專利名稱：感應(yīng)功率傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如為便攜式電氣或電子設(shè)備供電的感應(yīng)功率傳輸(inductive power transfer)方法、裝置禾口系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
適合于為便攜式設(shè)備供電的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)可以包括兩個(gè)部分·具有至少一個(gè)初級(jí)線圈的初級(jí)單元，所述初級(jí)單元通過所述初級(jí)線圈來驅(qū)動(dòng)交 變電流，從而創(chuàng)建隨時(shí)間改變的磁通量。·與所述初級(jí)單元分離的次級(jí)單元，所述次級(jí)單元具有次級(jí)線圈。當(dāng)將所述次級(jí)線圈放在由所述初級(jí)線圈產(chǎn)生的隨時(shí)間改變的通量附近時(shí)，變化的 通量在次級(jí)線圈中感應(yīng)出交變電流，并且因此可以將功率從初級(jí)單元感應(yīng)地傳輸?shù)酱渭?jí)單兀。一般來說，次級(jí)單元將所傳輸?shù)墓β使?yīng)給外部負(fù)載，并且次級(jí)單元可以被承載 到包括負(fù)載的主對象(host object)(次級(jí)設(shè)備)中或者由之承載。例如，主對象可以是具 有可充電電池組(battery)或電池的便攜式電氣或電子設(shè)備。在這種情況下，負(fù)載可以是 用于為電池組或電池充電的電池組充電器電路。可替換地，該次級(jí)單元可以連同合適的電 池組充電器電路一起結(jié)合在這樣的可充電電池或電池組(次級(jí)設(shè)備)中。在GB-A-2388716中描述了一類這樣的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的顯著特性 是從物理上來說初級(jí)單元的磁系統(tǒng)的“開放”性質(zhì)；磁路徑的重要部分通過空氣。這準(zhǔn)許 初級(jí)單元將功率供應(yīng)給不同形狀和大小的次級(jí)單元，并且同時(shí)供應(yīng)給多個(gè)次級(jí)單元。在 GB-A-2389720中描述了這樣的“開放”系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例。盡管現(xiàn)在將注意力放在這樣的 “開放”且“多設(shè)備”系統(tǒng)上，但是這僅以實(shí)例的方式并且將會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可以擴(kuò)展到所有 感應(yīng)系統(tǒng)，例如擴(kuò)展到基本上“封閉”的系統(tǒng)，在所述“封閉”系統(tǒng)中初級(jí)單元與次級(jí)單元之 間存在近似1 1的關(guān)系，具有很少的放置自由性。返回到“開放”系統(tǒng)，這種系統(tǒng)會(huì)遭受許多問題。第一個(gè)問題是初級(jí)單元不可能 100%有效。例如，甚至在不存在次級(jí)單元或者不存在需要充電的次級(jí)單元時(shí)電子設(shè)備中的 切換損耗以及初級(jí)線圈中的I2R損耗會(huì)耗散功率。這會(huì)浪費(fèi)能量，所以可能期望初級(jí)單元 在這種情況下進(jìn)入低功率“待機(jī)模式”。這種系統(tǒng)的第二個(gè)問題是通常不可能機(jī)械地阻止將外來對象(foreign object) (由金屬制成)放在初級(jí)線圈附近并且與該線圈耦合。由金屬制成的外來對象可能使得在 其中感應(yīng)出渦流。這樣的渦流傾向于起到排除通量的作用，但是因?yàn)椴牧暇哂须娮?，所以?動(dòng)的渦流可以引起I2R損耗，這可以引起對對象的加熱。可能除了別的之外，存在兩個(gè)這種加熱會(huì)很顯著的特定情況·在任何金屬的電阻都高的情況下，例如如果它是不純的或薄的?！ぴ诓牧鲜氰F磁的情況下，例如包括鋼。這種材料具有高的導(dǎo)磁率，促進(jìn)材料中的 高通量密度，并且引起高渦流且因此引起高的I2R損耗。
在本申請中，這種引起功率泄漏的外來對象被稱為“寄生負(fù)載(parasitic load)”。可選地，在存在寄生負(fù)載時(shí)，初級(jí)單元將進(jìn)入“停機(jī)模式(shutdown mode) ”，以避 免加熱它們。先前已考慮了解決這兩個(gè)問題的各種方法。先前所考慮的用于解決第一個(gè)問題(即當(dāng)次級(jí)單元不需要充電時(shí)不必浪費(fèi)功率) 的方法包括下述各項(xiàng) 在第一種方法中，次級(jí)單元在充電期間調(diào)制其感應(yīng)負(fù)載，引起從初級(jí)單元取得的 功率的相應(yīng)變化，以便將信息傳送回到初級(jí)單元。這向初級(jí)單元指示它應(yīng)該不要處于待機(jī) 狀態(tài)?！ぴ诘诙N方法中，初級(jí)單元基于流入初級(jí)線圈的電流和/或該初級(jí)線圈上出現(xiàn) 的電壓的變化來確定是否存在次級(jí)單元或外來對象。如果檢測到需要充電的次級(jí)單元，則 初級(jí)單元可以不處入待機(jī)狀態(tài)。 在第三種方法中，初級(jí)單元改變其驅(qū)動(dòng)頻率，并且因此改變調(diào)諧次級(jí)單元的耦合 因子(coupling factor)(即歸因于諧振)。如果次級(jí)單元沒有取得功率，則在掃頻時(shí)所取 得的功率基本上不存在差別，并且因此初級(jí)單元進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 在第四種方法中，初級(jí)單元測量流入初級(jí)線圈的功率，并且如果該功率低于閾值 則進(jìn)入脈沖待機(jī)狀態(tài)(pulsing standby state)。 在第五種方法中，初級(jí)單元包含檢測線圈，所述檢測線圈根據(jù)次級(jí)單元的位置而 使功率耦合回它們中。如果不存在設(shè)備，則初級(jí)單元進(jìn)入待機(jī)模式。 在第六種方法中，次級(jí)單元具有與初級(jí)單元中的插槽適配的機(jī)械突出物，從而激 活它?！ぴ诘谄叻N方法中，初級(jí)單元驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線圈，并且在次級(jí)單元中存在兩個(gè)對應(yīng)的功 率接收次級(jí)線圈。初級(jí)單元測量從每個(gè)初級(jí)線圈遞送的功率并且如果該功率低于閾值則進(jìn) 入待機(jī)模式?！ぴ诘诎朔N方法中，初級(jí)單元包括諧振回路(resonant tank)和控制電路，所述控 制電路用于在該諧振回路中維持比通過感應(yīng)鏈路供應(yīng)功率所需的能量要稍微更多的能量。 如果對功率的需要減少，則該控制電路用于停止進(jìn)一步在該諧振回路中聚集能量?！ぴ诘诰欧N方法中，初級(jí)單元包括檢測初級(jí)線圈的平均電流并且將它與基準(zhǔn)相比 較的比較器。如果該平均電流低于基準(zhǔn)水平，則假設(shè)該初級(jí)單元處于無載狀態(tài)?！ぴ诘谑N方法中，初級(jí)單元在測量階段期間使初級(jí)線圈處于無驅(qū)動(dòng)諧振狀況以 使得它起到諧振回路的作用，并且測量該諧振回路中的能量衰減以確定從它移除多少能 量。使得次級(jí)單元將不同負(fù)載放在用于不同的這些測量階段的初級(jí)線圈上，并且因此如果 存在次級(jí)單元?jiǎng)t將檢測到從初級(jí)單元汲取的功率中的差別。在不存在次級(jí)單元的情況下， 初級(jí)單元可以進(jìn)入待機(jī)模式。 在第十一種方法中，(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載 狀態(tài)，在該時(shí)間期間初級(jí)單元測量從其初級(jí)線圈汲取的功率。如果在進(jìn)入測量階段時(shí)從初 級(jí)線圈汲取的功率基本上沒有變化，則假設(shè)不存在需要功率的次級(jí)單元并且初級(jí)單元可以 進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。·在第十二種方法中，(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息傳達(dá)給初級(jí)單元。然后，初級(jí)單元測量從其初級(jí)線圈汲取的功率并且將其與功率需求相比 較。如果沒有接收到這樣的信息，則初級(jí)單元可以確定不存在次級(jí)單元并且可以進(jìn)入待機(jī) 模式。先前所考慮的對第二問題(即寄生負(fù)載)的解決方案包括 在第十三種方法中，初級(jí)單元改變其驅(qū)動(dòng)頻率。在該系統(tǒng)中，調(diào)諧次級(jí)單元，所以 該頻率變化將導(dǎo)致從初級(jí)單元取得的功率的變化。如果作為替代，負(fù)載是一塊金屬，則改變 頻率將沒有顯著效果并且初級(jí)單元將進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。 在第十四種方法中，次級(jí)單元中的鍵(key)激活初級(jí)單元。假設(shè)如果存在次級(jí)單 元，則這在物理上將排除任何外來對象?！ぴ诘谑宸N方法中，初級(jí)單元通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)初級(jí)線圈來將功率供應(yīng)給次級(jí)單元。 如果由這兩個(gè)線圈供應(yīng)的功率量不同，則初級(jí)單元假設(shè)負(fù)載不是有效的次級(jí)單元并且進(jìn)入 停機(jī)模式。 在第十六種方法中，初級(jí)單元包括比較器，其用于檢測初級(jí)單元的線圈中的電壓 和電流的不平衡。這樣的不平衡被認(rèn)為是指示外來體的檢測。 在第十七種方法中，次級(jí)單元在充電期間調(diào)制其感應(yīng)負(fù)載，引起從初級(jí)單元取得 的功率的相應(yīng)變化，以便將信息傳送回到初級(jí)單元。假設(shè)如果在初級(jí)單元中沒有接收到這 樣的信息，則或者不存在次級(jí)單元或者存在外來對象?！ぴ诘谑朔N方法中，初級(jí)單元基于流入初級(jí)線圈的電流和/或該初級(jí)線圈上出 現(xiàn)的電壓的變化來確定是否存在次級(jí)單元或外來對象。如果檢測到外來對象，則初級(jí)單元 可以進(jìn)入停機(jī)模式。 在第十九種方法中，初級(jí)單元在測量階段期間使初級(jí)線圈處于無驅(qū)動(dòng)諧振狀況。 實(shí)施一系列測量階段，在所述測量階段期間(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元將不同負(fù)載放置在初 級(jí)線圈上。測量階段被配置成使得初級(jí)單元可以確定是否存在不期望的寄生負(fù)載(即外來 對象)。如果確定存在外來對象，則初級(jí)單元可以進(jìn)入停機(jī)模式。 在第二十種方法中，(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載 狀態(tài)，在該時(shí)間期間初級(jí)單元測量從其初級(jí)線圈汲取的功率。如果在測量階段期間從初級(jí) 線圈汲取的功率例如高于閾值，則確定存在外來對象并且初級(jí)單元可以進(jìn)入停機(jī)模式。 在第二十一種方法中，(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息 傳達(dá)給初級(jí)單元。然后，初級(jí)單元測量從其初級(jí)線圈汲取的功率并且將其與功率需求相比 較。如果所汲取的功率超過所需功率多于閾值，則確定存在外來對象并且初級(jí)單元可以進(jìn) 入停機(jī)模式。許多這些方法假設(shè)初級(jí)單元與次級(jí)單元之間有1 1的關(guān)系。因此，對于諸如在 GB-A-2388716中描述的那些的系統(tǒng)這是不夠的，其中在GB-A-2388716中可以同時(shí)存在多 于一個(gè)次級(jí)單元(或次級(jí)設(shè)備)。例如，當(dāng)存在兩個(gè)次級(jí)單元時(shí)(一個(gè)需要充電而另一個(gè)不 需要充電)，它們可能不工作。在存在有效的次級(jí)單元時(shí)，這些方法中的某些方法不能處理外來對象(例如一塊 金屬)。許多這些方法假設(shè)有效次級(jí)單元的物理或電氣存在暗示次級(jí)單元從物理上排除所 有外來對象。在特別是次級(jí)單元可以關(guān)于初級(jí)單元任意定位的情況下，這是不一定的，如在 GB-A-2388716中描述的那些。
就EMC(電磁兼容性)性能來說，不期望這些方法中的某些方法。例如，上述第三 和第十種方法包括頻率變化，并且這種變化可以引起與其它系統(tǒng)的干擾。典型地，感應(yīng)設(shè)備 被設(shè)計(jì)成在所分配的頻率“通道(chimney)”或“窗口”內(nèi)操作，也就是說在與其它系統(tǒng)所使 用的頻率范圍分離的某個(gè)頻率范圍內(nèi)。通過變動(dòng)或改變操作頻率，感應(yīng)系統(tǒng)可能會(huì)增加與 EMC需求相沖突的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這些方法將被認(rèn)為是更詳細(xì)地突出它們可能的缺點(diǎn)。在第三種方法中，系統(tǒng)在次級(jí)側(cè)上諧振，但是不會(huì)在初級(jí)側(cè)上諧振。因此，當(dāng)將有 效次級(jí)設(shè)備放在初級(jí)單元附近時(shí)，整個(gè)電路將具有諧振頻率。因此，變化驅(qū)動(dòng)頻率將變化遞 送到次級(jí)側(cè)的功率，并且因此還變化初級(jí)感測電阻器中的電流。當(dāng)不存在有效次級(jí)設(shè)備時(shí)， 該系統(tǒng)不會(huì)諧振，并且因此就一階而言驅(qū)動(dòng)頻率中的變化可能沒有顯著效果。不具有諧振初級(jí)側(cè)可能是不利的。在不存在與電感器的阻抗相對的電容的情況 下，存在難以驅(qū)動(dòng)的高阻抗負(fù)載。系統(tǒng)因此是低效率的。在諧振系統(tǒng)中，隨著瞬時(shí)電壓的變 化能量在電感器和電容器之間循環(huán)。在不存在電容的情況下，流出電感器的能量將簡單地 耗散到驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備中。如果將諧振電容器添加到初級(jí)線圈中，則系統(tǒng)可能不會(huì)如下面這樣適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。 如果非諧振外來體在初級(jí)側(cè)附近，則因?yàn)橹C振初級(jí)側(cè)的原因，在所遞送的功率還有感測電 流中仍將存在隨著頻率的變化。外來體可以以不可預(yù)測的方式變化電感和諧振頻率。如果 在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間存在非常強(qiáng)的耦合，則在初級(jí)線圈上沒有電容器的情況下，可 以因?yàn)榇渭?jí)上的電容器而使初級(jí)電路諧振。然而，這對在其中至少一部分磁路中存在空氣 的無接觸系統(tǒng)不實(shí)用。先前所考慮的第三種方法使用10%的頻率調(diào)制來得到足夠的信噪比。10%實(shí)際上 是頻譜項(xiàng)中頻率的非常大的變化。典型地，存在允許輻射的某些“通道”，并且它們不能足夠 寬以容納這樣的頻率變化。另一個(gè)考慮是調(diào)制本身可以生成多諧波，所述多諧波可以在頻 率上從基波(fundamental)任一側(cè)擴(kuò)展得很遠(yuǎn)。頻率的變化還導(dǎo)致在某些時(shí)間間隔期間遞 送的較低的功率；負(fù)載可能必須能夠處理可用功率的這一周期性減少。轉(zhuǎn)向先前所考慮的第十種方法，系統(tǒng)通過允許初級(jí)單元立即停止將功率遞送給初 級(jí)線圈來運(yùn)行。這允許系統(tǒng)中的能量衰減到零，并且有可能通過測量衰減率來測量系統(tǒng)中 的損耗。進(jìn)行三個(gè)測量來從負(fù)載損耗和“友好的寄生損耗(friendly parasitic loss) ”(例 如包括在有效次級(jí)單元中的金屬部件)中隔離寄生損耗。該特定方法的主要缺點(diǎn)是功率被 暫停，也就是說當(dāng)功率沒有被主動(dòng)地(actively)傳輸時(shí)在無驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行測量。因此， 期望在次級(jí)設(shè)備中具有大的電容器。這樣的電容器可以是物理上大的，并且因此不期望集 成到諸如移動(dòng)電話之類的現(xiàn)代次級(jí)設(shè)備中。然而，一個(gè)缺點(diǎn)是突然切斷功率引起產(chǎn)生寬的 頻率譜(參考階躍響應(yīng)的傅立葉變換)的瞬態(tài)。