KR20170102873A - 외부 이물들을 검출하는 시스템들, 방법들, 및 장치 - Google Patents

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KR20170102873A
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한스 페터 비드메르
루카스 시에베르
안드레아스 데트빌러
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

본 개시물의 하나의 양태가 물체 (1150) 를 검출하는 장치를 제공한다. 그 장치는 감지 코일 (1102) 을 포함한다. 그 장치는 감지 코일 (1102) 에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함한다. 그 프로세서는 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 그 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하도록 구성된다. 그 프로세서는 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량과 감지 코일의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체 (1150) 의 존재를 결정하도록 구성된다. 그 프로세서는 감지 코일의 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행한다.

Description

외부 이물들을 검출하는 시스템들, 방법들, 및 장치{SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUS FOR DETECTING FOREIGN OBJECTS}
본 개시물은 대체로 무선 전력 전달에 관한 것이고, 더 상세하게는 미리 결정된 공간에서 강자성 외부 이물 (foreign object) 들을 검출하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 방법들에 관한 것이다.
배터리와 같은 에너지 저장 디바이스로부터 수신된 전기로부터 도출된 운동 동력 (locomotion power) 을 포함하는 원격 시스템들, 이를테면 차량 (vehicle) 들이 도입되었다. 이러한 에너지 저장소 디바이스들은 주기적으로 충전되는 것이 필요하다. 예를 들어, 하이브리드 전기 차량 (electric vehicle) 들은 차량 제동과 전통적인 모터들로부터의 전력을 사용하여 차량들을 충전하는 온 보드 (on-board) 충전기들을 구비한다. 배터리 전기 차량들 (전기 차량들) 은 가정 또는 상업용 AC 공급 소스들과 같은 유선 교류 전류 (alternating current, AC) 의 일부 유형을 통해 충전될 것이 종종 제안된다. 유선 충전 접속들은 전력 공급부에 물리적으로 접속되는 케이블들 또는 다른 유사한 커넥터들을 요구한다. 케이블들과 유사한 커넥터들이 때때로 불편하거나 또는 다루기 힘들 수도 있고 다른 단점들을 가질 수도 있다. 전기 차량들을 충전하는데 사용될 자유 공간에서 (예컨대, 전자기장을 통해) 전력을 전달할 수 있는 무선 충전 시스템들이 유선 충전 솔루션들의 결함들 중의 일부를 극복할 수도 있다. 그러나, 전자기장들을 사용하는 것은 그 장 내에 위치된 잘 도통하는 (예컨대, 금속성 또는 강자성) 물체에서 와전류 (eddy current) 들을 유도하여, 잠재적으로 물체가 가열, 진동하게 하거나 또는 인근의 물체가 용융 또는 불이 붙게 할 수도 있다. 이처럼, 전기 차량들을 충전하기 위한 전력을 효율적으로 및 안전하게 전달하는 무선 충전 시스템들 및 방법들이 바람직하다.
첨부된 청구항들의 범위 내의 시스템들, 방법들 및 디바이스들의 다양한 구현예들은 각각이 여러 양태들을 가지며, 그것들 중 단일 하나만이 본원에서 설명되는 바람직한 속성들을 단독으로 담당하는 것은 아니다. 첨부의 청구항들의 범위를 제한하는 일 없이, 일부 두드러진 특징들이 본원에서 설명된다.
본 명세서에서 설명된 요지의 하나 이상의 구현예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 아래의 설명에서 언급된다. 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 상세한 설명, 도면들, 청구항들로부터 명확하게 될 것이다. 다음의 도면들의 상대적 치수들은 스케일대로 그려지지 않았을 수도 있음에 주의한다.
본 개시물의 하나의 양태는 물체를 검출하는 장치를 제공한다. 그 장치는 감지 코일을 포함한다. 그 장치는 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 그 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함한다. 그 프로세서는 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 그 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하도록 구성된다. 그 프로세서는 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량과 감지 코일의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하도록 구성된다.
본 개시물의 다른 양태는 물체의 존재를 검출하는 방법을 제공한다. 그 방법은 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 그 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 단계를 포함한다. 그 방법은 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 그 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하는 단계를 더 포함한다. 그 방법은 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량과 감지 코일의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 개시물의 또 다른 양태는, 실행되는 경우, 물체를 검출하는 장치로 하여금, 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하게 하는 코드를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 제공한다. 그 코드는, 실행되는 경우, 그 장치로 하여금, 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 그 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하게 한다. 그 코드는 또한, 실행되는 경우, 그 장치가 코일의 리액턴스에서의 변화량과 감지 코일의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하게 한다.
본 개시물의 또 다른 양태는 물체의 존재를 검출하는 장치를 제공한다. 그 장치는 물체를 감지하는 수단을 포함한다. 그 장치는 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 수단을 더 포함한다. 그 장치는 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 저항 값으로부터 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량을 결정하는 수단을 더 포함한다. 그 장치는 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량과 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하는 수단을 더 포함한다.
도 1은 일부 구현예들에 따른, 전기 차량을 충전하는 무선 전력 전달 시스템의 도면이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전달 시스템의 핵심 컴포넌트들의 개략도이다.
도 3은 도 1의 무선 전력 전달 시스템의 핵심 및 보조 컴포넌트들을 도시하는 다른 기능 블록도이다.
도 4는 일부 구현예들에 따른, 물체의 도전율 및 투자율이 바이어싱 정적 자기장에 대한 노출의 함수인 경우 유도 감지 코일을 사용하여 강자성 외부 이물을 검출하는 단순화된 회로의 도면이다.
도 5는 도 4의 강자성 외부 이물을 검출하는 단순화된 회로의 등가 회로도이다.
도 6은 일부 구현예들에 따른, 유도 감지 코일의 특성들에 대한 정적 자기장에의 강자성 외부 이물의 간헐적인 노출의 효과를 예시하는 타임 도이다.
도 7은 일부 구현예들에 따른, 물체의 도전율 및 투자율이 바이어싱 교류 자기장에 대한 노출의 함수인 유도 감지 코일을 사용하여 강자성 외부 이물을 검출하는 단순화된 회로의 도면이다.
도 8은 도 7의 강자성 외부 이물을 검출하는 단순화된 회로의 등가 회로도이다.
도 9는 일부 구현예들에 따른, 유도 감지 코일의 특성들에 대한 바이어싱 및 가열 교류 자기장에의 강자성 외부 이물의 간헐적인 노출의 효과를 예시하는 타임 도이다.
도 10은 일부 구현예들에 따른, 강자성 외부 이물이 바이어싱 교류 자기장에 노출되는 동안 유도 감지 코일 측정 포트에서 감지되는 전압 신호의 주파수 스펙트럼을 예시하는 도면이다.
도 11은 일부 구현예들에 따른, 연속 파형 응답 접근법에 기초한 강자성 외부 이물 검출 회로의 도면이다.
도 12는 일부 구현예들에 따른, 연속 파형 응답 접근법에 기초한 다른 강자성 외부 이물 검출 시스템의 도면이다.
도 13은 일부 구현예들에 따른, 임펄스 응답 접근법에 기초한 또 다른 강자성 외부 이물 검출 시스템의 도면이다.
도 14는 일부 구현예들에 따른, 동적 외부 이물 검출 임계값을 계산하는데 사용되는 감지 어레이에서의 복수의 유도 감지 코일들로부터 하이 패스 필터링된 센서 데이터를 예시하는 히스토그램이다.
도 15는 일부 구현예들에 따른, "물체 무존재" 상태에서의 및 "물체 존재" 상태에서의 감지 코일의 리액턴스 및 저항에서의 상대 변화들 사이의 관찰된 관계를 예시하는 그래프이다.
도 16은 일부 구현예들에 따른, 물체의 존재를 검출하는 방법의 흐름도이다.
도 17은 일부 구현예들에 따른, 물체의 존재를 검출하는 방법의 흐름도이다.
도면들에 예시된 다양한 특징부 (feature) 들은 축척에 맞추어 그려지지 않았을 수도 있다. 따라서, 다양한 특징부들의 치수들은 명료성을 위해 자의적으로 확대되거나 또는 축소될 수도 있다. 부가하여, 도면들 중 일부는 주어진 시스템, 방법 또는 디바이스의 컴포넌트들의 모두를 묘사하지는 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 참조 번호들은 명세서 및 도면들 전반에 걸쳐 유사한 특징부들을 표시하는데 사용될 수도 있다.
첨부된 도면들에 관련하여 아래에서 언급하는 상세한 설명은 구현예들의 설명으로서 의도되고 본 발명이 실용화될 수도 있는 구현예들만을 나타내도록 의도되지는 않는다. 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "예시적인"이란 용어는 "일 예, 사례 (instance), 또는 예시"로서 역할을 하고 다른 구현예들보다 바람직하거나 또는 유리한 것으로 반드시 해석되지는 않아야 한다. 상세한 설명은 구현예들의 철저한 이해를 제공할 목적으로 특정 세부사항들을 포함한다. 일부 경우들에서는, 일부 디바이스들이 블록도 형태로 도시된다.
전력을 무선으로 전달하는 것은 전기장들, 자기장들, 전자기장들에 연관된, 또는 그렇지 않으면 물리적 도전체들의 사용 없이 송신기로부터 수신기로 임의의 형태의 에너지를 전달하는 것을 지칭할 수도 있다 (예컨대, 전력은 자유 공간을 통해 전달될 수도 있다). 전자기 장 (예컨대, 자기장) 속으로 출력된 전력은 전력 전달을 성취하기 위해 "수신 커플러"에 의해 수신, 캡처, 또는 커플링될 수도 있다.
전기 차량이 원격 시스템을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는데, 그 전기 차량의 일 예는, 자신의 운동 능력들의 일부로서, 충전가능 에너지 저장 디바이스 (예컨대, 하나 이상의 재충전가능 전기화학적 셀들 또는 다른 유형의 배터리) 로부터 도출된 전력을 포함하는 차량이다. 비제한적인 예들로서, 일부 전기 차량들은 전기 모터들 외에도, 직접 운동을 위한 또는 차량의 배터리를 충전하기 위한 전통적인 연소 엔진을 포함하는 하이브리드 전기 차량들일 수도 있다. 다른 전기 차량들이 전력으로부터 모든 운동 능력을 끌어낼 수도 있다. 전기 차량이 자동차로 제한되지 않고 모터사이클들, 카트들, 스쿠터들 등을 포함할 수도 있다. 비제한적인 예로서, 원격 시스템이 전기 차량 (EV) 의 형태로 본 명세서에서 설명된다. 더욱이, 충전가능 에너지 저장 디바이스를 사용하여 적어도 부분적으로 전력을 공급받을 수도 있는 다른 원격 시스템들 (예컨대, 개인 컴퓨팅 디바이스들 등과 같은 전자 디바이스들) 이 또한 고려된다.
도 1은 일부 구현예들에 따른, 전기 차량 (112) 을 충전하는 무선 전력 전달 시스템 (100) 의 도면이다. 무선 전력 전달 시스템 (100) 은 전기 차량 (112) 이 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 근처에 주차되어 있는 동안 전기 차량 (112) 의 충전을 가능하게 한다. 두 개의 전기 차량들을 위한 공간들이 대응하는 베이스 무선 충전 시스템 (102a 및 102b) 상의 주차될 주차 영역에서 예시되어 있다. 일부 구현예들에서, 로컬 분배 센터 (130) 가 전력 백본 (132) 에 접속되고 전력 링크 (110) 를 통해 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 교류 전류 (AC) 또는 직류 전류 (direct current, DC) 공급을 제공하도록 구성될 수도 있다. 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 은 전력을 무선으로 전달 또는 수신하기 위한 베이스 시스템 커플러 (104a) 를 또한 구비한다. 전기 차량 (112) 이 배터리 유닛 (118), 전기 차량 커플러 (116), 및 전기 차량 무선 충전 시스템 (114) 을 구비할 수도 있다. 베이스 무선 충전 시스템들 (102a 및 102b) 의 각각은 전력을 무선으로 전달하기 위한 베이스 커플러 (104a 및 104b) 를 각각 또한 포함한다. 일부 다른 구현예들 (도 1에 도시되지 않음) 에서, 베이스 커플러들 (104a 또는 104b) 은 자립형 물리적 유닛들일 수도 있고 베이스 무선 충전 시스템 (102a 또는 102b) 의 일부는 아니다. 전기 차량 커플러 (116) 는, 예를 들어, 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 의해 생성된 전자기장의 지역을 통해 베이스 시스템 커플러 (104a) 와 상호작용할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 전기 차량 커플러 (116) 는 전기 차량 커플러 (116) 가 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 의해 생성된 에너지 장에 위치되는 경우 전력을 수신할 수도 있다. 그 장은 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 의해 출력된 에너지가 전기 차량 커플러 (116) 에 의해 캡처될 수도 있는 지역에 해당한다. 예를 들어, 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 의해 출력된 에너지는 전기 차량 (112) 을 충전하는데 또는 그 전기 차량에 전력을 공급하는데 충분한 레벨에 있을 수도 있다. 일부 경우들에서, 그 장은 베이스 시스템 커플러 (104a) 의 "근접 장 (near field)"에 해당할 수도 있다. 근접 장은 베이스 시스템 커플러 (104a) 로부터 멀리로는 전력을 방사하지 않는 베이스 시스템 커플러 (104a) 에서의 전류들 및 전하들로부터 생기는 강한 반응성 장들이 있는 지역에 해당할 수도 있다. 일부 경우들에서 근접 장은 아래에서 더 설명될 바와 같이 베이스 시스템 커플러 (104a) 의 파장의 약 1/2π 내에 있는 지역에 해당할 수도 있다 (그리고 전기 차량 커플러 (116) 의 경우 반대이다).
국부 분배부 (130) 는 통신 백홀 (backhaul) (134) 을 통해 외부 소스들 (예컨대, 전력 그리드) 과, 그리고 통신 링크 (108) 를 통해 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 과 통신하도록 구성될 수도 있다.
일부 구현예에서 전기 차량 커플러 (116) 는 베이스 시스템 커플러 (104a) 와 정렬되고, 그러므로, 단순히, 전기 차량 (112) 을 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 대해 올바르게 포지셔닝하는 운전자에 의해 근접 장 지역 내에 배치될 수도 있다. 다른 구현예들에서, 운전자에게는 전기 차량 (112) 이 무선 전력 전달을 위해 적절히 배치되는 경우를 결정하기 위해 시각적, 청각적, 또는 촉각 피드백, 또는 그것들의 조합들이 주어질 수도 있다. 또 다른 구현예들에서, 전기 차량 (112) 은, 정렬 에러가 허용가능 (tolerable) 값에 도달하기까지 전기 차량 (112) 을 앞뒤로 (예컨대, 지그재그 이동으로) 이동시킬 수도 있는 오토파일럿 (autopilot) 시스템에 의해 포지셔닝될 수도 있다. 이는, 전기 차량 (112) 에 서보 스티어링 휠, 초음파 센서들, 및 차량을 조정하기 위한 지능이 제공된다면, 최소 운전자 개입만으로 또는 그러한 개입 없이 전기 차량 (112) 에 의해 자동으로 그리고 자체적으로 수행될 수도 있다. 또 다른 구현예들에서, 전기 차량 커플러 (116), 베이스 시스템 커플러 (104a), 또는 그것들의 조합이 커플러들 (116 및 104a) 을 더욱 정확히 지향시키고 그것들 간에 더욱 효율적인 커플링을 일으키기 위해 그 커플러들을 서로에 대해 변위 및 이동시키는 기능을 가질 수도 있다.
베이스 무선 충전 시스템 (102a) 은 다양한 로케이션들에 위치될 수도 있다. 비제한적 예들로서, 일부 적합한 로케이션들이 전기 차량 (112) 소유자의 집에 있는 파킹 영역, 기존의 석유계 주유소 (petroleum-based filling station) 들 뒤에 모델링된 전기 차량 무선 충전을 위해 예비된 파킹 영역들, 그리고 쇼핑 센터들 및 근무처들과 같은 다른 로케이션들에 있는 주차장들을 포함한다.
전기 차량들을 무선으로 충전하는 것은 수많은 이점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 충전은 운전자 개입 및 조작들 없이 자동으로, 가상적으로 수행됨으로써 사용자에 대한 편의를 개선할 수도 있다. 또한 노출된 전기 접촉들이 없고 기계적 마모가 없음으로써, 무선 전력 전달 시스템 (100) 의 신뢰성을 개선할 수도 있다. 케이블들 및 커넥터들을 이용한 조작들이 필요하지 않을 수도 있고, 실외 환경에서 습기나 물에 노출될 수도 있는 케이블들, 플러그들, 또는 소켓들이 없을 수도 있음으로써, 안전성을 개선한다. 가시적 또는 액세스 가능 소켓들, 케이블들, 및 플러그들이 또한 없을 수도 있음으로써, 전력 충전 디바이스들의 잠재적인 공공기물 파손을 감소시킨다. 게다가, 전기 차량 (112) 이 전력 그리드를 안정화하기 위해 분산된 저장 디바이스들로서 사용될 수도 있으므로, 도킹-대-그리드 (docking-to-grid) 해결책이 차량-대-그리드 (Vehicle-to-Grid; V2G) 동작을 위한 차량들의 가용성을 증가시키는데 사용될 수도 있다.
도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 무선 전력 전달 시스템 (100) 이 또한, 미학적이고 방해가 되지 않는 장점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 차량들 및/또는 보행자들에 대해 방해가 될 수도 있는 충전 컬럼 (charge column) 들 및 케이블들이 없을 수도 있다.
