无线功率发送器(101)或功率接收器(105)包括用于接收或生成功率传输信号的功率传输线圈(103、107)和用于控制设备在功率传输阶段期间执行功率传输的控制器(201、301)。所述功率传输阶段包括功率传输间隔和异物检测时间间隔，在所述功率传输间隔处功率被传输，在所述异物检测时间间隔期间所述功率传输信号的功率水平被降低。磁屏蔽元件(503、505)被定位在所述功率传输线圈(103、107)与互补设备的功率传输线圈之间。所述磁屏蔽元件(503、505)包括具有饱和点的磁屏蔽材料，使得它分别在功率传输间隔和异物检测时间间隔期间以饱和模式和非饱和模式操作。所述饱和点高于在所述功率传输时间间隔期间由所述功率传输信号生成的磁场强度并且低于在所述异物检测时间间隔期间生成的磁场强度。间生成的磁场强度。间生成的磁场强度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率传输的设备和方法以及改善的异物检测
[0001]本专利技术涉及无线功率传输系统，并且特别地但非排他地涉及用于支持高功率无线功率传输(例如用于支持厨房器具)的设备和方法。
技术介绍
[0002]当今大多数电气产品都需要专用的电气接触以从外部电源供电。然而，这往往是不切实际的，并且要求用户物理地插入连接器或以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也有很大不同，并且当前大多数设备都被提供有自己的专用电源，从而导致典型的用户拥有大量不同的电源，而每个电源都专用于特定设备。虽然使用内部电池可以避免在使用期间需要与电源的有线连接，但是这仅提供了部分解决方案，因为电池需要充电(或更换)。使用电池还会显著增加设备的重量以及潜在的成本和尺寸。
[0003]为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，将功率从功率发送器设备中的发送器线圈感应式传输到个体设备中的接收器线圈。
[0004]经由磁感应进行的功率传输是众所周知的概念，它主要应用于在初级发送器电感器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器。通过在两个设备之间分离初级发送器线圈与次级接收器线圈，基于松散耦合的变压器的原理，可以在它们之间进行无线功率传输。
[0005]这样的布置允许到设备的无线功率传输，而无需进行任何电线或物理电气连接。实际上，它可以简单地允许将设备放置在发送器线圈附近或顶部，以便从外部进行充电或供电。例如，功率发送器设备可以被布置有水平表面，能够简单地将设备放置在该水平表面上以便进行供电。
[0006]此外，可以有利地设计这样的无线功率传输布置，使得功率发送器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了被称为Qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发该方法。这种方法允许符合Qi规范的功率发送器设备与也符合Qi规范的功率接收器设备一起使用，而不必来自同一制造商或不必是彼此专用的。Qi标准还包括一些功能以允许针对特定的功率接收器设备而调整操作(例如取决于特定的功率消耗)。
[0007]Qi规范是由无线功率联盟开发的，并且更多信息能够例如在其网站http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上找到，其中特别地，能够找到定义的规范文档。
[0008]在诸如Qi的功率传输系统中，为将所需的功率水平传输到功率接收器而生成的电磁场通常非常大。在许多情况下，这样的强磁场的存在可能会对周围环境产生影响。例如，无线功率传输的潜在问题是功率可能被无意地传输到例如恰好在功率发送器附近的金属物体。
[0009]例如，如果有异物(例如，硬币、钥匙、戒指等)被放置到被布置为接收功率接收器的功率发送器平台上，由发送器线圈生成的磁通量将会在金属物体中引入涡电流，这将导致物体发热。热量增加可能会非常显著并且可能非常不利。
[0010]为了降低发生这种情况的风险，已经提出了引入异物检测，其中，当发生肯定的检测时，功率发送器能够检测异物的存在并降低发送功率和/或生成用户警报。例如，Qi系统包括用于检测异物并在检测到异物时降低功率的功能。特别地，Qi规范版本1.2.1的第11节描述了各种检测异物的方法。
[0011]WO2015018868A1公开了一种检测这样的异物的方法。WO2012127335中提供了另一示例，其公开了一种基于确定未知功率损耗的方法。在该方法中，功率接收器和功率发送器均测量其功率，并且接收器将其测量的接收功率通信到功率发送器。当功率发送器检测到由发送器发送的功率与由接收器接收的功率之间存在显著差异时，可能会存在不期望的异物，并且出于安全原因，功率传输可能会被限制或中止。
[0012]在Qi功率传输标准中，功率接收器例如通过以下操作来估计其接收功率：测量整流后的电压和电流，将它们相乘并加上功率接收器中的内部功率损耗(例如，整流器、接收器线圈，作为接收器的部分的金属部分等的损耗)的估计值。功率接收器将所确定的接收功率以最小速率(例如每四秒)报告给功率发送器。
[0013]功率发送器例如通过以下操作来估计其发送功率：测量逆变器的DC输入电压和电流，将它们相乘并通过减去发送器中的内部功率损耗的估计值(例如：逆变器、初级线圈和作为功率发送器的部分的金属部分中的估计功率损耗)来校正结果。
[0014]功率发送器能够通过从发送功率中减去所报告的接收功率来估计功率损耗。如果差值超过阈值，则发送器将假定有过多的功率耗散在异物中，并且然后发送器能够终止功率传输。然而，在实践中，已经发现该方法是比期望的更不准确的，并且尤其是估计功率发送器和功率接收器中的内部功率损耗的影响的误差和不确定性可能引起次优性能。
[0015]备选地，已经提出了测量由初级线圈和次级线圈形成的谐振电路的品质或Q因子以及对应的电容和电阻。所测量的Q因子的减小可以指示存在异物。
[0016]实际上，使用Qi规范中描述的方法往往难以获得足够的检测准确度。关于特定的当前操作状况的许多不确定性加剧了这一困难。