當(dāng)在電感器和電容器之間循環(huán)的能量衰減 時(shí)，從可以被暴露在開放系統(tǒng)中的初級(jí)線圈輻射該能量。該輻射功率的寬頻譜對于EMC來 說可能是問題。先前考慮的其中(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元被設(shè)置成在測量階段期間處于無載狀態(tài) 的第二十種方法可能需要在每個(gè)次級(jí)單元中使用大的保持(holdup)電容器，以維持在測 量階段期間的功率傳輸。就成本和大小來說這是不利的。先前考慮的其中(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元將與它們的功率需求有關(guān)的信息傳達(dá)給 初級(jí)單元的第二十一種方法需要實(shí)施通信鏈路。這可能是復(fù)雜的技術(shù)并且例如在存在多個(gè)次級(jí)單元的情況下可能需要一定程度的沖突檢測。期望解決某些或所有上面提到的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面的實(shí)施例，提供一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元中使用 的檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元附近的 該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動(dòng)初級(jí)單 元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中供應(yīng)給初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第 一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來 檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對象的存在。初級(jí)單元的電特性可以是從初級(jí)單元汲取的功率電平(level ofpower)，或者例 如根據(jù)所汲取的功率電平而變化的特性。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在與無驅(qū)動(dòng)狀態(tài)相對的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中完成評估(例如測量)。 也就是說，可以不必暫停功率傳輸，并且次級(jí)單元中可能不需要相當(dāng)大的存儲(chǔ)電容器。此 外，本發(fā)明的實(shí)施例不依賴于頻率變化技術(shù)，就系統(tǒng)容量和EMC性能來說這都是有利的?！膀?qū) 動(dòng)狀態(tài)”可以被解釋成意味著驅(qū)動(dòng)信號(hào)被主動(dòng)供應(yīng)而不是被動(dòng)(passively)供應(yīng)的時(shí)候。 初級(jí)單元可以例如通過臨時(shí)主動(dòng)供應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來進(jìn)入這種驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，即使它處于“待機(jī)”或 “停機(jī)”模式。有利地，有可能通過以這種方式驅(qū)動(dòng)初級(jí)單元來檢測該初級(jí)單元附近的一個(gè)或多 個(gè)次級(jí)單元和/或外來對象。也就是說，本方法使得能夠處理初級(jí)單元與次級(jí)單元和/或 外來對象之間的“1 多”關(guān)系，以及1 1關(guān)系。這種方法包括驅(qū)動(dòng)初級(jí)單元以使得信號(hào)幅值顯著變化。期望這種變化是顯著的 (即實(shí)質(zhì)變化)以使得補(bǔ)償所汲取的功率中的噪聲或其它小變化。一種以這種方式來驅(qū)動(dòng) 初級(jí)單元的可能的方式是變化初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈上的電壓電平，這在下文中 將變得顯而易見。這種方法可以適于檢測需要或不需要功率的次級(jí)單元的存在，以及可選地在它們 之間加以區(qū)別。這種方法可以適合于控制在這種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中的感應(yīng)功率傳輸，并 且可以包括在檢測到外來對象的情況下和/或在沒有檢測到需要功率的次級(jí)單元的情況 下限制或停止來自初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)。這種驅(qū)動(dòng)包括控制初級(jí)單元以便將供應(yīng)給初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第一值變化成第二值。變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值是相對直接的驅(qū)動(dòng)方法，因 此就成本和復(fù)雜性來說它是有利的。相反，變化與驅(qū)動(dòng)信號(hào)有關(guān)的其它參數(shù)可能是復(fù)雜的 并且具有不期望的負(fù)面影響。例如，變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率可以導(dǎo)致差的EMC(電磁兼容性) 性能。在一個(gè)實(shí)施例中，有可能慢慢地緩升或緩降驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值，而不是分段變化幅值， 以便回避與瞬態(tài)有關(guān)的問題。第一和第二值可以表征電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是波動(dòng)信號(hào)或交變信號(hào)。 其幅值本質(zhì)上隨著時(shí)間變化，并且這些值可以表征波動(dòng)信號(hào)或交變信號(hào)(例如就其峰值或 RMS值而言)。這些值可以是在初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈上供應(yīng)的交變電位差的峰值或均方根(root-mean-square)值。類似地，這些值可以是通過初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線 圈的交變電流的峰值或均方根值。這種類型的值相對來說比較容易控制和維持。如果這種初級(jí)單元的初級(jí)線圈中的信號(hào)的幅值變化了，則可以花費(fèi)時(shí)間來穩(wěn)定 (settle)它?？蛇x地，因此該方法包括維持所述第一和第二值平穩(wěn)達(dá)足夠長的時(shí)間以便該 初級(jí)單元的操作穩(wěn)定。該第二值可以比第一值大，或者相反，該第二值可以比第一值小。第二值可以比第 一值大或小5%到50%之間(例如10%)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以期望第二值比第一值大， 旨在引起所汲取的功率量的增加，例如在存在外來對象的情況下。次級(jí)單元中的功率調(diào)節(jié) 可以通過降壓調(diào)節(jié)器來進(jìn)行，當(dāng)降壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓接近其輸出電壓時(shí)，所述降壓調(diào)節(jié) 器的操作通常是更高效的。降壓調(diào)節(jié)器通常僅可以下轉(zhuǎn)換電壓。可以上轉(zhuǎn)換的升壓轉(zhuǎn)換器 通常比降壓轉(zhuǎn)換器的效率低。通過旨在增加所汲取的功率量，也就是說在測量階段期間通 過升高電壓，電壓在大多數(shù)時(shí)間將是較低的電壓，并且效率將更好。在一個(gè)實(shí)施例中，可以 期望使用升壓轉(zhuǎn)換器，而不是降壓轉(zhuǎn)換器/調(diào)節(jié)器。初級(jí)單元可以包括DC-AC轉(zhuǎn)換裝置(例如逆變器或其它DC到AC轉(zhuǎn)換器)，其用于 將DC電驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間改變的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以供應(yīng)給所涉及的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線 圈。在這種情況下，這種驅(qū)動(dòng)可以包括控制轉(zhuǎn)換裝置的操作。轉(zhuǎn)換裝置的操作可以由占空 比支配，在這種情況下驅(qū)動(dòng)可以包括控制DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的占空比。初級(jí)單元還可以包括用于根據(jù)DC輸入信號(hào)來輸出DC電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的DC-DC轉(zhuǎn)換裝 置。在這種情況下，這種驅(qū)動(dòng)可以包括控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的操作。該DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的 操作可以由占空比來管理，在這種情況下驅(qū)動(dòng)可以包括控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置的占空比。與控制DC-AC轉(zhuǎn)換裝置相比，更優(yōu)選地是控制DC-DC轉(zhuǎn)換裝置。DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的 非50%占空比可以導(dǎo)致偶次和奇次諧波。與奇次諧波相比，諧振電路可能不會(huì)很好地濾波 偶次(例如2次)諧波，因?yàn)樵陬l率范圍中更接近該奇次諧波。可以認(rèn)為這種驅(qū)動(dòng)包括將初級(jí)單元的操作從變化之前的現(xiàn)有狀態(tài)重新配置成變 化之后的變化后狀態(tài)，這兩個(gè)狀態(tài)都是該初級(jí)單元的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。因此，這種評估可以包括獲 得處于現(xiàn)有狀態(tài)和變化后狀態(tài)的初級(jí)單元的電特性水平的測量，例如所汲取的功率電平， 或者根據(jù)所汲取的功率電平而變化的特性。該方法可以包括在現(xiàn)有狀態(tài)期間維持第一值以 及在變化后狀態(tài)期間維持第二值。這可以有利地包括確保維持第一和第二值足夠長的時(shí)間 以獲得有效測量。這種評估可以包括就初級(jí)線圈信號(hào)進(jìn)行電壓和電流測量。不需要直接在初級(jí)線圈 處進(jìn)行這種測量，并且所述這種測量例如可以是就上面提到的DC電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和/或 電流測量。可以直接在初級(jí)線圈處進(jìn)行這種測量，或者至少在這種轉(zhuǎn)換裝置的AC側(cè)進(jìn)行這 種測量，在這種情況下，它們可以是就上面提到的隨時(shí)間改變的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓和電流測量。該方法可以包括取得所述電壓和電流的一系列樣本，并且這種評估基于樣本系 列。這些樣本可以被平均化或者以某一其它方式結(jié)合以改進(jìn)這種評估的可靠性。對于進(jìn)一 步的這種改進(jìn)，可以認(rèn)為驅(qū)動(dòng)和評估形成一組方法步驟，并且該方法可以包括實(shí)施多個(gè)這 樣的組并且這種檢測基于兩個(gè)或更多這樣的組。可以以這種方式使用其它平均化。如果確定初級(jí)單元的電特性由于這種驅(qū)動(dòng)而已顯著變化，則可以確定在所述初級(jí)單元附近存在所述外來對象。如果(例如)(一個(gè)或多個(gè))初級(jí)線圈上的電壓顯著增加，則 外來對象(例如一串鑰匙或一塊金屬)可以汲取顯著更多的功率，或者如果該電壓顯著降 低則汲取顯著更少的功率?？蛇x地配置該系統(tǒng)的所述次級(jí)單元或每個(gè)所述次級(jí)單元，以使得當(dāng)該次級(jí)單元在 初級(jí)單元附近并且從其感應(yīng)地接收到功率時(shí)，其電特性以期望的方式(例如它是調(diào)節(jié)的次 級(jí)設(shè)備)響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)，該方法還包括根據(jù)這種評估的結(jié)果以及這種期望響應(yīng)或每個(gè)這 種期望響應(yīng)來確定所述次級(jí)單元和/或外來對象是否存在于所述初級(jí)單元附近。例如可以 將所述結(jié)果與期望響應(yīng)或每個(gè)期望響應(yīng)相比較。對于次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元來說，該次級(jí)單元的電特性可以是其從初級(jí)單元汲 取的功率，或者例如根據(jù)其從初級(jí)單元汲取的功率而變化的特性。如果所述評估的結(jié)果至少部分與所述期望響應(yīng)或任何所述期望響應(yīng)無關(guān)(或者 不與其相對應(yīng)、或者不與其相映射、或者不承載其特征)，則可以確定存在外來對象。如果所 述評估的結(jié)果至少部分與所述期望響應(yīng)或一個(gè)所述期望響應(yīng)有關(guān)，則可以確定存在次級(jí)單 元。對于所述次級(jí)單元或至少一個(gè)次級(jí)單元來說，該期望響應(yīng)可能是這樣的，其電特性不會(huì) 響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)而顯著變化。例如，次級(jí)單元可以被調(diào)節(jié)，以使得它們從初級(jí)單元汲取相同 功率量，只要該功率量是可用的。一個(gè)所述次級(jí)單元的期望響應(yīng)可以不同于其它這種次級(jí)單元的期望響應(yīng)。這種期 望響應(yīng)可以是不同的，因?yàn)樗婕暗拇渭?jí)單元的類型不同，以及/或者因此該次級(jí)單元被 結(jié)合到不同類型的次級(jí)設(shè)備中。鑒于此，該方法還包括在初級(jí)單元中、從處于功率需求狀態(tài)的次級(jí)單元或每個(gè)次 級(jí)單元接收與對所涉及的次級(jí)單元的期望響應(yīng)有關(guān)的信息。該信息不必直接詳述相關(guān)的期 望響應(yīng)。例如，該信息可以僅標(biāo)識(shí)所涉及的次級(jí)單元的類型，并且該方法可以還包括基于所 涉及的次級(jí)單元的所標(biāo)識(shí)類型來確定期望響應(yīng)。例如，初級(jí)單元可以存儲(chǔ)(或訪問)詳述 不同類型的次級(jí)單元的期望響應(yīng)的信息?？蛇x地，該方法包括當(dāng)實(shí)施檢測時(shí)，使用與次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元施加到初級(jí) 單元上的寄生負(fù)載有關(guān)的次級(jí)單元補(bǔ)償信息，以便補(bǔ)償該次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元的所述 寄生負(fù)載。例如，有可能以這種方式來補(bǔ)償存在于期望要存在并且因此不可避免的(一個(gè) 或多個(gè))次級(jí)單元中的金屬(或某一其它寄生負(fù)載)。在沒有該補(bǔ)償?shù)那闆r下，有可能可以 在(一個(gè)或多個(gè))次級(jí)單元中檢測到作為構(gòu)成外來體的實(shí)質(zhì)寄生負(fù)載。初級(jí)單元可以從次 級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元中接收這種次級(jí)單元補(bǔ)償信息。在初級(jí)單元中從一個(gè)或多個(gè)次級(jí)單元接收的一部分或所有這種信息可以經(jīng)由通 信鏈路接收，該通信鏈路與感應(yīng)功率的傳輸所構(gòu)成的鏈路分離，例如通過RFID鏈路或某些 其它分離的通信鏈路、無線電或其它方式。例如，可以使用紅外或超聲通信?？梢越?jīng)由感應(yīng) 功率的傳輸所構(gòu)成的感應(yīng)通信鏈路接收一部分或所有這種信息?？梢允褂猛ㄐ沛溌返娜魏谓M合。該方法還可以包括當(dāng)實(shí)施這種檢測時(shí)使用與初級(jí)單元本身的損耗有關(guān)的初級(jí)單 元補(bǔ)償信息，以便補(bǔ)償所述損耗。