, dass sich im Objekt eine Resonanz einstellt. Für eine übliche Anwendung von IPT, bei der das IPT-Feld eine Betriebsfrequenz von etwa 110 kHz bis etwa 205 kHz aufweist, kann eine im MHz-Bereich höhere OD-Feldfrequenz, wie etwa 1 MHz oder im kHz-Bereich niedriger, wie etwa 5 kHz, verwendet werden. Solche Frequenzen können auch eine erhöhte Empfindlichkeit für bestimmte Arten von Fremdobjekten bieten. Auf diese Weise wird das OD-Feld von dem IPT-Feld frequenzentkoppelt.
• Dementsprechend ist in einer Ausführungsform das Antreiben des OD-Feldes so konfiguriert, dass eine OD-Feldfrequenz zur Objekterfassung verwendet wird, wenn diese Frequenz niedriger oder höher als die IPT-Feldfrequenz ist, z.B. etwa 5 kHz oder etwa 1 MHz. In einer alternativen Ausführungsform ist das Antreiben des OD-Feldes so konfiguriert, dass ein Bereich von OD-Feldfrequenzen verwendet wird, unter Verwendung des sogenannten „Springens“ oder „Wobbelns“ der Frequenz. Verschiedene unterschiedliche Frequenzen können über die bereits beschriebenen beispielhaften Pegel verwendet werden, bei denen Messungen zur Objekterfassung vorgenommen werden. Beispielsweise können für OD-Feldfrequenzen, die höher sind als das IPT-Feld, Frequenzmessungen bei jeweils etwa 800 kHz, etwa 1 mHz und etwa 1,2 mHz durchgeführt werden, und für OD-Feldfrequenzen niedriger als das IPT-Feld können Frequenzmessungen bei jeweils etwa 1 kHz, etwa 5 kHz und etwa 10 kHz durchgeführt werden. Dieses Frequenzspringen bietet vorteilhafterweise die Fähigkeit, die Unterscheidung zwischen fremden und eigenen Objekten zu erhöhen. Beispielsweise können für Leistungsempfänger, die die Empfängerspule(n) als Teil eines Resonanzkreises aufweisen und nicht-resonante Objekte, z. B. Metall oder Ferrit, eine ähnliche Reaktion auf das OD-Feld bei einer bestimmten OD-Feldfrequenz bereitstellen. Dies kann beispielsweise auftreten, da die gewählte OD-Feldfrequenz eine Harmonische der IPT-Feldfrequenz ist. Jedoch liefern derartige Resonanzempfänger eine unterschiedliche Antwort bei unterschiedlichen OD-Feldfrequenzen, während die Antwort von nichtresonanten Objekten im Wesentlichen unabhängig von der Frequenz ist.
• Die Erregerspule(n) 202 und/oder die Erfassungsspule(n) 204 (zusammenfassend als OD-Spulen bezeichnet) können so eingerichtet sein, dass sie ungefähr einen positiven IPT-Fluss und einen äquivalenten negativen IPT-Fluss umfassen. Auf diese Weise ist das OD-Feld im Wesentlichen magnetisch von dem IPT-Feld entkoppelt. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielsweise können gegengewickelte (d.h. im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) OD-Spulen an symmetrischen Stellen innerhalb der oder jeder IPT-Senderspule (d.h. innerhalb der Abmessungen oder des „Footprints“ einer Sendespule über oder unter dieser Spule in Bezug auf die horizontale Ebene dieser Spule) mit gleichem Fluss in jeder gegengewickelten OD-Spule verwendet werden. In einem weiteren Beispiel können Abschnitte jeder OD-Spule innerhalb und außerhalb der IPT-Sendespule liegen. In noch einem weiteren Beispiel können gegengewickelte OD-Spulen in asymmetrischen Abschnitten des IPT-Feldes verwendet werden, die durch eine oder mehrere Sendespulen mit unterschiedlichen Windungszahlen erzeugt werden (d. h. in einem gewickelten Abschnitt im Uhrzeigersinn gegenüber einem gewickelten Abschnitt gegen den Uhrzeigersinn).
• 3 zeigt ein Beispiel für eine doppelte Erreger-/Erfassungsspule 300. Die Spule 300 weist einen gewickelten Abschnitt 302 im Uhrzeigersinn und einen Abschnitt 304 gegen den Uhrzeigersinn auf. Die Spule 300 befindet sich vollständig innerhalb einer IPT-Sendespule 7, wobei die Abschnitte 302, 304 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn auf beiden Seiten einer Symmetrielinie 306 durch die Sendespule 7 angeordnet sind, so dass gleiche Mengen an IPT-Fluss durch jeden Abschnitt 302,304 fließen. In diesem Ausführungsbeispiel können die gegenläufig gewickelten Abschnitte 302,304 als separate Wicklungen ausgebildet sein, die in einer von dem Fachmann verstandenen Weise miteinander gekoppelt sind, oder als eine einzelne Wicklung in einer (im Wesentlichen symmetrischen) „8“-Konfiguration.
• 4 zeigt ein Beispiel für eine einzelne Erreger-/ Erfassungsspule 400. Die Spule 400 weist einen äußeren (ersten) Abschnitt 402 und einen inneren (zweiten) Abschnitt 404 bezüglich einer IPT-Sendespule 7 auf. Das heißt, die Spule 400 ist dazu eingerichtet, die Sendespule 7 zu überlappen, so dass der Außenabschnitt 402 außerhalb der IPT-Sendespule 7 angeordnet ist, während der Innenabschnitt 404 innerhalb der IPT-Sendespule 7 angeordnet ist, so dass mit gleichen Mengen an (entgegengesetztem) IPT-Fluss durch jeden Abschnitt 402,404 fließt.
• 5 zeigt ein Beispiel für eine weitere doppelte Erreger-/Erfassungsspule 500. Die Spule 500 weist einen gewickelten Abschnitt 502 im Uhrzeigersinn und einen Abschnitt 504 gegen den Uhrzeigersinn auf. Die Spule 500 befindet sich vollständig innerhalb einer IPT-Sendespule 7, wobei die Abschnitte 502, 504 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn auf beiden Seiten einer Asymmetrielinie 506 durch die Sendespule 7 angeordnet sind, so dass unterschiedliche Mengen an IPT-Fluss durch jeden Abschnitt 502,504 fließen. In diesem Beispiel kann der IPT-Fluss durch die gegenläufig gewickelten Abschnitte 502,504 ausgeglichen werden, indem eine unausgewogene Anzahl von Windungen in jedem Abschnitt 502,504 verwendet wird, die berechnet wird, um das IPT-Flussungleichgewicht oder eine unausgewogene Impedanz im Wesentlichen zu kompensieren, indem die relative Größe (z.B. Dicke, Durchmesser usw.) oder Leitfähigkeit (z.B. durch Verwendung verschiedener leitfähiger Materialien) der Spulenabschnittswicklungen 502,504 konfiguriert wird, die berechnet wird, um das IPT-Flussungleichgewicht im Wesentlichen zu kompensieren. Wie das Beispiel von 3 können die gegenläufig gewickelten Abschnitte 502, 504 als separate Wicklungen, die miteinander gekoppelt sind, oder als eine einzene Wicklung in einer (im Wesentlichen asymmetrischen oder schiefen) „8“-Konfiguration ausgebildet sein.
• Andere Formen der Entkopplung können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in Ausführungsformen, in denen eine oder mehrere von der bzw. den Sendespule(n) separate Erregerspulen zur Erzeugung des Erfassungsfeldes verwendet werden, die Erregerspulen in der vorstehend beschriebenen flussunterdrückenden Weise gewickelt sind, während in Ausführungsformen, in denen eine oder mehrere Sendespulen zur Erzeugung des Erfassungsfeldes verwendet werden, die Erfassungsspulen in der vorstehend beschriebenen flussunterdrückenden Weise gewickelt sind, um eine Entkopplung von einem IPT-Feld bereitzustellen, das von anderen Sendespulen beispielsweise in einer Sendespulenanordnung erzeugt wird.
• Anordnung von Erreger- und Erfassungsspulen
• Um die Empfindlichkeit zu erhöhen und/oder die Herstellungskosten zu senken, können mehrere Merkmale in den OD-Spulen bereitgestellt werden.
• Ein Beispiel für eine Anordnung der Sendespulen wird in 6 dargestellt. Jede Sende- oder IPT-Spule 602 wird um eine Anzahl von systematisch eingerichteten IPT-Ferritelementen (Kernen) 604 herum bereitgestellt. Die IPT-Spulen 602 sind in einer rechteckigen Anordnungsstruktur eingerichtet und können linear (2D), überlappend (wie in 6) oder dreidimensional (3D) eingerichtet sein. Die Spule und die Anordnung selbst können so eingerichtet sein, dass sie eine andere geometrische oder beliebige Form aufweisen. Die (Anordnung von) Ferritkernen wird verwendet, um das von den IPT-Spulen 602 erzeugte IPT-Feld in einer vom Fachmann verstandenen Weise zu verbessern und kann in Bezug auf die Sendespulenanordnung eingerichtet und dimensioniert werden, wie in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/070,042 mit dem Titel System and Method for Power Transfer (dt. System und Verfahren zur Leistungsübertragung) beschrieben und am 12. August 2014 eingereicht, deren gesamter Inhalt hierin ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird, so dass die obere Oberfläche (bezogen auf die z-Achse des IPT-Systems, die orthogonal zur Ebene der Senderspulen ist; entlang derer die sogenannte „z-Höhe“ definiert ist als der Abstand zwischen den Sende- und Empfangsspulen des IPT-Systems) jedes Ferrittelements aus den IPT-Spulen 602 herausragt oder so konfiguriert werden kann, dass die obere Oberfläche der Ferritelemente mit oder unter der obersten Ebene der Oberfläche der Sendespulen koplanar ist. Die Ferritelemente können eine im Wesentlichen flache oder abgerundete obere Oberfläche aufweisen. Wie nachstehend beschrieben, können diese, wenn solche Ferritelemente für die IPT-Anordnung vorhanden sind, auch vorteilhaft für das Erfassungsfeld verwendet werden.
• 7 zeigt die Anordnung der IPT-Spulen 602 aus 6, die mit einer Anordnung von Erfassungsspulen 702 in einer Beispielkonfiguration verschachtelt sind. Jede IPT-Spule 602 umfasst vier der Ferritkerne 604. Jede der Erfassungsspulen 702 ist oberhalb der oberen Oberfläche eines der Ferritkerne 604 eingerichtet (d.h. in einer Ebene, die parallel zu der Ebene der oberen Oberfläche des Ferrittelements verläuft, aber von dieser angehoben ist), so dass der einzelne Ferritkern von der jeweiligen Erfassungsspule umgeben oder eingeschlossen ist, wie in dem Aspekt von 7 zu sehen ist. Durch diese Anordnung ermöglicht das Ferritmaterial des Kerns 604, dass die Erfassungsspule 702 empfindlicher durch eine Verstärkung des OD-Feldes ist, ähnlich den Effekten in dem IPT-Feld. Da die Ferritkerne 604 jedoch den Magnetfluss des IPT-Feldes an den Positionen der Kerne konzentrieren, ist der IPT-Fluss in den Zwischenräumen zwischen den Kernen entsprechend weniger dicht. Dementsprechend können einige Bereiche die IPT-Feldnullstellen 704 mit niedrigem, aber nicht nulltem IPT-Fluss bilden. Ebenso verschlechtert sich auch die Empfindlichkeit der Erfassungsspulen 702 zwischen den Ferritkernen 604. Somit kann die Ausrichtung der IPT-Feldnullstellen 704 und der OD-Feldbereiche mit geringerer Empfindlichkeit wünschenswert sein, da jedes Fremdobjekt, das vollständig an diesen Punkten vorhanden ist, gleichermaßen keinen IPT-Fluss erhält, wodurch das Risiko einer Erwärmung verringert wird.
• Die Erregerspule 202 kann ebenfalls mit den Sendespulen 7 verschachtelt werden, und die Ferritelemente 604 können verwendet werden, um die von der Erregerspulenanordnung erzeugte OD-Feldstärke je nach Anwendungsanforderung zu erhöhen.
• 8 zeigt die OD-Spulenanordnung, die als Leiterplatte (PCB) aufgebaut ist. Eine Basisschicht 802 einer PCB 804 kann die Anordnung von Sendespulen und Ferritelementen aufweisen. Die PCB 804 kann eine Substratschicht 806 mit zwei Kupferspurschichten 808 und 801 auf jeder Seite einschließen. Die unterseitige Spur 808 (gegenüber der Basisschicht 802) kann die Erregerspulen 202 einschließen. Die obere Spur 810 kann die Erfassungsspulen 204 einschließen. Auf diese Weise kann die Größe der OD-Spulenanordnung minimiert werden.