차량-대-그리드 능력의 추가의 설명으로서, 무선 전력 송신 및 수신 능력들은 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 이 전력을 전기 차량 (112) 으로 전달하고, 예컨대, 에너지 부족 시에 전기 차량 (112) 이 전력을 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 전달하도록 상호적으로 구성될 수도 있다. 이 능력은 전기 차량들이 재생가능 (renewable) 에너지 생산 (예컨대, 바람 또는 태양) 에서의 과잉 수요 또는 부족분에 의해 초래된 에너지 부족 시에 전체 분배 시스템에 전력을 기부하는 것을 허용함으로써 전력 분배 그리드를 안정화하는데 유용할 수도 있다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전달 시스템 (100) 의 핵심 컴포넌트들의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전달 시스템 (200) 은 인덕턴스 (L1) 를 갖는 베이스 시스템 커플러 (204) 를 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 를 포함할 수도 있다. 무선 전력 전달 시스템 (200) 은 인덕턴스 (L2) 를 갖는 전기 차량 커플러 (216) 를 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 를 더 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 구현예들은, 일차 및 이차 커펄러들 (예컨대, 코일들) 양쪽 모두가 공통 공진 주파수로 튜닝되면, 일차 구조체 (송신기) 로부터의 에너지를 자기적 또는 전자기적 근접 장을 통해 이차 구조체 (수신기) 로 효율적으로 커플링할 수 있는 공진 구조를 형성하는 용량적으로 로드된 와이어 루프들 (즉, 다중-권선 코일들) 을 사용할 수도 있다. 그 코일들은 전기 차량 커플러 (216) 및 베이스 시스템 커플러 (204) 를 위해 사용될 수도 있다. 에너지를 커플링하기 위한 공진 구조들을 사용하는 것은 "자기적 커플링된 공진", "전자기적 커플링된 공진", 및/또는 "공진 유도"라고 지칭될 수도 있다. 무선 전력 전달 시스템 (200) 의 동작은 베이스 무선 충전 시스템 (202) 으로부터 전기 차량 (112) 으로의 전력 전달에 기초하여 설명될 것이지만, 그렇게 제한되지는 않는다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 전기 차량 (112) 은 전력을 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 전달할 수도 있다.
도 2를 참조하여, 전력 공급부 (208) (예컨대, AC 또는 DC) 가 에너지를 전기 차량 (112) 으로 전달하기 위해 전력 (PSDC) 을 베이스 무선 충전 시스템 (202) 으로 공급한다. 베이스 무선 충전 시스템 (202) 은 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 를 포함한다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 는 표준 본선 (mains) AC로부터의 전력을 적합한 전압 레벨에서의 DC 전력으로 변환하도록 구성된 AC/DC 변환기와 같은 회로와, DC 전력을 무선 고 전력 전달에 적합한 동작 주파수의 전력으로 변환하도록 구성된 DC/저 주파수 (low frequency, LF) 변환기를 구비할 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 는, 원하는 주파수에서 전자기장을 방출하는 베이스 시스템 커플러 (204) 와는 직렬로 커패시터 (C1) 를 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 에 전력 (P1) 을 공급한다. 커패시터 (C1) 는 베이스 시스템 커플러 (204) 와는 병렬로 또는 직렬로 중 어느 하나로 커플링될 수도 있거나, 또는 병렬 또는 직렬 토폴로지의 임의의 조합으로 여러 반응성 엘리먼트들로 형성될 수도 있다. 커패시터 (C1) 는 원하는 주파수에서 공진하는 베이스 시스템 커플러 (204) 와 공진 회로를 형성하도록 제공될 수도 있다. 베이스 시스템 커플러 (204) 는 전력 (P1) 을 수신하고 전기 차량 (112) 을 충전하기에 또는 그 전기 차량에 전력을 공급하기에 충분한 레벨의 전력을 무선으로 송신한다. 예를 들어, 베이스 시스템 커플러 (204) 에 의해 무선으로 제공된 전력 레벨은 킬로와트 (kW) 정도 (예컨대, 대체로 1 kW부터 110 kW까지 또는 그것보다 더 높거나 또는 더 낮음) 일 수도 있다.
베이스 시스템 커플러 (204) 를 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 와 전기 차량 커플러 (216) 를 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 는, 실질적으로 동일한 주파수들로 튜닝될 수도 있고, 베이스 시스템 커플러 (204) 및 전기 차량 커플러 (216) 중 하나에 의해 송신된 전자기장의 근접 장 내에 위치될 수도 있다. 이 경우, 베이스 시스템 커플러 (204) 와 전기 차량 커플러 (116) 는 커패시터 C2 및 전기 차량 커플러 (116) 를 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 에 전력이 전달될 수도 있도록 서로 커플링될 수도 있다. 커패시터 C2는 소망의 주파수에서 공진하는 전기 차량 커플러 (216) 와 공진 회로를 형성하도록 제공될 수도 있다. 커패시터 C2는 전기 차량 커플러 (204) 와는 병렬로 또는 직렬로 중 어느 하나로 커플링될 수도 있거나, 또는 병렬 또는 직렬 토폴로지의 임의의 조합으로 여러 반응성 엘리먼트들로 형성될 수도 있다. 엘리먼트 k(d)는 코일 분리거리 (d) 로 생기는 상호 커플링 계수를 나타낸다. 등가 저항들 (Req,1 및 Req,2) 은 커플러들 (204 및 216) 과 안티-리액턴스 (anti-reactance) 커패시터들 (C1 및 C2) 에 내재할 수도 있는 손실들을 나타낸다. 전기 차량 커플러 (316) 및 커패시터 (C2) 를 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 는 전력 (P2) 을 수신하고 그 전력 (P2) 을 전기 차량 충전 시스템 (214) 의 전기 차량 전력 변환기 (238) 에 제공한다.
전기 차량 전력 변환기 (238) 는, 무엇보다도, 동작 주파수에서의 전력을 전기 차량 배터리 유닛 (218) 의 전압 레벨에 매칭된 전압 레벨에서의 DC 전력으로 되 변환하도록 구성된 LF/DC 변환기를 구비할 수도 있다. 전기 차량 전력 변환기 (238) 는 변환된 전력 (PLDC) 을 전기 차량 배터리 유닛 (218) 에 제공할 수도 있다. 전력 공급부 (208), 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236), 및 베이스 시스템 커플러 (204) 는 정적 (stationary) 이고 위에서 논의된 바와 같은 다양한 로케이션들에 위치될 수도 있다. 배터리 유닛 (218), 전기 차량 전력 변환기 (238), 및 전기 차량 커플러 (216) 는 전기 차량 (112) 의 일부 또는 배터리 팩 (도시되지 않음) 의 일부인 전기 차량 충전 시스템 (214) 내에 포함될 수도 있다. 전기 차량 충전 시스템 (214) 은 그리드로 전력을 되 피드하기 위해 전력을 전기 차량 커플러 (216) 를 통해 베이스 무선 충전 시스템 (202) 에 무선으로 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 전기 차량 커플러 (216) 및 베이스 시스템 커플러 (204) 의 각각은 동작의 모드에 기초하여 송신 또는 수신 커플러들로서 역할을 할 수도 있다.
도시되지 않았지만, 무선 전력 전달 시스템 (200) 은 무선 전력 전달 시스템 (200) 으로부터 전기 차량 배터리 유닛 (218) 또는 전력 공급부 (208) 를 안전하게 접속해제하기 위해 부하 접속해제 유닛 (load disconnect unit; LDU) 을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 긴급 또는 시스템 장애의 경우, LDU는 무선 전력 전달 시스템 (200) 으로부터 부하를 접속해제하도록 트리거될 수도 있다. LDU는 배터리에 대한 충전을 관리하게 위해 배터리 관리 시스템 (battery management system) 에 추가로 제공될 수도 있거나, 또는 그것은 배터리 관리 시스템의 일부일 수도 있다.
게다가, 전기 차량 충전 시스템 (214) 은 전기 차량 전력 변환기 (238) 에 전기 차량 커플러 (216) 를 선택적으로 접속하고 접속해제하기 위한 스위칭 회로 (도시되지 않음) 를 구비할 수도 있다. 전기 차량 커플러 (216) 를 접속해제하는 것은 충전을 중지시킬 수도 있고, 베이스 무선 충전 시스템 (102a) (송신기로서 역할을 함) 에 의해 "보이는" 바와 같은 "부하"를 또한 조정할 수도 있는데, 이는 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로부터 전기 차량 충전 시스템 (114) (수신기로서 역할을 함) 을 "숨기는 (cloak)"데 사용될 수도 있다. 송신기가 부하 감지 회로를 포함하면 부하 변경들이 검출될 수도 있다. 따라서, 송신기, 이를테면 베이스 무선 충전 시스템 (202) 은, 수신기들, 이를테면 전기 차량 충전 시스템 (114) 이 베이스 시스템 커플러 (204) 의 근접 장에 존재하는 경우를 결정하기 위한 메커니즘을 가질 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 동작 시, 차량 또는 배터리 쪽으로의 에너지 전달을 가정하면, 베이스 시스템 커플러 (204) 가 에너지 전달을 제공하기 위한 장을 생성하도록 입력 전력이 전력 공급부 (208) 로부터 제공된다. 전기 차량 커플러 (216) 는 방사된 장에 커플링되고 전기 차량 (112) 에 의한 저장 또는 소비를 위한 출력 전력을 생성한다. 위에서 설명된 바와 같이, 일부 구현예들에서, 베이스 시스템 커플러 (204) 와 전기 차량 커플러 (116) 는 전기 차량 커플러 (116) 의 공진 주파수와 베이스 시스템 커플러 (204) 의 공진 주파수가 매우 가깝거나 또는 실질적으로 동일한 경우가 되도록 상호 공진 관계에 따라 구성된다. 베이스 무선 충전 시스템 (202) 및 전기 차량 충전 시스템 (214) 사이의 송신 손실들은 전기 차량 커플러 (216) 가 베이스 시스템 커플러 (204) 의 근접 장에 위치되는 경우 최소이다.
언급된 바와 같이, 전자기파에서의 에너지의 대부분을 원거리 장 (far-field) 으로 전파하는 대신 송신 커플러의 근접 장에서의 에너지의 큰 부분을 수신 커플러에 커플링함으로써 효율적인 에너지 전달이 일어난다. 근접 장에 있는 경우, 커플링 모드가 송신 커플러 및 수신 커플러 사이에 확립될 수도 있다. 이 근접 장 커플링이 발생할 수도 있는 커플러들 주위의 영역은 본원에서 근접 장 커플링 모드 지역이라고 지칭된다.
도시되진 않았지만, 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 와 전기 차량 전력 변환기 (238) 는 양쪽 모두가 발진기, 전력 증폭기와 같은 드라이버 회로, 필터, 및 무선 전력 커플러와의 효율적인 커플링을 위한 매칭 회로를 구비할 수도 있다. 발진기는 조정 신호에 응답하여 조정될 수도 있는 원하는 주파수를 생성하도록 구성될 수도 있다. 발진기 신호는 제어 신호들에 응답하는 증폭량으로 전력 증폭기에 의해 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로는 고조파 또는 다른 원치 않은 주파수들을 필터링하고 전력 변환 모듈의 임피던스를 무선 전력 커플러와 매칭시키도록 구성될 수도 있다. 전력 변환기들 (236 및 238) 은 배터리를 충전하기 위한 적합한 전력 출력을 생성하는 정류기 및 스위칭 회로를 또한 구비할 수도 있다.
개시된 구현예들 전체를 통해 설명되는 바와 같은 전기 차량 커플러 (216) 와 베이스 시스템 커플러 (204) 는, "루프" 안테나들, 더 구체적으로는, 다중-권선 (multi-turn) 루프 안테나들로서 지칭되거나 또는 구성될 수도 있다. 커플러들 (204 및 216) 은 "자성 (magnetic)" 안테나들이라고 또한 본원에서 지칭되거나 또는 구성될 수도 있다. "커플러"라는 용어는 다른 "커플러"에 커플링하기 위한 에너지를 무선으로 출력 또는 수신할 수도 있는 컴포넌트를 지칭하려는 것이다. 그 커플러는 전력을 무선으로 출력하거나 또는 수신하도록 구성되는 유형의 "안테나"로서 또한 지칭될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 커플러들 (204 및 216) 은 전력을 무선으로 출력하며, 무선으로 수신하며, 및/또는 무선으로 중계하도록 구성되는 유형의 "전력 전달 컴포넌트들"의 예들이다. 루프 (예컨대, 다중-권선 루프) 안테나들이 공심 (air core) 또는 페라이트 코어와 같은 물리적 코어를 구비하도록 구성될 수도 있다. 공심 루프 안테나가 코어 영역 내의 다른 컴포넌트들의 배치를 허용할 수도 있다. 강자성 또는 강자성 재료들을 포함하는 물리적 코어 안테나들은 더 강한 전자기장의 전개와 개선된 커플링을 허용할 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 송신기 및 수신기 사이의 에너지의 효율적인 전달은 송신기 및 수신기 사이의 매칭된 또는 거의 매칭된 공진 동안 발생한다. 그러나, 심지어 송신기 및 수신기 사이의 공진이 매칭되지 않는 경우에도, 에너지는 더 낮은 효율로 전달될 수도 있다. 에너지의 전달은, 송신 커플러로부터의 에너지를 자유 공간 속으로 전파하기보다는 송신 커플러의 근접 장으로부터의 에너지를 이 근접 장이 확립되는 지역 내에 (예컨대, 공진 주파수의 미리 결정된 주파수 범위 내에, 또는 근접 장 지역의 미리 결정된 거리 내에) 존재하는 수신 커플러에 커플링함으로써 발생한다.
공진 주파수가 위에서 설명된 바와 같은 커플러 (예컨대, 베이스 시스템 커플러 (204)) 를 포함하는 송신 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스에 기초할 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕턴스는 일반적으로 커플러의 인덕턴스일 수도 있는 반면, 커패시턴스는 원하는 공진 주파수에서 공진 구조를 생성하기 위해 커플러에 추가될 수도 있다. 비제한적 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전자기장을 생성하는 공진 회로 (예컨대, 베이스 시스템 송신 회로 (206)) 를 만들기 위해 커패시터가 커플러와는 직렬로 추가될 수도 있다. 따라서, 더 큰 지름의 커플러들에 대해, 공진을 유도하기 위해 필요한 커패시턴스의 값은 커플러의 지름 또는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소할 수도 있다. 인덕턴스는 코일의 권수 (number of turns) 에 또한 의존할 수도 있다. 더욱이, 커플러의 지름이 증가함에 따라, 근접 장의 효율적인 에너지 전달 영역이 증가할 수도 있다. 다른 공진 회로들이 가능하다. 다른 비제한적인 예로서, 커패시터가 커플러의 두 개의 단자들 간에 병렬로 배치될 수도 있다 (예컨대, 병렬 공진 회로). 더욱이 커플러가 공진을 개선하는 그리고 커플러의 손실들을 감소시키는 고품질 (Q) 팩터를 갖도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, 본래의 Q 팩터는 300 이상일 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 일부 구현예들에 따르면, 서로의 근접 장에 있는 두 개의 커플러들 간의 커플링 전력이 개시된다. 위에서 설명된 바와 같이, 근접 장은 전자기장들이 존재하지만 커플러로부터 멀리 전파되거나 방사되지 않을 수도 있는 커플러 주위의 지역에 대응할 수도 있다. 근접 장 커플링-모드 지역들은 커플러의 물리적 체적에 가까운, 일반적으로 파장의 작은 분율 (fraction) 내에 있는 체적에 해당할 수도 있다. 일부 구현예들에 따르면, 전자기 커플러들, 이를테면 단일 및 다중-권선 루프 안테나들이, 송신 및 수신 양쪽 모두를 위해 사용되는데, 실제 구현예들에서의 자기적 근접 장 진폭들이 전기식 안테나 (예컨대, 작은 다이폴) 의 전기적 근접 장들과 비교하여 자기식 (magnetic type) 코일들에 대해 더 높은 경향이 있어서이다. 이는 쌍 간에 잠재적으로 더 높은 커플링을 허용한다. 더욱이, "전기" 안테나들 (예컨대, 다이폴들과 모노폴들) 또는 자기 및 전기 안테나들의 조합이 사용될 수도 있다.
도 3은 도 1의 무선 전력 전달 시스템 (100) 의 핵심 및 보조 컴포넌트들을 도시하는 그리고/또는 도 2의 무선 전력 전달 시스템 (200) 이 그것의 일부일 수도 있는 다른 기능 블록도이다. 무선 전력 전달 시스템 (300) 은 통신 링크 (376), 안내 링크 (366), 및 베이스 시스템 커플러 (304) 및 전기 차량 커플러 (316) 중 하나 또는 둘 다를 베이스 정렬 시스템 (352) 및 전기 차량 정렬 시스템들 (354) 을 통해 기계적으로 이동시킬 수 있는 정렬 메커니즘 (356) 을 예시한다. 안내 링크 (366) 는 양방향 시그널링을 할 수 있으며, 이는 안내 신호들이 베이스 안내 시스템 (362) 또는 전기 차량 안내 시스템 (364) 에 의해 또는 둘 다에 의해 방출될 수도 있다는 것을 의미한다. 도 2를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 그리고 에너지가 전기 차량 (112) 쪽으로 흐르는 것을 가정하면, 도 3에서, 베이스 충전 시스템 전력 인터페이스 (348) 가 전력 소스, 이를테면 AC 또는 DC 전력 공급부 (126) 로부터 충전 시스템 전력 변환기 (336) 로 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (336) 는 베이스 시스템 커플러 (304) 를 그것의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 여기시키기 위해 베이스 충전 시스템 전력 인터페이스 (348) 로부터 AC 또는 DC 전력을 수신할 수도 있다. 전기 차량 커플러 (316) 는, 근접 장 커플링-모드 지역에 있는 경우, 공진 주파수에서 또는 그 공진 주파수 근처에서 근접 장 커플링 모드 지역으로부터 에너지를 수신할 수도 있다. 전기 차량 전력 변환기 (338) 는 전기 차량 커플러 (316) 로부터의 발진 신호를 전기 차량 전력 인터페이스를 통해 배터리를 충전하기에 적합한 전력 신호로 변환한다.
