无线功率传输系统中的外来物体检测技术方案

本公开提供用于无线功率传输

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线功率传输系统中的外来物体检测
相关申请的交叉引用
[0001]本专利申请要求
2021
年2月
16
日提交的题为“FOREIGN OBJECT DETECTION IN A WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM”的印度非临时专利申请
No.202111006541
的优先权，并转让给本申请的受让人
。
该在先申请的公开被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合于此
。


[0002]本公开一般涉及无线功率
。
更具体而言，本申请涉及无线功率传输系统中的外来物体检测
。

技术介绍

[0003]已经开发了能够实现将功率从无线功率传输设备无线传输到无线功率接收设备的技术
。
无线功率接收设备的示例可包括一些类型的移动装置
、
小型电子装置
、
计算机
、
平板
、
小配件
、
器具
(
例如，无绳搅拌机
、
水壶或混合器
)
和一些类型的更大电子装置等
。
无线功率传输可被称为非接触式功率传输或非接触式个传输
。
可使用无线功率传输设备的初级线圈和无线功率接收设备的次级线圈之间的电感耦合或谐振耦合来传输无线功率
。
例如，无线功率传输设备可包括产生电磁场的初级线圈
。
当次级线圈被放置在初级线圈附近时，电磁场可在无线功率接收设备的次级线圈中感应电动势
。
在这种配置中，电磁场可以将功率无线传输到次级线圈
。
[0004]在无线功率传输系统中，当外来金属物体
(
例如，钥匙
、
硬币
、
金属罐或铝箔等
)
在电磁场附近时，外来金属物体可能由于涡电流而被不期望地加热
。
这可能导致安全隐患，例如火灾安全隐患
。
此外，无线功率传输过程的效率可能会被无意中影响或破坏
。
用于检测无线功率传输系统中的外来物体的传统技术可能不足以或无效来防止此类安全危险
。