• 9 zeigt eine beispielhafte Feldverteilung 900 für die unterseitige Spur 808 in 8, wobei die Erregerspulen so eingerichtet sind, dass sie jedes Ferritelement 604 umgeben (in der zuvor beschriebenen Weise in Bezug auf die Erfassungsspulen). Die Erfassungs- und/oder Erregerspulen nutzen die Ferritstruktur der IPT-Senderspulenanordnung wie vorstehend beschrieben und die Feldlinien konzentrieren sich an den Polen 902 jedes Ferritelements 604. In dieser Ausführungsform sind die Ferrittelemente 604 (und damit die Leiterplatte 804) auf einer Basis oder einem Substrat (Rückplatte) 904 ebenfalls aus Ferrit bereitgestellt. Die Grundplatte 904 wirkt daher als Abschirmung für die Unterseiten (in Bezug auf die zuvor beschriebenen Maßebenen) der IPT- und OD-Spulenanordnungen, so dass alle Metallobjekte unterhalb der Spulenanordnungen nicht erwärmt oder falsch erfasst werden. Auf diese Weise ist die OD-Schaltung 200 richtungsabhängig.
• In dieser Ausführungsform können die Ferrittelemente separate Elemente sein, die auf die Ferritrückplatte aufgebracht oder durch geeignete Herstellung mit der Rückplatte verbunden werden. Die OD-Spulen können alternativ separate Ferritelemente/Kerne enthalten, um die Empfindlichkeit der Erfassung in Abhängigkeit von der Anwendung zu erhöhen, z. B. wenn die IPT-Spulenanordnung solche Elemente nicht verwendet.
• Erfassung HW und Algorithmus
• Wie vorstehend erwähnt, wird die Steuerung 8 des Senders 2 direkt oder indirekt mit der Spannung jeder Erfassungsspule versorgt und extrahiert die Amplitude und Phase gegen jeden Ort über die Zeit. Zu diesem Zweck kann die Steuerung 8 einen Erregerspulentreiber und eine Detektorschaltung einschließen.
• Wie vorstehend erörtert, ist ein Mittel zur Unterscheidung zwischen Fremdobjekten und eigenen Objekten, z. B. Leistungsempfängern, erforderlich. Ein Verfahren, das zur Unterscheidung der Art des vorhandenen Objekts verwendet werden kann, ist die Messung des Koppelfaktors zwischen den Erregerspulen und dem Objekt über dem Übertragungs-Pad, welches das Erregungsfeld (OD) beeinflusst. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass Objekte, die hauptsächlich Metall umfassen, dazu neigen, die Kopplung (Ausgang mit niedrigerer Spannungsamplitude) mit dem OD-Feld zu unterdrücken, während Objekte mit einer relativ signifikanten Menge an Ferrit dazu neigen, die Kopplung zu verbessern (Ausgang mit höherer Spannungsamplitude), und dass Resonanzstrukturen, wie beispielsweise Leistungsempfänger mit resonanten Aufnahme- oder Sekundärkreisen, dazu neigen, eine Phasenverschiebung im Rückstreusignal zu induzieren. Somit ist es möglich, „eigene“ Objekte, wie z.B. die Ferritabschirmung einer induktiven Aufnahmespule, von „fremden“ Objekten, wie z.B. Münzen, zu unterscheiden, wenn diese Eigenschaften im OD-Feldverhalten angemessen bestimmt werden.
• 10A zeigt einen beispielhaften Algorithmus 1000 zum Erfassen von Objekten. Die Steuerung 8 bestimmt bei Schritt 1002 die Spannungsgröße und -phase an jeder Stelle in der OD-Anordnung. Wenn sich an einer Stelle die Phase geändert hat (Schritt 1004), wird diese Stelle bei Schritt 1006 aktualisiert, um anzuzeigen, dass ein Leistungsempfänger vorhanden ist. Wenn sich die Phase nicht geändert hat, aber die Größe zugenommen hat (Schritt 1008), wird diese Stelle in Schritt 1010 aktualisiert, um anzuzeigen, dass ein magnetisches Material vorhanden ist. Wenn die Größe nicht zugenommen hat, sondern sich verringert hat (Schritt 1012), wird diese Stelle in Schritt 1014 aktualisiert, um anzuzeigen, dass ein Metallmaterial vorhanden ist. Die Bestimmung wird für jede Stelle in der OD-Anordnung fortgesetzt (Schritt 1016) und wird dann entweder kontinuierlich, periodisch oder nach dem Auftreten eines vordefinierten Ereignisses oder von Ereignissen wiederholt.
• Der Algorithmus 1000 von 10A veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Erfassung von Empfängern und Fremdobjekten relativ einfach durch Bestimmen der relativen Größe und Phasenänderungen bereitgestellt wird. Obwohl diese Änderungen in vielen verschiedenen Szenarien vorhanden sind, kann es schwierig sein, das Ausmaß der Änderung von dem elektronischen Rauschen der Umwelt und/oder der Schaltung zu unterscheiden. Die Änderungen können auch in Szenarien, in denen sowohl ein Empfänger als auch ein Fremdobjekt vorhanden sind, nicht unterscheidbar sein. 10B zeigt einen weiteren beispielhaften Algorithmus 1050, um die Erfassung von Objekten in solchen Situationen zusätzlich zu erleichtern.
• Der Algorithmus 1050 erkennt, dass es zu einer gewissen Variation der Messungen bei Umgebungsbedingungen (d.h. keine Objekte vorhanden) über bestimmte Gruppen der Erfassungsspulen 702 kommen kann, und verwendet diese Gruppen, um ein Maß für die Standardabweichung zu liefern. Die Anmelderin hat festgestellt, dass diese Gruppen benachbarte Erfassungsspulen umfassen und im Allgemeinen repräsentativ für die allgemeine Topologie von Spulenanordnungen sind, wobei die Variationen auf Herstellungsverfahren und Toleranzen zurückzuführen sind. Beispielsweise kann die Anordnung ein Polygon mit mehr als vier Kanten darstellen, wobei Subpolygone mit vier oder weniger darin definierten Kanten die verschiedenen Erfassungsspulengruppen bereitstellen, z.B. wenn die Anordnung „kreuzförmig“ (12-eckiges Polygon) ist, können drei viereckige Polygone darin definiert werden, so dass drei Erfassungsspulengruppen definiert werden, in denen die Spulen innerhalb jeder Gruppe im Wesentlichen konsistente Eigenschaften mit den anderen Spulen in dieser Gruppe aufweisen, aber andere Eigenschaften als die Spulen der anderen Gruppen aufweisen können. Diese Gruppierung von Spulen ermöglicht es, Unterschiede in den Messungen (Größe und/oder Phase) zwischen den Spulen innerhalb dieser Gruppen mit hinreichender Sicherheit in der Genauigkeit der Messungen vorzunehmen und so eine zuverlässige Erfassung von Objekten zu gewährleisten.
• Dementsprechend bestimmt die Steuerung 8 in 10B bei Schritt 1052 die Standardabweichung der polaren Größe, dargestellt durch die Spannungsgröße und -phase innerhalb jeder Gruppe der OD-Anordnung, in einer Weise, die vom Fachmann verstanden wird. Wenn die Standardabweichung innerhalb normaler Parameter liegt, fährt die Steuerung 8 mit der Abtastung der OD-Anordnung fort, entweder kontinuierlich, periodisch oder bei definierten Ereignissen, wie vorstehend beschrieben. Wenn jedoch innerhalb einer Gruppe die Standardabweichung größer als ein bestimmter Schwellenwert ist (z.B. vorbestimmt auf Basis der bekannten Fertigungstoleranzen), wird bestimmt, dass sich ein oder mehrere Objekte in der Nähe der Ladeoberfläche befinden (Schritt 1054). Die Steuerung 8 berechnet dann ein Verhältnis der aktuellen (d.h. t(n))-Messung der polaren Größe und der (unmittelbar) vorherigen (d.h. t(n-1)) Messung der polaren Größe wie in Gleichung (1) für jede Erfassungsspule innerhalb der Gruppe, die bestimmt wurde, das/die Objekt(e) darin zu haben, oder für alle Erfassungsspulen der OD-Anordnung. Dieses Verhältnis stellt eine Änderung an der Oberfläche an einer eingestellten Stelle in Gleichung (1) dar. $${\text{Verhältnis}}_{\text{t}\left(\text{n}\right)}={\text{Polare Größe}}_{\text{t}\left(\text{n}\right)}{\text{/Polare Größe}}_{\text{t}\left(\text{n}-\text{1}\right)}$$

  
• Die Steuerung 8 führt dann eine Reihe von Prüfungen durch, um die Art der vorhandenen Objekte basierend auf den berechneten Verhältnissen zu erfassen. Bei Schritt 1056 wird eine Prüfung auf Empfänger durchgeführt, indem bestimmt wird, ob die größte Verhältniszunahme innerhalb der Gruppe (oder Oberfläche) größer als ein Schwellenwert für die Erfassung des Empfängers ist, und wenn „ja“ die Position der größten Verhältniszunahme bestimmt wird (Schritt 1058) und der Standort des Empfängers an der bestimmten Erfassungsspule gemeldet wird (Schritt 1060), so dass die Leistungsübertragung über die IPT-Anordnung begonnen werden kann. Wenn das Ergebnis von Schritt 1056 „nein“ ist, dann wird bei Schritt 1062 eine Prüfung auf Fremdobjekt(e) durchgeführt, indem bestimmt wird, ob die größte Verhältnisabnahme innerhalb der Gruppe (oder Oberfläche) größer als ein Schwellenwert für die Erfassung von Fremdobjekten ist, und wenn „ja“ der Standort der größten Verhältnisabnahme bestimmt wird (Schritt 1064) und der Standort des Fremdobjekts an der bestimmten Erfassungsspule gemeldet wird (Schritt 1066), so dass die Leistungsübertragung unter Verwendung der IPT-Anordnung nicht aktiviert wird. Wenn das Ergebnis von Schritt 1062 „nein“ ist, dann wird bei Schritt 1068 bestimmt, dass ein unbekanntes Objekt vorhanden ist, so dass eine Leistungsübertragung unter Verwendung der IPT-Anordnung nicht aktiviert ist. Dieses „unbekannte“ Objekt kann eine Kombination aus Empfänger und Fremdobjekt darstellen, indem die entsprechenden Schwellenwerte für Empfänger und Fremdobjekt ausgewählt werden. Diese Auswahl kann durch Messung und Modellierung verschiedener Szenarien in einer für den Fachmann verständlichen Weise erfolgen.
• Es versteht sich, dass die dargestellte und beschriebene Abfolge von Schritten in den 10A und 10B lediglich exemplarisch ist und die Abfolgen gegebenenfalls geändert oder durch parallele Schritte ersetzt werden können.
• 11 zeigt ein Beispiel für einen Erregerspulentreiber 1100. Eine MCU 1102 stellt eine PWM 1103 bei der gewünschten OD-Feldfrequenz bereit, z.B.: 5 kHz/1 mHz (oder Frequenzbereich von 1 kHz bis 10 kHz/800 kHz bis 1,2 mHz), sowie ein um 90° phasenverschobenes Signal 1105. Beide Signale werden unter Verwendung eines Filters 1104 tiefpassgefiltert, um aus der PWM-Rechteckwelle durch Entfernen der Harmonischen eine Sinuswelle zu erzeugen, und die gefilterten Signale werden dem Detektor bereitgestellt (siehe unten). Ein Leistungsverstärker 1106 skaliert das Signal zur Erregerspule 202 um einen ausreichenden Betrag, so dass ein gutes Signal-RauschVerhältnis bereitgestellt wird, ohne übermäßige Leistung zu verwenden.
• 12 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltung für die Erregerspulentreiberschaltung 1200. Es werden zwei identische Signalketten verwendet - eine Kette 1202 treibt die Erregerspule 202 über einen Operationsverstärker (opamp) 1204 mit hoher Antriebsleistung an. Die andere Kette 1206 treibt die Steuerung (Detektor) an. Die MCU 1102 kann die Phase des Antriebssignals zur Detektorkette 1206, bezogen auf die Erregerkette 1202, ändern. Auf diese Weise kann dem Detektor eine 0°- oder 90°-Referenz präsentiert werden (siehe unten).
• Alternativ wird der eigentliche Erregerausgang einem Phasenteiler (z.B.: R/C- und C/R-Netzwerk) zugeführt, um zwei Signale bei 90°-Phase zueinander zu erzeugen, dann wird über einen elektronischen Schalter der eine oder der andere ausgewählt.
• 13 zeigt ein Beispiel für einen Detektor 1300, der die Erfassungsspulenanordnung aufweist. Jede Erfassungsspule 204 ist mit einem Multiplexer 1302 verbunden. Der Multiplexer 1302 ist entweder mit dem Signal 1303 programmiert, um alle Erfassungsspulen kontinuierlich oder periodisch zu durchlaufen oder kann sich auf bestimmte Erfassungsspulen konzentrieren, wo ein Objekt erfasst wurde. Der Multiplexerausgang wird durch den Verstärker 1304 verstärkt und das vorstehend beschriebene Erregersignal (Spannung) wird unter Verwendung des Schalters 1305 per Software in der MCU 1102 wie vorstehend beschrieben phasengeschaltet. Der verstärkte Multiplexerausgang wird durch einen Mischer 1306 (multipliziert) mit den zwei verschiedenen phasengeschalteten Erregungsspannungen 1308 aus dem Erregungstreiber gemischt. Alternativ könnte das Mischen auch über einen DSP oder Mikroprozessor erfolgen. Der Ausgang des Mischers wird durch ein Filter 1310 tiefpassgefiltert und von einem ADC 1312 digital abgetastet. Die Antwort des Filters 1310 bestimmt die Rate, mit der die Erfassungsspulen geschaltet werden können, so dass die Einschwingzeit entsprechend den Anwendungsanforderungen auf die Auflösung der OD-Feldabtastung gewählt werden sollte.