베이스 무선 충전 시스템 (302) 은 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 를 구비하고 전기 차량 충전 시스템 (314) 은 전기 차량 제어기 (344) 를 구비한다. 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 는 예를 들어, 컴퓨터와 같은 다른 시스템들 (도시되지 않음), 그리고 배전 센터, 또는 스마트 전력 그리드에 대한 베이스 충전 시스템 통신 인터페이스 (358) 를 구비할 수도 있다. 전기 차량 제어기 (344) 는 예를 들어, 차량 상의 온 보드 (on-board) 컴퓨터와 같은 다른 시스템들 (도시되지 않음), 다른 배터리 충전 제어기, 차량들 내의 다른 전자 시스템들, 및 원격 전자 시스템들에 대한 전기 차량 통신 인터페이스를 구비할 수도 있다.
베이스 충전 시스템 제어기 (342) 와 전기 차량 제어기 (344) 는 별개의 통신 채널들과의 특정 애플리케이션을 위한 서브시스템들 또는 모듈들을 구비할 수도 있다. 이들 통신 채널들은 별개의 물리적 채널들 또는 별개의 논리적 채널들일 수도 있다. 비제한적 예들로서, 베이스 충전 정렬 시스템 (352) 이 베이스 시스템 커플러 (304) 와 전기 차량 커플러 (316) 를 자율적, 기계적 (운동학적) 정렬을 통해 또는 오퍼레이터 지원으로 더욱 밀접하게 정렬하기 위한 피드백 메커니즘을 제공하기 위해 통신 링크 (376) 를 통해 전기 차량 정렬 시스템 (354) 과 통신할 수도 있다. 마찬가지로, 베이스 충전 안내 시스템 (362) 이 베이스 시스템 커플러 (304) 와 전기 차량 커플러 (316) 를 정렬함에 있어서 오퍼레이터를 안내하는 피드백 메커니즘을 제공하기 위해 안내 링크 (366) 를 통해 전기 차량 안내 시스템 (364) 과 통신할 수도 있다. 덧붙여서, 베이스 무선 충전 시스템 (302) 과 전기 차량 충전 시스템 (314) 간에 다른 정보를 통신하기 위해 베이스 충전 통신 시스템 (372) 과 전기 차량 통신 시스템 (374) 에 의해 지원되는 별도의 범용 통신 링크들 (예컨대, 채널들) 이 있을 수도 있다. 이 정보는 전기 차량 특성들, 배터리 특성들, 충전 스테이터스, 그리고 베이스 무선 충전 시스템 (302) 및 전기 차량 충전 시스템 (314) 양쪽 모두의 전력 능력들에 관한 정보, 뿐만 아니라 전기 차량 (112) 에 대한 유지보수 및 진단 데이터를 포함할 수도 있다. 이들 통신 채널들은 예를 들어, 블루투스, zigbee, 셀룰러 등과 같은 별개의 물리적 통신 채널들일 수도 있다.
전기 차량 제어기 (344) 는, 전기 차량 주 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 배터리 관리 시스템 (BMS) (도시되지 않음), 마이크로파 또는 초음파 레이더 원리들에 기초한 주차 지원 시스템, 반 자동 주차 동작을 수행하도록 구성된 브레이크 시스템, 및 더 높은 주차 정확도를 제공하며, 따라서 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 및 전기 차량 충전 시스템 (114) 중 임의의 것에서의 기계적 수평 커플러 정렬에 대한 필요를 감소시킬 수도 있는 대단히 자동화된 주차의 '파크 바이 와이어 (park by wire) '를 지원하도록 구성된 스티어링 휠 서보 시스템을 또한 구비할 수도 있다. 게다가, 전기 차량 제어기 (344) 는 전기 차량 (112) 의 전자기기와 통신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전기 차량 제어기 (344) 는 시각적 출력 디바이스들 (예컨대, 대시보드 디스플레이), 음향/오디오 출력 디바이스들 (예컨대, 버저, 스피커들), 기계식 입력 디바이스들 (예컨대, 키보드, 터치 스크린, 및 조이스틱, 트랙볼 등과 같은 포인팅 디바이스들), 및 오디오 입력 디바이스들 (예컨대, 전자 음성 인식을 갖는 마이크로폰) 과 통신하도록 구성될 수도 있다.
더욱이, 무선 전력 전달 시스템 (300) 은 검출 및 센서 시스템들을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 전달 시스템 (300) 은 운전자 또는 차량을 충전 스폿으로 적절히 안내하는 시스템들과 함께 사용하기 위한 센서들, 요구된 분리/커플링으로 커플러들을 수동으로 정렬하기 위한 센서들, 커플링을 성취하기 위해 전기 차량 커플러 (316) 가 특정 높이 및/또는 포지션으로 이동하는 것을 막을 수도 있는 물체들을 검출하기 위한 센서들, 및 시스템의 신뢰성 있는, 손상 없고, 안전한 동작을 수행하기 위해 시스템들과 함께 사용하기 위한 안전 센서들을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 안전 센서는, 안전 반경을 넘어서 무선 전력 커플러들 (104a, 116) 에 접근하는 동물들 또는 아이들의 존재의 검출, 가열 (유도 가열) 될 수도 있는 베이스 시스템 커플러 (304) 근처의 물체들의 검출, 베이스 시스템 커플러 (304) 상의 백열성 물체 (incandescent object) 들과 같은 위험한 이벤트들의 검출, 그리고 베이스 무선 충전 시스템 (302) 및 전기 차량 충전 시스템 (314) 컴포넌트들의 온도 모니터링을 위한 센서를 포함할 수도 있다.
무선 전력 전달 시스템 (300) 은 유선 접속을 통한 플러그 인 충전을 또한 지원할 수도 있다. 유선 충전 포트가, 전기 차량 (112) 으로 또는 그 전기차량으로부터 전력을 전달하기 전에 두 개의 상이한 충전기들의 출력들을 통합할 수도 있다. 스위칭 회로들은 무선 충전 및 유선 충전 포트를 통한 충전 양쪽 모두를 지원하는데 필요한 대로 기능을 제공할 수도 있다.
베이스 무선 충전 시스템 (302) 과 전기 차량 충전 시스템 (314) 간에 통신하기 위해, 무선 전력 전달 시스템 (300) 은 대역내 (in-band) 시그널링과 대역외 시그널링 양쪽 모두를 사용할 수도 있다. 대역외 통신은 RF 데이터 모뎀 (예컨대, 비허가 (unlicensed) 대역에서의 라디오를 통한 이더넷) 을 사용하여 수행될 수도 있다. 대역외 통신은 차량 사용자/소유자에 대한 가치-부가 (value-add) 서비스들의 할당을 위한 충분한 대역폭을 제공할 수도 있다. 무선 전력 캐리어의 낮은 깊이 진폭 또는 위상 변조가 최소 간섭을 갖는 대역내 시그널링 시스템으로서 역할을 할 수도 있다.
덧붙여서, 일부 통신이 특정 통신 안테나들을 사용하는 일 없이 무선 전력 링크를 통해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 커플러들 (304 및 316) 은 무선 통신 송신기들로서 역할을 하도록 또한 구성될 수도 있다. 따라서, 베이스 무선 충전 시스템 (302) 의 일부 구현예들은 무선 전력 경로 상의 키잉 (keying) 형 프로토콜을 가능하게 하기 위한 제어기 (도시되지 않음) 를 구비할 수도 있다. 미리 정의된 프로토콜로 미리 정의된 간격들에서 송신 전력 레벨을 키잉 (진폭 시프트 키잉) 함으로써, 수신기는 송신기로부터의 직렬 통신을 검출할 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (336) 는 베이스 시스템 커플러 (304) 에 의해 생성된 근접 장의 부근에서 액티브 전기 차량 수신기들의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 부하 감지 회로 (도시되지 않음) 를 구비할 수도 있다. 예로서, 부하 감지 회로가 전력 증폭기로 흐르는 전류를 모니터링하는데, 그 전류는 베이스 시스템 커플러 (104a) 에 의해 생성된 근접 장의 부근에서의 액티브 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받는다. 전력 증폭기 상의 로딩에 대한 변경들의 검출은 에너지를 송신하기 위한 발진기를 인에이블시킬지의 여부, 액티브 수신기와 통신할 지의 여부, 또는 그것들의 조합을 결정함에 있어서의 사용을 위해 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 에 의해 모니터링될 수도 있다.
무선 고 전력 전달을 가능하게 하기 위해, 일부 구현예들은 20~150 kHz 범위의 주파수에서 전력을 전달하도록 구성될 수도 있다. 이 낮은 동작 주파수 커플링은 고체 상태 디바이스들을 사용하여 성취될 수도 있는 고도로 효율적인 전력 변환을 허용할 수도 있다. 덧붙여서, 다른 대역들에 비해 라디오 시스템들과 공존하는 문제들이 거의 없을 수도 있다.
유도 충전에 대해, 에너지 전달 레이트 (전력 레벨), 동작 주파수, 일차 및 이차 자기 구조체들의 사이즈 및 설계 그리고 그것들 간의 거리에 의존하여, 일부 로케이션들에 있는 에어 갭에서의 유속 (flux) 밀도는 0.5 mT를 초과할 수도 있고 수 밀리테슬라에 이를 수도 있다. 특정한 양의 도전성 재료 (예컨대, 금속) 를 포함하는 물체가 일차 및 이차 구조체들 간의 공간 속에 삽입되면, 전력 손실 및 후속하는 가열 효과들로 이어질 수도 있는 와전류들이 이 물체에서 생성된다 (패러데이 또는 렌츠의 법칙). 이 유도 가열 효과는 자속 밀도, 시변 자기장 (교류 자기장) 의 주파수, 그리고 물체의 도전성 구조의 사이즈, 형상, 배향 및 도전율에 따라 달라진다. 물체가 자기장에 충분히 긴 시간 동안 노출되는 경우, 그 물체는 여러 점들에서 위험한 것으로 간주될 수도 있는 온도들까지 가열될 수도 있다. 물체가 인화성 재료들을 포함한다면 또는 이러한 재료들, 예컨대, 얇은 금속화 포일 또는 금속화 필름을 포함하는 담배갑과 직접 접촉한다면 하나의 위험은 자연 점화 (self-ignition) 일 수도 있다. 다른 위험은 그런 뜨거운 물체, 예컨대, 동전 또는 열쇠를 집을 수도 있는 사람의 손의 연소일 수도 있다. 다른 위험은 일차 또는 이차 구조체의 플라스틱 인클로저의 손상, 예컨대, 물체가 녹아서 플라스틱이 되는 것일 수도 있다.
실질적으로 비-도전성이지만 확연한 히스테리시스 효과를 나타낼 수도 있는 강자성 재료들을 포함하는 물체들에서 또는 히스테리시스 및 와전류 손실들 양쪽 모두를 생성하는 재료들에서 온도 증가가 또한 예상될 수도 있다. 이와 같이, 이러한 물체들을 검출하는 것은 대응하는 해로운 결과들을 피하는데 유익하다. 물체 검출 시스템이 무선 전력을 제공하는 시스템 내에 통합된다면 유해한 물체를 검출하는 것에 응답하여, 시스템은, 측정값들이 유해한 물체를 제거하기 위해 취해질 수도 있기까지, 전력 레벨을 줄이거나 또는 셧다운시킬 수도 있다. 물체들을 그것들의 변화하는 온도에 기초하여 유도적으로 감지하는 것은 "유도성 열 감지"라 불릴 수도 있다.
가정 및 공공 지대들에서의 전기 차량들의 충전과 같은 유도 전력 전달 (inductive power transfer) 의 특정한 애플리케이션들에서, 사람들 및 장비의 안전을 이유로 임계 온도들까지 가열할 잠재성을 갖는 외부 이물들을 검출할 수 있게 하는 것이 필수적일 수도 있다. 이는 외부 이물들이 (예컨대, 사보타주의 경우) 이 공간에 우연히 또는 의도적으로 배치될 수도 있도록 임계 공간이 개방되고 액세스 가능한 시스템들에서 특히 참일 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 구현예들은 미리 결정된 공간에 위치될 수도 있는 유해한 강자성 외부 이물들 (예컨대, 강자성 재료들을 포함하는 금속 물체들) 을 자동으로 검출하는 것을 위한 것이다. 특히, 특정한 구현예들은 자속 밀도가 특정 값 (예컨대, 0.5 mT) 을 초과할 수도 있는 기본 또는 이차 자성 구조체의 표면에 인접하게 위치된 작은 금속 물체들 (예컨대, 동전) 을 검출하는 것을 위한 것이다.
본 명세서에서 개시되는 방법들 및 개념들은 다른 범주의 외부 금속성 물체들 중 물체를 바이어싱 자기장에 노출 시 일부 전자기 성질들 또는 전기 특성들을 순간적으로 바꾸는 물체들의 유도 검출을 가능하게 한다. 이러한 자기적 바이어싱 효과들은 강자성 재료들 예컨대, 철, 강철에서 또한 페라이트들 (예컨대, 연질 페라이트들) 에서 관찰될 수 있다.
강자성 재료들을 포함하는 금속성 물체들은 그것들이 유도 전력 전달 (IPT) 시스템의 함수 공간 내부에서 통상적으로 생성되는 레벨로 교류 자기장에 노출되는 경우 임계 온도들까지 가열될 수도 있어서 잠재적 위험요소이다. 이는 IPT 자기장의 방향에서 그것들의 장변 (쉬운 자화 축) 으로 배향되는 긴 물체들에 대해 특히 참일 수도 있다. 강자성 금속성 물체들을 검출하는 것은 그러므로 특히 중요하다. 도구들, 나사들, 너트들, 세탁기들, 못들, 종이 클립들 등과 같이 일상 생활에서 사용되는 많은 물체들이 이 범주에 속한다. 이 범주의 일부 물체들은 물체의 온도가 증가하거나 또는 감소할 때 도전율 및/또는 투자율이 실질적으로 또한 변하는 그리고 급속히 가열되는 물체들의 범주에 또한 속할 수도 있다.
금속성 (도전성) 물체들의 일상적 유도 감지를 위해 사용되는 수단들 및 기능들은 강자성 금속성 물체들의 검출을 위해 본 명세서에서 개시되는 방법들 및 개념들에 또한 적용할 수도 있다. 그러므로, 이들 방법들 및 개념들은 별도의 추가적인 장치를 반드시 요구하지 않는, 향상된 금속 물체 검출 장치의 다른 추가적인 특징으로서 해석되어야 한다.
본 명세서에서 개시되는 외부 이물 검출 시스템들의 센서들 및 다른 부분들은 IPT 커플러 (IPT 패드) 속에, 특히, IPT 베이스 커플러 (베이스 패드) 속에 통합되는 것으로 생각된다. 그러나, 본 명세서에서 개시되는 주요 방법들 및 개념들은 차량 커플러 (차량 패드) 통합에 또한 그리고 비-통합된 자립형 (별개의) 솔루션들에 또한 적용할 수도 있다. IPT 커플러는 이른바 "원형"-형 커플러 ("원형" 코일을 사용함), "이중 D"-형 커플러 (이중 코일 배열을 사용함), "솔레노이드"-형 커플러 (코어 주위에 감긴 솔레노이드 코일을 사용함), "양극"-형 커플러 (코일들 간에 가상적으로 영의 커플링을 갖는 이중 코일 배열) 또는 단일 또는 멀티-코일 배열에 기초한 임의의 다른 유형의 커플러 중 하나일 수도 있다. IPT 커플러가 평판형 코일 구조체 (예컨대, 구리 리츠선으로 이루어짐), 평판형 페라이트 구조체 (예컨대, 연질 페라이트 재료) 배킹 코일, 및 코일의 표면에 대향하는 평판형 페라이트 구조체의 표면 상에 배치된 도전성 배면판 (예컨대, 알루미늄으로 이루어짐) 으로 이루어질 수도 있다.
본 명세서에서의 설명들 및 도면들은 단순화를 위해 단일 강자성 외부 이물을 가정한다. 그러나, 본 명세서에서 개시되는 방법들 및 장치들은 미리 결정된 공간 내의 하나를 초과하는 강자성 외부 이물의 존재로 인한 이상 상태를 검출할 잠재성을 일반적으로 가진다.
낮은 주파수 교류 자기장, 예컨대, 1 mT 이상의 자릿수의 플럭스 밀도를 갖는 20 kHz부터 내지 150 kHz까지의 범위의 IPT 자기장에 노출된 도전성 및 강자성 물체들은, 예컨대, 500 K를 초과하는 유해한 온도들까지 가열될 수도 있다. 이는 긴 강자성 물체들의 장 축이 자기장의 방향에서 실질적으로 배향된다면 그 강자성 물체들에 특히 참이다. 500 K를 초과하는 온도들을 갖는 물체들은 물체가 종이, 마른 잎, 오일, 연료 등과 같은 인화성 재료와 접촉한다면 불에 대한 잠재적 위험이 고려될 수도 있다. 그러므로, 이러한 물체들은 개방 및 액세스 가능하다면 자신의 함수 공간에서 밀리테슬라 (mT) 범위의 자속 밀도 레벨들을 생성하는 IPT 시스템에 대한 안전 문제가 고려되어야만 한다. 베이스 패드의 표면 상에 직접적으로 놓인다면, 이러한 뜨거운 물체들은 그것들이 플라스틱 인클로저를 녹이거나 또는 태울 수 있으므로 또한 손상을 일으킬 수도 있다.