例如，有可能以這種方式來補(bǔ)償存在于期望要存在并且因 此不可避免的初級(jí)單元中的金屬(或某一其它寄生負(fù)載)。在沒有該補(bǔ)償?shù)那闆r下，有可能 可以在該初級(jí)單元自身中檢測到作為構(gòu)成外來體的實(shí)質(zhì)寄生負(fù)載。當(dāng)有效地處于電磁隔離中時(shí)，可能從初級(jí)單元進(jìn)行的測量得到一部分或所有這種初級(jí)單元補(bǔ)償信息。在檢測到初級(jí)單元附近的外來對象之后，該方法可以包括限制或停止來自初級(jí)單 元的感應(yīng)功率供應(yīng)。這可以被稱為進(jìn)入“停機(jī)”操作模式。在檢測到一個(gè)或多個(gè)需要功率 的次級(jí)單元之后，該方法可以包括維持或調(diào)整來自初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)以滿足這種需 要。這可以被稱為進(jìn)入“操作”或“正常”操作模式。在不存在一個(gè)或多個(gè)需要功率的次級(jí) 單元的情況下檢測到一個(gè)或多個(gè)不需要功率的次級(jí)單元之后，該方法可以包括限制或停止 來自該初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)。這可以被稱為進(jìn)入“待機(jī)”操作模式?？赡芷谕藱z測何時(shí)進(jìn)入停機(jī)模式之外還檢測進(jìn)入待機(jī)模式的條件。例如，在 本方法的第一個(gè)方面中，在沒有檢測到需要功率的次級(jí)單元的期望行為的情況下有可能限 制或停止感應(yīng)功率供應(yīng)，這可能是所有存在的不需要功率的次級(jí)單元的結(jié)果(而不是存在 外來對象的結(jié)果)。初級(jí)單元可以被配置成需要用戶輸入以退出停機(jī)模式，但是不需要用戶 數(shù)輸入以退出待機(jī)模式。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明可以有助于驅(qū)動(dòng)單個(gè)初級(jí)線圈，并且在其它實(shí)施例中，可 以有助于驅(qū)動(dòng)多個(gè)不同初級(jí)線圈。例如，一個(gè)實(shí)施例可以包括在利用第一幅值的信號(hào)驅(qū)動(dòng) 的一個(gè)初級(jí)線圈到利用第二幅值的信號(hào)驅(qū)動(dòng)的第二初級(jí)線圈之間的切換，或者例如同時(shí)在 驅(qū)動(dòng)第一數(shù)目的初級(jí)線圈(例如一個(gè))和驅(qū)動(dòng)第二數(shù)目的初級(jí)線圈(例如兩個(gè)或更多個(gè)) 之間的切換，所述第二數(shù)目不同于所述第一數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中使用的初級(jí) 單元，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元附近的該系統(tǒng) 中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該初級(jí)單元包括驅(qū)動(dòng)裝置(例如 驅(qū)動(dòng)電路)，在操作中驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得其附近的純電阻性負(fù)載從初級(jí)單元汲取的 功率量將顯著變化；用于評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性的影響的裝置(例如電路)；以 及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對象 的存在的裝置(例如電路)。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其包括初級(jí)單 元和至少一個(gè)次級(jí)單元，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí) 單元附近的至少一個(gè)所述次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝 置(例如驅(qū)動(dòng)電路)，在操作中驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得其附近的純電阻性負(fù)載從初級(jí)單 元汲取的功率量將顯著變化；用于評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性的影響的裝置(例如 電路)；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或 外來對象的存在的裝置(例如電路)。根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在初級(jí)單元的計(jì)算 設(shè)備上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，使得所述初級(jí)單元實(shí)施根據(jù)前面提到的本發(fā)明的第一個(gè)方 面所述的檢測方法。這種計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)在任何適合的載體介質(zhì)上，并且可以通過 通信鏈路作為載體信號(hào)而傳送，這種鏈路例如是互聯(lián)網(wǎng)的一部分。根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種用于通過電磁感應(yīng)將功率從初級(jí)單 元傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元的系統(tǒng)；所述初級(jí)單元包括初級(jí)線圈；與所述 初級(jí)線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個(gè)電平之間調(diào)整所述初級(jí)線圈的電壓或 電流的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級(jí)線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；所述次級(jí)單元包括次級(jí)線圈；電壓或電流轉(zhuǎn)換器；其中所述電壓或電流調(diào)節(jié)器起作用以使得 從該次級(jí)線圈汲取的功率是電壓或電流輸入電平的已知函數(shù)；其中所述初級(jí)單元測量由所 述初級(jí)線圈在至少兩個(gè)初級(jí)線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且根據(jù)此來停止或限制 到所述初級(jí)線圈的功率。根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種初級(jí)單元，其用于通過電磁感應(yīng)將 功率傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元；所述初級(jí)單元包括初級(jí)線圈；與所述初級(jí) 線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個(gè)電平之間調(diào)整所述初級(jí)線圈的電壓或電流 的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級(jí)線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；其中所述 初級(jí)單元測量由所述初級(jí)線圈在至少兩個(gè)初級(jí)線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且根 據(jù)此來停止或限制到所述初級(jí)線圈的功率。根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種用于通過電磁感應(yīng)將功率從初級(jí)單 元傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元的方法；所述方法包括下述步驟將交變電流或 電壓供應(yīng)給初級(jí)單元的初級(jí)線圈；在所述初級(jí)單元中對所汲取的功率進(jìn)行第一測量；變化 供應(yīng)給所述初級(jí)單元的電流或電壓的幅值；在所述初級(jí)單元中對所汲取的功率進(jìn)行第二測 量；根據(jù)第一和第二測量的結(jié)果停止或限制供應(yīng)給所述初級(jí)單元中的初級(jí)線圈的交變電流 或電壓的幅值。根據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種用于通過電磁感應(yīng)將功率從初級(jí)單 元傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元的系統(tǒng)；所述初級(jí)單元包括初級(jí)線圈；與所述 初級(jí)線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個(gè)電平之間調(diào)整所述初級(jí)線圈的電壓或 電流的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級(jí)線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；所述 次級(jí)單元包括次級(jí)線圈；電壓或電流轉(zhuǎn)換器；其中所述電壓或電流轉(zhuǎn)換器起作用以使得 從該次級(jí)線圈汲取的功率與該次級(jí)線圈的電壓或電流基本無關(guān)；其中所述初級(jí)單元測量由 所述初級(jí)線圈在至少兩個(gè)初級(jí)線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且如果存在顯著差別 則停止或限制功率。根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種初級(jí)單元，其用于通過電磁感應(yīng)將 功率傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元；所述初級(jí)單元包括初級(jí)線圈；與所述初級(jí) 線圈耦合的交變電壓或電流源；用于在至少兩個(gè)電平之間調(diào)整所述初級(jí)線圈的電壓或電流 的裝置(例如電路)；用于確定由所述初級(jí)線圈汲取的功率的裝置(例如電路)；其中所述 初級(jí)單元測量由所述初級(jí)線圈在至少兩個(gè)初級(jí)線圈電壓或電流電平下汲取的功率，并且如 果存在顯著差別則停止或限制功率。根據(jù)本發(fā)明的第十個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種用于通過電磁感應(yīng)將功率從初級(jí)單 元傳輸?shù)脚c該初級(jí)單元可分離的次級(jí)單元的方法；所述方法包括下述步驟將交變電流或 電壓供應(yīng)給初級(jí)單元的初級(jí)線圈；在所述初級(jí)單元中對所汲取的功率進(jìn)行第一測量；變化 供應(yīng)給所述初級(jí)單元的電流或電壓的幅值；在所述初級(jí)單元中對所汲取的功率進(jìn)行第二測 量；如果第一和第二測量之間存在顯著差別則停止或限制給初級(jí)單元中的初級(jí)線圈的電流 或電壓的供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的第十一個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元 中使用的檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元 附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得其附近的純電阻性負(fù)載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載、或基本上僅包括純電阻 性負(fù)載的測試單元，或在初級(jí)單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負(fù)載)從初級(jí)單元汲取 的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性(例如從該初級(jí)單元汲取的功率 電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/ 或外來對象的存在。根據(jù)本發(fā)明的第十二個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元 中使用的電壓和/或電流模式檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線 傳送給位于初級(jí)單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對 象，該方法包括驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得其附近的純電阻性負(fù)載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載、或 基本上僅包括純電阻性負(fù)載的測試單元，或在初級(jí)單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負(fù) 載)從初級(jí)單元汲取的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性(例如從該 初級(jí)單元汲取的功率電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近 的所述次級(jí)單元和/或外來對象的存在。根據(jù)本發(fā)明的第十三個(gè)方面的實(shí)施例，提供一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元 中使用的檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元 附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動(dòng) 所述初級(jí)單元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中其附近的純電阻性負(fù)載(或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載、或基本上 僅包括純電阻性負(fù)載的測試單元，或在初級(jí)單元操作頻率附近的頻率處不諧振的負(fù)載)從 初級(jí)單元汲取的功率量將顯著變化；評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性(例如從該初級(jí)單 元汲取的功率電平)的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述 次級(jí)單元和/或外來對象的存在。設(shè)想本發(fā)明的其它方面(或由此的實(shí)施例)，例如是在前面提到的各方面中的一 個(gè)，其中所述次級(jí)單元具有電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、電壓和電流調(diào)節(jié)的組合、或功率調(diào)節(jié)
ο 各個(gè)方法方面可以通過類推而應(yīng)用于初級(jí)單元方面、系統(tǒng)方面以及計(jì)算機(jī)程序方 面，并且反之亦然。


現(xiàn)在將以實(shí)例的方式參考附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的元件的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖；圖3是圖1的系統(tǒng)1的另一個(gè)示意圖；圖4是說明圖1的系統(tǒng)中的操作的不同模式以及在這些不同模式之間進(jìn)行切換的 條件的示意圖；圖5㈧至圖5 (E)說明選擇圖4的模式的條件；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)系統(tǒng)的示意圖；圖7示出初級(jí)線圈和諧振電容器的等效電路以示出從初級(jí)線圈來看外來體對等 效電路可能具有的影響；圖8示出一組三個(gè)圖表，分別示出電壓Vd、電流Id和所汲取的功率P的波形；