• Diese Konfiguration des Mischens und/oder Multiplexens hat den Vorteil, dass die Frequenz der Erregung verfolgt wird, ohne variable Filter zu erfordern. Ferner ermöglicht das Phasenschalten der MCU 1102, Amplituden- und Phaseninformationen aus dem digitalen Signal zu extrahieren. Da die Spannung der Erregerspule(n) die gleiche Frequenz wie die Spannung der Erfassungsspule(n) ist, ergibt sich durch Multiplikation der beiden Signale ein zusammengesetztes Signal, bestehend aus einem auf die doppelte Frequenz verschobenen und einem bei Gleichstrom. Der Tiefpassfilter 1310 filtert das höherfrequente Signal heraus. Dann kann durch Phasenverschiebung der Erregerreferenzspannung um 90° und ein zweites Ablesen des Gleichstrompegels die Phase dann als umgekehrte Tangente der Division der Größen der beiden Mischer-DC-Ausgänge berechnet werden, z.B. mit der Gleichung (2): $${\text{tan}}^{-1}\frac{\left[0Grad\right]}{\left[90Grad\right]}$$

  
• Die 14 und 15 zeigen eine beispielhafte Schaltung für den Detektor. Der Ausgang jeder Erfassungsspule 204 ist mit den Eingängen eines oder mehrerer Multiplexer 1402, 1404 verbunden, die in Reihe geschaltet sind, wobei der letztendliche Ausgang 1406 durch einen Operationsverstärker 1408 verstärkt wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers 1408 wird an einen Gilbert-Zellenmischer 1502 weitergeleitet. Darauf folgt ein Verstärker 1504, der sowohl Verstärkung als auch DC-Offset bereitstellt, um für den Eingangsbereich des ADC 1312 geeignet zu sein.
• Die Erreger-/Erfassungsspulen können kontinuierlich angetrieben werden, um ein kontinuierliches OD-Feld bereitzustellen, da der Leistungsverbrauch niedrig ist (etwa 10 mW). Alternativ kann das OD-Feld gepulst werden, was den Leistungsverbrauch noch weiter senken kann.
• Da Absolutmessungen aus dem Erfassungsfeld erfolgen, da es vom IPT-Feld entkoppelt ist, ist es möglich, dass, wenn ein Fremdobjekt bereits beim Start auf dem Sender-„Pad“ vorhanden ist, dieses Fremdobjekt nicht erfasst wird, sondern nur Teil der umgebenden Umwelt sein wird. Ein Kalibrierungs-Token, das entweder physisch (z.B. eine Metallscheibe) oder digital (z.B. ein Kalibrierungsfaktor) bekannter Eigenschaften ist, kann verwendet werden, um den Sender vor der Verwendung zu kalibrieren, um dies zu vermeiden, indem er an festgelegten Stellen lokalisiert wird und der Algorithmusausgang so lange angepasst wird, bis Standort und Objekttyp korrekt bestimmt sind.
• Alternativ können vor der Verwendung relative Phasen- und Amplitudenmessungen zwischen den Primär -, Erreger- und Erfassungsspulen mit relativen erwarteten Werten verglichen werden, um alles ungewöhnliche in der Startumgebung zu bestimmen. Dies kann entweder einen Alarm erzeugen, um die Umgebung manuell zu überprüfen, oder kann verwendet werden, um den Algorithmus einzustellen.
• In einer weiteren Alternative könnte ein Kalibrierungsfaktor auch durch Injizieren eines bekannten Signals in das System entweder durch die vorhandenen Spulen oder durch eine zusätzliche Spule(n) in einem bestimmten Abstand bestimmt werden. Dies kann die Notwendigkeit einer manuellen Kalibrierung und/oder eines Kalibrierobjekts außerhalb des Systems (z. B. ein Kalibrierungs-Token) verhindern.
• Eine weitere Ausführungsform wird in Bezug auf 16 beschrieben und schließt einige Kombinationen der vorangegangenen Merkmale ein. Die Leistungsversorgung mehrerer Empfänger aus einer einzigen Senderanordnung erhöht den Dynamikbereich des Problems der Erfassung der Verlustleistung von Fremdobjekten bei Vorhandensein von PRx-Leistungsübertragung (induktiver Leistungsempfänger). Dies liegt daran, dass die Unterstützung für mehrere PRx-Einheiten den zugeordneten Gesamt-PTx-Leistungsübertragungspegel (induktiver Leistungssender) wesentlich erhöht.
• Spatiale Messungen (lokalisiert auf einen Raum, der sich einem PRx annähert) stellen eine Möglichkeit bereit, den dynamischen Bereich des Problems einzuschränken, da zusätzliche Leistungsempfänger zu dem Leistungssenderprodukt hinzugefügt werden. Eine Auswertung der komplexen Impedanzen oder eine Messung des Kopplungsfaktors an jeder Erfassungsspule oder Zelle in einer Anordnung von Erfassungsspulen, die räumlich über den Schnittstellenbereich verteilt sind (eine Senderoberfläche zur Platzierung von Empfängern), kann nützliche Hinweise auf Folgendes liefern:
• - Objekterfassung, wann (und wo) ein Objekt auf der Schnittstellenoberfläche platziert ist;
• - Ob das Objekt im Wesentlichen aus Metall besteht;
• - Ob das Objekt Ferrit enthält;
• - Ob das Objekt einen Resonanzkreis, wie z.B. einen L-C-Parallelresonanztank aufweist.
• Die hier beschriebene Ausführungsform kann unabhängig von oder in Verbindung mit anderen Verfahren der Fremdobjekterfassung verwendet werden.
• Unter Bezugnahme auf 16 umfasst das Objekterfassungssystem die folgenden Systemblöcke:
1. a) Eine FOD-Erregerspule (1605), die aus einem Leiter oder einer Anordnung von Leitern besteht (diese kann separat und von der Primärspule entkoppelt sein), die so angeordnet sind, dass sie den Schnittstellenbereich oder -oberfläche bedecken, dass der/die angelegte(n) Strom/Ströme einen Magnetfluss durch die Ebene des Schnittstellenbereichs erzeugen. Der/die Leiter (n) können in einer mit einem „doppelten gegengewickelten Schlaufen-“ Konfiguration angeordnet sein, so dass Flussverbindungen (zu gegengewickelten Abschnitten desselben Leiters) von der Primärspule die induzierte Netzspannung minimieren;
2. b) Eine FOD-Erfassungsspulenanordnung (1610), das aus einer Anordnung von Zellen besteht, die räumlich über die Schnittstellenoberfläche verteilt sind. Jede Zelle enthält einen Leiter bzw. Leiter, der so konfiguriert ist, dass jeder von der FOD-Erregerspule erzeugte Magnetfluss, der sich mit einem Objekt verbindet (d.h. durchläuft), das sich in der Nähe oder auf der Schnittstellenoberfläche befindet, sich auch mit dem Leiter in mindestens einer Zelle der FOD-Erfassungsspulenanordnung verbinden wird;
3. c) Eine Schaltung des Erregerspulentreibers (1615), die einen kontinuierlichen oder gepulsten Erregerstrom an die FOD-Erregerspule anlegt;
4. d) Eine Objekterfassungseinheit (1620), welche die komplexen Impedanzen an jeder Zelle der FOD-Erfassungsspulenanordnung misst und auswertet. Typischerweise besteht diese aus einer Messschaltung, die Signale von jeder Zelle derart verarbeitet, dass sie von einer numerischen Recheneinheit ausgewertet werden können.
• Ebenfalls dargestellt sind ein Fremdobjekt (1625) und ein gültiger induktiver Leistungsempfänger (1630). Die Ferritabschirmung sowohl für die Erregerspule (bei 1635) als auch für den Empfänger (bei 1630) sind ebenfalls dargestellt und werden vorteilhafterweise verwendet, um einen gültigen Empfänger (1630) zu erfassen.
• Die Ausführungsform kann die Ausgangsvektorgröße oder die polare Größe jeder Zelle als Maß für eine komplexe Impedanz wie folgt bewerten:
1. 1. Anlegen des Erregerstroms I_{FOD-excitation} durch Aktivieren des Erregerspulentreibers. Die Größe und Frequenz der I_{FOD-excitation} (in Verbindung mit Systemimplementierungsattributen) sind so eingerichtet, dass sie ausreichende Flusspegel in Ø_foreign, Ø_{FOD-Detection-Coil-N} (an jeder Zelle) erzeugen, Ø_{PRx-Secondary-Coil,} so dass das Objekterfassungssystem komplexe Impedanzen (durch Bestimmen eines Maßes für komplexe Impedanzen) der beiden verschiedenen Objektgruppen (Fremdobjekt oder gültiger Empfänger) mit ausreichender Genauigkeit auswerten kann, um sie zu unterscheiden. Die Frequenz der I_{FOD-excitation} ist typischerweise ein Punkt nahe, aber nicht genau gleich der Resonanz-Erfassungsfrequenz f_d gebildet durch L_s, C_s, und C_d in einem PRx (1630);
2. 2. Für jede Zelle (1610) in der FOD-Erfassungsspulenanordnung, Anlegen einer Abschluss-Impedanz und Messen der Amplitude und Phase des Spannungssignals an jeder L_{FOD-Detection-Coil-N} - umgesetzt durch die Objekterfassungsschaltung (1620) - ein Maß der komplexen Impedanz.
3. 3. Die Amplitude kann durch Messung der Komponenten des Zellenausgangssignals, die phasengleich und in Quadratur mit einer lokalen Referenz (z.B. dem Ausgang des Erregerspulentreibers) sind, ausgewertet werden. Der Vektor oder die polare Größe kann als Wurzel aus der Summe der Quadrate der gemessenen phasengleichen und Quadraturkomponenten ausgewertet werden. In ähnlicher Weise kann der Vektorphasenwinkel durch Berechnen der inversen oder bogenförmigen Tangente des Verhältnisses der phasengleichen Komponente dividiert durch die Quadraturkomponente ausgewertet werden. Alternativ könnten jedoch auch andere Verfahren zur Bestimmung dieser Messungen verwendet werden.
• Die Erfassung der Anwesenheit und der Art eines Objekts unter Verwendung eines Maßes für die komplexe Impedanz an den Erfassungsspulen kann wie folgt durchgeführt werden:
1. 1. Aufzeichnung der Tarawerte der „leeren Platte“ (z.B. beim Einschalten des Senders) durch Auswertung der Ausgangsvektorgröße jeder Zelle, wenn sich keine Objekte auf der Schnittstellenoberfläche befinden;
2. 2. Periodisches Berechnen von σ_{FOD-Detection-Coils} ² als statistische Varianz (d.h. Standardabweichung quadriert) von Zellausgangsvektorgrößen (d.h. Messungen komplexer Impedanzen) in der Anordnung (Verwendung des Nettowerts nach Subtraktion der Tarawerte für jede Zelle);
3. 3. Wenn σ_{FOD-Detection-Coils} ² unter einem Schwellenwert k_{array_change} liegt, dann im Leerlauf bleiben und zu Schritt 2 zurückkehren. Schwellenwert k_{array_change} kann durch Vorversuche mit der endgültigen Systemimplementierung festgelegt werden;
4. 4. Bewerten des Verhältnisses N_{slope_cell_N} für jede Zellenausgangsvektorgröße dividiert durch die vorhergehende Messung für diese Zelle;
5. 5. Wenn N_{slope_cell_N} über einem Schwellwert k_{slope_PRXGies_min} liegt, dann ist ein gültiges PRx gefunden worden. Schwellenwert k_{slope_PRXfound_min} kann durch Vorversuche mit der endgültigen Systemimplementierung festgelegt werden;
6. 6. Wenn N_{slope_cell_N} unter einem Schwellwert k_{slope_PRXfound_max} liegt, dann ist ein Fremdobjekt (oder sowohl ein Fremdobjekt als auch ein PRx zusammen) gefunden worden. Schwellenwert k_{slope_PRXfound_max} kann durch Vorversuche mit der endgültigen Systemimplementierung festgelegt werden;
7. 7. Diese Untersuchung kann bei wechselnden Frequenzen der I_{FOD-excitation} für eine verbesserte Genauigkeit wiederholt werden.