미리 결정된 공간에서의 강자성 (예컨대, 금속성) 물체의 존재는 본 명세서에서 유도 감지 코일이라 불리는 도전체의 적어도 하나의 루프의 단말들에서 적어도 하나의 전기 특성 (예컨대, 등가 인덕턴스, 등가 저항, 주파수 응답, 또는 임펄스 응답) 을 유도적으로 측정함으로써 검출될 수 있다. 유도 감지 코일에 충분히 가까운 충분한 사이즈의 강자성 물체가 위에서 언급된 전기 특성들 중 하나 이상에 측정가능 영향을 발휘하기 위해서 그 유도 감지 코일에 의해 생성된 바와 같이 감지 자기장을 변경시킬 것이다. 더욱이, 일부 구현예들에서, 강자성 물체가 위에서 언급된 전기 특성들의 적어도 하나의 전기 특성의 측정된 샘플과 동일한 적어도 하나의 특성의 참조 샘플을 비교함으로써 검출될 수도 있다. 그런 참조 샘플은, 예를 들어 임의의 강자성 외부 이물의 부재 시, 교정 프로세스에서 획득되었을 수도 있다.
그러나, 증가된 검출 민감도 요건들에 대해, 그리고 특정한 사용 사례들에서, 이 기본적인 접근법은 신뢰가능 외부 이물 검출 솔루션을 제공하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 다른 금속 또는 자성 구조체들이 외부 이물 검출 시스템의 감지 범위에 위치되고 정지되지 않는다면, 유도 감지 코일의 특성들에 대한 그 구조체들의 영향들은 또한 동적으로 변할 것이다. 따라서, 간단한 교정 프로세스가 이러한 다른 금속 구조체들의 영향들을 무효화하지 않을 수도 있다. 베이스 패드에 통합된 외부 이물 검출을 갖는 지면-대-차량 유도 충전 애플리케이션에서, 그런 방해 구조는 차량 IPT 커플러 및/또는 차량의 차체하부를 포함할 수도 있다. 덧붙여서, 베이스 패드에서의 도전성 또는 자성 구조체들이 하나 이상의 유도 감지 코일들의 특성들에 대해 가변하는 측정가능 효과를 또한 발휘할 수도 있다. 이러한 효과들은 예를 들어, 변화하는 온도 또는 자기장의 결과로서의 이들 구조체들의 기계적 응력, 가변하는 온도, 및/또는 전기 및/또는 자기적 성질들에서의 변화들에 의해 야기되는, 예컨대, 작은 움직임들로 인할 수도 있다. 더구나, 이러한 유도 감지 코일 자체의 전기 특성들은 주위의 절연 재료들의 기계적 응력, 온도 영향들, 또는 전기적 성질들에서의 변화들로 인해 변하여서, 유도 감지 코일의 자기 커패시턴스 또는 접지 커패시턴스의 변화를 초래할 수도 있다. 변화하는 환경의 영향들은 (본질적으로 2차원 공간에서의) 표면 근처에 위치된 금속성 물체들을 검출하기 위해 설계된 시스템에서 측정 가능할 수도 있지만, 그것들은, 예컨대, 확장된 (3-차원) 공간에서 금속 물체들을 검출하기 위한 증가된 민감도를 위해 설계된 외부 이물 검출 시스템에서의 주요한 도전과제가 될 수도 있다.
강자성 금속성 (예컨대, 도전성) 물체들은 잠재적으로는, 예컨대, MHz 주파수 범위에서, 충분히 강한 정적 바이어싱 자기장에 노출되는 경우 발생하는 유도 감지 코일의 하나 이상의 특성들 (예컨대, 등가 인덕턴스 및/또는 등가 저항) 의 순간적 변화를 통해, 유도적으로 검출될 수 있다. 강자성 물체의 도전율과, 일반적으로 또한 투자율은 바이어싱 정적 자기장에 노출되는 경우 순간적으로 변한다고 여겨진다. 바이어싱 정적 자기장은 강자성 물체의 전자기 재료 성질들에 바이어싱 효과를 발휘하는 것으로 간주될 수도 있다. 이 효과는 정적 바이어싱 자기장을 겪는 대부분의 강자성 금속성 물체들에 대해 보통 상대적으로 약하다. 이 상대적으로 약한 효과는 강자성 물체들의 알려진 마그네토-임피던스 효과에 의해 설명될 수 있다.
그러나, 유도 감지 코일의 등가 인덕턴스 또는 등가 저항에 대한 영향은, 강자성 물체가 바이어싱 저주파수 시변 자기장 (예컨대, 교류 자기장) 에 노출되는 경우, 위에서 설명된 마그네토-임피던스 효과에 의해 설명될 수 있는 것보다 여러 자릿수 더 크다 (예컨대, 100 내지 1000 배 더 크다). 이 비교적 강한 효과는 정적 바이어싱 자기장들에 적용할 수도 있는 바와 같은 보통의 마그네토-임피던스 효과에 의해 설명될 수 없다. IPT의 일부 구현예들에 대해, 바이어싱 교류 자기장이 전력 전달을 위해 생성되는 바와 같은 저주파수 교류 자기장이며, 따라서 보조 바이어싱 교류 자기장에 대한 필요를 없앨 수도 있다. 다른 구현예들에서, 바이어싱 교류 자기장은 전력 전달을 위해 사용되는 것과는 상이한 교류 자기장일 수도 있다.
강자성 물체들을 IPT 자기장에 노출시키는 것은 물체의 겉보기 도전율 및 투자율을 일반적으로 조절하며, 이는, 결국, 감지 주파수들에서 유도 감지 코일의 단말들에서 측정되는 바와 같은 등가 저항 및/또는 등가 인덕턴스의 변조를 초래할 수도 있다. 감지 코일의 등가 인덕턴스 및/또는 저항에 대한 강자성 물체의 영향에 의존하여, 이 저 주파수 변조는 매우 작은 정도, 예컨대, 1% 미만일 수도 있다.
일부 구현예들에서, 강자성 물체의 겉보기 도전율 및 투자율에 대한 변조 효과에는 바이어싱 교류 자기장에 의해 야기된 강자성 물체의 표피 깊이 내의 와전류 및/또는 히스테리시스 손실들로 인한 줄 (Joule) 가열 효과가 또한 동반될 수도 있다. 줄 가열 효과는 강자성 물체의 온도를 증가시킬 것이고 결과적으로 강자성 물체의 온도계수에 의존하여, 강자성 물체의 겉보기 도전율 및 투자율을 또한 변경시킬 것이다.
도 4는 일부 구현예들에 따른, 물체의 도전율 및 투자율이 바이어싱 정적 자기장 (415) 에 대한 노출의 함수인 경우 유도 감지 코일 (402) 을 사용하여 강자성 외부 이물 (예컨대, 외부 이물 (450)) 을 검출하는 단순화된 회로 (400) 의 도면이다. 회로 (400) 는 하나 이상의 루프들의 코일을 포함할 수도 있는 유도 감지 코일 (402) 과 정적 자기장
Figure pct00001
(415) 에 노출된 외부 이물 (450) 을 포함할 수도 있다. 유도 감지 코일 (402) 은 사인곡선적 신호 소스 (404) 에 의해 전압
Figure pct00002
(406) 및 감지 주파수 (f s ) 에서 여기되어 감지 전류
Figure pct00003
(408) 를 초래할 수도 있다. 정적 자기장
Figure pct00004
(415) 는 외부 이물 (450) 을 자기적으로 바이어싱한다. 유도 감지를 통해 명백한 바와 같은 외부 이물 (450) 의 도전율 (410) 및 투자율
Figure pct00006
(412) 는 일반적으로 바이어싱 정적 자기장
Figure pct00007
의 함수들이다. 등가 인덕턴스 및 저항이
Figure pct00008
및
Figure pct00009
의 함수들이므로, 외부 이물 (450) 의 존재가 소스 전압
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
(515) 및 정적 자기장
Figure pct00013
의 세기에 관하여 전류
Figure pct00014
를 분석함으로써 잠재적으로 검출될 수 있다.
도 5는 도 4의 외부 이물 (450) 을 검출하는 단순화된 회로 (400) 의 등가 회로도 (500) 이다. 등가 직렬 회로 (500) 는 회로 (500) 에서 순환할 전류
Figure pct00015
를 유도하는 주파수 (f s ) 를 갖는 전압
Figure pct00016
에 의해 유도 감지 코일 (예컨대, 도 4의 감지 코일 (402)) 의 사인곡선적 여기의 정상 상태에 적용 가능할 수도 있다. 등가 직렬 회로 (500) 는 시스템의 전체 에너지 저장 효과를 나타내는 직렬 인덕턴스 L sc (505) 와 시스템의 전체 손실 효과들을 나타내는 직렬 저항 R sc (510) 를 포함한다. 등가 직렬 회로 (500) 는 유도 감지 코일 (예컨대, 도 4의 유도 감지 코일 (402)) 의 영향 구역에서 강자성 물체 (예컨대, 도 4의 외부 이물 (450)) 에 의해 발휘된 유도성 및 저항성 효과들을 각각 나타내는 차분 인덕턴스
Figure pct00017
(506) 및 차분 저항
Figure pct00018
(511) 를 또한 포함한다. 외부 이물 (450) 의 차분 인덕턴스
Figure pct00019
(506) 및 차분 저항
Figure pct00020
(511) 은 물체가 바이어싱 정적 자기장
Figure pct00021
에 노출되는 경우 즉시 영향을 받는다.
도 6은 일부 구현예들에 따른, 유도 감지 코일 (예컨대, 도 4의 유도 감지 코일 (402)) 의 특성들에 대한 정적 자기장
Figure pct00022
에의 강자성 외부 이물의 간헐적인 노출의 효과를 예시하는 타임 도 (600) 이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 외부 이물 (예컨대, 도 4의 외부 이물 (450)) 이 정적 바이어싱 자기장
Figure pct00023
에 간헐적으로 노출된다. 검출 방법은 최소로, 시뮬레이션이 적어도 하나의 노출 ON 간격 (606) 과 뒤따르는 노출 OFF 간격 (607) 을 포함할 수도 있는 경우를 감지하는 "시뮬레이션된" 유도 임피던스 및 저항에 기초한다. 도 6은 라인 (601) 에 따른 정적 자기장
Figure pct00024
의 이 토글링을 도시한다. 도 6은 감지 코일의 등가 인덕턴스
Figure pct00025
(610) 및 등가 저항
Figure pct00026
(615) 의 결과적인 시간 변동들을 추가적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 그리고 알려진 마그네토-임피던스 효과에 따르면, 등가 인덕턴스
Figure pct00027
(610) 및 등가 저항
Figure pct00028
(615) 둘 다는 노출 ON 간격들 (606) 동안 감소하고 노출 OFF 간격 (607) 동안 증가한다. 이들 특성 변동들은 강자성 외부 이물의 존재를 나타낼 수도 있다.
예를 들어, 일 구현예에서, 유도 감지 코일 (402) 의 특성들 중 적어도 하나, 예컨대, 등가 저항
Figure pct00029
(615) 가, 시작을 포함하는 노출 간격 (예컨대, ON 간격 (606) 및 OFF 간격 (607)) 의 적어도 부분의 시구간에 걸쳐 끊임 없이 측정되고 기록된다. 외부 이물 (450) 의 존재를 결정하기 위해, 일부 구현예들에서, 저항
Figure pct00030
(615) 의 적어도 하나의 기록된 시간 경과는
Figure pct00031
(605) 에 대한 노출 시간 프로파일 (601) 과 비교된다. 일부 다른 구현예들에서, 이 비교는 상관이다. 저항
Figure pct00032
(615) 의 레코딩된 시간 경과 또는 다른 감지 코일 (402) 특성은
Figure pct00033
(605) 에 대한 노출 시간 프로파일 (601) 과 상관된다. 추가의 구현예에서, 상관은 유도 감지 코일 (402) 의 특성들 중 적어도 하나의 특성의 레코딩된 시간 경과의 시간-도함수 중 적어도 하나, 예컨대, 제 1 도함수
Figure pct00034
(시간 경사도) 로 수행된다.
도 7은 일부 구현예들에 따른, 물체의 도전율
Figure pct00035
및 투자율
Figure pct00036
이 바이어싱 시변 자기장
Figure pct00037
에 대한 노출의 함수인 유도 감지 코일 (702) 을 사용하여 강자성 외부 이물 (예컨대, 외부 이물 (750)) 을 검출하는 단순화된 회로 (700) 의 도면이다. 일부 구현예들에서, 바이어싱 시변 (예컨대, 교류) 자기장
Figure pct00038
는 IPT 저 주파수 자기장일 수도 있다. 그런 경우들에서, 제 2 시변 자기장을 생성하는 수단은 하나 이상의 IPT 송신 코일들을 포함할 수도 있다. 교류 자기장
Figure pct00039
는 주파수 fIPT로 교번할 수도 있다. 도 4에 관련하여 위에서 설명된 정적 자기장에서처럼, 외부 이물 (750) 의 겉보기 도전율
Figure pct00040
및 투자율
Figure pct00041
는 전압 소스 (704) 에 의해 제공된 전압
Figure pct00042
에 의해 구동되는 전류
Figure pct00043
를 변조하기 위해서 교류 노출 장
Figure pct00044
Figure pct00045
에 대한 일부 관계에서 가변한다. 그러나, 표기법이 보여주는 바와 같이,
Figure pct00046
및
Figure pct00047
는 일반적으로 또한 물체의 온도
Figure pct00048
의 함수들이고, 따라서 줄 가열 효과를 통해 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00049
에 의해 또한 간접적으로 영향을 받는다. 그러나, 많은 상이한 물체들로 테스트하는 것은, 이 줄 가열 효과가 바이어싱 교류 자기장에의 노출로 인한 변조 효과보다 일반적으로 훨씬 더 약하고 줄 가열 효과들로 인한 변화들은 외부 이물 (750) 의 열 용량 및 가열 전력에 의존하여, 이 신규한 변조 효과로 인한 거의 순간적인 변화들보다 또한 수 자릿수 더 느리다는 것을 보여주었다. 외부 이물 (750) 의 존재는 소스 전압
Figure pct00050
에 그리고 노출 필드 신호
Figure pct00051
에 관련하여 이 변조 효과에 의해 그리고, 일부 경우들에서, 또한 열 효과에 의해 전류
Figure pct00052
를 분석함으로써 잠재적으로 검출될 수 있다.
도 8은 도 7의 외부 이물 (750) 을 검출하는 단순화된 회로 (700) 의 등가 회로 (800) 도이다. 도 8의 등가 회로 (800) 는 등가 인덕턴스 L sc (808), 등가 직렬 저항 R sc (810), 그리고 외부 이물 (750) 의 존재 때문일 수 있는 그리고 교류 자기장
Figure pct00053
에 노출되는 경우 변조 및 열 효과들 둘 다에 의해 일반적으로 영향을 받는 등가 인덕턴스
Figure pct00054
(806) 및 등가 저항
Figure pct00055
(811) 의 부분들의 직렬 접속을 통해 전류
Figure pct00056
를 구동하는 전압
Figure pct00057
를 제공하는 전압 소스 (818) 를 포함한다.
도 9는 일부 구현예들에 따른, 유도 감지 코일의 특성들에 대한 바이어싱 및 가열 교류 자기장
Figure pct00058
에의 강자성 외부 이물의 간헐적인 노출의 효과를 예시하는 타임 도 (900) 이다. 제 1 시간 경과 (915) 가 유도 감지 코일의 (702) 등가 저항
Figure pct00059
를 도시하고 제 2 시간 경과 (910) 가 유도 감지 코일의 (702) 등가 인덕턴스
Figure pct00060
를 도시한다. 제 3 시간 경과 (905) 가 OFF 간격 (907) 에 의해 분리된 ON 간격들 (906) 을 갖는 교류 자기장
Figure pct00061
를 도시하는 한편, 제 4 시간 경과 (920) 가 초기 온도
Figure pct00062
를 갖는 외부 이물 (750) 의 온도
Figure pct00063
를 도시한다. 외부 이물 (750) 이 있는 데서, 등가 저항 및 등가 인덕턴스는 교류 자기장
Figure pct00064
의 주파수 fIPT의 두 배인 주파수 (변조 주파수) 로 주기적으로 가변하고 있다. 이 주파수 배가 효과는 이 전자기 재료 성질들의 변조가 교류 자기장
Figure pct00065
의 부호와는 독립적이고 따라서 정류 효과를 제공한다는 것을 나타낸다. 부가하여, 경사진 점선으로 도시된 등가 저항의 단기 평균은, 교류 자기장
Figure pct00066
가 턴 ON되는 경우 순간적으로 증가한다. 이는, 등가 저항이 정적 자기장에의 노출로 감소하는 경우, 도 6에서의 일반적인 마그네토-임피던스 효과에 관해 이전에 설명된 것과는 반대의 효과이다. 덧붙여서, 온도 효과는 줄 가열 효과로부터 초래되는 외부 이물 (750) 의 온도 시간 경과 (920) 를 추종하는 등가 저항의 이 단기 평균의 그리고 등가 인덕턴스 (910) 의 단기 평균의 약간의 기울기에 의해 보여질 수 있다.