圖9至圖11示出與圖8所示的那些相似的圖表；圖12是圖8(a)的放大版本，意圖提供關(guān)于何時(shí)可進(jìn)行測量的實(shí)例；圖13(a)至圖13(c)示出在不同條件下圖6的系統(tǒng)的時(shí)序圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方法的流程圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)系統(tǒng)的示意圖；圖16示出用于為鋰離子電池組充電的典型電流和電壓分布(profile)；圖17是可以代替系統(tǒng)中的次級(jí)單元的次級(jí)單元的示意圖；圖18和圖19是其它次級(jí)單元的示意圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)初級(jí)單元的示意圖；圖21至圖23分別是初級(jí)單元810、910和1010的示意圖；圖24和圖25是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的初級(jí)單元的充電表面上的可能線圈布 局的示意圖；以及圖26是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的初級(jí)單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)1的元件的示意圖。該系統(tǒng) 1包括初級(jí)單元10和至少一個(gè)次級(jí)單元20。該初級(jí)單元10本身也體現(xiàn)本發(fā)明。初級(jí)單元10包括初級(jí)線圈12和連接到該初級(jí)線圈12以對其應(yīng)用電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 電驅(qū)動(dòng)單元14，以便生成電磁場?？刂茊卧?5連接到該電驅(qū)動(dòng)單元14，并且包括調(diào)整單元 16、評估單元17和檢測單元18。調(diào)整單元16連接到電驅(qū)動(dòng)單元14以調(diào)整或控制應(yīng)用于初級(jí)線圈12的電驅(qū)動(dòng)信 號(hào)或至少一個(gè)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。評估單元17連接到電驅(qū)動(dòng)單元14以評估經(jīng)由所生成的電磁場 從初級(jí)線圈汲取的功率量。檢測單元18連接到評估單元17以根據(jù)由該評估單元17完成 的評估來檢測在初級(jí)單元附近的實(shí)體的存在，如下文進(jìn)一步討論的。檢測單元18可選地連接到調(diào)整單元16以使得能夠根據(jù)檢測來控制應(yīng)用于初級(jí)線 圈12的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，可以根據(jù)檢測來控制初級(jí)單元10的操作模式，例如使初級(jí)單元 10處于“充電”、“待機(jī)”和“停機(jī)”操作模式之一。如上文所提到的那樣，初級(jí)單元10被配置成生成電磁場，并且可以在初級(jí)線圈12 附近感應(yīng)出該場(作為相對于初級(jí)單元的功率傳輸表面或充電表面的水平場或垂直場)。 在系統(tǒng)1中使用這樣的電磁場以將功率傳輸?shù)轿挥诔跫?jí)單元10附近的一個(gè)或多個(gè)需要功 率的次級(jí)單元20，以及/或者相反地將功率傳輸?shù)揭参挥谠摳浇囊粋€(gè)或多個(gè)外來對象 30。可以認(rèn)為一塊金屬是這樣的一個(gè)外來對象。可以認(rèn)為(如上所提到)這樣的外來對象 是實(shí)質(zhì)“寄生負(fù)載”。初級(jí)單元10可以具有任何適合的形式，例如具有形成功率傳輸表面的平坦的平 臺(tái)，次級(jí)單元20或每個(gè)次級(jí)單元20可放在其上或其附近。在一種情況下，電磁場可以分布 在該表面的功率傳輸區(qū)域上，如在GB-A-2388716中描述的那樣，通過參考將其整個(gè)內(nèi)容結(jié) 合于此。將會(huì)認(rèn)識(shí)到這種形式的初級(jí)單元可以允許一個(gè)或多個(gè)次級(jí)單元20和一個(gè)或多個(gè) 外來對象30同時(shí)位于該初級(jí)單元附近以從其接收功率。將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多其它形式的初級(jí) 單元10可以允許一個(gè)或多個(gè)次級(jí)單元20和一個(gè)或多個(gè)外來對象30同時(shí)位于初級(jí)單元附近以從其接收功率。初級(jí)單元10的另一個(gè)可能的形式是支架(shelf)，可以將次級(jí)單元20 放在其上以接收功率。這種形式可能是有利的，允許將部分次級(jí)設(shè)備置于磁場之外。次級(jí)單元20與初級(jí)單元10可分離，并且包括次級(jí)線圈22，當(dāng)該次級(jí)單元20在該 初級(jí)單元10附近時(shí)所述次級(jí)線圈22與由初級(jí)單元10生成的電磁場耦合。以這種方式，可 以將功率從初級(jí)單元10感應(yīng)傳輸?shù)酱渭?jí)單元20，而不需要它們之間的直接導(dǎo)電連接。初級(jí)線圈12以及次級(jí)線圈22或每個(gè)次級(jí)線圈22可以具有任何適合的形式，而是 例如可以是纏繞在高導(dǎo)磁率線圈架(former)(例如鐵氧體或無定形金屬)上的銅線。利茲 線(Litz wire)是可以在這些情況下使用的特定類型的線。利茲線具有多股繞在一起的線， 并且可以幫助降低趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。初級(jí)線圈12和次級(jí)線圈22可以是彼此不同，例 如在大小、匝數(shù)、芯類型以及物理布局等方面不同?？梢允褂枚鄠€(gè)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈。初 級(jí)線圈和次級(jí)線圈的數(shù)目可以彼此不同。次級(jí)單元20可以連接到外部負(fù)載(未示出，在本文中也被稱為次級(jí)單元的“實(shí)際 負(fù)載”)，并且可以被配置成將感應(yīng)接收的功率供應(yīng)給該外部負(fù)載。次級(jí)單元20可以被承 載在需要功率的對象(次級(jí)設(shè)備)中或者由之承載，所述需要功率的對象例如便攜式電氣 或電子設(shè)備或可充電電池組或電池?？梢栽?上文中參考的)GB-A-2388716中找出關(guān)于次 級(jí)單元20和可以由該次級(jí)單元20供電的對象(次級(jí)設(shè)備)的可能設(shè)計(jì)的其它信息。在 GB-A-2388716中，這樣的次級(jí)單元被稱為次級(jí)設(shè)備。在本發(fā)明的上下文中，次級(jí)單元(和/或包括這種單元的次級(jí)設(shè)備)可以認(rèn)為是 需要功率的任何電氣或電子設(shè)備，并且可以是可便攜的，諸如例如(即非排他性地)移動(dòng)電 話、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人音響設(shè)備、MP3播放器等等之類的設(shè)備、無線 耳機(jī)、車輛充電單元、諸如廚房電器之類的家用電器、諸如信用卡之類的個(gè)人卡以及用于跟 蹤貨物的無線標(biāo)簽。在使用中，初級(jí)單元10可進(jìn)入測量階段，在該測量階段期間調(diào)整單元16用來驅(qū)動(dòng) 單元以便變化供應(yīng)給初級(jí)單元的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值，例如從(表征 信號(hào)的)第一值變化成(表征信號(hào)的)第二值。這樣的驅(qū)動(dòng)可以被認(rèn)為是變化在其附近的 預(yù)定純電阻性負(fù)載、或未經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載、或基本上僅包括純電阻性負(fù)載的測試單元從初級(jí) 單元汲取的功率量。評估單元17評估這種變化對從初級(jí)單元汲取的功率電平的影響。盡 管可能還需要考慮所謂的“(如下文進(jìn)一步討論的)“友好”寄生負(fù)載中的損耗，但是一般 來說，這些功率可被次級(jí)單元20和/或外來對象30汲取。檢測單元18可以基于在評估單 元17中進(jìn)行的評估來檢測在初級(jí)單元附近的次級(jí)單元20和/或外來對象30的存在。如果檢測到外來對象30，則初級(jí)單元10可以進(jìn)入停機(jī)模式。如果沒有檢測到這樣 的外來對象30，則在檢測到需要功率的次級(jí)單元20的情況下初級(jí)單元10可以進(jìn)入(或保 持在)充電模式，或者在沒有檢測到這樣的需要功率的次級(jí)單元20的情況下初級(jí)單元10 可以進(jìn)入待機(jī)模式。例如如果存在次級(jí)單元20但是它不需要功率，則可以進(jìn)入待機(jī)模式?？梢哉J(rèn)為本發(fā)明的實(shí)施例基于下面的概念而操作。在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)單元20 被配置成響應(yīng)于由初級(jí)單元10的調(diào)整單元16實(shí)現(xiàn)的變化而具有已知的功率需求特性。在 另一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)單元20被調(diào)節(jié)以從初級(jí)單元10汲取基本上恒定的功率量(這是優(yōu) 選的、這種功率需求特性)，而不管由調(diào)整單元16實(shí)現(xiàn)的變化。相反，外來對象通常是未調(diào) 節(jié)的負(fù)載，并且因此由該外來對象30所汲取的功率可與由調(diào)整單元16實(shí)現(xiàn)的變化相一致地變化。只要次級(jí)單元20的功率需求特性(即具有所汲取的基本上恒定的功率，或者某一 其它這樣的特性)與外來對象的功率需求特性顯著不同，初級(jí)單元10就可以通過在評估單 元17中評估從初級(jí)單元汲取的功率來在檢測單元18中檢測次級(jí)單元20和/或外來對象 30的存在。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法40的流程圖。方法40可以在初級(jí)單 元10中實(shí)施。方法40包括步驟S2、S4和S6。同時(shí)或者通常并行地高效地實(shí)施步驟S2和S4。在步驟S2中，變化供應(yīng)給初級(jí)單 元10的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值。這可以由調(diào)整/控制單元16來實(shí)施。 在步驟S4中，評估所述變化對從初級(jí)單元汲取的功率的影響。這可以通過評估單元17來 實(shí)施。在步驟S2和S4之后實(shí)施步驟S6。在步驟S6中，基于在步驟S4中確定的所評估 的影響來檢測次級(jí)單元20和/或外來對象30的存在。這可以由檢測單元18來實(shí)施。盡管未在圖2中示出，但是在步驟S6的檢測之后，初級(jí)單元可以置于充電、待機(jī)或 停機(jī)操作模式中。如上文所提到的那樣，初級(jí)單元10可以采用平板的形式或者使得例如多個(gè)次級(jí) 單元20能夠同時(shí)從其接收功率的其它形式。這樣的形式將使得單個(gè)次級(jí)單元20能夠從相 對于初級(jí)單元10的多個(gè)不同位置或定向接收功率。對于如何建立這種形式的初級(jí)單元的 示例，讀者可以關(guān)注GB-A-2388716。圖3是由上文看出的指示這種可能性的系統(tǒng)1的示意 圖。初級(jí)單元10具有擱置在其功率傳輸表面上用于從其感應(yīng)地接收功率的三個(gè)次級(jí)單元 20(被示出為結(jié)合在便攜式電氣/電子設(shè)備中)。示出了不同類型/種類(和/或結(jié)合在 不同類型/種類的設(shè)備中)的三個(gè)次級(jí)單元20，但是它們可以彼此相同。初級(jí)單元10還具 有擱置在其功率傳輸表面上的外來對象30，其可以是諸如一串鑰匙之類的金屬對象。在這 種情況下，對外來對象30的檢測可以使得初級(jí)單元進(jìn)入停機(jī)模式。在待機(jī)和停機(jī)模式中，通過感應(yīng)從初級(jí)單元供應(yīng)的功率可以被限制或停止以節(jié)省 功率和/或避免加熱外來對象。初級(jí)單元可以保持在停機(jī)模式直到以某一方式重置它為 止。這樣的重置可以通過初級(jí)單元10的用戶手動(dòng)啟動(dòng)，或者可替換地，控制單元15將定期、 或時(shí)常開始再次供應(yīng)感應(yīng)功率并且通過重復(fù)圖2的方法40的步驟來實(shí)施測量階段。也就 是說，可以時(shí)常實(shí)施測量階段以確定外來對象30是否已從初級(jí)單元10的附近移除。這些 測量階段還可以檢測是否存在需要功率的次級(jí)單元20。圖4是說明系統(tǒng)1中的不同操作模式以及在這些不同的模式之間進(jìn)行切換的條件 的示意圖。所示出的三個(gè)操作模式是操作模式(或充電模式)60、停機(jī)模式62和待機(jī)模式 64。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在一個(gè)實(shí)施例中可以存在其它操作模式，例如“配置”模式。在操作模式60中，初級(jí)單元10大部分時(shí)間處于充電狀態(tài)(即供應(yīng)感應(yīng)功率)，但 是如上述那樣定期進(jìn)入測量階段66、68。如果測量階段66的結(jié)果是確定沒有次級(jí)單元20 需要功率，則初級(jí)單元10進(jìn)入待機(jī)模式64。如果測量階段68的結(jié)果是確定存在顯著的寄 生負(fù)載(即外來對象30)，則初級(jí)單元10進(jìn)入停機(jī)模式62。在待機(jī)模式64中，電驅(qū)動(dòng)單元14大部分時(shí)間是停止的，因此消耗很少功率。初級(jí) 單元10定期地或時(shí)常進(jìn)入充電狀態(tài)(即感應(yīng)地供應(yīng)功率)，并且實(shí)施測量階段70、72以檢 查它是應(yīng)該進(jìn)入操作模式60還是停機(jī)模式62。否則，它保持在待機(jī)模式64。
停機(jī)模式在功能上與待機(jī)模式相同，具有相應(yīng)的測量階段74、76。然而，這兩個(gè)模 式可以通過提示用戶移除任何實(shí)質(zhì)寄生負(fù)載(即外來對象30)的某些用戶界面特征(例如 LED)來區(qū)分。圖5㈧至圖5(B)說明在系統(tǒng)1中選擇圖4的模式的條件。在圖5㈧中，在初級(jí) 單元10附近不存在次級(jí)單元20。在這種情況下，初級(jí)單元10處于待機(jī)模式64。在圖5(B) 中，在初級(jí)單元10附近不存在次級(jí)單元20但是存在實(shí)質(zhì)寄生負(fù)載(即外來對象30)。在這 種情況下，初級(jí)單元10處于停機(jī)模式62。在圖5(C)中，在初級(jí)單元10附近同時(shí)存在次級(jí) 單元20和實(shí)質(zhì)寄生負(fù)載二者。在這種情況下，初級(jí)單元處于停機(jī)模式62。在圖5(D)中，在 初級(jí)單元10附近存在次級(jí)單元20，但是連接到次級(jí)單元20的負(fù)載(實(shí)際負(fù)載)當(dāng)前時(shí)間 不需要任何功率。在這種情況下，初級(jí)單元10處于待機(jī)模式64。最后，在圖5(E)中，存在 初級(jí)單元20，并且其負(fù)載需要充電或操作的功率。因此，初級(jí)單元10處于操作模式60。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100可以被認(rèn)為是圖 1的系統(tǒng)1的同等物，并且因此包括具有初級(jí)線圈12的初級(jí)單元10和具有次級(jí)線圈22的 次級(jí)單元20。以與上文參考系統(tǒng)1所解釋的基本上相同的方式來通過電磁感應(yīng)將功率從初 級(jí)線圈12傳輸?shù)酱渭?jí)線圈22。盡管未在圖6中示出，但是將會(huì)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)100可以包括多個(gè)次級(jí)單元20并且所 述這些次級(jí)單元20可以同時(shí)從初級(jí)單元10接收感應(yīng)功率。此外，可以與這樣的次級(jí)單元 20同時(shí)存在外來對象30 (也未在圖6中示出)。除了初級(jí)線圈12之外，系統(tǒng)100的初級(jí)單元10還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器102、逆變 器104、電容器106、電阻器108、差分放大器110、緩沖器112和114、以及微處理器單元 (MPU) 116。除了次級(jí)線圈22之外，系統(tǒng)100的次級(jí)單元20還包括整流器118、DC/DC轉(zhuǎn)換 器120、負(fù)載122、電容器124、以及差分放大器126。緩沖器114可以被認(rèn)為是峰值檢測器， 并且用來測量線圈12上的峰值電壓。從圖6將會(huì)認(rèn)識(shí)到，次級(jí)單元20示出為結(jié)合在便攜式設(shè)備中，其是需要功率的對 象。為了簡單起見，便攜式設(shè)備被示出為與次級(jí)單元20相同，然而，該次級(jí)單元20可以是 便攜式設(shè)備的組成部分(例如可移除的)。因此，負(fù)載122可以被認(rèn)為是次級(jí)單元20的實(shí) 際負(fù)載，盡管它可以與初級(jí)單元20分離。系統(tǒng)100的初級(jí)單元10被示出為充電器，其在操 作中通過電磁感應(yīng)為便攜式設(shè)備20充電。在系統(tǒng)100的初級(jí)單元10中，連接DC/DC轉(zhuǎn)換器102以接收外部DC輸入，并且該 DC/DC轉(zhuǎn)換器102在操作中將所接收到的DC輸入下轉(zhuǎn)換成較低的DC電壓Vd。為了高的效 率，DC/DC轉(zhuǎn)換器102可以是切換模式(switch-mode)降壓轉(zhuǎn)換器。連接該DC/DC轉(zhuǎn)換器 102以驅(qū)動(dòng)逆變器104，所述逆變器104在其輸出端生成AC電壓。該逆變器104可以是從 基準(zhǔn)振動(dòng)器(未示出)驅(qū)動(dòng)的MOSFET半橋。逆變器104輸出的AC電壓被用來驅(qū)動(dòng)初級(jí)感應(yīng)線圈12。電容器106與初級(jí)線圈 12串聯(lián)連接，并且線圈/電容器組合被配置成使得它在逆變器104的操作頻率處諧振。為 了降低存在于驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)(即逆變器104的輸出)中的諧波，可以期望在 逆變器104和初級(jí)線圈12之間提供LC鎮(zhèn)流器電路(未示出)。初級(jí)線圈12的峰值線圈 電壓Vp。通常比DC電壓Vd大得多，因?yàn)槟孀兤髦蟮碾娐?即包括初級(jí)線圈12和電容器 106)被配置成諧振的。