• In alternativen Anordnungen kann die Leistungsspule des Senders auch als Erregerspule des Objekterfassungssystems verwendet werden. Ebenso darf die Erregerspule nicht von einer separaten Leistungsspule des Senders entkoppelt werden. Obwohl eine Anordnung von Erfassungsspulen verwendet wurde, kann alternativ eine einzelne Erfassungsspule verwendet werden. Als eine weitere Alternative können die Leistungsspulen als Erfassungsspulen verwendet werden. Des Weiteren hinaus können verschiedene Maße für komplexe Impedanzen verwendet werden. Auch verschiedene Arten (neben Empfänger und Fremdobjekt) können mit den Maßen für die komplexe Impedanz erfasst werden.
• Während die Ausführungsform als Erfassung einer Empfängerart des Objekts als Antwort auf die Bestimmung einer Zunahme der polaren Größe über einen Schwellenwert zur Erfassung eines Empfängers beschrieben wurde (d.h. N_{slope_cell_N} > k_{slope_PRXfound_min}), könnte eine generischere Beziehung zur polaren Größe verwendet werden, wie beispielsweise eine Änderung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Während die Erfassung einer Fremdobjektart des Objekts als Antwort auf eine Abnahme der polaren Größe über einen Schwellenwert für die Erfassung eines F_remdobjekts beschrieben wurde (d.h. N_{slope_cell_N} < k_{slope_PRXfound_max}), könnte ebenfalls eine generischere Beziehung zur polaren Größe verwendet werden, wie beispielsweise eine Änderung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs.
• Das Maß für die komplexe Impedanz kann aus phasengleichen und Quadratur-Spannungskomponenten der Erfassungsspule(n) bestimmt werden. Dies kann durch eine Kombination aus analogen Schaltungskomponenten und digitaler Verarbeitung - also der polaren Größe - bestimmt werden.
• Der Algorithmus zur Objekterfassung darf nur ausgeführt werden, wenn eine „signifikante“ Änderung der Messungen erfasst wird, um die Genauigkeit bei der Berücksichtigung von Unterschieden und/oder Änderungen der Parameter der Spulen in der Praxis zu verbessern. Dies kann so konfiguriert werden, dass es auftritt, wenn eine berechnete statistische Varianz der Änderung von einem vorbestimmten Maß für komplexe Impedanz (z.B. die Werte der „leeren Platte“) in den Erfassungsspulen (oder einer Untergruppe davon) über einem Schwellenwert für die Erfassung statistischer Varianz liegt (d.h. σ_{FOD-Detection-Coils} ² > k_{array_change}).
• Verbesserte Erfassung von Fremdobjekten
• Während ein Empfängerobjekt die erwartete Änderung der komplexen Impedanz innerhalb des von IPT-Empfängerobjekten erwarteten Frequenzbereichs aufweisen kann, kann es andere Resonanzvorrichtungen geben, die eine Änderung der komplexen Impedanz bei einer Frequenz nahe ihrer natürlichen Resonanzfrequenz verursachen können. Ein Beispiel ist ein RFID-Tag. Wenn eine Empfängervorrichtung zusammen mit einem RFID-Tag vorhanden ist und das IPT-Hauptfeld aktiviert ist, wird der RFID-Tag ausgebrannt. Dies kann nicht erwünscht sein. Solche Objekte können sich weder von der Kein-Objekt-Bedingung noch von der Potenzieller-Empfänger-gefunden-Bedingung unterscheiden.
• Ein Fremdobjekt (wie z.B. ein RFID-Tag) kann eine Änderung der Kopplung zwischen Erreger- und Erfassungsspule beeinflußen, die ebenfalls ähnlich derjenigen ist, die von einem Qi-Empfänger (oder überhaupt keinem Objekt) erzeugt wird. Eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Verfahren der Objekterfassung können dies als eine ähnliche Änderung der scheinbaren Größe und/oder Phase des Erfassungssignals im Vergleich zu einem Empfängerobjekt interpretieren, abhängig von der Konfiguration (z.B. Wahl der Erregerfrequenz) und dem ausgewählten Empfindlichkeitspegel.
• Eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Verfahren der Objekterfassung können einen Digital Ping durchführen, um weiter festzustellen, ob und welche Art von Objekt vorhanden ist. Es ist jedoch zu befürchten, dass eine solche Ausführung eines Digital Ping (z.B. MiFare Zugangskarte für den Nahverkehr) irreversible Schäden an bestimmten Fremdobjekten einschließlich elektronischer Systeme wie Nahverkehrskarte für Bus oder Zug oder NFC-Kreditkarten verursachen kann. Darüber hinaus kann das Objekterfassungssystem in Situationen, in denen ein so empfindliches Fremdobjekt (das ein elektronisches System, z.B. RFID, enthält) gleichzeitig mit einem drahtlos aufladbaren Mobiltelefon platziert wird, dieses Fremdobjekt aufgrund der Anwesenheit des genehmigten drahtlos aufladbaren Mobiltelefons nicht erfolgreich erfassen. Da solche Karten oft in der Nähe (oder zusammen mit z.B. in einer Schutzhülle oder Brieftasche) eines drahtlos aufladbaren Mobiltelefons bereitgestellt werden, kann dies unter Umständen nicht optimal sein.
• Der Erfinder hat festgestellt, dass es sinnvoll sein kann, das System daran zu hindern, auch nur kurzzeitig eine Leistungsübertragung zu versuchen (z.B. RFID-Tags, die ansonsten als potenzieller Empfänger oder als Kein-Objekt erfasst werden könnten, während sich auch ein gültiger Leistungsempfänger in der Nähe befindet), indem frequenzabhängige (z.B. resonante) Eigenschaften von Objekten innerhalb der Ladezone erfasst werden. Beispielsweise sind RFID-Tags bekannt, die bei einer bestimmten Betriebsfrequenz resonieren und eine signifikante Änderung in der Kopplung der Erregung an die Erfassungsspule zeigen würden, wenn das System einen Scan mit dieser bestimmten Frequenz durchführt.
• Um andere Resonanzvorrichtungen zu erfassen, besteht eine Technik darin, die Antwort bei erwarteten Frequenzen für verschiedene nicht genehmigte Vorrichtungen zu bestimmen. Nicht genehmigte Vorrichtungen sind in diesem Zusammenhang alle anderen als IPT-Empfängervorrichtungen, die für die Verwendung mit dem Sender genehmigt wurden. Genehmigte Vorrichtungen können Qi ver 1.1 oder höher konforme IPT-Empfänger einschließen. Nicht genehmigte Vorrichtungen können andere resonante oder nicht-resonante Vorrichtungen einschließen. Beispielsweise sind RFID-Tags bekannt dafür, dass sie resonieren bei z.B.:
• 120-150 kHz (LF)
• 13,56 MHz (HF) ISM-Band
• 433 MHz (UHF)
• 865-868 MHz (Europa)
• 860-960 MHz
• 902-928 MHz (Nordamerika) UHF ISM-Band
• 2,4 GHz (Mikrowelle) ISM-Band
• 5725-5875 MHz (Mikrowelle) ISM-Band
• 24,125; 61,25; 122,5; 245 GHz ISM-Bänder
• Wenn eine Impedanz über oder unter einem Schwellenwert bei oder angrenzend an eine dieser RFID-Frequenzen bestimmt wird, würde das System die Existenz einer nicht genehmigten Resonanzvorrichtung bestimmen und IPT deaktivieren. Je nach Anwendung können weitere nicht genehmigte Vorrichtungen enthalten sein. Zum Beispiel würde das System in 17 eine Impedanz über oder unter einem Schwellenwert 1702 bei ungefähr 13,56 mHz prüfen. Liegt die nicht genehmigte Vorrichtungsfrequenz in der Nähe einer genehmigten IPT-Vorrichtungsresonanzfrequenz, kann dies ein sehr eng abgestimmtes Erregungs- und Erfassungssystem erfordern.
• Alternativ könnte das System einen Frequenzbereich springen oder scannen, um nach einer anomalen Reaktion zu suchen, mit Ausnahme der erwarteten Frequenzen für genehmigte Empfängervorrichtungen. Beispielsweise kann erwartet werden, dass genehmigte IPT-Vorrichtungen innerhalb der folgenden Frequenzen resonieren (die je nach den Anforderungen der Anwendung ausgewählt werden können):
• 70-150 kHz, z. B.: 100 kHz oder 120 kHz
• 900 kHz - 1,1 mHz, z.B.: 1 MHz (z.B. gemäß der QI 1.1-Spezifikation)
• Wenn eine Impedanz unterhalb oder oberhalb eines Schwellenwerts bei einer beliebigen Frequenz außerhalb dieser Frequenzen bestimmt wird, würde das System die Existenz einer nicht genehmigten Resonanzvorrichtung bestimmen und IPT deaktivieren. Zum Beispiel würde das System in 17 bei anderen Frequenzen als 120 kHz und 1 MHz auf eine Impedanz unterhalb oder oberhalb eines Schwellenwerts 1704 1706 prüfen.
• Dies kann durch Messen der (spektralen) Frequenzimpedanzantwort des OD-Systems 200 und Prüfen, dass diese Spektralantwort in bekannte wünschenswerte Bereiche fällt, wodurch ein problematisches Fremdobjekt (z. B. RFID-Tag) nicht vorhanden sein darf, implementiert werden. Ein Beispiel ist, dass es einen großen akzeptablen Bereich für (relativ) breite Peaks im Bereich von 70-150 kHz gäbe, um das Vorhandensein von Empfängern zu ermöglichen, aber wenn ein schmaler Spike bei 120-140 kHz gefunden wurde, kann davon ausgegangen werden, dass ein NF-RFID-Tag vorhanden ist. Die Breite der Resonanzantwort kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Objekt genehmigt ist oder nicht. Dies entspricht dem „Q“ oder der Bandbreite der Antwort.
• Diese erwarteten oder vorbestimmten reflektierten Impedanzantworten von RFID-Tags und anderen nicht autorisierten Vorrichtungen können als vorbestimmte reflektierte Impedanzsignaturen betrachtet werden, die nicht autorisierten Vorrichtungen zugeordnet sind. Diese Signaturen können bestimmten Frequenzen und übertragenen Leistungspegeln zugeordnet und vom Objekterfassungssystem gespeichert werden, um die Anwesenheit einer nicht autorisierten Vorrichtung zu erfassen. Das Objekterfassungssystem kann zusätzlich oder alternativ vorbestimmte reflektierte Impedanzsignaturen speichern, die autorisierten Vorrichtungen zugeordnet sind, so dass eine nicht autorisierte Vorrichtung erfasst werden kann, wenn eine reflektierte Impedanzsignatur bestimmt wird, die keiner autorisierten Vorrichtung zugeordnet ist. Im Folgenden werden verschiedene Beispiele für die Signatur der reflektierten Impedanz näher beschrieben.
• In einer weiteren Alternative kann das System die zweistufige Änderung der Impedanz, die einem RFID-Chip zugeordnet ist, nach dem Start erfassen. Dies kann dazu beitragen, eine nicht genehmigte Vorrichtung mit einer Resonanzfrequenz zu unterscheiden, die derjenigen einer genehmigten IPT-Vorrichtung nahe kommt. Wie in 17 dargestellt, würde ein RFID-Chip zunächst eine hohe Q-Resonanz 1708 bei etwa 13,56 MHz aufweisen, wenn er zunächst mit einem ersten Leistungspegel gescannt würde. Bei unterschiedlichen Feldstärkepegeln oder Erregungsdauern kann der RFID-Chip starten / nicht starten und in diesen Fällen deutlich unterschiedliche Leistungsmengen (d.h. die dargestellte Impedanz) aufnehmen. Der RFID-Tag schaltet sich dann ein und zeigt eine geringere Q-Resonanz an 1710. Diese charakteristische zweistufige Impedanzveränderung oder „Kompressionseffekt“ konnte erfasst und IPT deaktiviert werden. Diese Änderung könnte auch als eine Verringerung der Proportionalität der beobachteten Ausgangsantworten erklärt werden, die sich mit dem (zunehmenden) Eingangsstimulus ändern. Dies könnte mit Serienimpedanzen im Eingangsstimulus umgesetzt werden, um ein Potentialteiler-Netzwerk zu bilden, dessen Verstärkung mit dieser Impedanzänderung variiert, wenn sich die Filterkapazität auflädt. Diese Verstärkung kann dann verwendet werden, um ein proportionales Amplitudenspannungssignal zu erzeugen, das mit Schwellenwerten verglichen werden kann, um zu bewerten, ob eine solche nicht autorisierte Vorrichtung vorhanden ist.
• Für einen gegebenen Leistungspegel und einen vorbestimmten RFID-Tag ist es möglich, die Dauer der Zeit bis zum Start des Chips vorherzusagen. Mit anderen Worten kann eine „Signatur“, die aus einer ersten Impedanz besteht, dann nach einer vorbestimmten Zeit eine zweite Impedanz bei der Resonanzfrequenz des RFID-Tags verwendet werden, um das RFID-Tag sicherer zu erfassen. Dieses Verfahren kann auch nützlich sein, um zwischen einem RFID-Tag und einem autorisierten Empfänger (wie einem QI-Empfänger) mit ähnlichen Resonanzfrequenzen zu unterscheiden.