技术实现思路

[0005]本公开的系统
、
方法和设备各自具有若干创新方面，其中没有单个方面独自负责本文公开的期望属性
。
[0006]本公开中描述的主题的一个创新方面可以被实现为无线功率传输
(WPT)
系统的检测设备
。
该检测设备可以包括多个检测线圈，该多个检测线圈至少包括第一检测线圈和第二检测线圈
。
该检测设备可以包括第一驱动器，该第一驱动器被配置成在第一外来物体检测
(FOD)
周期期间同时激励第一检测线圈和第二检测线圈
。
检测设备可以包括差分电流感测设备，该差分电流感测设备被配置成在
FOD
周期期间检测与第一检测线圈和第二检测线圈相关联的第一差分电流
。
该检测设备可以包括控制单元，该控制单元被配置成至少部分基于第一差分电流来生成外来物体检测信号
。
[0007]本公开中描述的主题的另一个创新方面可以实现为
WPT
系统的检测设备
。
该检测设备可以包括多个检测线圈，所述多个检测线圈被布置成形成
FOD
扫描区域，该
FOD
扫描区
域至少比
WPT
系统的多个功率传输线圈的潜在组合表面区域大一个阈值大小
。
该检测设备可以包括控制单元，该控制单元被配置成至少部分基于
FOD
扫描区域中外来物体的检测来生成外来物体检测信号
。
[0008]本公开中描述的主题的另一创新方面可以被实现为
WPT
系统
。
该
WPT
系统可以包括无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括至少一个初级线圈和第一多个检测线圈，该第一多个检测线圈被布置成形成第一
FOD
扫描区域，该第一
FOD
扫描区域至少具有比初级线圈的大小大的第一大小
。
该
WPT
系统可以包括无线功率接收设备，该无线功率接收设备包括至少一个次级线圈和第二多个检测线圈，该第二多个检测线圈被布置成形成第二
FOD
扫描区域，该第二
FOD
扫描区域至少具有比次级线圈的大小大的第二大小
。
[0009]本公开中描述的主题的另一创新方面可以被实现为
WPT
系统的检测设备的方法
。
该方法可以包括在第一
FOD
周期期间同时激励至少第一检测线圈和第二检测线圈
。
该方法可以包括通过差分电流感测设备在
FOD
周期期间检测与第一检测线圈和第二检测线圈相关联的第一差分电流
。
该方法可以包括至少部分地基于第一差分电流生成外来物体检测信号
。
附图说明
[0010]本公开中描述的主题的一个或多个实现的细节在附图和以下描述中阐述
。
根据描述
、
附图和权利要求，其它特征
、
方面和优点将变得显而易见
。
注意的是，下图的相对尺寸可能没有按比例绘制
。
[0011]图1示出示例无线功率传输系统的框图
。
[0012]图2示出无线功率传输系统中的示例检测设备的框图
。
[0013]图3示出被配置成激励一对检测线圈以测量差分电流的示例检测设备的框图
。
[0014]图4示出具有差分电流的示例幅度的图表
。
[0015]图5示出基于由差分电流感应的检测电压的示例检测设备的框图
。
[0016]图6示出线圈对的示例电配置的电路图
。
[0017]图7示出多个线圈对的示例电配置的电路图
。
[0018]图
8A
示出具有多个线圈对的检测设备的示例时序图
。
[0019]图
8B
示出具有多个线圈对的检测设备的另一个示例时序图
。
[0020]图
8C
示出具有多个线圈对的检测设备的另一个示例时序图
。
[0021]图
9A
示出相关联检测区中的多个线圈对的简图
。
[0022]图
9B
示出使用图
9A
的多个线圈对的外来物体的示例检测
。
[0023]图
10
示出相关联检测区中多个线圈对的另一个简图
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种无线功率传输
(WPT)
系统的检测设备，包括：多个检测线圈，其至少包括第一检测线圈和第二检测线圈；第一驱动器，其被配置成在第一外来物体检测
(FOD)
周期期间同时激励所述第一检测线圈和所述第二检测线圈；差分电流感测设备，其被配置成在所述
FOD
周期期间检测与所述第一检测线圈和所述第二检测线圈相关联的第一差分电流；以及控制单元，其被配置成至少部分基于所述第一差分电流来生成外来物体检测信号
。2.
根据权利要求1所述的检测设备，还包括：包括所述多个检测线圈的垫，所述垫被构造供在无线功率传输设备和无线功率接收设备之间的接口空间中使用
。3.
根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述第一差分电流基于在所述
FOD
周期期间所述第一检测线圈的第一电流和所述第二检测线圈的第二电流之间的差
。4.
根据权利要求3所述的检测设备，其中，所述差分电流感测设备包括：至少第一磁芯，所述第一检测线圈的所述第一电流在第一方向上通过所述第一磁芯并且所述第二检测线圈的第二电流在第二方向上通过所述第一磁芯，使得所述第一电流和所述第二电流的差在所述第一磁芯中生成表示所述第一差分电流的磁链
。5.
根据权利要求4所述的检测设备，其中，所述差分电流感测设备还包括：第一差分电流感测电路，其包括缠绕在所述第一磁芯周围的第一传感器线圈，所述第一磁芯被配置成至少部分地基于所述磁链在所述第一传感器线圈中感应第一电信号，其中所述第一电信号的感应电压的幅度至少部分地基于所述第一差分电流的幅度