在本實(shí)施例中，操作頻率被認(rèn)為是恒定的并且因此不需要進(jìn)一步評論。然而，因?yàn)?效率的原因，操作頻率當(dāng)然可以變化(即可調(diào)的)。的確，可以以調(diào)節(jié)線圈電壓(即線圈中 的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值)的方式調(diào)諧頻率。例如，如果初級(jí)線圈被配置成諧振的，則有可能通 過改變頻率來改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值。在系統(tǒng)100的次級(jí)單元20 (便攜式設(shè)備)中，次級(jí)線圈22連接到與電容器124串 聯(lián)的整流器118的輸入端，再次使得線圈/電容器組合諧振。在使用中，次級(jí)線圈22表示 具有經(jīng)由電磁感應(yīng)從初級(jí)線圈12接收的AC電壓的整流器。整流器118整流該AC電壓以 將DC電壓輸出給DC/DC轉(zhuǎn)換器102。該DC/DC轉(zhuǎn)換器102下轉(zhuǎn)換來自線圈的經(jīng)過整流的電 壓以與負(fù)載122所需的輸入電壓相匹配。DC/DC轉(zhuǎn)換器102可以是切換模式轉(zhuǎn)換器(類似于轉(zhuǎn)換器102)，而不是線性轉(zhuǎn)換 器。切換模式轉(zhuǎn)換器通常能夠從一個(gè)DC電壓轉(zhuǎn)換到另一個(gè)DC電壓，遠(yuǎn)比線性轉(zhuǎn)換器有效。 此外，一般來說，切換模式轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的效率要比線性轉(zhuǎn)換器的效率變化小。線性轉(zhuǎn) 換器降低電阻上的任何過壓。因此，輸入電壓和輸出電壓之間的差越大，效率就越低。這一 輸入電壓的效率的變化可以致使由系統(tǒng)100的次級(jí)單元20汲取的功率取決于輸入電壓，這 使得更難以實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。次級(jí)單元20的DC/DC轉(zhuǎn)換器120可選地被配置成將恒定電壓遞送給負(fù)載122。通 過包括差分放大器126的反饋回路來維持該恒定電壓。實(shí)質(zhì)上，DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸出 電壓被用來控制DC/DC轉(zhuǎn)換器120的占空比，以維持所需的負(fù)載122的輸入電壓Vlrad，而不 管DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸入電壓的變化。
負(fù)載122的電壓需求可以隨著時(shí)間而變化，例如如果負(fù)載122是具有充電周期的 電池組。因此DC/DC轉(zhuǎn)換器120可以被配置成將所需的負(fù)載電壓VlMd維持在不同的電平處 以用于這種充電周期的不同部分。然而，所需的負(fù)載電壓Vltjad通常以相對緩慢的時(shí)間標(biāo)度 (timescale)變化，以使得它在特定測量階段或測量階段組上看起來相對恒定。系統(tǒng)100的初級(jí)單元10將初級(jí)線圈電SVp。調(diào)節(jié)在預(yù)定的電壓電平。這通過包括 緩沖器(峰值檢測器)114和微處理器單元116的反饋回路來實(shí)現(xiàn)。如圖6所示，初級(jí)線圈 電壓基本上被緩沖器114緩沖并且被輸入到微處理器單元116中。基于初級(jí)線圈電壓，微 處理器單元116可以控制DC/DC轉(zhuǎn)換器102的占空比以便維持Vpe的預(yù)定電平。反饋可以 是用于快速響應(yīng)的模擬反饋和針對大動(dòng)態(tài)范圍經(jīng)由微處理器單元116的數(shù)字反饋的組合。 初級(jí)單元10被配置成維持該預(yù)定初級(jí)線圈電壓Vp。，而不管由次級(jí)單元20(和/或任何其 它這樣的次級(jí)單元20或外來對象30)所表示的負(fù)載。系統(tǒng)100的初級(jí)單元10還能夠確定經(jīng)由初級(jí)線圈12汲取的功率量。在該實(shí)施例 中，這通過測量從DC/DC轉(zhuǎn)換器102汲取的電壓Vd和電流Id 二者來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)由緩沖器112 將電壓電平Vd輸入到微處理器單元116，從而提供適當(dāng)?shù)碾娖狡?level-shifting)和 緩沖。電阻器108連接在DC/DC轉(zhuǎn)換器102和逆變器104之間以使得電流Id從其中通過。 因此，通過利用差分放大器110測量電阻器108上的電壓來測量該電流Id，并且差分放大器 110的輸出被輸入到微處理器單元116。這時(shí)測量電壓和電流的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)是DC的。在微 處理器單元116中，使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)來采樣電壓并且低通濾波所述電壓以降 低噪聲。平均化可以用作這種濾波的一部分。在本實(shí)施例中，在微處理器單元116內(nèi)確定 電壓Vd和電流Id的值并且將它們相乘以確定所汲取的功率。
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如上面所提到的那樣，當(dāng)金屬對象(即外來對象30)與由初級(jí)線圈12所感應(yīng)的電 磁場耦合時(shí)，在金屬表面感應(yīng)出電渦流。因?yàn)檫@些渦流限于金屬表面(由趨膚深度確定)， 所以它們具有流通在其中的減小的橫截面并且因此可以經(jīng)受相對高的AC電阻。因此，金屬 對象表現(xiàn)為電阻性負(fù)載，電阻的值取決于材料的類型、幾何結(jié)構(gòu)和操作頻率(即通過初級(jí) 線圈12的AC電流的頻率)。圖7示出初級(jí)線圈12和諧振電容器106的等效電路，以示出從初級(jí)線圈12來看 外來體30對該等效電路可能具有的影響。圖7(a)示出具有初級(jí)線圈12和諧振電容器106的初級(jí)電路，其中外來體30非常 接近所述初級(jí)電路。認(rèn)為在圖7(b)至圖7(d)的每個(gè)圖中也存在外來體，但是為了簡單未 示出。在圖7(a)中，認(rèn)為外來體沒有影響，也就是說就像它不存在。因此，圖7(a)的等效 電路與圖6中的電路相同。在實(shí)際電路中，電感器12和電容器106將具有寄生現(xiàn)象，以使得它們不是純的電 容和電感(例如電容器電串聯(lián)電阻、電感器電阻和互繞電容等等)。圖7(b)示出當(dāng)外來體30是導(dǎo)體(例如銅或鋁)時(shí)的電等效電路。在體30中感 應(yīng)出流通的渦流。這些作用以降低電感。金屬也將具有AC電阻，這取決于導(dǎo)體的厚度、其 電阻率以及磁場的頻率。這將導(dǎo)致附加的損耗。該效應(yīng)好像是電感132和電阻134的串聯(lián) 組合與初級(jí)線圈12并聯(lián)。例如在相對低的頻率下，作為外來體30的厚銅塊將對電感變化 具有支配性的影響。然而，作為外來體30的薄銅塊將對電阻變化有支配性的影響。一般來 說，導(dǎo)體的影響是降低電感并增加初級(jí)電路的諧振頻率。損耗將導(dǎo)致功率被消耗，并且加熱 外來體30?？梢赃_(dá)到非常高的溫度，特別在體30不那么大并且因此不能高效地耗散熱量的 情況下。因此，存在這樣的金屬可以看作是從電源汲取的功率的增加。圖7(c)示出當(dāng)存在作為外來體30的非傳導(dǎo)(nonconductive)或低導(dǎo)磁材料(例 如鐵氧體)時(shí)的電等效電路。磁材料的存在變化整個(gè)磁路的磁阻。這對增加有效電感有影 響。然而，將會(huì)引入可以由串聯(lián)電阻表示的損耗。該效應(yīng)就好像是電感132和電阻134的 串聯(lián)組合與初級(jí)線圈12串聯(lián)。因此，磁性材料的存在將增加電感并且降低初級(jí)電路的諧振 頻率。電阻134的存在將引入損耗，其接著將增加從電源汲取的功率。圖7(d)示出當(dāng)存在具有磁和傳導(dǎo)特性二者的外來體30(例如硅鋼)時(shí)的電等效 電路。該效應(yīng)好像是電感132和電阻134的串聯(lián)組合與初級(jí)線圈12并聯(lián)，并且另一個(gè)這樣 的串聯(lián)組合與初級(jí)線圈串聯(lián)。這樣的材料可以增加或降低電感，這取決于其組分?；蛘呖?替換地，如果兩個(gè)電感變化是相似的，則電感實(shí)際上可能未變化。因此，諧振頻率可能降低、 增加或保持不變。然而，電阻134的存在將引入損耗，其接著將增加從電源汲取的功率。因此，檢查諧振頻率的變化可能不是存在外來體的可靠指示?？梢钥紤]作為外來 體的磁材料不可能與該系統(tǒng)接觸的觀點(diǎn)。然而，仍有以下可能性可以存在同時(shí)作為合理 (legitimate)次級(jí)設(shè)備的傳導(dǎo)外來體。合理次級(jí)設(shè)備通常將具有纏繞在磁芯上的線圈或可 替換地在其后面具有磁屏蔽的平面線圈。存在與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的磁材料可以增加電感，而存 在傳導(dǎo)外來體可以降低電感。取決于相對幅值，將存在電感的增加、降低或不發(fā)生變化，但 是通常合理設(shè)備的電感變化將占支配地位。實(shí)際上可能很難隔離外來體的影響以便以這種 方式可靠地檢測它。圖8示出一組三個(gè)圖表，分別示出電壓Vd、電流Id和從初級(jí)單元10汲取的功率P
20的波形。通過將電壓Vd的波形和電流Id的波形相乘來得到所汲取的功率P的波形。對于 圖8，假設(shè)需要功率的次級(jí)單元20在初級(jí)單元10附近并且不存在外來對象30。對于絕大部分時(shí)間來說，初級(jí)單元10處于“正常”狀態(tài)，并且將恒定的電壓Vd提供 給逆變器104的輸入端。定期地或時(shí)常實(shí)施測量階段。在該階段期間，變化電壓電平Vd，在 這種情況下使它增加大約10%。其中電壓Vd已增加10%的階段將被稱為“升壓”狀態(tài)，并 且如圖8中那樣被標(biāo)識(shí)。從圖8可以認(rèn)識(shí)到，第二次變化在電壓電平Vd從升壓狀態(tài)返回到 正常狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)。因此，將認(rèn)為已出現(xiàn)了兩個(gè)測量階段，然而，出于本目的，將專注于第一次 變化，即從正常狀態(tài)到升壓狀態(tài)。該測量階段被用來檢查外來對象30的存在。響應(yīng)于在升壓狀態(tài)期間電壓電平Vd 的增加，AC線圈電壓Vpc也被升高。結(jié)果，次級(jí)單元20中的AC線圈電壓也增加并且接著 由整流器118輸出的經(jīng)過整流的DC電壓也會(huì)增加。然而，如上文所解釋的那樣，次級(jí)單元 20中的DC/DC轉(zhuǎn)換器120可以經(jīng)由反饋回路來適配，以便繼續(xù)在負(fù)載122處提供恒定電壓 Vloado這接著可以意味著DC/DC轉(zhuǎn)換器120汲取較少的電流，以使得由次級(jí)線圈122汲取的 總功率近似恒定(忽略整流器118和DC/DC轉(zhuǎn)換器120 二者的輸入電壓的效率的相對不顯 著變化)。相應(yīng)地，初級(jí)線圈12可以汲取較少的電流并且因此電流“可以如圖8(b)所示 那樣減小。因此，盡管電壓Vd在升壓狀態(tài)中增加，但是可存在電流Id的相應(yīng)的減小以使得 從初級(jí)單元10中的DC/DC轉(zhuǎn)換器102汲取的功率P保持近似恒定，如圖8 (c)所示的那樣。圖9類似于圖8，除了圖9的圖表表示當(dāng)在初級(jí)線圈12附近存在金屬對象(外來 對象30)并且不存在需要功率的次級(jí)單元20時(shí)的情況之外。初級(jí)單元10以圖8那樣的相 同方式升高電壓電平Vd，也就是說從正常狀態(tài)到升壓狀態(tài)。然而，在這種情況下，作為對存 在汲取恒定功率的調(diào)節(jié)負(fù)載的代替，存在等同于圖7(b)至7(d)中示出的那些負(fù)載的電阻 性負(fù)載。這種電阻性負(fù)載沒有調(diào)節(jié)，并且相應(yīng)地當(dāng)電壓Vd增加時(shí)，電流Id也因此如圖9(b) 所示出的那樣增加大約10%，且所汲取的功率P相應(yīng)地增加大約21 %。在實(shí)際的系統(tǒng)中，可能存在某些非線性并且這可能需要考慮。例如，如果在整流器 118中使用二極管，則這些二極管上降低的電壓通常將不會(huì)顯著變化，以使得整流器的效率 在較高的電壓處(即在升高的電壓處)增加。此外，DC/DC轉(zhuǎn)換器120的效率實(shí)際上將隨 著輸入電壓的變化而變化。因此，期望將圖9(c)中功率變化與閾值水平相比較，并且要求 功率差高于該閾值以證實(shí)(establish)存在外來對象(假設(shè)功率差低于閾值可由這種非線 性引起的)。圖10和圖11類似于圖8和圖9，除了現(xiàn)在假設(shè)同時(shí)存在需要功率的次級(jí)單元20 和一塊金屬(外來對象30) 二者之外。在這種情形下，當(dāng)電壓Vd增加時(shí)次級(jí)單元20的經(jīng)過 調(diào)節(jié)的負(fù)載將導(dǎo)致電流Id的降低，但是當(dāng)電壓Vd增加時(shí)金屬(外來對象30)將導(dǎo)致電流Id 的增加。圖10示出歸因于次級(jí)單元20的電流變化大于歸因于金屬的電流變化的情況，并 且圖6示出歸因于金屬的電流變化大于歸因于次級(jí)單元20的電流變化的情況。將會(huì)認(rèn)識(shí) 到，因?yàn)樵诓徽{(diào)節(jié)的情況下一塊金屬構(gòu)成電阻性負(fù)載，所以如果存在金屬則所汲取的功率P 應(yīng)該增加?；谏鲜鰞?nèi)容，將會(huì)認(rèn)識(shí)到通過在電壓電平Vd變化時(shí)評估所汲取的功率P的變 化，有可能確定在初級(jí)單元10附近是否存在需要功率的次級(jí)單元20和/或外來對象30。 實(shí)施這一評估的一個(gè)實(shí)例方式是在該變化之前和之后進(jìn)行測量。圖12是圖8 (a)的放大版