• Die Verwendung des zweistufigen Impedanzänderungsverfahrens kann zusammen mit dem Verfahren zum Bestimmen von Impedanzänderungen bei erwarteten Resonanzfrequenzen verwendet werden. Alternativ kann das zweistufige Impedanzänderungsverfahren verwendet werden, ohne auf Resonanzfrequenzen von RFID-Tags oder autorisierten Empfängern zurückzugreifen, wie in einer Ausführungsform nachfolgend erläutert.
• In einer weiteren Alternative kann das System die zweistufige Änderung der Impedanz, die der Vorspannung von Gleichrichterdioden oder anderen Halbleitervorrichtungen zugeordnet ist, erfassen, wenn die charakteristische Schwellenspannung des Halbleiterübergangs (z.B. 0,7 V pro Siliziumdiode) durch Anlegen eines Erregungsfeldes überschritten wird, das sich auf der Resonanzfrequenz des Fremdobjekts befinden kann oder nicht, wie beispielsweise ein RFID-Chip.
• Beispielsweise kann das System nichtlineare oder schrittweise Änderungen der Größe oder des Zeitverhaltens bei vorbestimmten Frequenzen betrachten, z.B. um zwischen einem 900 MHz RFID-Tag und dem 1 MHz ±10 % Doppelresonanzkreis eines Qi-Empfängers zu unterscheiden. Der RFID-Tag kann eine Antwort zeigen, die sich je nach Erregungspegel deutlich ändert - es kann eine schmale Antwort (hohe Q) bei niedrigen Erregungspegeln sein, dann eine schrittweise Änderung der Antwort, wenn der Erregungspegel erhöht wird, um die aktive RFID-Schaltung zu stimulieren, um mehr Leistung aufzunehmen (große Bandbreite, niedrige Q durch parallelen Resonanztank mit niedriger äquivalenter Impedanz im Nebenschluss mit ihm).
• Zusätzlich kann eine RFID-aktive Schaltung zunächst als leichte Last (hohe Impedanz) erscheinen (t=0 ms), aber zu einer hohen Last (niedrige Impedanz) werden, wenn genügend Zeit (z.B. t=10 ms) zum Aufladen der internen Speicherkapazitäten, zum Aufbau von Resonanzen in der Resonanzempfängerschaltung oder zum Vorspannen von Halbleiterverbindungen in einer angeschlossenen Schaltung (z.B. RFID-Chip) vorhanden ist.
• Die Änderung der Impedanz kann durch Messen einer Impedanzgröße bei einer RFID-Frequenz zu einer Impedanzgröße bei einer Frequenz, die eng von der RFID-Frequenz entfernt ist, erfasst werden. Für einen RFID-Tag sollte dies zunächst einen signifikanten Unterschied aufweisen, wenn es sich um eine höhere Q-Resonanz 1708 handelt. Wenn nachfolgend gemessen wird, dass die Differenz 1710 zwischen der Impedanzgröße bei der RFID-Frequenz und der Impedanzgröße bei der eng beabstandeten Frequenz abnimmt, kann dies verwendet werden, um die Anwesenheit eines NFC-PICC-Karten-/Tag-Objekts zu bestätigen.
• Die Signatur, die RFID-Tags zugeordnet ist, kann auch unter Verwendung einer Wirkleistungssignatur erfasst werden. Wie beispielsweise in 18A dargestellt, kann die Leistung zunächst 1802 relativ hoch sein, während der Kondensator geladen wird. Nach dem Aufladen nahm die Leistung um 1804 deutlich ab, da die Laufleistung für die Zustandsmaschine minimal ist. Andererseits hat ein Qi-Empfänger in 18B einen Anfangsleistungspegel 1806, der erst nach dem Handshake zunimmt 1808. Der Mikroprozessor in einem Qi-Empfänger verwendet viel mehr Leistung als die Zustandsmaschine in einem RFID-Tag.
• 19 (a) zeigt ein Flussdiagramm, das sich auf das RFID-Signaturverfahren 1900 bezieht. Der Sender erfasst 1902 eine erste Impedanz oder einen Leistungspegel, die sich auf ein Objekt in dem IPT-Feld beziehen. Der Sender erfasst 1904 eine zweite Impedanz oder einen Leistungspegel, die sich auf ein Objekt in dem IPT-Feld beziehen. Der Sender stimmt dann die erste und zweite Messung mit einer Bibliothek bekannter Signaturen für nicht autorisierte Objekte ab 1906 (z.B.: - RFID/NFC-Vorrichtungen) und/oder autorisierte IPT-Empfänger. Wenn ein nicht autorisiertes Objekt erfasst wird, wird IPT deaktiviert 1908.
• Die reflektierte Impedanzsignatur kann der Kommunikationsaktivität der nicht autorisierten Vorrichtung zugeordnet werden. Beispielsweise verwenden einige RFID-Tags die Rückstreukommunikation, andere erzeugen eine Übertragung (aktive Tags, typischerweise die LF 120 kHz oder 433, 848 MHz). Das OD-System 200 könnte die Rückstreukommunikation, die vom RFID-Chip erzeugt wird, „lesen“, wenn er aktiv wird. Es muss keinen RFID-Chip verwenden, um diese Reaktion auszulösen, es könnte ein geeignetes Signal senden, das einen RFID-Tag aufweckt, und die bekannte Subträgermodulation überwachen, die eine gültige Handshake-Antwort durch einen RFID-Tag darstellt. Das Anfangssignal könnte bei einer viel niedrigeren Frequenz liegen als die StandardTrägerfrequenz für ein RFID-Lesegerät (z.B. 13,56 MHz, wie in ISO/IEC 14443-2 definiert), wie z.B. die 1 MHz digitale Ping-Frequenz von Qi. Das OD-System 200 kann einen Abfrageprozess durchführen, bei dem es eine Befehlssequenz sendet, auf die das RFID-Objekt warten soll (z.B. sequentielles Senden von „REQA“, „WUPA“, „REQB“, „WUPB“ gemäß ISO/IEC 14443-3), jedoch nicht unbedingt mit der im RFID-Schema festgelegten Frequenz (z.B. NFC), so dass der vorgenannte Modulationstakt oder Subträger durch den RFID-Chip erzeugt wird. Das OD-System 200 kann konfiguriert sein, um eine vorbestimmte Kommunikationssequenz aus dem RFID-Tag zu erfassen, zum Beispiel den ersten oder einen abgeschnittenen Teil der normalen Handshake-Meldungen, die zwischen einem RFID-Tag und einem RFID-Leser auftreten würden. Es ist nicht notwendig, die volle Nachrichtendekodierfähigkeit eines RFID-Lesegeräts zu implementieren, sondern nur die Erfassung der Subträger-Modulationsantwort. Beispielsweise kann das OD-System 200 nach einer erkennbaren Subträger-Amplitudenmodulation suchen (z.B. f_c/128 f_c/64 f_c/32 f_c/16 wobei fc 13,56 MHz ist, unabhängig davon, bei welcher Frequenz die Abfrageanforderung gesendet wird, unter Verwendung von Typ A (On-Off Keying OOK, Miller codiert), Typ B (10 % ASK Manchester codiert), Typ F (10 % ASK Manchester codiert gemäß JIS X 6319-4) oder Typ V (BPSK NRZ-L), spezifiziert durch ISO/IEC 14443-2 für Typ A, B, JIS X 6319-4 für Typ F, ISO/IEC 15693 für Typ V), spezifiziert in verschiedenen RFID-Systemen.
• Wenn die vom Sender gesendeten Abfragebefehle mit einer niedrigeren Frequenz gesendet werden, können die Befehle bestimmte Anpassungen erfordern, damit ein Standard-NFC- oder RFID-Tag sie erkennt. Die Abfragebefehle durchlaufen die jeweiligen Befehle für jeden Empfängertyp. Wenn der Empfänger einen Befehl in Bezug auf seinen Typ erfasst, antwortet er.
• Bestimmte Arten von RFID-Tags erfassen das Modulationsmuster des Abfragebefehls ohne Verwendung einer lokalen (d.h. on-board auf dem Karten-/Tag-PICC-Objekt) Präzisionszeitbasis (d.h. Zeitbezug wie ein Quarzkristall oder Silizium-MEMS-Oszillator), indem sie einen weniger genauen lokalen Oszillator (z.B. on-chip-RC-Oszillator in der Karte/Tag) mit der eingehenden Trägerfrequenz disziplinieren oder synchronisieren. Ein solcher disziplinierter lokaler Oszillator kann dann verwendet werden, um die beiden Modulationszustände zu erfassen, indem die Zeitdauer gemessen wird, in der der Träger in seiner höchsten Amplitude als erster Zustand vorhanden ist oder festgestellt wird (z.B. unmodulierter Pegel von 0 % ASK), im Vergleich zu der Zeitdauer, in der der Träger in seiner niedrigsten Amplitude als zweiter Zustand nicht vorhanden ist oder festgestellt wird (z.B. modulierter Pegel von -10 % ASK oder -100 % ASK d.h. Aus), um einen gültigen Abfragebefehl zu erfassen. Wenn also die verwendete Trägerfrequenz niedriger als der Standardwert ist, kann es notwendig sein, die Periode jedes modulierten Bits im Abfragebefehl zu erhöhen, so dass die Anzahl der Zyklen oder die Dauer jedes Bits, das eine niedrigere als die Standardträgerfrequenz verwendet, einer identischen Anzahl von Zyklen des Trägers entspricht, wie sie bei der Standardträgerfrequenz definiert ist. Dies wird verwendet, da das Zählen von Zyklen (oder das gleichwertige Extrahieren eines Taktsignals aus dem Träger zur Verwendung als Zeitreferenz) ein einfacher Mechanismus ist, der keine zusätzliche oder unabhängige Präzisionszeitreferenz auf der PICC-Karte/Tag erfordert, um erwartete Signale zu erfassen und auf sie zu reagieren. Durch das Extrahieren eines Taktsignals aus dem Träger ist die PICC-Karte/Tag jedoch vollständig auf die Implementierung des Trägers angewiesen, der seine Frequenz auf den Standardwert von 13,56 MHz eingestellt hat, und wird keine Abweichung davon bemerken. Daher wird der oben genannte Ansatz weiterhin funktionieren, um das RFID-Objekt zu stimulieren, mit einer Bestätigung zu reagieren (ATQ-A/ATQ-B, ATQ-C usw.).
• Wenn der Abfragebefehl zum Beispiel eine Reihe von Bits enthält, wie in Tabelle 1 gezeigt ist:

  Anzahl Bits	3	3	5	2	1	7	1
  Zustand	ein	aus	ein	aus	ein	aus	ein

• Dann ist die Modulationsperiode, um die gleiche Anzahl von Zyklen/Bits zu erhalten, 10 mal so lang wie bei 13 MHz, wie in der Tabelle 2 dargestellt:

  Zustand	ein	aus	ein	aus	ein	aus	ein
  Periode	30T	30T	50T	20T	10T	70T	10T
  13 MHz	21us	21us	35us	14us	7us	49us	7us
  1,3 MHz	210us	210us	350us	140us	70us	490us	70us

• 19(b) zeigt den Abfragebefehl 1910 @ 13,56 MHz im Vergleich zu dem Abfragebefehl 1912 @1,3 MHz. Dadurch wird sichergestellt, dass die gleiche Anzahl von Zyklen vorhanden ist, um die Antwort des RFID-Objekts auszulösen.
• Die RFID-Abfrageanforderung zur Stimulation einer Antwort von einem PICC (NFC-Karte/Tag) kann von der IPT-Sendespule als 7 wie vorstehend beschrieben erzeugt werden. Der Vorteil dabei ist, dass eine separate RFID/NFC-Lesegerät-Antenne und -Schaltung nicht erforderlich ist. Typischerweise beinhalten die meisten IPT-Sender ein ASK-Rückstreukommunikationsmodul, um mit dem Empfänger zu kommunizieren. Dazu gehören typischerweise ein Stromwandler und ein Bandpassfilter bei 2 kHz (das ist die Frequenz, bei welcher der Empfänger das IPT-Feld moduliert) oder eine gleichwertige Spannungsmoduserfassung kann verwendet werden. In diesem Fall beinhaltet der Sender 2 ein Kommunikationsmodul 2000, wie in 20 dargestellt. Ein Modulator 2002 führt die Abfragebefehle 2004 in die Spannung der Spule 7 ein. Die Abfragebefehle werden von allen NFC- oder RFID-Tags in Reichweite empfangen, und nach der Bestromung moduliert die Tag-Amplitude das IPT-Signal bei einer Subträgerfrequenz. Dies wird mit dem Stromwandler (oder über eine Spannungsmessung) erfasst, der einen oder mehrere Bandpassfilter aufweist. Ein Filter 2008 ist um die erwartete PICC (Card/Tag) Subträgerfrequenz zentriert, die zur Modulation seiner Bestätigungsantwort auf (d.h. 212, 424 oder 848 kHz) für die Antwort des RFID/NFC-Tags 2010 (oder einer Reihe von Bandpassfiltern über erwartete RFID/NFC-Antwortfrequenzen) verwendet wird. Wenn die gültige Antwort empfangen wird, ist IPT deaktiviert. Die Bandpassfilter können eine geeignete Bandbreite aufweisen, um die typischen RFID/NFC-Antworten, beispielsweise 106-318, 424-480, 847-848 kHz, zu umfassen.