사인곡선적 감지 전압
Figure pct00067
를 사용하는 감지 시스템에 대해, 이 변조 효과는 결과적인 전류
Figure pct00068
의 진폭 및 위상 변조로서 시간 도메인에서 일반적으로 관찰될 수 있다 (도 7 및 도 8 참조). 일부 강자성 물체들 (예컨대, 종이 클립들) 에 대해 이 변조 효과는 짧은 펄스들의 주기적 시퀀스에서 분명해지는 고도로 비선형일 수도 있지만, 교류 자기장
Figure pct00069
의 주파수 fIPT의 두 배의 주파수인 기본 주파수를 항상 갖는다. 변조 정도는 유도 감지 코일의 (702) 등가 인덕턴스 및 등가 저항에 대한, 뿐만 아니라 외부 이물 (750) 의 재료 및 배향에 대한 외부 이물 (750) 의 영향에 의존한다. 주파수 도메인에서, 이 변조는 도 10의 주파수 스펙트럼 (1000) 에서 예시되는 바와 같이, 여러 차수들까지의 변조 조파 측파대 (modulation harmonic side-band) 들로서 관찰될 수 있다.
도 10은 일부 구현예들에 따른, 강자성 물체가 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00070
에 노출되는 동안 유도 감지 코일 측정 포트에서 감지되는 전압 신호의 주파수 스펙트럼 (1000) 을 예시하는 도면이다. 교류 자기장
Figure pct00071
가IPT 자기장이면, 변조 조파들은 IPT 주파수 f IPT의 조파들 (예컨대,
Figure pct00072
, 여기서 n은 변조 조파의 차수임) 에서 일반적으로 발생할 수도 있다. 이론상으로는, 변조 메커니즘이 교류 자기장
Figure pct00073
의 부호에 독립적이므로, 실질적인 기수 차수 조파들이 예상되지 않으며, 이는 스펙트럼 (1000) 에서 도시된 제 3 및 제 5 차 조파들 중 임의의 조파의 실질적으로 영의 전압 레벨에 의해 알 수 있다. 그러나, 실제 시스템들에서 아날로그 신호 프로세싱에서의 일부 비선형 왜곡 효과들에 기인하는 일부 잔여 제 1 차 (예컨대,
Figure pct00074
) 및 다른 기수 차수 조파 곱들이 관찰될 수도 있다.
도 11은 일부 구현예들에 따른, 연속 파형 응답 접근법에 기초한 강자성 외부 이물 검출 회로 (1100) 의 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, IPT 코일 (1120) 과 IPT 전력 소스 (1122) 는 강자성 외부 이물들 (예컨대, 외부 이물 (1150)) 을 교류 자기장
Figure pct00075
으로 자기적으로 바이어싱하는데 사용될 수도 있다. 회로 (1100) 는 커패시터 C res (1104) 에 직렬로 접속된 유도 감지 코일 (1102) 과, 커패시터 (1104) 및 코일 (1102) 의 직렬 조합에 병렬로 접속된 션트 인덕터 L sh (1106) 를 포함한다. 회로 (1100) 는 션트 인덕터 (1106) 와는 병렬로 파선에 의해 표시된 측정 포트 (1110) 를 추가적으로 포함한다. 측정 포트 (1110) 는 전압 센서 (1115) 와 전류 센서 (1116) 를 포함하고 직렬 저항기 R res (1111) 를 통해 감지 신호 전압 소스 (1112) 에 추가로 접속된다. 감지 신호 전압 소스 (1112) 는 사인곡선적 (조파) 감지 신호를 생성하도록 구성되고 감지 주파수 (f s) 를 제어하기 위한 입력을 더 포함한다.
회로 (1100) 는, 입력들로서, 전압 센서 (1115) 및 전류 센서 (1116) 의 출력들을 수신하도록 구성되는 임피던스 분석기 (1108) 를 더 포함한다. 임피던스 분석기 (1108) 는 임피던스
Figure pct00076
결정을 평가 및 제어 유닛 (1140) 에 출력하도록 그리고 IPT 전력 소스 (1122) 로부터 주파수 및 위상 동기화 목적들을 위한 IPT 참조 신호 (1124) 를 수신하도록 추가로 구성된다.
평가 및 제어 유닛 (1140) 은 감지 신호 전압 소스 (1112) 에 제공된 출력 (1118) 을 통해 감지 주파수 (f s ) 를 제어하고 IPT 전력 소스 (1122) 에 제공된 다른 출력 (1142) 을 통해 교류 자기장
Figure pct00077
를 또한 제어한다. 평가 및 제어 유닛 (1140) 은 IPT 전력 소스 (1122) 로부터 IPT 참조 신호 (1124) 를 수신하는 입력을 추가적으로 포함하는데, 그 IPT 참조 신호는 주파수 및 위상 외에도, IPT 전력 소스 (1122) 의 전류 레벨, 파워 레벨, 또는 임의의 다른 동작 스테이터스를 또한 반영할 수도 있다. 평가 및 제어 유닛 (1140) 은 검출 추정(H i )을 제공하기 위한 출력을 또한 포함한다.
직렬 커패시터 C res (1104) 는 션트 인덕터 L sh (1106) 와 조합하여, IPT 주파수 f IPT 에서 교류 자기장
Figure pct00078
에 의해 유도 감지 코일 (1102) 에 유도된 전압을 감쇠하기 위한 하이 패스 필터로서 역할을 한다. 이 저 주파수 성분을 감쇠시키는 것은 전압 센서 (1115), 전류 센서 (1116) 및 임피던스 분석기 (1108) 에 대한 요건들을 일반적으로 완화시킬 수도 있고 임의의 저 및 고 주파수 신호 성분들 사이에서 교차-변조와 같은 임의의 비선형 왜곡 효과들을 또한 감소시킬 수도 있다. 커패시터 C res
Figure pct00079
Figure pct00080
(1104) 는 유도 감지 코일 (1102) 에서 유도되는, IPT 주파수 f IPT 에서의 전류 성분 (I ind ) 를 또한 낮출 것이며, 이는 유도 감지 코일 (1102) 에서의 결과적인 줄 가열 효과들을 낮출 것이다. 유도 감지 코일 (1102) 의 자가 가열이 물체들을 그 물체들의 온도의 변화를 통해 감지하는 경우 방해 효과를 발휘할 수도 있다. 커패시터 C res (1104) 는, 아래에서 더 상세히 개요가 설명될 바와 같이, 감지 주파수 (f s ) 에서 유도 감지 코일 (1102) 의 리액턴스를 전체적으로 또는 부분적으로 보상하는 역할을 또한 할 수도 있다. 직렬 저항기 R res (1111) 는, 예컨대, 감지 회로 (1100) 가 측정 포트 (1110) 에서의 임피던스를 최소화하기 위해 공진 (예컨대, 전체 보상) 으로 튜닝된다면, 감지 전류 (I s ) 를 제한하는 역할을 할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 션트 인덕터 L sh (1106) 는 (예컨대, 더 낮은 전류 정격에 대해) 물리적 사이즈가 감소되거나 또는 생략될 수도 있다. 이런 구현예들에서, 회로 (1100) 는 (예컨대, IPT 주파수 (f IPT ) 에서) 낮은 주파수 보상 신호에 중첩되는 높은 주파수 감지 신호를 생성하는 신호 전압 소스 (예컨대, 감지 신호 전압 소스 (1112)) 를 사용함으로써 측정 포트 (1110) 에서의 IPT 주파수 (f IPT ) 전압 성분을 적극적으로 제거하거나 또는 최소화할 수도 있다. 회로 (1100) 는 그 다음에 측정 포트 (1110) 에서 IPT 주파수 전압을 최소화하기 위해서 낮은 주파수 보상 신호의 진폭 및/또는 위상을 조정할 수도 있다.
일부 다른 구현예들에서, 션트 인덕터 L sh (1106) 는 임의의 페라이트 코어를 포함하지 않는 "에어 코일"일 수도 있다. 이는 전류 성분 (I ind ) 이 있는 데서 페라이트 코어에 의해 생성될 수도 있는 임의의 변조 효과를 피하기 위해 요구될 수도 있다. 션트 인덕터 L sh (1106) 가 측정 포트 (1110) 에 병렬로 접속되므로, 심지어 아주 약한 변조 효과들이 외부 이물 (1150) 의 검출을 심각하게 둔감해지게 할 수도 있다.
적합한 감지 주파수를 선택하는 것은 특정 주의를 요구한다. IPT 시스템의 기본 주파수, 조파 주파수들, 및 다른 스위칭 잡음은 감지 신호를 잠재적으로 방해하거나 또는 감지 신호와 교차 변조하여, 외부 이물 검출을 둔감해지게 할 수도 있다. 도 11의 회로 (1100) 에 관해, 그리고 커패시터 C res (1104), 인덕터 L sh (1106), 및 다른 설계 제약조건들의 값들을 고려하면, 기본 주파수 및 잡음의 실질적 감쇠는 150 kHz 아주 위의, 바람직하게는 MHz 범위의 주파수들에서 성취될 수도 있다. 고려할 다른 양태는 용량성 효과들에 대한 따라서 비-금속성 유전체 물체들 (예컨대, 물, 눈, 얼음 등) 에 대한 민감도이다. 용량성 효과들은 고 주파수에서 유도 감지 코일에 의해 또한 생성되는 기생 전기장에 의해 설명될 수도 있다. 전기장들의 민감도는 10 MHz를 초과하는 주파수들에서 문제가 될 수도 있다. 이들 팩터들에 비추어, f IPT 아주 위의, 예컨대, 1 MHz 내지 10 MHz의 주파수 범위의 감지 주파수가 양호한 절충일 수도 있다.
유도 감지 코일의 등가 인덕턴스 및 등가 저항을 나타내는 양이 외부 이물 (1150) 이 존재하는 경우 시간의 함수인 (예컨대, 변조된) 복소 임피던스 (
Figure pct00081
) 일 수도 있다. 이 임피던스 표기법은 감지 신호가 연속 사인곡선 파이면 그리고 감지 주파수 (f s ) 가 MHz 범위에서 감지 주파수들 (f s ) 에 대해 유지될 수도 있는 변조 주파수 (예컨대, f IPT ) 보다 상당히 더 높다면 적용될 수도 있다. 다른 여기들에 대해, 임피던스의 표기법은 적절하지 않을 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시변 복소 임피던스
Figure pct00082
는 전압 (V s ) 및 전류 (I s ) 를 측정 포트 (1110) 에서 감지함으로써 획득될 수도 있다. 더 상세하게는, 복소 임피던스
Figure pct00083
는 복소 전압 포락선
Figure pct00084
및 복소 전류 포락선
Figure pct00085
(예컨대, 변조 파형들) 를 획득하기 위한, 각각 필터 및 검출기 모듈 (1126) 와 필터 및 검출기 모듈 (1128) 에서의 감지된 전압 (V s ) 과 감지된 전류 (I s ) 의 필터링 및 포락선 검출에 의해 획득된다. 필터 및 검출기 모듈 (1126) 은 그 다음에 복소 전압 포락선
Figure pct00086
을 출력할 수도 있고 필터 및 검출기 모듈 (1128) 는 그 다음에 복소 전류 포락선
Figure pct00087
를 몫
Figure pct00088
를 컴퓨팅하는 모듈 (1130) 에 출력할 수도 있다. 모듈들 (1126 및 1128) 내의 필터들은 전압
Figure pct00089
및 전류
Figure pct00090
변조 파형들의 최소 왜곡으로 잡음을 감소시키는 매칭된 필터들일 수도 있다. 부가하여, 필터 및 검출기 모듈들 (1126 및 1128) 은 IPT 전력 소스 (1122) 로부터 IPT 참조 신호 (1124) 를 수신함으로써 교류 자기장
Figure pct00091
에 주파수 및/또는 위상 동기될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 복소 임피던스
Figure pct00092
는 유도 감지 코일의 인덕턴스 (L sc ) (도 10에 도시되지 않음) 와 커패시턴스 C res (1104) 에 의해 본질적으로 정의된 바와 같이, 실질적으로 공진에서, 주파수 (f s ) 로 측정될 수도 있다. 그러나, 공진에서 임피던스
Figure pct00093
를 측정하는 것은 외부 이물 검출 방법에 대한 일반적인 필요 불가결한 것으로서 해석되지 않아야 한다. 그러나, 공진은 전압 (1115) 및 전류 (1116) 센서들에 대한 그리고 임피던스 분석기 (1108) 에 대한 동적 범위 요건들을 감소시키는데 유리할 수도 있다. 외부 이물 (1150) 의 존재로 인한 절대 임피던스 변화 (예컨대,
Figure pct00094
) 가 임의의 리액턴스 보상에 독립적이지만, 상대적 (예컨대, 백분율) 변화는 유도 감지 코일 (1102) 을 가로지르는 전압이 감지 주파수 (f s ) 를 공진으로 튜닝함으로써 보상된다면 더욱 중요하게 되는데, 전압 센서 (1115), 전류 센서 (1116) 및 임피던스 분석기 (1108) 내의 컴포넌트들의 동적 범위 요건들을 결정하는 것이 상대 임피던스 변화라서이다. 공진 튜닝의 추가의 이점들이 아래에서 논의된다.
평가 유닛 (1140) 은, 검출 추정 (H i ) 을 최종적으로 선택하기 위해, IPT 참조 신호 (1124) 로부터 수신된 정보를 또한 고려하여, 검출된 복소 임피던스 파형들
Figure pct00095
를 추가로 프로세싱하고 참조 파형에 대해 비교할 수도 있다. 이러한 참조 파형들은 시스템 교정 프로세스에서 획득될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 평가 및 제어 유닛 (1140) 은 변조의 미리 결정된 레벨 또는 양을 검출하는 것에 그리고 검출된 복소 임피던스 파형들
Figure pct00096
Figure pct00097
에서의 다른 별개의 특성들에 기초하여 외부 이물 (1150) 의 존재를 결정하도록 구성될 수도 있다. 이들 특성들 (예컨대, 변조 조파들) 은 시간 도메인에서 또는 주파수 도메인에서 (예컨대, 푸리에 급수에 의해) 분석될 수도 있다.
일부 다른 구현예들에서, 평가 및 제어 유닛 (1140) 은 교류 자기장 바이어싱을 통해 그리고/또는 가열 효과를 통해 외부 이물 (1150) 의 존재를 결정하기 위해 결정된 복소 임피던스 파형
Figure pct00098
와 간헐적인 교류 자기장
Figure pct00099
의 듀티 사이클들을 또한 상관시킬 수도 있다.
도 12는 일부 구현예들에 따른, 연속 파형 응답 접근법에 기초한 다른 강자성 외부 이물 검출 회로 (1200) 의 도면이다. 회로 (1200) 는 주파수 도메인 프로세싱 접근법에 기초하여 강자성 물체 (도시되지 않음) 의 존재를 결정할 수도 있다. 회로 (1200) 는, IPT 커플러 (예컨대, 베이스 패드, 도 12에 도시되지 않음) 의 전체 표면 영역에 걸쳐 충분한 검출 민감도를 제공하기 위하여, 유도 감지 코일 (1202) 을 포함하는 복수의 (N 개의) 유도 감지 코일들 (예컨대, 코일 어레이, 도 12에서 완전히 도시되지는 않음) 을 이용한다. 명료함을 위해, 도 12는 외부 이물 검출 프로세스를 위해 사용될 수도 있는 (도 11에 도시된 바와 같은) IPT 시스템의 부분들을 생략한다. 회로 (1200) 는 그것이 멀티플렉서들 (1254 및 1256) (예컨대, N 개의 아날로그 스위치들을 포함함) 을 포함하고 전류 센서 (1116) 를 생략한다는 것을 제외하면 도 11에 도시된 것과 실질적으로 동일하다.
이 검출 회로 (1200) 에서 감지 신호 소스 (도 11에 도시된 바와 같은 1112) 는 디지털-아날로그 변환기 (DAC) (1250) 속으로 피드하는 수치적 주파수 합성기 (1260) 에 의해 완수된다. DAC (1250) 는 직렬 저항기 R ser (1211) 및 멀티플렉서 (1254) 를 통해 측정 포트 (1210) (점선으로 표시됨) 에 접속되는 전압 소스 출력 (Vo) 을 제공한다. DAC (1250) 는 깨끗한 감지 전압 신호을 생성하는데 필요한 대로 아날로그 신호 복원 필터들 (도 12에서 상세히 도시되지 않음) 을 포함할 수도 있다. 저항기 R ser (1211) 은 멀티플렉서 (1254) 내의 각각의 스위치의 온-상태 저항을 또한 포함할 수도 있다. 도 12는 복수의 N 유도 감지 코일들 (도시되지 않음) 과 공동으로 저항기 (R ser ) 를 도시한다. 그러나, 일부 구현예들에서 멀티플렉서 (1254) 를 감지 신호 소스 (예컨대, DAC (1250)) 에 직접적으로 연결하는 것과 멀티플렉서 (1254) 하류에서 (예컨대, 좌측의 출력들에서) N개 저항기들을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 구성은 측정 포트 (1210) 에서의 아날로그 스위치들로부터의 기생 병렬 커패시턴스들과 함께 하는 문제들을 덜 가지게 할 수도 있다.
DAC (1250) 출력 전압 Vo 및 저항기 R ser (1211) 은 멀티플렉서 (1254) 에 의해 선택된 유도 감지 코일 속으로 준-일정 (quasi-constant) 사인곡선 전류 (I s,1 ) 를 드라이브하는 일정한 교류 전류 (AC) 소스로서 실질적으로 역할을 하도록 선택될 수도 있다. 대안적으로, DAC (1250) 는 직렬 저항 R ser (1211) 을 요구하지 않는 일정한 AC 소스 출력을 제공할 수도 있다. 정의된 일정한 감지 전류 (I s,1 ) 를 가정하면, i-번째 감지 회로 (다른 회로들은 도시되지 않음) 의 측정 포트 (1210) 에서의 감지된 전압 (V s,i ) 은 임피던스 (
Figure pct00100
) 를 직접적으로 반영하는 것으로 간주될 수도 있다.