。6.
根据权利要求5所述的检测设备，其中，所述差分电流感测电路还包括：整流器，其被配置成将所述第一电信号整流为具有第一检测电压的直流
(DC)
信号；以及滤波器，其被配置成稳定所述
DC
信号的所述第一检测电压
。7.
根据权利要求6所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成向所述第一检测电压添加或减去第一偏移，以生成第一校准检测电压
。8.
根据权利要求7所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成将所述第一校准检测电压的绝对值与检测阈值进行比较，其中当所述第一校准检测电压高于所述检测阈值时，所述外来物体检测信号指示外来物体存在，并且其中当所述第一校准检测电压低于所述检测阈值时，所述外来物体检测信号指示所述外来物体不存在
。9.
根据权利要求1‑8中的任一项所述的检测设备，其中，所述第一检测线圈和所述第二检测线圈位于所述
WPT
系统的接口空间中的相应检测区中
。10.
根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述检测区相对于所述
WPT
系统的初级线圈或次级线圈中的任一个或两个对称定位
。11.
根据权利要求1‑
10
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈包括一个或多个线圈对，每个线圈对具有至少两个并联连接到驱动器的相关联检测线圈，并且其中第一线圈对包括所述第一检测线圈和所述第二检测线圈
。12.
根据权利要求
11
所述的检测设备，其中，每个线圈对与所述
WPT
系统的接口空间中的至少两个检测区相关联
。
13.
根据权利要求
12
所述的检测设备，其中，所述一个或多个线圈对包括：所述第一线圈对，其包括分别在第一检测区和第二检测区中的所述第一检测线圈和所述第二检测线圈；以及第二线圈对，其包括分别在第三检测区和第四检测区中的第三检测线圈和第四检测线圈
。14.
根据权利要求
13
所述的检测设备，其中，所述一个或多个线圈对还包括：第三线圈对，其包括分别在第五检测区和第六检测区中的第五检测线圈和第六检测线圈
。15.
根据权利要求
14
所述的检测设备，其中，所述一个或多个线圈对还包括：第四线圈对，其包括分别在第七检测区和第八检测区中的第七检测线圈和第八检测线圈
。16.
根据权利要求
11
‑
15
中的任一项所述的检测设备，还包括：驱动器控制器，其被配置成控制与所述一个或多个线圈对相关联的驱动器，使得所述驱动器在相应的
FOD
周期期间同时激励每个线圈对的所述至少两个相关联检测线圈，其中所述差分电流感测设备被配置成在相应的
FOD
周期期间检测与每个线圈对相关联的对应的差分电流，并且其中所述控制单元被配置成至少部分地基于与每个线圈对相关联的对应的差分电流来生成所述外来物体检测信号
。17.
根据权利要求
16
所述的检测设备，其中，所述驱动器控制器被配置成使所述驱动器以连续模式激励所述一个或多个线圈对，使得在每个相应的
FOD
周期期间激励一个线圈对
。18.
根据权利要求
16
所述的检测设备，其中，所述驱动器控制器被配置成使所述驱动器以预定模式激励所述一个或多个线圈对，使得在每个相应的
FOD
周期期间激励两个或更多线圈对，并且其中在每个相应的
FOD
周期中的所述两个或更多线圈对处于不相邻的检测区中
。19.
根据权利要求
11
‑
18
中的任一项所述的检测设备，其中，所述差分电流感测设备包括：多个差分电流感测电路，其被配置成获得多个检测电压，每个检测电压对应于相应线圈对的差分电流，其中所述多个检测电压至少包括具有至少部分基于所述第一线圈对的所述第一差分电流的幅度的第一检测电压和具有取决于所述第二线圈对的所述第二差分电流的幅度的第二检测电压
。20.
根据权利要求
19
所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成基于一组偏移值来调整所述多个检测电压，所述一组偏移值至少包括用于所述第一检测电压的第一偏移值和用于所述第二检测电压的第二偏移值
。21.
根据权利要求
20
所述的检测设备，其中，所述一组偏移值最初基于用于每个线圈对的所述至少两个相关联检测线圈之间的阻抗差的基线测量
。22.
根据权利要求
20
‑
21
中的任一项所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成：对于每个检测电压，在连续
FOD
周期内检测所述多个检测电压的变化；以及确定变化计数，所述变化计数表示对于每个检测电压在所述连续
FOD
周期内已经变化的所述多个检测电压的量
。
23.
根据权利要求
22
所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成至少部分基于所述变化计数来确定所述多个检测电压的所述变化是否是由所述
WPT
系统中的无线功率接收设备的移动引起的
。24.
根据权利要求
23