• Wenn die Trägerfrequenz niedriger als 13,56 MHz ist, kann die Bestätigungsmodulation (ATQ-A/ATQ-B, ATQ-C usw.) auch proportional niedriger in der Frequenz sein. Wenn das zutrifft, dann könnten Bandpassfilter eine geeignete Bandbreite für die erwartete niederfrequente RFID/NFC-Antwort haben. Wenn beispielsweise 8 Trägerzyklen durch die Subträgermodulationsspezifikation von 848 kHz für einen 13,56 MHz-Träger impliziert werden, dann wird die stimulierte Karten/Tag-PICC-Antwort äquivalent unter Verwendung eines 1,356 MHz-Trägers ein Subträger von 84,8 kHz sein. Ein Modulationserfassungsfilter sollte entsprechend zentriert sein oder diesen erwarteten Frequenzbereich (im Beispiel 84,8 kHz) einschließen.
• Um die erforderliche Bandbreite eines Logikabschnitts einer solchen Demodulatorimplementierung zu reduzieren, könnte ein einfacher Größendetektor mit einem parallelen (hohe Impedanz bei Kerbfrequenz) oder seriellen (niedrige Impedanz bei Kerbfrequenz) Resonanztank zusammen mit einem Gleichrichter und einem Kondensatorfilter zur Umwandlung des Signals in Gleichstrom verwendet werden, damit ein kostengünstiger Mikrocontroller einen vergleichsweise niedrigen Bandbreiten-ADC verwenden kann, um die Größe und damit die Anwesenheit eines Subträgers zu erfassen. Sobald ein Subträger erfasst wurde, kehrt ein Leistungssender in den Leerlauf- oder Ruhezustand zurück. Eine anschließende Erfassung von Objekten oder eine Änderung der Position der Objekte würde zu einer neuen Suche nach der Anwesenheit eines NFC-Objekts führen, indem die vorgenannte Suche nach einem Subträger wiederholt wird.
• 21 zeigt ein Flussdiagramm, das sich auf die RFID-Subträgermodulationstechnik 2100 bezieht. Der Sender sendet 2102 Abfragebefehle unter Verwendung der IPT-Spule oder der OD-Spule (im Gegensatz zu einem separaten RFID/NFC-Lesegerät-Modul). Die Spule wird auf eine erste Frequenz abgestimmt und bei einer zweiten höheren Frequenz moduliert, um einen vorbestimmten NFC/RFID-Objekt-Abfragebefehl zu emulieren. Alle RFID/NFC-Tags in Reichweite empfangen 2104 den Befehl und senden eine Antwort. Der Sender erfasst 2106 für jede gültige RFID/NFC-Antwort bei einer dritten Frequenz, die der vorbestimmten Antwort eines NFC/RFID-Objekts entspricht. Wenn eine gültige Antwort mit der dritten Frequenz empfangen wird, zeigt dies die Anwesenheit eines NFC/RFID-Objekts an und IPT ist deaktiviert 2108.
• Alternativ können die Abfragebefehle 2200 mit der erwarteten F_c-Frequenz gesendet werden, z.B.: 13,56 MHz durch den Wechselrichter 2201 wie in 22 dargestellt. In diesem Fall wird die IPT-Spule 7 oder die OD-Spule 202 auf eine signifikant niedrigere Frequenz abgestimmt 2202. Der RFID/NFC-Tag 2202 antwortet mit 848 kHz, was mit dem Stromwandler 2206 erfasst wird, der einen oder mehrere Bandpassfilter aufweist. Ein erster Filter 2210 ist um 848 kHz für die Antwort vom RFID/NFC-Tag 2204 zentriert.
• In einigen Fällen wird die Senderübertragungsschaltung nicht durch einen Abstimmkondensator auf 100 kHz abgestimmt, sondern durch die Wahl der Spuleninduktivität und der Wechselrichterantriebsspannung auf diese Frequenz angepasst oder optimiert. Beispielsweise kann eine Leistungsübertragungsschaltung eine Induktivität von 10 Mikro-Henry aufweisen, wobei beispielsweise 10 Wicklungen für die Spule verwendet werden. Bei 100 kHz ergibt sich daraus eine Reaktanz von ca. 6 Ohm, während das Antreiben von 13 MHz durch diese Spule zu einer Reaktanz von ca. 800 Ohm führen würde, die eine viel höhere Spannung benötigt, um einen Strom ähnlicher Größe anzutreiben. Dementsprechend wird eine NFC-Lesespule eine wesentlich geringere Induktivität mit weniger Umdrehungen und größerer Baugröße aufweisen, damit der Wechselrichter mit vernünftigen Betriebsparametern (z.B. 5 V) auf der höheren Frequenz fahren kann. Das Antreiben einer für 110 kHz optimierten IPT-Schaltung mit einer viel höheren Frequenz, um eine Antwort von benachbarten nicht autorisierten Vorrichtungen zu stimulieren, kann erfordern, dass der Wechselrichter mit einer höheren Spannung betrieben wird, z.B: 20 V, um genügend Strom für eine RFID-Karte zu haben, um das resultierende Feld zu erfassen.
• Wenn ein autorisierter Empfänger erfasst wird, sendet der Wechselrichter 2201 das normale IPT-Signal an die Spule 7. Der Wechselrichter 2201 moduliert auch die IPT-Spannung bei 1 Mhz, um mit dem Empfänger 3 zu kommunizieren. Ein zweiter Filter 2208 ist um 2 kHz für die standardmäßige ASK-Rückstreukommunikationsantwort vom IPT-Empfänger 3 zentriert.
• Die Leistungssendespule kann ca. 12 uH Induktivität aufweisen und auf ca. 100 kHz abgestimmt sein. Die meisten RFID-Implementierungen verwenden 1-4 uH oder weniger, um bei 13,56 MHz abgestimmt zu werden. Somit wird die Abfrageanforderung von einer Mehrzweckspule gesendet. Das heißt, eine Spule, die einen ersten Zweck entweder der IPT-Leistungsübertragung hat, z.B.: Spule oder Objekterfassung, z.B.: Spule 202. Der zweite Zweck ist das Senden von Abfrageanforderungen an nicht autorisierte Objekte, wie beispielsweise nahegelegene NFC/RFID-Tags. Im Gegensatz dazu würde die Integration eines separaten NFC/RFID-Tag-Lesermoduls eine Lesespule beinhalten, die nur einen einzigen Zweck hatte.
• Alternativ können andere Kommunikationsprotokolle für andere nicht autorisierte Objekte aufgenommen werden und/oder Signaturen für weitere Arten auf nicht autorisierten Objekten.
• Beispielsweise scheint das NFC-F-Protokoll (Sony Felica-Karten, die für den Schienenverkehr in Japan verwendet werden) keinen Subträger zu erzeugen, moduliert aber den Träger des PCDs direkt mit einer Netto-Symbolrate von 212 kbit/sec. Der entsprechende Detektor für diesen Kartentyp wäre ca. 212 kHz - jedoch würde der Nachrichteninhalt den Frequenzinhalt (d.h. die Seitenbänder) deutlich um diese 212 kHz „mittlere“ Symbolrate verteilen. Die Literatur besagt, dass die spektrale Leistungsdichte (psd) der Manchester-Codierung von 0 bis 150 % der Bitrate beträgt, so dass vielleicht eine Erfassungsbandbreite von bis zu 212 × 1,5 = 318 kHz angegeben werden sollte. Der Großteil der Signalleistung liegt zwischen 50 % und 100 % der Bitrate, also vielleicht 212 X 0,5=106 kHz bis 212 kHz. Das OD-System 200 kann die Erfassung von Signaturen mit reflektierter Impedanz in Verbindung mit nicht autorisierten Vorrichtungen und/oder autorisierten Vorrichtungen mit niedrigeren Leistungsstufen als denjenigen, die normalerweise zur Interaktion mit autorisierten Vorrichtungen verwendet werden, implementieren, um die Zerstörung eventuell vorhandener RFID-Tags zu vermeiden. Die Erfassung solcher Vorrichtungen durch das OD-System deaktiviert dann die Leistungsübertragung durch den induktiven Leistungssender. Eine erste Fremdkörpererfassungsphase, die unter Verwendung der vorstehend genannten Ausführungsformen durchgeführt wird, kann vor und mit einem niedrigeren Leistungspegel durchgeführt werden als die digitale Ping-Phase, die zur Erfassung autorisierter Vorrichtungen verwendet wird. Beispielsweise können die Abfragebefehle mit 50 % oder 20 % der Leistung des digitalen Pings gesendet werden.
• Um ein „falsch-positives“ Ergebnis zu verhindern, wenn ein Produkt, das einen autorisierten Qi-Empfänger enthält, auch eine NFC-Funktion im Karten/Tag-(PICC)-Emulationsmodus enthält, kann der Empfänger zunächst seine NFC-PICC-Emulationsfunktion deaktivieren, wenn er einen Qi-Ping erkennt, z.B. 1 MHz-Signal oder einen anderen Impulsstimulus (z.B. 175 kHz-Burst), von dem bekannt oder erklärt ist, dass er von einem Sender zur Erfassung eines potenziellen Empfängers zum Laden verwendet wird. Wenn ein Empfänger auch eine NFC-Emulationsfunktion hat, sollte er diese Funktion vorübergehend (z.B. 5 Sekunden) deaktivieren, wenn ein Impuls in der gleichgerichteten Spannung (Vr) der Leistungsübertragungsschaltung erfasst wird, damit er kein Fehlalarm erzeugt, wenn ein solcher Sender eine Suche nach RFID-Objekten durchführt.
• Um einen solchen Fehlalarm während einer RFID-Ping- oder Erfassungssuche zuverlässiger zu beseitigen, sollte ein Qi-Sender ein vereinbartes Signal aussenden, das einem autorisierten Qi-Empfänger signalisiert, dass er von einem Qi-Sender abgetastet werden soll - wie beispielsweise einen Tonburst bei 1 MHz, 175 kHz oder 110 kHz.
• Dieses Verfahren zur Erfassung anderer Resonanzvorrichtungen kann mit einem der vorstehend genannten Ansätze zur Objekterfassung kombiniert werden.
• Das von dem Sender verwendete Verfahren wird in 23 dargestellt. Der Sender verwendet einen Analog-Ping 2302 zur Überwachung von neu platzierten Objekten wie beispielsweise gültigen Empfängern, Fremdobjekten einschließlich RFID. Für Analog-Ping werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die nicht durch die Qi-Spezifikation definiert sind. Dies kann beispielsweise durch einen kurzen Impuls auf die IPT-Sendespule erfolgen und nach jeder reflektierten Impedanz suchen. Alternativ können separate Objekterfassungsspulen verwendet werden.
• Der analoge Ping 2302 kann durch einen RFID-Ping ergänzt werden, der ein vorbestimmtes Signal ist, das dazu verwendet werden kann, dem Empfänger ein anderes Verhalten zu signalisieren. Dies kann robuster sein, als sich auf den Empfänger zu verlassen, um den Analog-Ping zu erfassen. Der RFID-Ping kann ein separater Schritt zum Analog-Ping sein, oder der RFID-Ping würde den Analog-Ping ersetzen und zur Erfassung eines beliebigen Objekts sowie zur Signalisierung an den Empfänger verwendet werden.
• Der RFID-Ping könnte durch einen kurzen Niederleistungstonburst im Standard-Leistungsübertragungsfrequenzbereich implementiert werden - vorzugsweise am oberen Ende, da dieser die Leistungssteigerung in jeden Qi-Empfänger verstimmt und gleichmäßigere induzierte Erregungspegel liefert. Somit konnte ein Signal von 175 kHz verwendet werden, das demjenigen für Digital-Ping entspricht, jedoch könnte eine bessere Frequenz aufgrund europäischer Frequenzregelungen bei 145 kHz liegen. Der RFID-Ping unterscheidet sich von einem Digital-Ping dadurch, dass er auf Feldstärken begrenzt ist, die beispielsweise 12 Amperewindungen entsprechen, und eine Dauer aufweist, die kürzer ist als die minimal zulässige, erfolglose Qi-Ping-Phasenzeit von t_ping + t_expire = 65+90 = 155 ms, die beim Empfangen eines Digital-Ping verwendet werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der RFID-Ping nicht dazu führt, dass der Qi-Empfänger die Ping-Phase verlässt und die Leistungsübertragung beginnt.