21本，意圖提供關(guān)于何時(shí)可進(jìn)行這樣的測量的實(shí)例。可以首先在正常狀態(tài)中測量所汲取的功 率P。允許足夠的時(shí)間Sl來使系統(tǒng)從可能已經(jīng)發(fā)生的任何其它事件穩(wěn)定下來。在該時(shí)間Sl 期間，可以重置濾波器。然后，在正常狀態(tài)期間可以在測量時(shí)間間隔A上采樣電流Id和電 壓Vd，并且得到平均值或經(jīng)過濾波的值。如上面所提到的那樣，通過將電壓Vd和電流Id值 一起相乘來計(jì)算所汲取的功率P。接下來，電壓電平Vd增加10%從而進(jìn)入升壓狀態(tài)。在來 自先前測量的另一個(gè)穩(wěn)定時(shí)段S2之后，電流和電壓被再次采樣并且在第二測量時(shí)間間隔B 期間被平均化/濾波。再次，通過將電壓和電流值一起相乘來計(jì)算在升壓狀態(tài)中汲取的功 率P。從技術(shù)上來說，有可能在一個(gè)實(shí)施例中僅測量電流(在電壓被控制時(shí))來評估功 率電平。也就是說，在某種程度上測量電壓并且使電壓乘以電流是多余的。本發(fā)明可以通 過設(shè)置一個(gè)電壓并測量電流并且然后設(shè)置另一個(gè)電壓并測量電流來以簡單的形式體現(xiàn)。也 就是說，沒有必要特別獲得功率值，而是僅需要獲得功率電平的“測量”或“指示符”。因此 應(yīng)該相應(yīng)地解釋本文所公開的實(shí)施例。如果在升壓狀態(tài)中汲取的功率P超過在正常狀態(tài)中所汲取的功率達(dá)預(yù)定量(例如 超過閾值量)，則可以確定在初級(jí)單元附近存在外來對象。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，有可能在 兩次測量之間變化次級(jí)單元中的負(fù)載，例如在負(fù)載122(例如電池組)的充電周期從一個(gè)區(qū) 變到下一區(qū)的情況下。因此，期望連續(xù)實(shí)施兩組測量?？梢哉J(rèn)為這些組包括不同的測量階 段或者可以一起考慮這些組以形成單個(gè)測量階段。如果這兩個(gè)測量組是一致的，則可以確 定確實(shí)存在外來對象30。圖13示出在不同條件下系統(tǒng)100的時(shí)序圖。圖13(a)示出當(dāng)初級(jí)單元10附近存 在次級(jí)單元20且不存在外來對象30時(shí)處于正常操作的系統(tǒng)100。如上所述，初級(jí)單元10 通過升高電壓電平Vd并且進(jìn)行一組兩次測量定期或時(shí)常檢查來看是否存在任何外來對象 30。如果兩次測量的結(jié)果在某個(gè)容限內(nèi)，則系統(tǒng)可以推斷出不存在外來對象30，并且可能 沒有必要進(jìn)行另一組測量。然后，系統(tǒng)在實(shí)施另一組這樣的測量之前等待預(yù)定時(shí)段。在圖 13(a)所示的實(shí)例中，在每一組這樣的測量之間存在500毫秒的實(shí)例時(shí)段，并且升壓狀態(tài)維 持例如10毫秒的時(shí)段。圖13(b)示出當(dāng)檢測到外來對象30時(shí)的系統(tǒng)。在這里，假設(shè)第一測量組示出功率 電平的顯著差別，所以立即接著是第二組這樣的測量。如果兩組測量彼此一致，則系統(tǒng)將功 率供應(yīng)降低為零，以防止功率被遞送到外來對象30中并且加熱它。可以認(rèn)為這與上面所討 論的進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)等同。圖13(c)示出當(dāng)存在外來對象30時(shí)的系統(tǒng)。因此，假設(shè)系統(tǒng)處于停機(jī)模式，并且 系統(tǒng)時(shí)常檢查來看是否已移除了外來對象30。因此，在絕大部分時(shí)間期間，不存在電壓(即 電壓電平Vd為零)，以便防止加熱外來對象。在可以進(jìn)行測量之前，定期將電壓電平Vd提 升到正常狀態(tài)。如果仍存在外來體30，則初級(jí)單元10將進(jìn)行兩組測量，并且然后再次將電 壓電平Vd降到零。然而，如果已移除了外來對象30，則第一組功率測量將基本上與另一組 相同并且可以恢復(fù)正常操作狀態(tài)。可以認(rèn)為這與離開停機(jī)模式并且進(jìn)入操作的操作模式的 系統(tǒng)等同。如果應(yīng)用(比正常和升壓狀態(tài)電壓)更低的電壓，則在某種情況下次級(jí)設(shè)備負(fù)載 調(diào)節(jié)有可能將起作用。在這種情況下，有可能以二者都低于(或其中一個(gè)低于)正常和升壓狀態(tài)的兩個(gè)電壓電平進(jìn)行測量。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法200的流程圖。方法200包括步驟S200 到S244，并且可以由系統(tǒng)100來使用。在步驟S200中，功率(即電壓電平Vd)被設(shè)置成“正?！睜顟B(tài)，并且然后在步驟S202 中允許系統(tǒng)穩(wěn)定，在這種情況下穩(wěn)定10ms。在步驟S204中，測量所汲取的功率P并且在步 驟S206中將其存儲(chǔ)為值P1。在步驟S208中，進(jìn)行檢查來看所汲取的功率Pl是否大于某 一閾值功率電平X。如果所汲取的功率Pl小于或等于X，則假設(shè)不存在需要功率的設(shè)備并 且在步驟S210中關(guān)斷功率(即電壓電平Vd被設(shè)置成零)。如果不存在需要功率的次級(jí)單 元，則在步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預(yù)定的時(shí)間量(在這種情況下等 待500ms)來看是否已出現(xiàn)次級(jí)單元?？赡苋缦旅嫠紤]的那樣，存在次級(jí)單元(例如結(jié)合 在次級(jí)設(shè)備中)，但是該次級(jí)單元不需要功率。如果在步驟S208中，確定所汲取的功率Pl大于X，則在步驟S214中將功率(即 電壓電平Vd)提高到“升壓”狀態(tài)。然后，在步驟S216中允許系統(tǒng)再次穩(wěn)定10ms。在步驟 S218中，測量所汲取的功率P并且在步驟S220中將其存儲(chǔ)為值P2。然后，在步驟S222中 使功率返回到“正常”狀態(tài)。在步驟S224中，確定P2和Pl之間的差(即P2-P1)是小于還是等于給定的閾值 Y。如果是這種情況，認(rèn)為值P2和Pl基本上彼此相同，并且因此假設(shè)不存在金屬(即沒有 外來對象30)。在這種情況下，該方法將功率留在“正?！睜顟B(tài)并且繼續(xù)到步驟S212，在該 步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預(yù)定的時(shí)間量，在這種情況下等待500ms。如果確定P2-P1大于閾值Y，則可以意味著存在金屬(即外來對象30)，或者將意 味著本次級(jí)單元20的實(shí)際負(fù)載已在兩次測量之間變化。為了解決這樣的不確定性，對“正 ?！睜顟B(tài)和“升壓”狀態(tài)的每一個(gè)都進(jìn)行兩次更多的測量。在這一點(diǎn)上，方法繼續(xù)到步驟S226，在該步驟S226中，允許系統(tǒng)穩(wěn)定在“正?！睜?態(tài)中，在這種情況下為10ms。在步驟S228中，測量汲取的功率P并在步驟S230中將其存儲(chǔ) 為值P3。在步驟S232中，然后將功率(即電壓電平Vd)提升到“升壓”狀態(tài)，并且然后在步 驟S234中允許系統(tǒng)再次穩(wěn)定10ms。在步驟S236中，測量所汲取的功率P并且在步驟S238 中將其存儲(chǔ)為值P4。然后，在步驟S240中使功率返回到“正?！睜顟B(tài)。在步驟S242中，確定P4和P3之間的差(即P4-P3)是小于還是等于閾值Y。這類 似于在步驟S224中進(jìn)行的確定，并且因此將會(huì)認(rèn)識(shí)到可以以這種方式將第二組測量(P3、 P4)與第一組測量(P1、P2)相比較。如果第二組測量也指示差大于Y，則系統(tǒng)確定存在金屬(即外來對象30)并且通過 繼續(xù)到步驟S210來將功率設(shè)置成“斷(Off)”。否則，該方法將功率留在“正?！睜顟B(tài)中，并 且繼續(xù)到步驟S212，在該步驟S212中系統(tǒng)將在返回到步驟S200之前等待預(yù)定的時(shí)間量，在 這種情況下等待500ms。系統(tǒng)通過返回到步驟S200再次檢查來看是否已存在任何變化(例 如將某些金屬放在充電器線圈附近)。需要閾值水平Y(jié)足夠大來適應(yīng)由因系統(tǒng)中的任何不確定性和存在的噪聲而引起 的任何誤差。有可能降低不確定性，這將允許檢測較低水平的寄生損耗。系統(tǒng)中的損耗可以被分配為1.固定的焊盤(pad)損耗(即在初級(jí)單元10中)
2.可變的焊盤損耗(即在初級(jí)單元10中)3.固定的接收機(jī)損耗(即在次級(jí)單元20中，或在次級(jí)設(shè)備中)4.可變的接收機(jī)損耗(即在次級(jí)單元20中，或在次級(jí)設(shè)備中)5.負(fù)載(即在實(shí)際負(fù)載122中)6. “寄生”損耗(即在外來金屬對象中)7. “友好寄生”損耗(即在存在于次級(jí)單元或設(shè)備中的金屬中)應(yīng)該在測量之間使固定損耗(1、3)保持相同，而不管是處于“正常”狀態(tài)還是“升 壓”狀態(tài)。也應(yīng)該在測量之間保持負(fù)載相同(第二組測量用來處理測量之間負(fù)載顯著變化 的情況)?？勺儞p耗(2、4)添加測量的不確定性。有可能通過相對于線圈電壓針對效率校 準(zhǔn)系統(tǒng)來補(bǔ)償這一不確定性。結(jié)果產(chǎn)生的測量將檢測“寄生”損耗(6)和“友好寄生”損耗 (7)的組合。有可能確定“友好寄生“(7)來降低不確定性。例如，便攜式設(shè)備(次級(jí)單元 20或結(jié)合次級(jí)單元20的次級(jí)設(shè)備)可以在啟動(dòng)時(shí)將什么是其“友好寄生”傳達(dá)給充電器 (初級(jí)單元10)(或者它可以傳達(dá)表示該信息的代碼諸如設(shè)備類型)。因此，通過使用這樣 的附加信息，有可能改進(jìn)系統(tǒng)的精確性和魯棒性。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)300的示意圖?？梢哉J(rèn)為系統(tǒng)300等同 于系統(tǒng)1和100，并且因此包括具有初級(jí)線圈12的初級(jí)單元10和具有次級(jí)線圈22的次級(jí) 單元20。以基本上與上文參考系統(tǒng)1所解釋的相同方式來通過電磁感應(yīng)將功率從初級(jí)線圈 12傳輸?shù)酱渭?jí)線圈22。盡管未在圖15中示出，但是將會(huì)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)300可以包括多個(gè)次級(jí)單元20并且 這些次級(jí)單元20可以同時(shí)從初級(jí)單元10接收感應(yīng)功率。此外，可以在與該次級(jí)單元20的 同時(shí)存在外來對象30 (也未在圖6中示出)。系統(tǒng)300非常類似于系統(tǒng)100，并且因此為了簡單起見使用相同的參考標(biāo)記并且 省略重復(fù)的描述。系統(tǒng)300不同于系統(tǒng)100之處在于通過測量初級(jí)線圈12處的電壓和電 流來確定所汲取的功率P。這具有的優(yōu)點(diǎn)是測量更精確，因?yàn)橹苯釉诔跫?jí)線圈12處，而不是 如系統(tǒng)100那樣在逆變器104的輸入端處。然而，與系統(tǒng)100相比系統(tǒng)300可能不那么有 利，因?yàn)閕)在初級(jí)線圈12處測量的電壓和電流是AC的，并且因此可能更難以確定，尤其在 波形失真的情況下；ii)可以期望確定電壓和電流之間的相角以證實(shí)所汲取的功率與存儲(chǔ) 在包括初級(jí)線圈12和電容器106的諧振電路中的能量不同；iii)初級(jí)線圈12處的電壓比 逆變器104的輸入端處的電壓高的多。在系統(tǒng)300中，利用峰值檢測器來測量初級(jí)線圈12處的電壓(由緩沖器114來實(shí) 施)，并且利用電流互感器/傳感器302 (經(jīng)由緩沖器312)來測量電流。同等地，如在系統(tǒng) 100中那樣，將使用串聯(lián)感測電阻器來測量電流。為了確定由線圈12汲取的功率P，微處理 器單元316(等同于系統(tǒng)100中的微處理器單元116)測量初級(jí)線圈12上的rms AC電壓 Va。(等同于電壓Vp。)；測量通過初級(jí)線圈12的rms AC電流Ia。；以及確定它們之間的相差 Φ。然后，所汲取的功率由P = Va山」cos Φ I給出。在測量AC電流和電壓時(shí)，可期望使用 鎖定(lock-in)放大器(微處理器316內(nèi)的數(shù)字放大器或者微處理器316外部的模擬放大 器)。這可以使用在逆變器104中使用的基準(zhǔn)振蕩器來對所需的信號(hào)進(jìn)行“鎖定”，并且顯 著改進(jìn)信噪比(SNR)。參見系統(tǒng)100和300，在其它實(shí)施例中有可能測量電壓和電流，期望用于確定在這些系統(tǒng)中的各個(gè)其它點(diǎn)處(例如在DC/DC轉(zhuǎn)換器120的輸入端處)所汲取的功率P。在上述實(shí)施例中，所考慮的主要配置是將恒定電壓供應(yīng)給負(fù)載122。然而，在其 它實(shí)施例中有可能直接為電池組充電。圖16示出用于為鋰離子電池組充電的典型電流和 電壓分布(對于鋰聚合物電池組和其它衍生物的分布是相似的)。最初，如果電池組被充 分充電，則以低的電平(大約最大值的10% )供應(yīng)恒定電流，并且這通常被稱為涓流充電 (trickle charging) 0繼續(xù)這樣直到電池組達(dá)到大約3V為止。在這之后，以最大電平供應(yīng) 恒定電流直到電池組達(dá)到4. 2V為止。這時(shí)，輸出電壓被調(diào)節(jié)到4. 2V并且電流逐漸減小直 到充電電流約為最大值的7%。因此，在充電周期期間可以在不同的點(diǎn)處使用恒定電流調(diào)節(jié) 和恒定電壓調(diào)節(jié)二者。圖17是可以代替系統(tǒng)1、100和300中的次級(jí)單元20以形成本發(fā)明的其它實(shí)施例 的次級(jí)單元420的示意圖。相應(yīng)地，次級(jí)單元420中的已經(jīng)在上文中參考次級(jí)單元20所描 述的那些元件由相同的參考標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的描述。次級(jí)單元420具有作為其實(shí)際負(fù)載的電池組422(即代替負(fù)載122)。充電控制 器424布置在整流器118和電池組422之間，并且包括DC/DC轉(zhuǎn)換器424、差分(或偶運(yùn)算 (even operational))放大器428、430和432，以及電阻器434。DC/DC轉(zhuǎn)換器424以與次級(jí) 單元20中的DC/DC轉(zhuǎn)換器120相似的方式連接在整流器118和電池組422之間，即下轉(zhuǎn)換 由整流器118輸出的電壓以供應(yīng)給電池組422。電阻器434連接在DC/DC轉(zhuǎn)換器426和電 池組422之間，以使得流入電池組的電流IlMd在其間流過。連接差分放大器428和430以 按電阻器434上的電壓測量該電流并且將電流IlMd的測量結(jié)果(電流感測)輸入到DC/DC 轉(zhuǎn)換器426中。連接運(yùn)算放大器432以測量供應(yīng)給電池組422的電壓VlMd，并且也將(電 壓感應(yīng)的)該測量結(jié)果輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器426中。返回參見圖16，在恒定電壓階段期間 旨在調(diào)節(jié)電壓，并且在恒定電流階段期間旨在調(diào)節(jié)電流。來自差分(或運(yùn)算)放大器428、430、432的兩個(gè)路徑的輸出被用來控制DC/DC轉(zhuǎn) 換器的占空比。變化占空比將變化輸入電壓和輸出電壓的比值。同樣地，在給定的時(shí)刻處， 在輸出端處將有某種形式的負(fù)載，因此可以調(diào)整DC/DC電壓輸出以給出所需的電流。將認(rèn) 為次級(jí)單元420具有控制單元，其將來自兩個(gè)路徑的輸出用作輸入，并且相應(yīng)地調(diào)整DC/DC 轉(zhuǎn)換器的占空比。控制功能可以以許多不同的方式體現(xiàn)，例如作為包括用于控制MOSFET的 適當(dāng)?shù)倪壿嬰娐返碾娮有酒?。順便地，注意在本發(fā)明的任何實(shí)施例中的DC/DC轉(zhuǎn)換器可以是代替下轉(zhuǎn)換器的上 轉(zhuǎn)換器(升壓轉(zhuǎn)換器)或上/下轉(zhuǎn)換器(降壓-升壓轉(zhuǎn)換器)。然而，下轉(zhuǎn)換器趨向于更有 效。在恒定電流階段期間，電流感測主要用于將電流Iltjad調(diào)節(jié)成恒定的。當(dāng)初級(jí)單元 10中的電壓Vd增加時(shí)，接收機(jī)線圈22上的電壓將存在相應(yīng)的增加，并且因此經(jīng)過整流的、 輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器426的電壓將存在相應(yīng)的增加。在沒有反饋的情況下，Vload和IlMd都 將增加。然而，來自電流感測的反饋用來確保負(fù)載電流Iltjad保持恒定。這導(dǎo)致降低接收機(jī) 線圈(次級(jí)線圈)22中的電流。因此，初級(jí)線圈12中的電流減小。由此，在忽略電壓電平或 其它可變損耗的效率的任何變化的情況下，由初級(jí)線圈汲取的功率P應(yīng)該保持近似相同。在電壓調(diào)節(jié)模式和電流調(diào)節(jié)模式二者中，由充電器控制器424汲取的功率可以近 似與次級(jí)線圈22的電壓無關(guān)。次級(jí)線圈電壓中的任何變化可以在次級(jí)線圈電流的變化中