더욱이, 도 12는 제 2 멀티플렉서 (1256) (예컨대, N 개의 아날로그 스위치들을 포함함) 를 통해 아날로그-디지털 변환기 (ADC) (1252) 에 접속되는 N 개의 전압 센서 출력들의 각각을 도시한다. 전압 센서 (1215) 및/또는 ADC (1252) 는 도 12에서 상세히 도시되지는 않은 전치 증폭 및/또는 안티-앨리어싱 필터들과 같은 아날로그 신호 프리컨디셔닝 (preconditioning) 회로를 포함할 수도 있다. 복소 전압 파형의 협대역 필터링 및 검출은 그 다음에 디지털 (수치적) 도메인에서 수행될 수도 있다. 멀티플렉서 (1256) 를 통해 ADC (1252) 에 입력되는 전압 파형
Figure pct00101
는, 도 10에 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 각각이 각각의 변조 측파대 주파수를 위한 것인 2K + 1
Figure pct00102
Figure pct00103
개의 동기 검출기들 (1258) 의 뱅크를 사용하여 푸리에 (예컨대, 주파수) 도메인에서 분석된다. K에 대한 적합한 값은 2, 3, 4 중 임의의 것일 수도 있지만, 본 출원은 그렇게 제한되지 않아서 K는 임의의 정수 값을 가질 수도 있다.
각각의 동기 검출기 (1258) (예컨대, 뱅크 (1268) 내임) 는 동위상 믹서 (1266), 직교위상 믹서 (1264), 저역 통과 필터 (1262) 및
Figure pct00104
에 의해 표시되는 복소 진폭 (예컨대, 푸리에 계수를 표현함) 을 전달하는 복소 (동위상 및 직교위상) 출력을 제공하며, 여기서 n은 n번째 감지 코일을 지칭하고 k는 제 k차 변조 조파를 지칭하며,
Figure pct00105
이다. 0-차 변조 조파 (
Figure pct00106
) 는 감지 캐리어 신호 성분을 지칭하고
Figure pct00107
와 주파수 (f s ) 를 갖는 사인곡선 직교위상 파형을 믹싱함으로써 획득된다. 저역 통과 필터 (1262) 는 필터링 요건들 및 검출 시간 제약조건들에 대해 치수화된 유한 임펄스 응답 (Finite Impulse Response) (FIR) -형 필터일 수도 있다. N 개의 유도 감지 코일들 및 시간 다중화를 사용하는 외부 이물 검출 시스템에서, 각각의 감지 코일에 대한 이용가능 검출 시간은 도 11의 회로 (1100) 에 대한 이용가능 검출 시간의 1/N로 감소한다.
동위상 및 직교위상 믹서들에 각각 입력되는 수치적 주파수 파형들 (0°, 90°) 은 도 10에서 예시적으로 표시된 바와 같은 주파수들로 수치적 주파수 합성기 (1260) 에 의해 생성된다. 일부 구현예들에서, 모든 주파수 파형들은 평가 및 제어 유닛 (1240) 으로부터 수신된 감지 주파수 f s (1218) 에 그리고 IPT 전달 시스템으로부터 수신된 외부 IPT 참조 신호 (1224) 에 기초할 수도 있다. 일부 구현예들에서, IPT 참조 신호 (1224) 는 그것이 i번째 감지 회로의 측정 포트에서 감지될 수도 있을 때 잔류 IPT 주파수 전압으로부터 도출된다. 수치적 주파수 합성기 (1260) 는 내부 수치적 발진기와 외부 IPT 참조 신호 (1224) 를 주파수 및 위상 동기화하는 수단을 포함할 수도 있다.
평가 및 제어 유닛 (1240) 은 적절한 임계값을 사용하여 참조 값들의 세트에 대해 검출된 복소 출력들
Figure pct00108
의 세트를 비교함으로써 잠재적 물체의 존재를 결정할 수도 있다. 참조 값들은 시스템 교정의 프로세스에서 획득될 수도 있다. 더구나, 평가 및 제어 유닛 (1240) 은 연속하여 검출된 출력들의 세트들의 시간 시퀀스들과 교류 자기장 간격들을, 예컨대, 자기장 바이어싱 및/또는 가열 효과를 통해 물체들을 검출하기 위해 상관시킬 수도 있다. 0-차 계수 (
Figure pct00109
) 는 그런 상관 접근법에서 특정 관련이 있을 수도 있다.
일부 구현예들에서, 복소 전압 (
Figure pct00110
) 의 실수 및 허수 성분들은 유도 감지 코일 (1202) 의 등가 저항 및 등가 인덕턴스를 각각 반영하여, 복소 전압의 진정한 매핑을 요구해야 한다. 실제 전압 (예컨대, 임피던스) 매핑은 잠재적 물체들 및 다른 방해들 사이를 구별하기 위해 대부분의 정보를 제공할 수도 있다. 그러나, 실제 전압 매핑은 DAC (1250) 와 ADC (1252) 사이의 아날로그 회로에 의해 도입되는 임의의 위상 오차를 보상할 것을 시스템에 요구할 수도 있다. 이 위상 오차는 주파수에 따라, 선택된 감지 코일 (1202) 에 따라, 그리고 또한 회로 (1200) 내의 컴포넌트들의 온도 및 연식에 따라 일반적으로 가변할 수도 있다.
그러므로, 일부 구현예들에서 평가 및 제어 유닛 (1240) 은 다음의 절차에 의해 위상 정정을 수행한다. 먼저, 감지 주파수 f s (1218) 는
Figure pct00111
의 크기를 최소화하기 위해 튜닝된다. 이 주파수에서 측정 포트 (1210) 에서의 임피던스는, 이상적으로는, 션트 인덕터 L sh (1206) 의 효과를 무시하는 순수하게 저항성 (영 위상) 이며, 이는 회로 (1200) 가 위상 오차를 결정하는 것을 허용한다. 위상 오차를 알면, 회로 (1200) 는 측정된 위상 오차를 제거하기 위해 측정된 위상 오차의 양만큼 전압 페이저 (
Figure pct00112
)
Figure pct00113
Figure pct00114
를 회전시킴으로써 위상 제로화를 수행할 수도 있다. 이 절차는 실제 전압 (예컨대, 임피던스) 매핑에 필요한 대로 충분히 정확한 위상 교정을 제공할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 위상 정정은 IPT 주파수 성분에 대해 (예컨대, IPT 주파수 (f IPT ) 에서 유도 감지 코일 (1202) 속으로 유도된 전압과 실질적으로 위상 동기되도록 하기 위해) 또한 요구될 수도 있다. 이러한 정정은 유도 감지 코일들 (1202) 의 각각에 대해 개별적으로 수치 주파수 합성기 (1260) 에 의해 수행될 수도 있다.
션트 인덕터 L sh (1206) 에서, IPT 커플러 (도시되지 않음) 에서 사용되는 페라이트들과, 회로 (1200) 내의 다른 고유한 비-선형성은 특정한 정도의 임피던스 변조를 생성할 수도 있다. 이러한 고유 변조 효과들은 교정 프로세스에서 무효화될 수도 있다.
IPT 전력 소스에 의해 생성된 잡음 조파 콘텐츠를 스위칭하는 것은 IPT 커플러 코일 (도시되지 않음) 을 통해 유도 감지 코일 (1202) 속으로 커플링될 수도 있고 외부 이물 검출에 민감한 주파수들 (예컨대, 감지 캐리어 주파수 (f s ) 와 변조 측파대들) 로 쏠릴 수도 있다. 그러므로, 회로 (1200) 는 실질적으로 공진에서 유지되는 동안, 동기 검출기들 (1262) 중 각각의 동기 검출기의 대역폭에 의해 정의된 바와 같이, 민감한 주파수 범위들 중 임의의 민감한 주파수 범위 외부에 IPT 조파들이 남아 있도록 하는 방식으로 감지 주파수 (f s ) 를 지능적으로 제어함으로써 액티브 간섭 회피를 수행할 수도 있다. 반대로, 그 시스템은 IPT 주파수 (f IPT ) 를 작은 양만큼 조정할 수도 있다.
IPT 주파수 조파와 관련 있는 변조 측파대 조파들 중 임의의 변조 측파대 조파의 잠재적 간섭은 고 주파수 감지 신호 (예컨대, DAC (1250) 에서 I s,1 를 구동하는 V o ) 가 스위치 오프되는 경우 평가 및 제어 유닛 (1240) 과 동기 검출기들 (1262) 의 뱅크에 의해 수행되는 패시브 검출에 의해 식별될 수 있다. 임의의 잠재적 간섭은 검출기 (1262) 출력들 중 임의의 검출기 출력에서의 증가된 신호 레벨로서 검출될 수도 있다. 간섭이 검출되는 경우, 평가 및 제어 유닛 (1240) 은 간섭이 사라지거나 또는 허용가능 임계값 미만으로 떨어지기까지 수치적 주파수 합성기 (1260) 의 주파수를 약간 시프트하여 감지 주파수 f s (1218) 를 약간 조정할 수도 있다.
IPT 전력 소스 (도시되지 않음) 는 감지 주파수 (f s ) 를 시프트함으로써 완화될 수 없는 광대역 잡음을 또한 생성할 수도 있다. 어느 정도까지, IPT 전력 소스는 측정 포트 (1210) 에서 나타나는 임피던스를 또한 변조할 수도 있다. 이는 IPT 전력 소스 (예컨대, 도 11을 참조하면 1122) 의 출력 임피던스의 변동들과 유도 감지 코일 (1202) 및 IPT 커플러 코일 (예컨대, 도11을 참조하면 1120) 사이의 일부 커플링에 의해 설명될 수도 있다. 이들 출력 임피던스 변동들은 IPT 주파수 (f IPT ) 의 2 배인 기본 주파수를 갖는 스펙트럼을 또한 나타낼 수도 있다.
그러므로, 회로 (1200) 는 출력 임피던스를 안정화하는 그리고 감지 주파수 범위에서 광대역 잡음을 감소시키는 특수한 수단을 구현할 수도 있다. 이러한 수단은 전력 변환기 및 IPT 시스템의 IPT 커플러 사이에 삽입되는 고 주파수 필터들 (아이솔레이터들) 을 포함할 수도 있다. 이들 수단들은 IPT 튜닝 및 매칭 네트워크의 필수적인 부분으로서 간주될 수도 있다. 그 수단들은 IPT 제어 시스템에서, 특히 펄스 폭 변조된 (PWM) 구동 파형들의 생성기들에서, 매끄러운 (과도기 없는 (transient-free)) 제어를 위한 그리고 지터를 최소화하는 특수한 대책들을 더 포함할 수도 있다. 잡음 및 임피던스 변조를 줄이기 위한 위의 방법들은 유도성 외부 이물 검출 프로세스를 유사하게 방해할 수도 있는 IPT 전력 싱크 (예컨대, IPT 수신기, 도시되지 않음) 에 또한 적용할 수도 있다.
교류 자기장 바이어싱을 통해 그리고 와전류 가열에 의해 강자성 금속성 물체들을 검출하는 기본 개념은, 임펄스 응답 (펄스 유도) 검출 기법에 또한 원리적으로 적용할 수도 있는데, 강자성 물체의 존재가 바이어싱 자기장의 세기의 그리고 물체의 온도의 함수일 수도 있는 유도 감지 코일의 임펄스 응답을 또한 수정할 수도 있어서이다. 이러한 임펄스 응답 검출 구현예는 공진 튜닝을 필요하지 않을 수도 있다.
도 13은 일부 구현예들에 따른, 임펄스 응답 접근법에 기초한 또 다른 강자성 외부 이물 검출 회로 (1300) 의 도면이다. 동작 시, 유도 감지 코일 (1302) 이 짧은 시구간 동안 DC 전압 소스 (1312) 를 가로질러 전류 충전된다. 시간 T o 에서, 유도 감지 코일 (1302) 은 DC 전압 소스 (1312) 로부터 접속해제되고 이상적으로는 링잉 (ringing) 없이 션트 저항기 (1334) 를 가로질러 방전된다. 최종적으로, 유도 감지 코일 (1302) 을 가로질러 측정되는 바와 같은 전압 (V s ) 은 적어도 하나의 정의된 시간 순간 (
Figure pct00115
) 에 샘플링되고 적어도 하나의 참조 값과 비교된다.
도 13은 IPT 시스템의 관련 부분들을 추가적으로 도시한다. 회로 (1300) 는 전류 충전 시간 (T o ) 을 정의하는 펄스 생성기 (1316) 를 제어하는 타이머 회로 (1326), 충전 펄스를 실행하기 위해 펄스 생성기 (1316) 에 의해 제어되는 스위치 (1314), 감지 펄스 동안 유도 감지 코일 (1302) 을 충전시키는 DC 전압 소스 V DC (1312), 방전 기간 동안 측정 포트 (1310) 에서 전압
Figure pct00116
를 감지하기 위한 전압 센서 (1315), 및 유도 감지 코일 (1302) 을 가로질러 빠른 방전을 위한 치수로 된 션트 저항기 R sh (1334) 가 특징이다. 리미터 (1328) 가 측정 신호의 레벨을 관심 있는 범위로 제한 (예컨대, 클리핑) 하기 위해 전압 센서 (1315) 의 출력을 수신하면서도 또한 리미터 (1328) 의 출력을 수신하는 증폭기 (1330) 의 포화를 또한 방지할 수도 있다. 증폭기 (1330) 의 출력이 타이머 (1326) 에 의해 제어되는 바와 같은 숫자 K 개의 시간 순간들 (
Figure pct00117
, k = 1 ...K) 에서 전압 임펄스 응답
Figure pct00118
를 샘플링하도록 구성되는 샘플러 (1332) 에 대한 입력이다. 평가 및 제어 유닛 (1340) 이 연속하여 검출된 전압 샘플들
Figure pct00119
를 평가하고 참조 값들의 세트에 대해 전압 샘플들을 비교함으로써 강자성 물체 (예컨대, 외부 이물 (1350)) 의 존재를 결정한다.
바람직한 구현예에서, 외부 이물 (1350) 은 유도 감지 코일 (1302) 에 전압 펄스를 주기적으로 인가함으로써 검출된다. 펄스생성 (pulsing) 은, IPT 주파수 (f IPT ) 와 동일하거나, 또는 그것의 정수 배인 펄스 레이트를 갖는 그리고 IPT 참조 신호 (1324) 에 대해 적합한 시간 순간에 조정되는, IPT 전력 소스 (1322) 에 의해 평가 및 제어 유닛 (1340) 에 공급되는, 및 실제 IPT 시스템에 존재할 수도 있는 스위칭 과도기들에 대한 펄스 위상을 갖는 IPT 주파수 (f IPT ) 와 동기하여 수행될 수도 있다. 이 펄스생성은 평가 및 제어 유닛 (1340) 으로부터 출력되는 노출 제어 신호 (1342) 에 의해 구동될 수도 있다. 평가 및 제어 유닛 (1340) 은 변조 (예컨대, 변화) 의 정도, 교류 자기장 노출 간격들과의 상관도, 및 취득된 시계열에서 감지되는 바와 같은 다른 특성들을 분석함으로써 연속하여 샘플링된 임펄스 응답들에 기초하여 외부 이물 (1350) 의 존재를 결정하도록 구성될 수도 있다.
더구나, 임펄스 응답 구현예의 복수의 (어레이의) 유도 감지 코일들로의 확장이 감지 회로 (1300) 의 감지 펄스 생성 부분에서 멀티플렉서를 요구하지 않을 수도 있는데, 각각의 펄스 스위치 (1314) 가 한 번에 하나의 감지 코일에 대해서만 각각의 펄스를 개별적으로 제공할 수도 있어서이다. DC 전압 소스 (1312) 는 다수의 감지 회로들에 공통일 수도 있는 반면, 션트 저항기 R sh (1334), 전압 센서 (1315), 및 리미터 (1328) 는 각각의 유도 감지 코일 (예컨대, 코일 (1302)) 에 대해 개별적일 수도 있다. 감지된 전압들의 다중화는 리미터 (1328) 하류 (예컨대, 뒤) 또는 심지어 증폭기 (1330) 하류 (예컨대, 뒤) 에서 수행될 수도 있다.
다음은 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 임의의 강자성 외부 이물 검출 회로에 적용될 수도 있지만 도 13에 도시된 바와 같은 외부 이물 검출 회로의 맥락에서 설명된다.
외부 이물들 (1350) 을 바이어싱 (변조) 및/또는 가열 교류 자기장
Figure pct00120
에 간헐적으로 노출하는 것에 의한 외부 이물 검출이 처음에는 유도 전력 전달을 시작하기 전에 적용될 수도 있다. 회로 (1300) 가 외부 이물 (1350) 의 존재를 결정하면, 회로 (1300) 는 유도 전력 전달을 시작하지 않는다. 물체가 처음으로 검출되었다면, 일반 전력 전달 동안, 회로 (1300) 는 적어도 하나의 외부 이물 검출 프로세스, 예를 들어, (예컨대, 시간 미분 접근법에 기초하여) 시스템이 액티브인 경우 함수 공간에 진입하는 물체를 검출하기에 적합한 프로세스를 채용할 수도 있다. 이는 교류 자기장 바이어싱, 레이더 기반 프로세스, 및/또는 임의의 다른 감지 프로세스에 또한 부분적으로 의지할 수도 있는 유도 감지 방법 중 하나일 수도 있다. 외부 이물 검출이 시그널링되는 이벤트 시, 회로 (1300) 는 먼저 유도 전력 전달을 중단한 다음 교류 자기장 바이어싱 및/또는 가열을 사용하는 프로세스를 재적용함으로써 그런 검출을 검증할 수도 있다. 이는 낮은 신뢰도 검출의 경우들에 특히 적용할 수도 있다. 이전의 검출이 확인된다면, 회로 (1300) 는 유도 전력 전달을 중단할 수도 있다. 이전의 검출이 확인되지 않는다면, 회로 (1300) 는 유도 전력 전달을 재활성화할 수도 있다.