所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成：当所述变化计数高于或等于计数阈值时，确定所述多个检测电压的所述变化是由所述无线功率接收设备的移动引起的，以及当所述变化计数低于所述计数阈值时，确定所述多个检测电压的所述变化是由外来物体的存在引起的
。25.
根据权利要求
23
所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成：确定所述多个检测电压的所述变化计数和总计数的比率，当所述比率高于或等于比率阈值时，确定所述多个检测电压的所述变化是由所述无线功率接收设备的移动引起的，以及当所述比率低于所述比率阈值时，确定所述多个检测电压的变化是由外来物体的存在引起的
。26.
根据权利要求
23
‑
25
中的任一项所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成：当所述控制单元确定所述多个检测电压的所述变化是由所述
WPT
系统中的所述无线功率接收设备的移动引起的时，基于所述多个检测电压的所述变化来修改所述一组偏移值
。27.
根据权利要求
26
所述的检测设备，其中，所述控制单元被配置成连续校准所述一组偏移值，以说明所述无线功率接收设备在所述
WPT
系统中的移动
。28.
根据权利要求
11
‑
27
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈包括相同形状的检测线圈
。29.
根据权利要求
28
所述的检测设备，其中，每个线圈对中的所述至少两个相关联检测线圈中的每个具有三角形或扇形形状，使得当所述多个检测线圈被放置在对应的检测区中时，所述多个检测线圈形成多边形或圆形
FOD
扫描区域
。30.
根据权利要求
11
‑
27
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈包括具有第一形状的一个或多个线圈对和具有第二形状的一个或多个其它线圈对
。31.
根据权利要求
30
所述的检测设备，其中，所述第一形状基本上是梯形或环形扇形，使得当放置在对应的检测区中时，所述第一形状的所述一个或多个线圈对形成多边形或圆形
FOD
扫描区域的一部分，其不包括所述
FOD
扫描区域的中心区域；以及其中所述第二形状基本上是与多边形或扇形相结合的三角形或扇形，使得当放置在对应的检测区中时，所述第二形状的所述一个或多个其它线圈对完成多边形或圆形
FOD
扫描区域，其包括所述
FOD
扫描区域的中心区域
。32.
根据权利要求
30
所述的检测设备，其中，所述第一线圈对的所述第一检测线圈和所述第二检测线圈被构造成覆盖
FOD
扫描区域的三角形或扇形部分以及所述
FOD
扫描区域的中心区域；以及其中所述多个检测线圈中的剩余检测线圈覆盖梯形或环形扇形部分，使得所述多个检测线圈形成多边形或圆形
FOD
扫描区域的一部分，其中所述中心区域与所述第一线圈对相关联
。
33.
根据权利要求
11
‑
32
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈中的每个检测线圈大于参考外来物体的大小
。34.
根据权利要求
11
‑
32
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈中的每个检测线圈的大小足够大，使得参考外来物体不能同时跨越多于两个线圈对
。35.
根据权利要求
11
‑
34
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈中的每个检测线圈由串联连接的子线圈形成，以形成单个检测线圈
。36.
根据权利要求
35
所述的检测设备，其中，每个子线圈与一个或多个其它子线圈相邻，以形成用于所述单个检测线圈的整体覆盖区域
。37.
根据权利要求
35
‑
36
中的任一项所述的检测设备，其中，所述单个检测线圈被构造成使得相邻的子线圈在相反的方向上缠绕，从而降低所述
WPT
系统的初级磁场对所述单个检测线圈的影响
。38.
根据权利要求
11
‑
37
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈中的每个检测线圈包括串联电容，所述串联电容被配置成降低所述
WPT
系统的初级磁场的影响
。39.
根据权利要求
11
‑
38
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈由李兹线构造
。40.
根据权利要求
11
‑
38
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈构造在印刷电路板
(PCB)
上
。41.
根据权利要求
11
‑
40
中的任一项所述的检测设备，其中，所述多个检测线圈在被激励时以高于所述
WPT
系统的功率传输频率的
FOD
扫描频率操作
。42.
根据权利要求
41
所述的检测设备，其中，所述
FOD
扫描频率为
200
千赫
(kHz)
或更高，并且其中所述
WPT
系统的功率传输频率小于或等于
50
千...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：