25反映。充電控制器424的功率需求將隨時(shí)間而變化，但是與在上述本發(fā)明的實(shí)施例的使用 期間進(jìn)行的測量相比這將相對較慢。因此，當(dāng)初級(jí)線圈電壓增加時(shí)，初級(jí)線圈電流將相應(yīng)地 降低，以使得所汲取的總功率保持近似相同。已發(fā)現(xiàn)，某些充電控制器424已重復(fù)在涓流充電階段期間出現(xiàn)的電流的尖峰。如 果這些尖峰的時(shí)段正好與進(jìn)行測量的時(shí)段相一致，則它可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。這可以通過 進(jìn)行三組測量而不是兩組，并且通過確保第二組和第三組之間的時(shí)間完全不同于第一組和 第二組之間的時(shí)間來克服。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，沒有必要在恒定電流或恒定電壓的條件下操作DC/DC轉(zhuǎn)換器120、 426。如果由次級(jí)單元汲取的功率P不會(huì)隨著次級(jí)線圈22上的輸入電壓而變化(或者可預(yù) 測地變化，即以某一預(yù)定方式變化)，則該系統(tǒng)將適當(dāng)?shù)夭僮鳌＿@與供應(yīng)給負(fù)載122、422什 么電壓或電流無關(guān)。圖18和圖19是次級(jí)單元520和620的示意圖，其分別被配置成使得系統(tǒng)(還包 括初級(jí)單元)能夠?qū)⒅攸c(diǎn)放在調(diào)節(jié)所汲取的功率P，而不是特別供應(yīng)給負(fù)載122、422的電壓 或電流。次級(jí)單元520和620可以代替次級(jí)單元20和420以形成本發(fā)明的其它實(shí)施例。參考圖18，(除了由與圖6的次級(jí)單元20相同的參考標(biāo)記所表示的那些元件之 外)次級(jí)單元520還包括運(yùn)算放大器502、電阻器504、電壓感測點(diǎn)505和控制單元506。 通過與圖6相比較將會(huì)認(rèn)識(shí)到，連接運(yùn)算放大器502、電阻器504和電壓感測點(diǎn)505來提供 電壓和電流測量給控制單元506，代表輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器120的電壓和電流?？刂茊卧?506在操作中調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器120的操作以更改輸入電流，以使得在輸入電壓變化時(shí)從初 級(jí)單元汲取的總功率P保持恒定。參考圖19，(除了由與圖6的次級(jí)單元20相同的參考標(biāo)記所表示的那些元件之 外)次級(jí)單元620還包括AC電流感測點(diǎn)602、緩沖器604、AC電壓感測點(diǎn)605和控制單元 606。通過與圖15相比較將會(huì)認(rèn)識(shí)到，連接AC電流感測點(diǎn)602、緩沖器604和AC電壓感測 點(diǎn)605來提供AC電壓和電流測量給控制單元606，代表輸入到整流器118的AC電壓和電 流。控制單元606在操作中監(jiān)控AC線圈電壓并且調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器120的操作以使得所 汲取的總功率P與(初級(jí)或次級(jí))線圈電壓無關(guān)。圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的初級(jí)單元710的示意圖，除了在逆變器104與 初級(jí)線圈12和電容器106之間存在LC鎮(zhèn)流器電路702之外，所述初級(jí)單元710與圖6的 初級(jí)單元10 —樣。因此，在初級(jí)單元710和10之間共用的那些元件由相同的參考標(biāo)記表 示，并且省略重復(fù)的描述。LC鎮(zhèn)流器電路702包括連接以形成低通濾波器的串聯(lián)電感器704 和并聯(lián)電容器706。有利地是，提供了 LC鎮(zhèn)流器電路702，因?yàn)榈屯V波具有減少來自逆變 器104的諧波的結(jié)果。這是有幫助的，因?yàn)椴恍枰闹C波可以在其它設(shè)備(例如無線電接 收機(jī))中引起干擾，或者阻止系統(tǒng)遵循調(diào)節(jié)發(fā)射(regulatory emission)。圖21至圖23分別是初級(jí)單元810、910和1010的示意圖，它們中的每一個(gè)都與上 述初級(jí)單元非常相似，并且因此形成本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。因此，上文已經(jīng)描述的初級(jí)單 元810、910和1010的那些元件用相同的參考標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的描述。初級(jí)單元810、910和1010之間的公共特征是它們每一個(gè)都具有多個(gè)初級(jí)線圈 12A、12B、12C、...，而不是單個(gè)初級(jí)線圈12。有可能使用多個(gè)初級(jí)線圈以使得可以同時(shí)為 多個(gè)次級(jí)單元(或結(jié)合這些次級(jí)單元的次級(jí)設(shè)備)充電。初級(jí)線圈12A、12B、12C被配置成彼此并聯(lián)。出于不同于處理多個(gè)次級(jí)單元的原因，可以存在多個(gè)初級(jí)單元。例如，出于冗 余原因可提供多個(gè)初級(jí)線圈，或者使得單個(gè)次級(jí)設(shè)備可以在相對于初級(jí)單元的任何許多位 置(由不同初級(jí)線圈限定)中接收功率。此外，代替通過改變供應(yīng)給唯一初級(jí)線圈的電壓 (或某一其它信號(hào)的幅值)來實(shí)現(xiàn)可用功率中的變化，將有可能從以第一電壓操作的一個(gè) 初級(jí)線圈切換到以不同于該第一電壓的第二電壓操作的第二初級(jí)線圈。也就是說，“正?！?和“升壓”狀態(tài)之間的差別可用通過在初級(jí)線圈之間切換，或者通過改變同時(shí)有效的初級(jí)線 圈的數(shù)目，或者改變供應(yīng)給各個(gè)初級(jí)線圈的信號(hào)的幅值，或者這些方法的某些組合來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用初級(jí)單元810、910和1010時(shí)，可以以相同的方式來使用上述體現(xiàn)本發(fā)明的 方法，一個(gè)差別是存在初級(jí)線圈的并聯(lián)組合而不是單個(gè)這樣的初級(jí)線圈。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，初級(jí) 單元810類似于圖6的初級(jí)線圈10，其中在逆變器104之前測量所汲取的功率P，并且初級(jí) 單元910類似于圖15的初級(jí)單元10，其中在逆變器104之后測量功率。在該布置中，還可以在諧振電容器之前的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行測量，以便降低相位誤差并 且改進(jìn)功率測量的精確性。并不是對于所有線圈都具有單個(gè)電流感測，在一個(gè)實(shí)施例中可 有利的是在每個(gè)單個(gè)的線圈上具有電流感測，如圖23所示的那樣。這可便于推斷出所汲取 的功率總量，特別在存在廣泛改變的負(fù)載時(shí)或者在某些線圈具有被供電的設(shè)備而其它線圈 不具有的情況下。不同的初級(jí)線圈例如可以彼此遠(yuǎn)離定位，盡管它們可以相對緊密地定位 在一起，例如以陣列的方式定位。順便地，對于AC電流測量來說，可以使用如圖22中的電流互感器(電流感測)或 如圖23中的感測電阻器。任何一種方法都可以包括用于測量的平均器(averager)或峰值 檢測器。電流感測的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它引入比電阻器少的損耗。然而，電流感測通常比電阻器 更昂貴。如果如圖23中那樣存在大的線圈陣列，則對使用感測電阻器來說它有可能是節(jié)約 成本的。圖24和圖25是本發(fā)明的一些實(shí)施例的初級(jí)單元的充電表面上的可能線圈布局的 示意圖。在一些這樣的實(shí)施例中，次級(jí)單元可以被放在要被充電的這種充電表面上的任何 地方或基本上任何地方上。在所示出的每一種情況下，所涉及的初級(jí)單元包括多個(gè)初級(jí)線 圈。在圖24中，充電表面具有纏繞鐵氧體芯1100的陣列，即鐵氧體背板1102上的纏繞線圈 1100的陣列。在圖25中，充電表面具有蝕刻在PCB(印刷電路板)1202上的印刷的六邊形 螺旋線圈1200的陣列，所述PCB (印刷電路板)1202可以具有鐵氧體和/或金屬屏蔽底層。 在圖25中，可以認(rèn)為每個(gè)六邊形裝置1200是單個(gè)線圈。矩形1204表示要被充電的(即從 其感應(yīng)地接收功率)、放在所涉及的初級(jí)單元的充電表面上的次級(jí)單元或結(jié)合這種次級(jí)單 元的次級(jí)設(shè)備的可能的印跡(footprint)。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)單元的印跡 可以比充電表面上的充電區(qū)域更小，以使得可以同時(shí)為多個(gè)次級(jí)單元充電。體現(xiàn)本發(fā)明并且具有多個(gè)初級(jí)線圈12A、12B、12C、...的初級(jí)單元可以被配置成 通過將電流供應(yīng)給那些初級(jí)線圈(對于那些初級(jí)線圈而言，在其附近存在次級(jí)單元的次級(jí) 線圈22)，以及通過不將電流供應(yīng)給其它初級(jí)線圈(以便于保存功率)來進(jìn)行操作。因此， 可以在這樣的初級(jí)單元中使用上述體現(xiàn)本發(fā)明的方法。也就是說，可以認(rèn)為存在電學(xué)上并 聯(lián)的初級(jí)線圈的陣列，而不是僅單個(gè)線圈。然而，在這種情況下，初級(jí)單元可以被配置成使 得每個(gè)初級(jí)線圈可以“接入電路和從電路斷開”，以使得僅激活適當(dāng)?shù)木€圈。圖26是這種初 級(jí)單元1310的示意圖。
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初級(jí)單元1310非常類似于上述圖21的初級(jí)單元810。因此，上文已描述的初級(jí)單 元1310的那些元件由相同的參考標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的描述。初級(jí)單元810包括分別 與初級(jí)線圈12A、12B、12C、...串聯(lián)連接的開關(guān)SW-A、SW-B、SW-C、...，并且在操作中將它們 各自的初級(jí)線圈接入電路和從電路斷開。可以認(rèn)識(shí)到，也可以實(shí)施等同于圖22和23所示 的那些的模擬初級(jí)單元?？梢云谕_保總電感保持相同以使系統(tǒng)繼續(xù)保持諧振。這可以通過使初級(jí)單元中 的單獨(dú)電感器用作“虛設(shè)線圈(dummy coil) ”來實(shí)現(xiàn)。因此，如果使少于最大數(shù)目的初級(jí)線 圈通電(接入到電路中)，則所需數(shù)目的附加“虛設(shè)線圈，，可以被接入到電路中以使總電感 保持相同。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有可能使用許多不同類型的DC/DC轉(zhuǎn)換器，其包括許 多不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和降壓_升壓轉(zhuǎn)換器。有可能使體現(xiàn)本發(fā)明的 次級(jí)單元包括負(fù)載(甚至多個(gè)負(fù)載)，其可以是恒定電流負(fù)載、恒定電壓負(fù)載或者二者的一 些其它組合。例如，除了充電控制器為電池組充電所需的功率之外，便攜式設(shè)備(結(jié)合次級(jí) 單元的次級(jí)設(shè)備)還可以需要用于其內(nèi)部功能的功率。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在次級(jí)單元中執(zhí)行的調(diào)節(jié)不一定是恒定電流或恒定電 壓的。在由便攜式設(shè)備所汲取的功率P不隨著輸入電壓(例如初級(jí)單元中的電壓Vd)而變 化的情況下，體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)可以操作。這與供應(yīng)給次級(jí)單元中的負(fù)載什么電壓或電流 無關(guān)。調(diào)節(jié)也可以不是恒定功率的，并且該調(diào)節(jié)可以被配置成具有所汲取的功率P相對于 輸入電壓的已知依賴性。在這種情形下，初級(jí)單元(充電器)可以在兩個(gè)初級(jí)線圈電壓電平 下進(jìn)行功率測量(從而構(gòu)成經(jīng)過測量的功率需求改變)。使用初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的 耦合的知識(shí)，由此可以確定兩個(gè)相應(yīng)的次級(jí)線圈電壓。使用功率需要隨次級(jí)單元的輸入電 壓改變的知識(shí)，由此可以確定對于兩次測量的期望功率需求改變。如果所測量的功率需求 改變基本上不同于(例如大于)所期望的功率需求改變，則充電器推斷必定存在金屬(即 外來對象)?？梢云谕邮諜C(jī)(次級(jí)單元)將與充電器和接收機(jī)之間的耦合程度有關(guān)的信 息傳達(dá)給充電器(初級(jí)單元)或者直接傳達(dá)所接收的電壓。可以期望執(zhí)行多于兩次測量并 且擬合多項(xiàng)式。可以使用其它導(dǎo)出信息(例如導(dǎo)出物)來確定是否存在外來對象。盡管上述實(shí)施例將DC電壓輸出給負(fù)載，并且因此在便攜式設(shè)備(次級(jí)單元)中具 有整流器，但是不是必須是這種情況。例如，有可能將AC電壓供應(yīng)給負(fù)載。在這種情況下， 將仍有可能實(shí)施本發(fā)明，也就是說確保由次級(jí)單元汲取的功率P保持恒定或者在不存在外 來對象的情況下已知對輸入電壓的依賴性。本發(fā)明的一些實(shí)施例是有利的，因?yàn)楸銛y式設(shè)備(次級(jí)單元)和充電器(初級(jí)單 元)之間的通信不是必須的，也就是說是可選的。因此本發(fā)明的一些實(shí)施例的成本可以比 其中通信是必須的系統(tǒng)更低。本發(fā)明的一些實(shí)施例能夠在存在有效便攜式設(shè)備(次級(jí)單 元)的情況下檢測金屬(外來對象)。本發(fā)明的一些實(shí)施例還不會(huì)被鋼或硅鋼“所欺騙”，也 就是說它們可以區(qū)別次級(jí)單元和這樣的外來對象，因?yàn)樗鼈儾灰揽肯辔?頻率偏移測量。 就硬件來說，本發(fā)明的一些實(shí)施例還可以節(jié)約成本，因?yàn)楸景l(fā)明的許多方面可以以微處理 器內(nèi)的軟件來實(shí)施。在本發(fā)明的任何上述方面中，特別在方法方面中，可以以硬件或按運(yùn)行在一個(gè)或 多個(gè)處理器上的軟件模塊來實(shí)施各種特征。一個(gè)方面的特征可以應(yīng)用于任何其它方面。
本發(fā)明還提供了用于實(shí)施本文所描述的任何方法的計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品，以及在其上存儲(chǔ)有用于實(shí)施本文所述的任何方法的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。體現(xiàn)本發(fā) 明的計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者例如它可以是諸如從互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址提 供的可下載數(shù)據(jù)信號(hào)之類的信號(hào)形式，或者它可以是任何其它形式。
權(quán)利要求