시스템 능력들에 의존하여, 바이어싱 및 가열 교류 자기장
Figure pct00121
는 부하에, 예컨대, 전기 차량의 배터리에 실제 전력을 전달함으로써 생성될 수도 있다. 대안적으로, 자기장 는 차량측 부하를 접속해제함으로써 그리고 and by generating 베이스 IPT 커플러 (1320) 에서 그리고/또는 차량 IPT 커플러 (도시되지 않음) 에서 실질적으로 무효전력을 생성함으로써 생성될 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 구현예들은 유해한 상황들이 교류 자기장
Figure pct00123
노출 간격들 동안 발생하는 것을 방지하기 위해 더 신중히 적용될 수도 있다. 예를 들어, 교류 자기장 노출
Figure pct00124
는 준임계 (subcritical) 레벨에서 시작할 수도 있다. 외부 이물 (1350) 이 검출되지 않는다면, 회로 (1300) 는 간격 마다 자기장
Figure pct00125
노출의 레벨을 연속적으로 증가 (예컨대, 램프 업) 시킬 수도 있다.
일부 물체들, 예컨대, 종이 클립들은, 그들의 변조 응답을 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00126
의 레벨로 상당히 변화시킬 수도 있다. 포화에 기인하는 이들 효과들은, 외부 이물 (1350) 의 존재를 결정하는데 유용한 추가의 정보를 나타낼 수도 있다. 변조 응답에서의 변화들은 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00127
의 주파수를 바꾸는 경우 또한 관찰될 수도 있다. 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00128
에 대해 상이한 레벨들을 사용하는 것은 예컨대, IPT 커플러 (도시되지 않음) 에서의 페라이트에 의해 유도 감지 코일 (1302) 의 환경에서 생성된 바와 같은 변조 효과들과 강자성 외부 이물들에 의해 생성된 바와 같은 변조 효과들 간을 구별하는 것을 또한 도울 수도 있는데, 레벨이 변하는 경우 이들 변조 효과들이 상이하게 변화할 수도 있어서이다. 그러므로, 일부 구현예들에서, 외부 이물 검출은 바이어싱 교류 자기장
Figure pct00129
의 상이한 레벨 및 상이한 주파수 중 적어도 하나로 수행된다.
본 명세서에서 개시되는 방법들은 시간 미분 접근법 (예컨대, 도 11에 관련하여 이전에 논의된 바와 같음) 및 공간 미분 접근법 (예컨대, 도 12에 관련하여 이전에 논의된 바와 같음) 중 적어도 하나와 결합될 수도 있다. 시간-미분 접근법에서, 외부 이물 검출 시스템은 절대 결정 기준들에 적용하지 않을 수도 있고 오히려 검출기 출력들의 시간 시퀀스들에서의 후속 검출기 출력들 간의 차이들에 결정을 기초할 수도 있다. 반면에, 공간-미분 접근법에서, 외부 이물 검출 시스템은 이웃하는 유도 감지 코일들로부터의 검출기 출력들 사이의 차이들에 기초하여 강자성 물체의 존재를 결정할 수도 있다.
유도 감지 코일의 환경에서의 금속성 구조체들 (예컨대, 차량 패드 및 차량 차체하부) 이 일시적으로 움직일 수도 있다. 이는, 예를 들어, 사람이 차량에 들어오거나 또는 떠나가는 경우 또는 차량이 적재되거나 또는 하적되는 경우에 일어날 수도 있다. 이들 움직임들은 위에서 설명된 프로세스들에 기초하여 유도 감지를 심각하게 방해할 수도 있다. 이러한 방해들이 외부 이물 검출 어레이의 대부분의 유도 감지 코일들에 대해 실질적으로 동시에 일어날 것이 예상된다. 그러므로, 그런 시스템은 유도 감지 코일의 특성의 중요한 변화들이 대부분의 유도 감지 코일들 상에서 동시에 일어나는 이벤트에서 교류 자기장 바이어싱 및/또는 가열에 기초하여 유도 감지를 중단할 수도 있다.
일부 상황들에서, 정확한 외부 이물 검출은 차량 모션 등과 같은 발생들에 의해 손상될 수도 있다. 예를 들어, 차량이 바람에 의해 또는 택시 내의 승객들의 움직임에 의해 흔들리는 경우, 전체 차량은 측면으로 그리고/또는 상하로 시프트할 수도 있다. 차량 자체가 금속으로 이루어지므로, 예를 들어, 베이스 패드 내의 외부 이물 감지 코일들은, 차량 섀시의 움직임을 검출하고 긍정 오류 (false positive) 를 트리거할 수도 있다. 이러한 긍정 오류들을 트리거하는 것에 대한 취약성은 이러한 외부 이물 검출 시스템들의 견고성 및 신뢰도를 감소시킬 수도 있다. 이런 이유로, 이러한 긍정 오류들의 상대적 발생을 상당히 감소시키는 방법들이 바람직하다. 하나의 이러한 접근법은 긍정적 외부 이물 검출을 트리거하기 위한 동적 검출 임계값의 주기적 재계산을 포함한다. 이러한 접근법에서, 동적 검출 임계값은 그렇지 않으면 이러한 긍정 오류 트리거들을 유발할 발생들을 동안 유도 감지 코일들에서 감지될 가능성이 있는 값들보다 더 큰 레벨로 주기적으로 설정 및 재설정될 수도 있다. 이러한 접근법은 아래에서 도 14에 관련하여 설명될 것이다.
제 1 액션에서, 미리 결정된 시간 간격에 걸친 복수의 유도 감지 코일들의 각각으로부터의 출력 또는 측정 신호가 수신된다. 이는 미리 정의된, 미리 결정된, 또는 수동으로 설정 가능한 빈도 (예컨대, 초당 6.25 회, 또는 6.25 Hz) 로 그리고 미리 결정된 시간 간격 (예컨대, 초당 6.25 회 각각이 측정되었던 64 개 루프들은 지연된 또는 병렬 프로세싱 또는 어떤 소트 없이 각각의 미리 결정된 간격에 대해 1/(64*6.25) = 2.5ms 이하와 동일함) 마다 일어날 수도 있다. 그러나, 병렬 프로세싱이 이용되는 경우, 미리 결정된 간격은 병렬 프로세싱 경로들의 수와 동등한 인수만큼 증가할 것이다. 예를 들어, 4 개의 루프들이 병렬로 샘플링되는 경우, 미리 결정된 간격들은 4 배 길이, 예컨대, 10ms일 것이다.
제 2 액션에서, 출력들 또는 측정 신호들의 각각은 출력 또는 측정 신호들의 정적이거나 또는 느린 변화 성분들을 제거하기 위하여 하이 패스 필터링되어, 베이스 패드 상에서 또는 그 근처에서 "잡음", "움직임", 또는 "변화"가 발생할 가능성이 있는 표시들만을 남겨둔다. 일부 구현예들에서, 제 1 차 하이 패스 버터워스 (Butterworth) 필터가 이용될 수도 있지만, 임의의 차수의 임의의 하이 패스 필터가 고려될 수도 있다.
제 3 액션에서, 하이 패스 필터링된 출력들 또는 측정 신호들은, 도 14에 도시된 바와 같이, 하이 패스 필터링된 출력들 또는 측정들에 대한 잠재적 값들의 빈들 또는 범위들로 하이 패스 필터링된 출력들 또는 측정 신호들을 그룹화하는 히스토그램 속에 배열된다. 이러한 하이 패스 필터링된 출력들 또는 측정신호들은 복수의 감지 코일들의 각각에 의해 제공되는 복소수 값들의 절대 값들 (크기) 일 수도 있다. 도 14는 일부 구현예들에 따른, 동적 외부 이물 검출 임계값을 계산하는데 사용되는 감지 어레이에서의 복수의 유도 감지 코일들로부터 하이 패스 필터링된 센서 데이터를 예시하는 히스토그램 (1400) 이다. X축은 감지 어레이에서의 복수의 유도 감지 코일들로부터의 하이 패스 필터링된 센서 데이터의 상대 세기의 상이한 빈들, 이 예에서는 0부터 25까지의 임의적 세기 단위들의 범위의 64 개 빈들을 예시한다. 복수의 원들이 히스토그램을 형성하는 것으로 도시되며, X축 위의 그것의 높이는 하이 패스 필터링된 센서 데이터가 그 특정 빈 또는 범위에서 상대적 하이 패스 출력 세기를 갖는 유도 감지 코일들의 상대 수를 표시한다. 상대적 출력 세기의 특정 빈 또는 범위 내에서 하이 패스 필터링된 출력을 반환하는 감지 코일들이 더 많을수록, 그 빈에서의 원은 X축 위로 더 높다. 예를 들어, 도 14에서, 상대적으로 더 많은 감지 코일들이, 1~3 범위 외부의 원들보다 X축으로부터 일반적으로 더 멀리 위치된 1과 3 사이의 출력 빈들에서의 원들에 의해 표시되는 바와 같이, 1과 3 사이의 낮은 상대적 하이 패스 출력 값들을 반환한다. 이 예상되는 것인데, 하이 패스 필터링 후에 남았던 임의의 수차들이 높은 값들보다는 낮은 값을 가질 것이 예상되어서이다.
제 4 액션에서, 누적 또는 정규화된 히스토그램 선 (1402) 이 X축으로부터의 원들 모두의 높이들의 합이 1.0과 동일하도록 결정된다. 따라서, 라인 (1402) 이 좌측에서 우측으로 이동하여, X축을 따라 먼저 로우와, 그 다음에 하이 값들을 가로질러 스위핑할 때, 선 (1402) 의 값은 최우측 원에서 1.0의 값으로 증가한다.
제 5 액션에서, 복수의 감지 코일들 중 얼마나 많이 어떤 임의적 하이 패스 필터링된 출력 값 미만이어야 하는지를 표시하는 백분위수 값 (1404) 이 선택되거나 또는 결정된다. 도 14의 예에서, X축 상의 약 2.4의 하이 패스 출력 값에 대응하는 0.65의 백분위수 값 (1404) 이 이용된다.
제 6 액션에서, 복수의 감지 코일들로부터의 모든 하이 패스 필터링된 출력들이 물체가 존재하지 않는 경우 미만이 될 것이 예상되는 값으로 동적 임계값을 시프트하기 위하여, 대응하는 하이 패스 출력 값은 구성 파라미터, 또는 증배율 (multiplication factor) 에 의해 곱해진다. 도 14의 예에서, 구성 파라미터 또는 증배율은 "10"이다. 동적 임계값 (1406) 은 도 14에서 두꺼운 수직선에 의해 도시된다. 이런 구현예들에서, 복수의 유도 감지 코일들 중 임의의 유도 감지 코일이 외부 이물이 삽입될 것이었을 경우일 대부분의 루프들보다 상당히 더 높은 출력을 가진다면, 이들 상당히 더 높은 출력들은 동적 임계값 (1406) 을 능가할 것이다.
제 7 액션에서, 외부 이물 검출 이벤트가 상당히 더 높은 출력이 미리 결정된 또는 조정가능 시간 간격 (예컨대, 1 초) 에 대해 동적 임계값 (1406) 을 지속적으로 초과한 후에만 트리거되도록 검출 시간 지연이 구현된다. 샘플 주파수, 백분위수 값, 증배율, 및 지연 간격 중 하나 이상을 튜닝함으로써 알고리즘은 작은 (예컨대, 낮은 응답) 또는 큰 (예컨대, 높은 응답) 물체들의 최적 검출을 위해 튜닝될 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서, 위에서 설명된 알고리즘의 다수의 사례들이 중요한 물체들의 상이한 종류들 또는 유형들에 대해 증가된 민감도를 제공하기 위해 병행하여 구현될 수도 있다.
무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 볼륨 또는 감지 영역에 위치되는 물체의 유형 간을 식별할 수 있는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 도 15에 관한 다음의 설명은 물체의 유형, 또는 그것이 무엇으로 이루어지는지가, "물체 무존재" 상태와 "물체 존재" 상태 사이의 감지 코일들의 등가 리액턴스 및 저항 값들에서의 상대적 변화들을 감지하는 것에 기초하여 구별될 수 있는 일부 구현예들을 예시한다.
도 15는 일부 구현예들에 따른, "물체 무존재" 상태에서의 및 "물체 존재" 상태에서의 감지 코일의 리액턴스 및 저항에서의 상대 변화들 사이의 관찰된 관계를 예시하는 그래프 (1500) 이다. 이전에 설명된 바와 같이, 감지 코일이 측정가능 등가 리액턴스 (예컨대, 헨리 단위의 인덕턴스) 와 등가 저항 (예컨대, 옴 단위의 저항) 을 가질 수도 있다. 도 15는 물체가 검출 볼륨에서 (도트 1502에) 존재하지 않는 경우 일 예의 리액턴스의 jL0 옴 (임피던스의 허수 성분) 과 R0 옴 (임피던스의 실수 성분) 을 도시한다. 물체를 이루는 재료는, 검출 볼륨에 존재하는 경우, 감지 코일의 임피던스 변화 각도 (예컨대, 허수 성분에서의 변화, 또는 리액턴스와, 실수 성분에서의 변화, 또는 저항 사이의 관계) 에 기초하여; 구체적으로는, 물체가 존재하지 않는 경우의 감지 코일의 복소 임피던스와 물체가 존재하는 경우의 감지 코일의 복소 임피던스를 연결하는 선이 물체가 존재하지 않는 경우에 감지 코일의 복소 임피던스를 통해 연장하는 수평선과 이루는 각도에 기초하여 결정될 수 있다는 것이 관찰되었다. 예를 들어, 감지 코일의 등가 리액턴스 및 등가 저항 둘 다에서의 증가를 유발하는 재료들은 도 15에 의해 표현되는 임피던스 변화 평면의 "제1사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발한다. 마찬가지로, 등가 리액턴스에서의 증가와 등가 저항에서의 감소를 유발하는 재료들은 임피던스 변화 평면의 "제2사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발한다. 등가 리액턴스 및 등가 저항 둘 다에서의 감소를 유발하는 재료들은 임피던스 변화 평면의 "제3사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발한다. 등가 리액턴스에서의 감소와 등가 저항에서의 증가를 유발하는 재료들은 임피던스 변화 평면의 "제4사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발한다.
보인 바와 같이, "제1사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발하는 물체들은 페라이트들, 강자성 재료들, 및 생물체들 (예컨대, 인간의 손) 을 포함할 것인 반면, "제4사분면"을 향하는 임피던스 변화를 유발하는 물체들은 원치 않는 유도 가열을 유발하는 와전류들이 쉽게 유도될 수도 있는 중요한 물체들을 포함할 것이다. 구리 시트, 알루미늄 시트, 요구르트 컵 커버, 얇은 알루미늄 포일들, 금속화지, 종이 클립, 강철과 같은 강자성 재료들, 및 고 주파수 리츠선 메시워크 (meshwork) 및 탄소 재료들의 각각에 대한 특정 예의 시프트 각도 범위들은 임피던스 변화 시프팅의 "제4사분면"에 존재하는 것으로 예시된다. 따라서, 도 15에 의해 시사된 바와 같이, 단순히 "중요 물체" 또는 "비-중요 물체"보다는 더 미립형 구별이, 임피던스 시프트의 각도에 기초하여, 또는 본질적으로는, 얼마나 많이 그리고 어떤 방향에서 방향 리액턴스가 변화하는지와 얼마나 많이 그리고 어떤 방향에서 저항이 변화하는지 사이의 관계 (또는 비교) 에 기초하여 이루어질 수도 있다. 따라서, 도 14에 관련하여 이전에 설명된 하이 패스 필터링된 출력은 위에서 설명된 각도를 결정하거나 또는 감지 코일의 리액턴스에서의 변화 및 저항에서의 변화 사이의 위에서 설명된 비교를 하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 실제 저항에서의 변화가 아래의 수학식 1에 따라 결정될 수도 있는 반면, 리액턴스에서의 변화가 아래의 수학식 2에 따라 결정될 수도 있다.
수학식 1: ΔRE = R현재 - R없음
수학식 2: ΔIM = IM현재 - IM없음
여기서 ΔRE는 감지 코일의 저항에서의 변화이며, R현재는 현재 측정된 저항 (물체가 존재함에 따른 저항), R없음은 물체가 존재하지 않는 경우의 저항이며, ΔIM은 감지 코일의 리액턴스에서의 변화이며, IM현재는 현재 측정된 리액턴스 (물체가 존재함에 따른 리액턴스) 이며, IM없음은 물체가 존재하지 않는 경우의 리액턴스이다. 수학식 1 및 2의 계산을 위해 이용된 샘플들이 이전에 하이 패스 필터링되었을 수도 있으므로, R없음 및 IM없음의 교정 데이터는 요구되지 않는다. 그러나, 온도 또는 에이징으로 인한 R없음 및 IM없음의 값들에서의 느린 변화들이 필터링으로 제거되므로, R없음 및 IM없음의 실제 값들은 시간이 지남에 따라 부유 (drift) 할 수도 있다.
임피던스에서의 변화의 각도가 아래의 수학식 3에 따라 결정될 수도 있다.