[0017]例如，一个特殊的问题是可能存在友好金属(即，体现功率接收器或功率发送器的设备的金属部分)，因为它们的磁性和电学性质可能是未知的(并且在不同的设备之间有所不同)，因此可能难以补偿。
[0018]另外，即使在金属异物中耗散相对小量的功率也会导致不期望的发热。因此，甚至有必要检测发送功率与接收功率之间很小的功率差异，并且当功率传输的功率水平提高时，这可能特别困难。
[0019]在许多情况下，Q因子劣化方法可能对检测金属物体的存在具有更好的灵敏度。然而，它可能仍然无法提供足够的准确度，并且例如可能还会受到友好金属的影响。
[0020]因此，当前的算法往往是次优的，并且在一些场景和示例中提供的性能可能低于最优性能。特别地，它们可能会导致未检测到异物的存在，或在不存在异物时错误地检测到异物。
[0021]在其中功率传输信号的功率水平高和/或在功率传输信号的功率水平变化时的场景中，准确地进行异物检测特别困难。因此，在功率传输阶段进行异物检测特别困难。
[0022]因此，改善的用于功率传输系统的操作将是有利的，并且特别是允许提高灵活性、降低成本、降低复杂度、改善异物检测、降低对功率接收器或功率发送器设备的性质变化的
灵敏度、改善适应性、改善向后兼容性和/或改善性能的方法将是有利的。特别地，提供用于检测异物的改善的电磁环境的方法将是有利的。
技术实现思路
[0023]因此，本专利技术试图优选以单独方式或以任何组合方式减轻、缓解或消除上述缺点中的一个或多个。
[0024]因此，本专利技术试图优选以单独方式或以任何组合方式减轻、缓解或消除上述缺点中的一个或多个。
[0025]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于使用电磁功率传输信号的从功率发送器到功率接收器的无线功率传输的设备，所述设备是所述功率发送器和所述功率接收器中的一个，所述设备包括：功率传输线圈，其用于接收或生成所述功率传输信号；控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用电磁功率传输信号的从功率发送器(101)到功率接收器(105)的无线功率传输的设备，所述设备是所述功率发送器(101)和所述功率接收器(105)中的一个，所述设备包括：功率传输线圈(103、107)，其用于接收或生成所述功率传输信号；控制器(201、301)，其用于控制所述设备在功率传输阶段期间执行功率传输，所述功率传输阶段包括功率传输间隔和异物检测时间间隔，在所述功率传输间隔处功率被传输，在所述异物检测时间间隔期间所述功率传输信号的功率水平被降低；磁屏蔽元件(503、505)，其在功率传输操作期间被定位在所述功率传输线圈(103、107)与互补设备的功率传输线圈之间，所述互补设备是所述功率接收器(105)和所述功率发送器(101)中的另一个设备；其中，所述磁屏蔽元件(503、505)包括具有饱和点的磁屏蔽材料，使得它在功率传输间隔期间以饱和模式操作并且在异物检测时间间隔期间以非饱和模式操作，所述饱和点高于在所述功率传输时间间隔期间由所述功率传输信号生成的磁场强度并且低于在所述异物检测时间间隔期间生成的磁场强度。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)是具有不超过1mm的厚度的片材元件。3.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽材料是铁氧体材料。4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述设备是所述功率接收器(105)，并且所述互补设备是所述功率发送器(101)。5.根据前述权利要求1
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3中的任一项所述的设备，其中，所述设备是所述功率发送器(101)，并且所述互补设备是所述功率接收器(105)。6.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括：异物检测天线(207、307)；以及异物检测器(205)，其被布置为生成驱动信号以驱动所述异物检测天线(207)在所述异物检测时间间隔期间生成异物检测电磁测试信号，并且响应于所述驱动信号而执行异物检测；并且其中，所述磁屏蔽元件(503、505)被定位在所述功率传输线圈(103、107)与所述异物检测天线(207)之间。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述异物检测器被布置为生成所述驱动信号以将所述磁屏蔽元件(503、505)中的所述异物检测电磁测试信号的电磁场强度限制为低于所述饱和点。8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述异物检测天线(207、307)与所述功率传输线圈(103、107)交叠。9.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)的所述饱和点处于从100mT至1T的范围内。10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)的所述饱和点处于从200mT至400mT的范围内。11.一种用于执行使用电磁功率传输信号的从功率发送器(101)到功率接收器(105)的无线功率传输的无线功率传输系统，所述无线功率传输系统包括：所述功率发送器的第一功率传输线圈(103)，其用于生成所述功率传输信号；
所述功率接收器的第二功率传输线圈(107)，其用于接收所述功率传输信号；控制器(201、301)，其用于控制所述功率传输系统在功率传输阶段期间执行功率传输，所述功率传输阶段包括功率传输间隔和异物检测时间间隔，在所述功率传输间隔处功率被传输，在所述异物检测时间间隔期间所述功率传输信号的功率水平被降低；磁屏蔽元件(503、505)，其在功率传输操作期间被定位在所述第一功率传输线圈(103)与所述第二功率...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：
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