• Der Sender kann dann ein spezifisches RFID-Erfassungsverfahren 2304 und/oder andere allgemeinere FOD-Verfahren durchführen. Da nun bekannt ist, dass eine NFC-Karten-/Tag-Emulationsfunktion in einem Qi-Empfänger deaktiviert wurde, ergibt die RFID-Suche nun kein „falsch-positives“ Ergebnis, da die eingebettete NFC-Emulationsfunktion nicht auf das NFC REQA-Signal usw. reagiert. Andernfalls würde eine solche Antwort, die von einer NFC-Emulationsfunktion zurückgegeben wird, verhindern, dass die Qi-Empfängervorrichtung jemals von einem Qi-Sender mit einem solchen RFID-Schutz geladen wird.
• Unter der Annahme, dass kein FO/RFID gefunden wird, fährt der Sender dann mit dem Qi-Startprotokoll fort, das mit einem Digital-Ping 2306 beginnt, der ein Dauerton bei typischerweise 175 kHz ist und der typischerweise eine höhere Leistung aufweist als der RFID Ping, was das Einschalten von Empfängern ohne integrierte Batterien ermöglicht. Die Kommunikation vom Empfänger zum Sender wird dann auf normale Weise unter Verwendung einer Lastmodulation des Tons hergestellt.
• Das Verfahren 2400, das von dem Empfänger verwendet wird, ist in 24 dargestellt. Wenn der Empfänger ein Smartphone oder ähnliches mit NFC-Emulationsfunktionalität ist (z.B. um eine Kundenkarte zu emulieren usw.), und diese Funktion eingeschaltet ist, kann dies bestimmte RFID-Erfassungsverfahren verwechseln und die Leistungsübertragung auf das Telefon verhindern. Alle anderen auf dem Sender platzierten Objekte werden durch dieses Protokoll nicht beeinflusst.
• Der Empfänger überwacht die Spule auf einen RFID-Ping 2402 (der, wie vorstehend erwähnt, der Analog Ping sein könnte). Der RFID-Ping signalisiert dem Empfänger im Wesentlichen, seine NFC-Emulationsfunktion auszuschalten. Wenn der Sender nicht RFID-Ping verwendet und stattdessen einen vorhandenen analogen Ping wie beispielsweise einen Impuls verwendet, kann es dennoch möglich sein, dass der Empfänger dies erfasst und erklärt, dass der Sender signalisiert, dass er seine Emulationsfunktion ausschaltet.
• Der Empfänger schaltet dann 2404 seine NFC-Emulationsfunktion für eine vorbestimmte Zeit aus (wenn er EIN ist). Die vorbestimmte Zeit ist ausreichend, damit der Sender das RFID-Erfassungsverfahren ausführen kann. 0,5 Sekunden ist die minimale erforderliche Anlaufzeit für einen Qi-Sender, um die Leistungsübertragung mit einem Empfänger zu starten, wenn er platziert ist, was eine angemessene Zeitspanne darstellen würde. Wenn er innerhalb von 0,5 Sekunden nicht gestartet wurde, wird er ihn höchstwahrscheinlich überhaupt nicht einschalten (z.B. FOD-Hemmung).
• Am Ende der Zeitspanne folgt der Rx dann dem angegebenen Qi-Startprotokoll als Antwort auf den Empfang eines Digital-Pings vom Tx 2406.
• Während Ausführungsformen beschrieben wurden, bei denen das Objekterfassungssystem von der Senderleistungsspule separate Erreger- und Empfängerspulen verwendet, kann das Objekterfassungssystem in alternativen Anordnungen eine oder mehrere Senderleistungsspulen oder eine Kombination von Leistungssenderspulen, Erreger- und Empfängerspulen verwenden.
• Obwohl die vorliegende Erfindung durch die Beschreibung ihrer Ausführungsformen veranschaulicht wurde und die Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, ist es nicht die Absicht der Anmelderin, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf diese Einzelheiten zu beschränken oder in irgendeiner Weise einzuschränken. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann leicht ersichtlich sein. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und das Verfahren und die veranschaulichenden Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt. Dementsprechend können Abweichungen von solchen Details vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts der Anmelderin abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2014/095722 [0005]
• US 62070042 [0041]

Claims (78)

1. Induktiver Leistungssender, der Folgendes umfasst: eine Sendeschaltung mit einer Spule, wobei die Sendeschaltung auf oder um eine erste Frequenz für induktive Leistungsübertragung oder Objekterfassung abgestimmt, angepasst oder optimiert ist; einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der zweiten höheren Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen.
2. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei die Spule eine Leistungssendespule oder eine Objekterfassungsspule und nicht eine NFC-Lesespule oder eine RFID-Tag-Lesespule ist.
3. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, der ferner einen Reihenabstimmkondensator zwischen dem Wechselrichter und der Spule umfasst, um die Sendeschaltung auf die erste Frequenz abzustimmen.
4. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, der zur induktiven Leistungsübertragung konfiguriert ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Antreiben der Sendeschaltung bei der ersten Frequenz als Antwort auf das Erfassen einer Antwort von einer vorbestimmten, nicht autorisierten Vorrichtung zu deaktivieren.
5. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, der zur induktiven Leistungsübertragung konfiguriert ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Antreiben der Sendeschaltung bei nachfolgenden höheren Leistungspegel als Antwort auf das Erfassen einer Antwort von einer vorbestimmten, nicht autorisierten Vorrichtung zu deaktivieren.
6. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei die erste Frequenz zwischen 100-200 kHz für die induktive Leistungsübertragung oder zwischen 600-700 kHz für die Objekterfassung liegt und die zweite Frequenz zwischen 1-2 MHz oder zwischen 13-14 MHz liegt.
7. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Handshake-Signal On-Off-Keying- oder ASK-Manchester-codierte Modulation der zweiten höheren Frequenz umfasst.
8. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, der ferner eine Erfassungsschaltung umfasst, die eingerichtet ist, um eine Antwort von einer vorbestimmten, nicht autorisierten Vorrichtung durch Erfassen einer vorbestimmten dritten Frequenz zu erfassen.
9. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 8, wobei die dritte Frequenz im Wesentlichen zwischen 106-318, 424-480, 847-848 kHz liegt.
10. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei die nicht autorisierte Vorrichtung ein RFID-Objekt ist.
11. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte, nicht autorisierte Vorrichtung ein spezifiziertes Handshake-Signal mit einer Trägerfrequenz aufweist, die höher ist als die zweite Frequenz.
12. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 11, wobei das vorbestimmte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt und das spezifizierte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt, und die Anzahl von Zyklen jedes vorbestimmten Handshake-Signal-Abfragebefehls die gleiche ist wie die Anzahl von Zyklen jedes jeweiligen spezifizierten Handshake-Signal-Abfragebefehls.
13. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 1, wobei die Steuerung den Wechselrichter steuert, um die Sendeschaltung mit vierter Frequenz vor der zweiten Frequenz anzutreiben und die vierte Frequenz gemäß einem vorbestimmten Signal zu modulieren, um einen autorisierten Empfänger mit einer nicht autorisierten Resonanzvorrichtung anzuweisen, die nicht autorisierte Resonanzvorrichtung zu deaktivieren.
14. Induktiver Leistungssender, der Folgendes umfasst: eine Sendeschaltung mit einer Spule; einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung anzutreiben; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer Handshake-Frequenz anzutreiben, und ein Signal mit der Handshake-Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal zu modulieren, um eine Antwort von einer vorbestimmten, nicht autorisierten Vorrichtung in der Nähe der Spule zu erzeugen, wobei die vorbestimmte, nicht autorisierte Vorrichtung ein spezifiziertes Handshake-Signal mit einer Trägerfrequenz aufweist, die höher ist als die Handshake-Frequenz, und wobei das vorbestimmte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt und das spezifizierte Handshake-Signal eine sequentielle Reihe von Abfragebefehlen einschließt, und die Anzahl von Zyklen jedes vorbestimmten Handshake-Signal-Abfragebefehls die gleiche ist wie die Anzahl von Zyklen jedes jeweiligen spezifizierten Handshake-Signal-Abfragebefehls.
15. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 14, wobei die Handshake-Frequenz kleiner als 6,78 mHz ist und die Trägerfrequenz zwischen 13-14 mHz liegt und/oder wobei die Handshake-Frequenz zwischen 100 kHz und 3 mHz liegt.
16. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 14, wobei die Abfragebefehle des vorbestimmten Handshake-Signals und des spezifizierten Handshake-Signals jeweils eine entsprechende Anzahl von Bits umfassen, und wobei jedes Bit dieselbe Anzahl von Zyklen seiner jeweiligen Signalfrequenz umfasst.
17. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 14, der ferner eine Erfassungsschaltung umfasst, die eingerichtet ist, um die Antwort von einer vorbestimmten, nicht autorisierten Vorrichtung durch Erfassen einer vorbestimmten dritten Frequenz zu erfassen.
18. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 17, wobei das spezifizierte Handshake-Signal eine NFC-Anforderung ist und die dritte Frequenz ein Subträger der Handshake-Frequenz ist.
19. Induktiver Leistungsempfänger, der Folgendes umfasst: eine Empfängerschaltung mit einer Spule; eine nicht autorisierte Resonanzvorrichtung; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um ein Deaktivierungssignal in der Spule zu erfassen, das von einem induktiven Leistungssender gesendet wird, um die nicht autorisierte Resonanzvorrichtung in Abhängigkeit von dem Deaktivierungssignal zu deaktivieren, und zum Modulieren eines Signals in der Spule, um den Sender anzuweisen, mit der Leistungsübertragung zu beginnen.
20. Induktiver Leistungsempfänger nach Anspruch 19, wobei das Deaktivierungssignal ein IPT-Signalburst zwischen 100-200 kHz mit einer Dauer von weniger als einer vorbestimmten Haltezeit ist.
21. Induktiver Leistungssender, der Folgendes umfasst: eine Senderschaltung mit einer Spule; einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung anzutreiben; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den Wechselrichter zu steuern, um die Sendeschaltung mit einer Ping-Frequenz anzutreiben, und um ein Signal mit der Ping-Frequenz gemäß einem Deaktivierungssignal zu modulieren, um eine nicht autorisierte Resonanzvorrichtung in einem autorisierten Empfänger zu deaktivieren, und um ein Anfahrsignal in der Spule zu erfassen, um die Leistungsübertragung an den autorisierten Empfänger zu beginnen.
22. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 21, wobei die Ping-Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Betriebsfrequenzen des Anfahrsignals und mit einer vorbestimmten kurzen Periode liegt.
23. Induktiver Leistungssender, der Folgendes umfasst: mindestens eine Mehrzweckspule; ein Objekterfassungssystem, das konfiguriert ist, um Objekte im oder angrenzend an das IPT-Feld zu erfassen; wobei das Objekterfassungssystem die Mehrzweckspule erregt, um ein Handshake-Signal zu senden, das konfiguriert ist, um eine Antwort von einem vorbestimmten, nicht autorisierten Objekt zu erzeugen, und eine induktive Leistungsübertragung deaktiviert, wenn ein nicht autorisiertes Objekt basierend auf dem Empfang einer gültigen Antwort erfasst wird.
24. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, wobei das Handshake-Signal eine signifikant niedrigere Frequenz im Vergleich zu der erwarteten Trägerfrequenz des nicht autorisierten Objekts ist, und/oder das nicht autorisierte Objekt ein RFID- oder NFC-Tag ist.
25. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 24, wobei die Frequenz des Handshake-Signals zwischen 500 kHz - 5 mHz liegt.
26. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, wobei die Spule auf eine signifikant andere Frequenz im Vergleich zu der Frequenz des Handshake-Signals abgestimmt ist.
27. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, wobei die Frequenz des Handshake-Signals ungefähr 13,56 mHz beträgt und die Spule auf eine Frequenz zwischen 50 kHz und 2 mHz abgestimmt ist.
28. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, wobei sich die gültige Antwort auf eine Protokollantwortnachricht vom Typ A, Typ B, Typ V oder Typ F bezieht.
29. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, der ferner eine Rückstreuerfassungsschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um die Spannung oder den Strom in der Spule zu messen, um Folgendes zu bestimmen: ein von einem autorisierten Empfänger gesendetes Signal; und ein Signal, das von einem vorbestimmten, nicht autorisierten Objekt gesendet wird.
30. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 29, wobei die Rückstreuerfassungsschaltung einen Stromwandler und ein erstes Bandpassfilter für das autorisierte Empfängersignal und ein zweites Bandpassfilter für das vorbestimmte, nicht autorisierte Objektsignal umfasst.
31. Induktiver Leistungssender nach Anspruch 23, wobei die Mehrzweckspule eine Leistungssendespule oder eine Objekterfassungsspule und nicht eine NFC-Lesespule oder eine RFID-Tag-Lesespule ist.
32. Objekterfassungssystem für einen induktiven Leistungssender, wobei das Objekterfassungssystem Folgendes umfasst: Speicher, der eingerichtet ist, um vorbestimmte Signaturen zu speichern, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger und/oder einem nicht autorisierten Objekt zugeordnet sind; wobei das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um ein nicht autorisiertes Objekt anzuzeigen als Antwort auf: Erfassen einer oder mehrerer der vorbestimmten Signaturen, die dem nicht autorisierten Objekt zugeordnet sind; und/oder Erfassen einer Signatur, die nicht der einen oder mehreren der vorbestimmten Signaturen, die dem autorisierten Empfänger zugeordnet sind, entspricht.