수학식 3: θ = atan2 (ΔIM, ΔRE)
여기서 θ는 라디안 단위의 임피던스 변화 각도이고 atan2 (ΔIM, ΔRE) 는 다음과 같은 역 탄젠트 (tan-1) 또는 아크 탄젠트 (arctan) 연산이며:
tan-1 (ΔIM/ΔRE), 단 x > 0
tan-1 (ΔIM/ΔRE) + π, 단 y ≥ 0, x < 0
tan-1 (ΔIM/ΔRE) - π, 단 y < 0, x < 0
+ π/2, 단 y > 0, x = 0
- π/2, 단 y = 0, x = 0
일부 구현예들에서, θ가 "제4사분면"에 있는 것으로 결정되는 (예컨대, 리액턴스는 감소하지만 저항은 증가하는) 경우 중요한 물체의 존재에 대한 긍정적 트리거가 이루어질 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서, 이 긍정적 트리거는 θ가 "제4사분면"에 있거나 또는 "제1사분면" 내의 어느 정도의 "제1사분면"/"제4사분면" 경계선 내에 있는 경우에 이루어질 수도 있다. 더구나, 사람의 손이 "제1사분면"을 향하게 임피던스를 변화시키는 (예컨대, 리액턴스와 저항 둘 다가 증가하는) 것으로 도시되고 있으므로, 본 구현예들은 임피던스가 "제1사분면"을 향하여, 더 구체적으로는, "제1사분면"을 향하는 특정 각도들의 범위에서 시프트하였다고 결정되는 경우 생물체들의 존재를 또한 구별할 수 있다.
도 16은 일부 구현예들에 따른, 물체의 존재를 검출하는 방법의 흐름도 (1600) 이다. 비록 방법 (1600) 이 도 4 내지 도 14에 관해 위에서 논의된 바와 같은 회로들 및/또는 디바이스들에 대해 본 명세서에서 설명되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자가 방법 (1600) 은 다른 적합한 디바이스들 및 시스템들에 의해 구현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 비록 방법 (1600) 이 특정 순서에 관해 본 명세서에서 설명되지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행되거나, 또는 생략될 수도 있고, 부가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
동작 블록 (1602) 은 복수의 유도 감지 코일들의 각각으로부터 출력을 수신하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 14에 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 출력 또는 측정 신호가 베이스 패드 상에서 또는 그 위에서 어레이로 배열된 복수의 유도 감지 코일들의 각각에 의해 수신될 수도 있다.
동작 블록 (1604) 은 수신된 출력들의 각각을 하이 패스 필터링하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제 1 차 버터워스 하이 패스 필터가 복수의 유도 감지 코일들로부터 수신된 출력 또는 측정 신호들의 각각에 적용될 수도 있다.
동작 블록 (1606) 은 잠재적 하이 패스 필터링된 출력 값들의 빈들 또는 범위들에 하이 패스 필터링된 수신된 출력들의 각각을 배정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 하이 패스 필터링된 출력들은 히스토그램 속에 가상적으로 또는 보강적으로 배열될 수도 있다. 이 경우, 가상적 또는 보강적은, 히스토그램이 명시적으로 생성되지 않을 수도 있지만, 하이 패스 필터링된 수신된 출력들은 각각의 출력이 속하는 출력 세기들의 범위에 기초하여 프로세서의 메모리에서 분류되거나 또는 그룹화될 수도 있다는 것을 의미한다.
동작 블록 (1608) 은 하이 패스 필터링된 수신된 출력들의 미리 결정된 백분율의 값 이상인 임계 하이 패스 출력 값을 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 14에 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 누적 또는 정규화된 히스토그램 선 (1402) 이 원들 모두의 높이들의 합이 1.0이 되도록 결정된다. 그러면, 복수의 감지 코일들 중 얼마나 많은 감지 코일들이 어떤 임의적 하이 패스 필터링된 출력 값 미만인지를 표시하는 백분위수 값이 선택되거나 또는 결정된다.
동작 블록 (1610) 은 결정된 임계 하이 패스 값에 증배율을 곱함으로써 동적 임계값 값을 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 결정된 임계 하이 패스 출력 값에는, 복수의 감지 코일들로부터의 모든 하이 패스 필터링된 출력들이 미만이 될 것으로 예상되는 값으로 동적 임계값을 시프트하기 위하여 구성 파라미터, 또는 증배율이 곱해진다.
동작 블록 (1612) 은 하이 패스 필터링된 수신된 출력들 중 적어도 하나가 미리 결정된 시간 간격에 대해 동적 임계 값을 지속적으로 초과하는 경우 외부 이물 검출 이벤트를 트리거하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 14에 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 상당히 더 높은 출력이 미리 결정된 또는 조정 가능한 시간 간격 (예컨대, 1 초) 동안 동적 임계값 (1406) 을 지속적으로 초과한 후에만 외부 이물 검출 이벤트가 트리거된다.
도 17은 일부 구현예들에 따른, 물체의 존재를 검출하는 방법의 흐름도 (1700) 이다. 비록 방법 (1700) 이 도 4 내지 도 14에 관해 위에서 논의된 바와 같은 회로들 및/또는 디바이스들에 대해 본 명세서에서 설명되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자가 방법 (1700) 은 다른 적합한 디바이스들 및 시스템들에 의해 구현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 비록 방법 (1700) 이 특정 순서에 관해 본 명세서에서 설명되지만, 다양한 구현예들에서, 본원에서의 블록들은 상이한 순서로 수행되거나, 또는 생략될 수도 있고, 부가적인 블록들이 추가될 수도 있다.
동작 블록 (1702) 은 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 그 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 15에 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 각각의 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값이 외부 이물이 검출 볼륨에 존재하지 않는 경우 그 감지 코일에 대한 리액턴스의 교정 또는 수동 설정을 통해 이전에 결정될 수도 있다. 감지 코일의 리액턴스는 그 다음에 임의의 특정 시간에 결정되고 외부 이물이 존재하지 않는 경우의 그 감지 코일에 대한 교정된 리액턴스와 비교될 수도 있다. 이들 두 개의 값들 사이의 차이는 그 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터의 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량이다.
동작 블록 (1704) 은 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 그 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 15관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 각각의 감지 코일에 대한 이전의 저항 값이 외부 이물이 검출 볼륨에 존재하는 않는 경우에 이전에 결정될 수도 있다. 감지 코일의 저항은 그 다음에 임의의 특정 시간에 결정되고 외부 이물이 존재하지 않는 경우의 그 감지 코일에 대한 교정된 저항과 비교될 수도 있다. 이들 두 개의 값들 사이의 차이는 그 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터의 그 감지 코일의 저항에서의 변화량이다.
동작 블록 (1706) 은 코일의 리액턴스에서의 변화량과 감지 코일의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 15에 관련하여 이전에 설명된 바와 같이, 존재하는 물체의 유형은, 물체가 검출 볼륨에 존재하지 않는 경우, 감지 코일의 복소 임피던스가 감지 코일의 임피던스로부터 시프트하는 방향에 본질적으로 기초하여 결정될 수 있다. 물체의 유형은 감지 코일의 리액턴스에서의 변화의 방향 및 저항에서의 변화의 방향의 거친 결정에 의해 결정될 수도 있다. 대안적으로, 물체의 유형은 감지 코일의 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행한 다음, 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위에 일치하는 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 물체의 유형을 결정함으로써 결정될 수도 있다.
위에서 설명된 방법들의 다양한 동작들은, 그 동작들을 수행할 수 있는 임의의 적합한 수단, 이를테면 다양한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트(들), 회로들, 및/또는 모듈(들)에 의해 수행될 수도 있다. 일반적으로, 도면들에서 예시된 임의의 동작들은 그 동작들을 수행할 수 있는 대응하는 기능적 수단에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 물체를 감지하는 수단이 도 4 내지 도 15에서 이전에 설명된 임의의 감지 코일을 포함할 수도 있다. 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 수단은, 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11의 임피던스 분석기 (1108) 또는 평가 및 제어 유닛 (1140), 도 12의 평가 및 제어 유닛 (1240), 또는 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1340) 을 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 저항 값으로부터 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량을 결정하는 수단은, 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11의 임피던스 분석기 (1108) 또는 평가 및 제어 유닛 (1140), 도 12의 평가 및 제어 유닛 (1240), 또는 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1340) 을 포함할 수도 있다. 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량 및 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하는 수단이, 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다.
비슷하게, 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량이 양이고 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량이 양인 경우 생물체의 존재를 결정하는 수단이, 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다. 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량이 음이고 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량이 양인 경우 생물체의 존재를 결정하는 수단이, 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다. 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행하는 수단이, 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위에 일치하는 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 물체의 유형을 결정하는 수단이 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다. 금속성 물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위 또는 생물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위에 일치하는 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 금속성 물체 또는 생물체로서 물체의 유형을 결정하는 수단은, 각각 임의의 프로세서, 예를 들어, 도 11 내지 도 13의 평가 및 제어 유닛 (1140/1240/1340) 을 포함할 수도 있다.
정보와 신호들이 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중의 임의의 것을 사용하여 표현될 수도 있다. 예를 들어, 위의 설명 전체에 걸쳐 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩 (chip) 들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기적 장들 또는 입자들, 광학적 장들 또는 입자들, 또는 그것들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 구현예들과 관련하여 설명되는 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 방법 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로서 구현될 수도 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 교환가능성을 명백하게 예증하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 일반적으로 그것들의 기능의 관점에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어 중 어느 것으로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 달려있다. 설명된 기능성은 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정들은 구현예들의 범위로부터 벗어나도록 하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에서 개시된 구현예들에 관련하여 설명된 다양한 구체적인 블록들, 모듈들, 및 회로들은 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 범용 하드웨어 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (Digital Signal Processor, DSP), 주문형 집적회로 (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (Field Programmable Gate Array, FPGA) 또는 다른 프로그램가능 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 하드웨어 프로세서가 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대체예에서, 그 하드웨어 프로세서는 기존의 임의의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 하드웨어 프로세서가 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 구현예들에 관련하여 설명된 방법 및 기능들의 단계들은 하드웨어로, 하드웨어 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이들 두 가지의 조합으로 직접 실시될 수도 있다. 소프트웨어로 구현된다면, 그 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드들로서 유형의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되거나 송신될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM (random-access memory), 플래시 메모리, ROM (read-only memory), 전기적 프로그램가능 ROM (EPROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 이 기술분야에서 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에라도 존재할 수도 있다. 저장 매체가 하드웨어 프로세서에 커플링되어서 하드웨어 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 그 저장 매체에 정보를 기재할 수 있다. 대체예에서, 저장 매체는 하드웨어 프로세서에 통합될 수도 있다. 디스크 (disk 및 disc) 는 본원에서 사용되는 바와 같이, 콤팩트 디스크 (compact disc, CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다용도 디스크 (DVD), 플로피 디스크 (floppy disk) 및 블루레이 디스크를 포함하는데, disk들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc들은 레이저들로써 광적으로 데이터를 재생한다. 상기한 것들의 조합들은 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 또한 포함되어야 한다. 하드웨어 프로세서와 저장 매체는 ASIC 내에 존재할 수도 있다.
본 개시물을 요약할 목적으로, 특정한 양태들, 장점들 및 신규한 특징들이 본원에서 설명되어 있다. 반드시 모든 이러한 장점들이 본 발명의 임의의 특정 구현예에 따라 달성될 수도 있다는 것이 아님은 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에서 교시 또는 제안될 수도 있는 다른 장점들을 반드시 달성하지 않고서도 본 발명이 본원에서 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 또는 최적화하는 방식으로 실시되거나 또는 수행될 수도 있다.
위에서 설명된 구현예들의 다양한 변형예들이 쉽사리 명확하게 될 것이고, 본원에서 정의된 일반 원리들은 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어남 없이 다른 구현예들에 적용될 수도 있다. 그래서, 본 출원은 본 명세서에서 보인 구현예들로 한정될 의도는 없으며 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하는 것을 의도한다.

Claims (30)

  1. 물체를 검출하는 장치로서,
    감지 코일; 및
    프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 상기 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하도록,
    상기 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 상기 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하도록, 및
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 상기 물체의 존재를 결정하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한, 상기 감지 코일로부터 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스와 상기 감지 코일의 상기 저항은 수신된 상기 신호로부터 결정 가능한, 물체를 검출하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한, 상기 감지 코일로부터의 수신된 상기 신호를 하이 패스 필터링하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 양이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우, 생물체의 존재를 결정하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 음이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우, 금속성 물체의 존재를 결정하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 물체의 존재를,
    상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행하는 것, 및
    상기 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 상기 물체의 상기 유형을 결정하는 것에 의해 결정하는, 물체를 검출하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 금속성 물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위 또는 생물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 상기 결과에 기초하여 금속성 물체 또는 생물체로서 상기 물체의 상기 유형을 결정하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 상기 관계가 미리 결정된 시간량에 대한 트리거 기준들을 충족시키는 경우 긍정적 물체 검출 이벤트를 트리거하도록 구성되는, 물체를 검출하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 코일에 대한 상기 이전의 리액턴스 값은 물체가 존재하지 않는 경우의 상기 감지 코일의 리액턴스이고 상기 감지 코일에 대한 상기 이전의 저항 값은 물체가 존재하지 않는 경우의 상기 감지 코일의 저항인, 물체를 검출하는 장치.
  10. 물체를 검출하는 방법으로서,
    감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 상기 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 단계;
    상기 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 상기 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하는 단계; 및
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 상기 물체의 존재를 결정하는 단계를 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 코일로부터 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스와 상기 감지 코일의 상기 저항은 수신된 상기 신호로부터 결정 가능한, 물체를 검출하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 코일로부터의 수신된 상기 신호를 하이 패스 필터링하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 양이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우 생물체의 존재를 결정하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 음이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우 금속성 물체의 존재를 결정하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 물체의 존재를 결정하는 단계는,
    상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행하는 단계, 및
    상기 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 상기 물체의 상기 유형을 결정하는 단계를 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 물체의 상기 유형은 금속성 물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위 또는 생물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 상기 결과에 기초하여 금속성 물체 또는 생물체로서 결정 가능한, 물체를 검출하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 상기 관계가 미리 결정된 시간량에 대한 트리거 기준들을 충족시키는 경우 긍정적 물체 검출 이벤트를 트리거하는 단계를 더 포함하는, 물체를 검출하는 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 감지 코일에 대한 상기 이전의 리액턴스 값은 물체가 존재하지 않는 경우의 상기 감지 코일의 리액턴스이고 상기 감지 코일에 대한 상기 이전의 저항 값은 물체가 존재하지 않는 경우의 상기 감지 코일의 저항인, 물체를 검출하는 방법.
  19. 코드를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    상기 코드는, 실행되는 경우, 물체를 검출하는 장치로 하여금,
    감지 코일에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 상기 감지 코일의 리액턴스에서의 변화량을 결정하게 하며,
    상기 감지 코일에 대한 이전의 저항 값으로부터 상기 감지 코일의 저항에서의 변화량을 결정하게 하며, 및
    상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 상기 물체의 존재를 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금 상기 감지 코일로부터 신호를 수신하게 하며, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스와 상기 감지 코일의 상기 저항은 수신된 상기 신호로부터 결정 가능한, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 양이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우, 생물체의 존재를 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량이 음이고 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우, 금속성 물체의 존재를 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금,
    상기 물체의 존재를,
    상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행하는 것, 및
    상기 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 상기 물체의 상기 유형을 결정하는 것에 의해 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금, 금속성 물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위 또는 생물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 상기 결과에 기초하여 금속성 물체 또는 생물체로서 상기 물체의 상기 유형을 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 코드는 또한, 실행되는 경우, 상기 물체를 검출하는 장치로 하여금, 상기 감지 코일의 상기 리액턴스에서의 변화량과 상기 감지 코일의 상기 저항에서의 변화량 사이의 상기 관계가 미리 결정된 시간량에 대한 트리거 기준들을 충족시키는 경우 긍정적 물체 검출 이벤트를 트리거하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  26. 물체를 검출하는 장치로서,
    물체를 감지하는 수단;
    상기 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 리액턴스 값으로부터 상기 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량을 결정하는 수단;
    상기 물체를 감지하는 수단에 대한 이전의 저항 값으로부터 상기 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량을 결정하는 수단; 및
    상기 물체를 감지하는 수단의 리액턴스에서의 변화량과 상기 물체를 감지하는 수단의 저항에서의 변화량 사이의 관계에 기초하여 물체의 존재를 결정하는 수단을 포함하는, 물체를 검출하는 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 물체를 감지하는 수단의 상기 리액턴스에서의 변화량이 양이고 상기 물체를 감지하는 수단의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우 생물체의 존재를 결정하는 수단을 더 포함하는, 물체를 검출하는 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 물체를 감지하는 수단의 상기 리액턴스에서의 변화량이 음이고 상기 물체를 감지하는 수단의 상기 저항에서의 변화량이 양인 경우 금속성 물체의 존재를 결정하는 수단을 더 포함하는, 물체를 검출하는 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 물체를 감지하는 수단의 상기 저항에서의 변화량에 의해 나누어진 상기 물체를 감지하는 수단의 상기 리액턴스에서의 변화량의 몫에 대한 역탄젠트 연산을 수행하는 수단, 및
    상기 물체의 유형에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 결과에 기초하여 상기 물체의 상기 유형을 결정하는 수단을 더 포함하는, 물체를 검출하는 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    금속성 물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위 또는 생물체들에 대응하는 미리 결정된 값들의 범위와 일치하는 상기 역탄젠트 연산의 상기 결과에 기초하여 금속성 물체 또는 생물체로서 상기 물체의 상기 유형을 결정하는 수단을 더 포함하는, 물체를 검출하는 장치.
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