33. Objekterfassungssystem nach Anspruch 32, das ferner eine Spule und eine Schaltung umfasst, die eingerichtet sind, um reflektierte Impedanzen in oder angrenzend an einen Raum zu bestimmen, in den ein IPT-Feld vom Sender projiziert wird; und wobei die vorbestimmten Signaturen vorbestimmte reflektierte Impedanzsignaturen oder vorbestimmte Echtleistungssignaturen sind.
34. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die nicht autorisierten Objekte einen NFC- oder RFID-Tag einschließen und die vorbestimmten reflektierten Impedanzsignaturen, die dem nicht autorisierten Objekt zugeordnet sind, eine Größe bei einer RFID-Frequenz sind, die einer Größe bei einer Frequenz ähnlich ist, die eng von der RFID-Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt beabstandet ist; und eine Größe bei einer RFID-Frequenz sind, die wesentlich höher ist zu einer Größe bei der eng beabstandeten Frequenz zu einem späteren Zeitpunkt.
35. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmte reflektierte Impedanzsignatur, die dem nicht autorisierten Objekt zugeordnet ist, eine erste hohe Q-Impedanz und eine zweite nachfolgende niedrige Q-Impedanz einschließt.
36. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmten Echtleistungssignaturen, die dem nicht autorisierten Objekt zugeordnet sind, einen ersten höheren Leistungspegel und einen zweiten nachfolgenden niedrigeren Leistungspegel einschließen und vorbestimmte Echtleistungssignaturen, die dem autorisierten Empfänger zugeordnet sind, einen ersten niedrigeren Leistungspegel und einen zweiten nachfolgenden höheren Leistungspegel einschließen.
37. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, das ferner eingerichtet ist, um ein nicht genehmigtes Objekt zu erfassen, indem bestimmt wird, dass die reflektierte Impedanz oberhalb eines Schwellenwerts bei Frequenzen außerhalb der Frequenzen liegt, die genehmigten Empfängern zugeordnet sind.
38. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmten reflektierten Impedanzsignaturen, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind, eine zweistufige Änderung der reflektierten Impedanz einschließen, die dem Starten eines RFID-Tags entspricht.
39. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmten reflektierten Impedanzsignaturen, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind, vorbestimmten Kommunikationssignalen von einer nicht genehmigten Vorrichtung entsprechen.
40. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmten reflektierten Impedanzsignaturen, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind, eine vorbestimmte amplitudenmodulierte reflektierte Impedanz sind.
41. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei die vorbestimmten reflektierten Impedanzsignaturen, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind, eine vorbestimmte Kommunikationssequenz sind, die einen ersten Teil einer vollen Handshaking-Kommunikationssequenz umfasst, die normalerweise von einem RFID-Tag und -Leser vorgenommen wird.
42. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei das Erfassen von nicht genehmigten Vorrichtungen unter Verwendung von übertragenen Leistungspegeln erreicht wird, die niedriger sind als die vom Sender zum Erfassen und Übertragen von Leistung an genehmigte Vorrichtungen verwendeten.
43. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei das Objekterfassungssystem eine Leistungssendespule des induktiven Leistungssenders verwendet, um eine nicht genehmigte Vorrichtung zu erfassen.
44. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, wobei das Objekterfassungssystem ferner Erreger- und Erfassungsspulen umfasst, um die reflektierten Impedanzen zu bestimmen.
45. Objekterfassungssystem nach Anspruch 33, das konfiguriert ist, um die Leistungsübertragung durch den induktiven Leistungssender als Antwort auf das Erfassen einer nicht genehmigten Vorrichtung zu deaktivieren.
46. Induktiver Leistungssender, der Folgendes umfasst: mindestens eine Leistungssendespule, die konfiguriert ist, um ein induktives Leistungsübertragungs-(IPT)-Feld zu erzeugen; ein Objekterfassungssystem, das konfiguriert ist, um Objekte im oder angrenzend an das IPT-Feld zu erfassen; wobei das Objekterfassungssystem konfiguriert ist, um eine nicht genehmigte Vorrichtung zu erfassen.
47. Sender nach Anspruch 46, wobei die nicht genehmigte Vorrichtung nicht genehmigte Resonanzvorrichtungen einschließt.
48. Sender nach Anspruch 46, wobei die nicht genehmigte Vorrichtung RFID-Tags einschließt.
49. Sender nach Anspruch 46, wobei das Objekterfassungssystem konfiguriert ist, um die reflektierte Impedanz bei einer Vielzahl von vorbestimmten Frequenzen zu bestimmen.
50. Sender nach Anspruch 49, wobei die Vielzahl der vorbestimmten Frequenzen Resonanzfrequenzen für eine Vielzahl von genehmigten Resonanzvorrichtungen einschließt.
51. Sender nach Anspruch 49, wobei die Vielzahl der vorbestimmten Frequenzen Resonanzfrequenzen für eine Vielzahl von nicht genehmigten Resonanzvorrichtungen einschließt.
52. Sender nach Anspruch 49, wobei die Vielzahl von vorbestimmten Frequenzen das Scannen eines Bereichs von Frequenzen außerhalb derjenigen für genehmigte Resonanzvorrichtungen einschließt.
53. Sender nach Anspruch 49, der ferner eine gewobbelte oder mehrfach geschaltete Frequenzquelle umfasst, um eine Erregung über ein Frequenzspektrum zu erzeugen, und ein Erfassungssystem, das gewobbelt oder auf das Frequenzspektrum geschaltet ist.
54. Sender nach Anspruch 46, wobei das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um eine nicht genehmigte Vorrichtung zu erfassen, indem es bestimmt, dass die reflektierte Impedanz oberhalb eines Schwellenwerts bei Frequenzen außerhalb der Frequenzen liegt, die den genehmigten Vorrichtungen zugeordnet sind.
55. Sender nach Anspruch 54, wobei das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um eine nicht genehmigte Vorrichtung durch Erfassen vorbestimmter Änderungen von reflektierten Impedanzmessungen zu erfassen.
56. Sender nach Anspruch 55, wobei die vorbestimmten Änderungen eine zweistufige Änderung der Impedanz einschließen, die dem Starten eines RFID-Tags entspricht.
57. Sender nach Anspruch 55, wobei die vorbestimmten Änderungen vorbestimmten Kommunikationssignalen von einer nicht genehmigten Vorrichtung entsprechen.
58. Sender nach Anspruch 55, wobei die vorbestimmten Änderungen eine vorbestimmte amplitudenmodulierte reflektierte Impedanz sind.
59. Sender nach Anspruch 55, wobei die vorbestimmten Änderungen eine vorbestimmte Kommunikationssequenz sind, die einen ersten Teil einer vollen Handshaking-Kommunikationssequenz umfasst, die normalerweise von einem RFID-Tag und -Leser vorgenommen wird.
60. Sender nach Anspruch 46, wobei das Objekterfassungssystem konfiguriert ist, um eine Kommunikation mit einer oder mehreren nicht genehmigten Vorrichtungen zu versuchen, bevor die Leistungsübertragung versucht wird.
61. Sender nach Anspruch 46, wobei die Erfassung nicht genehmigter Vorrichtungen unter Verwendung von Tx-Leistungspegeln erreicht wird, die niedriger sind als jene, die verwendet werden, um mit genehmigten Vorrichtungen zu interagieren.
62. Sender nach Anspruch 46, wobei das Objekterfassungssystem die Leistungssendespule verwendet, um die nicht genehmigte Vorrichtung zu erfassen.
63. Sender nach Anspruch 46, wobei das Objekterfassungssystem Erreger- und Empfangsspulen verwendet, die von der Leistungssendespule getrennt sind.
64. Sender nach Anspruch 46, der konfiguriert ist, um die Leistungsübertragung als Antwort auf das Erfassen einer nicht genehmigten Vorrichtung zu deaktivieren.
65. Objekterfassungssystem für einen induktiven Leistungssender, wobei das Objekterfassungssystem Folgendes umfasst: eine Spule und eine Schaltung, die eingerichtet sind, um reflektierte Impedanzen bei einer Vielzahl von Frequenzen zu bestimmen; Speicher, der eingerichtet ist, um vorbestimmte Frequenzen zu speichern, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger und/oder vorbestimmten Frequenzen, die einem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet sind; und das Objekterfassungssystem eingerichtet ist, um einen nicht autorisierten Empfänger anzuzeigen als Antwort auf: Erfassen einer vorbestimmten Zunahme oder Abnahme der reflektierten Impedanz bei der vorbestimmten Frequenz, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet ist; und/oder Erfassen einer vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei einer Frequenz, die dem autorisierten induktiven Leistungsempfänger nicht zugeordnet ist.
66. System nach Anspruch 65, wobei der nicht autorisierte Empfänger einem RFID-Tag entspricht.
67. System nach Anspruch 65, wobei die vorbestimmte Zunahme oder Abnahme der reflektierten Impedanz eine Schwellenwerterhöhung über eine vorbestimmte Frequenzänderung ist.
68. System nach Anspruch 65, wobei das Objekterfassungssystem ferner eingerichtet ist, um den nicht autorisierten Empfänger anzuzeigen als Antwort auf: Erfassen einer Änderung der reflektierten Impedanz nach der zunächst erfassten vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei der vorbestimmten Frequenz, die dem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet ist; und/oder Erfassen einer Änderung der reflektierten Impedanz nach der zunächst erfassten vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei einer Frequenz, die dem autorisierten induktiven Leistungsempfänger nicht zugeordnet ist.
69. System nach Anspruch 65, wobei die Änderung der reflektierten Impedanz eine vorbestimmte Verringerung nach einer vorbestimmten Zeit ist.
70. System nach Anspruch 65, wobei das System eingerichtet ist, um die Spule mit unterschiedlichen Leistungspegeln anzutreiben, um reflektierte Impedanzen bei jedem Leistungspegel zu bestimmen.
71. System nach Anspruch 70, wobei die erfasste Änderung der reflektierten Impedanz als Antwort auf darauf bestimmt wird, dass die Spule mit einem anderen Leistungspegel angetrieben wird.
72. Verfahren zum Betreiben eines Objekterfassungssystems für einen induktiven Leistungssender, wobei das Objekterfassungssystem eine Spule und eine Schaltung umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Antreiben der Spule mit einem ersten Leistungspegel und Bestimmen einer ersten reflektierten Impedanz; Antreiben der Spule mit einem zweiten Leistungspegel und Bestimmen einer zweiten reflektierten Impedanz; wobei der zweite Leistungspegel, aber nicht der erste Leistungspegel ausreichend ist, um den Betrieb eines vorbestimmten nicht autorisierten Empfängers zu starten; Erfassen eines nicht autorisierten Empfängers als Antwort auf das Bestimmen einer vorbestimmten Differenz zwischen der ersten und zweiten reflektierten Impedanz.
73. Verfahren nach Anspruch 72, wobei die nicht autorisierte Vorrichtung ein RFID-Tag ist.
74. Verfahren zum Betreiben eines Objekterfassungssystems für einen induktiven Leistungssender, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen von reflektierten Impedanzen bei einer Vielzahl von Frequenzen; Anzeigen eines nicht autorisierten Empfängers als Antwort auf: Erfassen einer vorbestimmten Zunahme oder Abnahme der reflektierten Impedanz bei einer vorbestimmten Frequenz, die einem nicht autorisierten Empfänger zugeordnet ist; und/oder Erfassen einer vorbestimmten Zunahme der reflektierten Impedanz bei einer Frequenz, die einem autorisierten induktiven Leistungsempfänger nicht zugeordnet ist.
75. Verfahren zum Betreiben eines induktiven Leistungssenders, der eine Sendeschaltung mit einer Spule umfasst und auf eine erste Frequenz abgestimmt ist, und einen Wechselrichter, der betreibbar ist, um die Sendeschaltung mit der ersten Frequenz anzutreiben; das Verfahren umfassend: Antreiben der Sendeschaltung mit einer zweiten höheren Frequenz, um alle vorbestimmten nicht autorisierten Vorrichtungen in der Nähe der Spule zu erfassen; Modulieren der zweiten höheren Frequenz gemäß einem vorbestimmten Handshake-Signal, das durch die nicht autorisierten Vorrichtungen erkennbar ist; und Anzeigen der Anwesenheit der nicht autorisierten Vorrichtung als Antwort auf das Erfassen einer vorbestimmten Antwort.
76. Verfahren nach Anspruch 75, das ferner das Deaktivieren der Leistungsübertragung durch den induktiven Leistungssender als Antwort auf die Anzeige umfasst.
77. Verfahren nach Anspruch 75, wobei die vorbestimmte Antwort eine vorbestimmte dritte Frequenz umfasst.
78. Verfahren nach Anspruch 75, wobei, wenn ein autorisierter Empfänger eine nicht autorisierte Resonanzvorrichtung einschließt und das Handshake-Signal empfängt, die nicht autorisierte Resonanzvorrichtung deaktiviert ist.

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