一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元中使用的檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于該初級(jí)單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中供應(yīng)給所述初級(jí)單元中的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動(dòng)對所述初級(jí)單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對象的存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中所述初級(jí)單元的電特性是從所述初級(jí)單元汲 取的功率電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測方法，其中所述值表征電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述值是在所述初級(jí)單元中的一個(gè) 或多個(gè)初級(jí)線圈上供應(yīng)的交變電位差的峰值或均方根值。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述值是通過所述初級(jí)單元中的一 個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的交變電流的峰值或均方根值。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，包括維持所述第一和第二值平穩(wěn)達(dá)足夠 長的時(shí)間以便所述初級(jí)單元的操作穩(wěn)定。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述第二值比所述第一值大。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述初級(jí)單元包括轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn) 換裝置用于將DC電驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間改變的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以供應(yīng)給所涉及的一個(gè)或 多個(gè)初級(jí)線圈，并且其中這種驅(qū)動(dòng)包括控制所述轉(zhuǎn)換裝置的操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測方法，其中所述轉(zhuǎn)換裝置的操作由占空比支配，并且其 中這種驅(qū)動(dòng)包括控制所述轉(zhuǎn)換裝置的占空比。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中這種驅(qū)動(dòng)包括將所述初級(jí)單元的 操作從所述變化之前的現(xiàn)有狀態(tài)重新配置成所述變化之后的變化后狀態(tài)，并且其中這種評 估包括獲得處于現(xiàn)有狀態(tài)和變化后狀態(tài)的初級(jí)單元的電特性的測量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢測方法，包括在現(xiàn)有狀態(tài)期間維持所述第一值以及在變 化后狀態(tài)期間維持所述第二值。
12.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中這種評估包括關(guān)于初級(jí)線圈信號(hào) 進(jìn)行電壓和/或電流測量。
13.當(dāng)權(quán)利要求12被讀作從屬于權(quán)利要求8時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求12所述的檢測方法，還 包括關(guān)于DC電驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行所述電壓和/或電流測量。
14.當(dāng)權(quán)利要求12或13被讀作從屬于權(quán)利要求8時(shí)，根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的檢 測方法，還包括關(guān)于隨時(shí)間改變的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行所述電壓和/或電流測量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的檢測方法，包括取得所述電壓和/或電流的 一系列樣本，并且這種評估基于所述一系列樣本。
16.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中所述驅(qū)動(dòng)和評估形成一組方法步 驟，并且該方法包括實(shí)施多個(gè)這樣的組并且這種檢測基于兩個(gè)或更多這樣的組
17.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，包括如果確定所述初級(jí)單元的電特性作為這種驅(qū)動(dòng)的結(jié)果而已顯著變化，則確定在所述初級(jí)單元附近存在所述外來對象。
18.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，其中配置系統(tǒng)的所述次級(jí)單元或每個(gè) 所述次級(jí)單元，以使得當(dāng)所述次級(jí)單元在所述初級(jí)單元附近并且從其感應(yīng)地接收到功率 時(shí)，所述次級(jí)單元的電特性以期望的方式響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)，該方法還包括根據(jù)這種評估的 結(jié)果以及這種期望響應(yīng)或每個(gè)這種期望響應(yīng)來確定所述次級(jí)單元和/或外來對象是否存 在于所述初級(jí)單元附近。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的檢測方法，其中對于所述次級(jí)單元或每個(gè)所述次級(jí)單元來 說，該次級(jí)單元的電特性可以是其從初級(jí)單元汲取的功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的檢測方法，包括如果所述評估的結(jié)果至少部分與所述 期望響應(yīng)或任何所述期望響應(yīng)無關(guān)，則確定存在外來對象。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的檢測方法，包括如果所述評估的結(jié)果至少部 分與所述期望響應(yīng)或一個(gè)所述期望響應(yīng)有關(guān)，則確定存在次級(jí)單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的檢測方法，對于所述次級(jí)單元或至少一個(gè)所 述次級(jí)單元來說，所述期望響應(yīng)在于它的電特性不會(huì)響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)而顯著變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的檢測方法，其中一個(gè)所述次級(jí)單元的期望響 應(yīng)不同于其它這種次級(jí)單元的期望響應(yīng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的檢測方法，還包括在所述初級(jí)單元中從處于 功率需求狀態(tài)的次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元接收與所涉及的次級(jí)單元的所述期望響應(yīng)有關(guān) 的信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的檢測方法，其中所述信息標(biāo)識(shí)所涉及的次級(jí)單元的類型， 并且其中該方法還包括基于所涉及的次級(jí)單元的所標(biāo)識(shí)類型來確定期望響應(yīng)。
26.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括當(dāng)實(shí)施所述檢測時(shí)，使用與次級(jí) 單元或每個(gè)次級(jí)單元施加到所述初級(jí)單元上的寄生負(fù)載有關(guān)的次級(jí)單元補(bǔ)償信息，以便補(bǔ) 償所述次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元的所述寄生負(fù)載。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的檢測方法，包括從次級(jí)單元或每個(gè)次級(jí)單元中接收這種次 級(jí)單元補(bǔ)償信息。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中任一項(xiàng)所述的檢測方法，經(jīng)由與感應(yīng)功率的傳輸所構(gòu)成的 鏈路分離的通信鏈路接收一部分或所有所述信息。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的檢測方法，其中所述通信鏈路是RFID鏈路。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至29中任一項(xiàng)所述的檢測方法，其中經(jīng)由感應(yīng)功率的傳輸所構(gòu)成 的感應(yīng)通信鏈路接收一部分或所有所述信息。
31.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括當(dāng)實(shí)施這種檢測時(shí)使用與初級(jí) 單元本身的損耗有關(guān)的初級(jí)單元補(bǔ)償信息，以便補(bǔ)償所述損耗。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的檢測方法，還包括當(dāng)在電磁隔離中有效時(shí)，從初級(jí)單元進(jìn) 行的測量得到一部分或所有所述初級(jí)單元補(bǔ)償信息。
33.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在檢測到所述初級(jí)單元附近的 外來對象之后，限制或停止來自所述初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)。
34.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在檢測到一個(gè)或多個(gè)需要功率 的次級(jí)單元之后，維持或調(diào)整來自所述初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)以滿足這種需要。
35.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測方法，還包括在不存在一個(gè)或多個(gè)需要功率 的次級(jí)單元的情況下檢測到一個(gè)或多個(gè)不需要功率的次級(jí)單元之后，限制或停止來自所述 初級(jí)單元的感應(yīng)功率供應(yīng)。
36.一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中使用的初級(jí)單元，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感 應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述 附近的外來對象，該初級(jí)單元包括驅(qū)動(dòng)裝置，在操作中驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中供應(yīng)給所述初級(jí)單元中的 一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第一值變化成第二值；用于評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性的影響的裝置；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對 象的存在的裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的初級(jí)單元，其中所述初級(jí)單元的電特性是從所述初級(jí)單元 汲取的功率電平。
38.一種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，包括初級(jí)單元和至少一個(gè)次級(jí)單元，所述初級(jí)單元在操作 中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于初級(jí)單元附近的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所 述附近的外來對象，該系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝置，在操作中驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中供應(yīng)給所述初級(jí)單元中的 一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第一值變化成第二值；用于評估這種驅(qū)動(dòng)對初級(jí)單元的電特性的影響的裝置；以及用于根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對 象的存在的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其中所述初級(jí)單元的電特性是從所述 初級(jí)單元汲取的功率電平。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的所述次級(jí)單元或每 個(gè)所述次級(jí)單元被配置成使得當(dāng)在所述初級(jí)單元附近并且從其感應(yīng)地接收功率時(shí)，該次級(jí) 單元的電特性以期望的方式響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)，所述檢測裝置在操作中根據(jù)這種評估的結(jié)果 和這種期望響應(yīng)或每個(gè)這種期望響應(yīng)來確定所述次級(jí)單元和/或外來對象是否存在于所 述初級(jí)單元附近。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其中對于所述次級(jí)單元或每個(gè)所述次 級(jí)單元，該次級(jí)單元的電特性是其從所述初級(jí)單元汲取的功率。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其中對于所述次級(jí)單元或至少一 個(gè)所述次級(jí)單元，所述期望響應(yīng)在于它的電特性不會(huì)響應(yīng)于這種驅(qū)動(dòng)而顯著變化。
43.基本上在上文中參考附圖所描述的一種檢測方法、一種初級(jí)單元或一種感應(yīng)功率 傳輸系統(tǒng)。全文摘要
一種在感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的初級(jí)單元中使用的檢測方法，所述初級(jí)單元在操作中通過電磁感應(yīng)將功率無線傳送給位于該初級(jí)單元附近的該系統(tǒng)中的至少一個(gè)次級(jí)單元和/或位于所述附近的外來對象，該方法包括驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)單元以使得在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中供應(yīng)給所述初級(jí)單元中的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值從第一值變化成第二值；評估這種驅(qū)動(dòng)對所述初級(jí)單元的電特性的影響；以及根據(jù)所評估的影響來檢測位于所述初級(jí)單元附近的所述次級(jí)單元和/或外來對象的存在。
文檔編號(hào)H02J5/00GK101981780SQ200880127255
公開日2011年2月23日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者D·J·霍夫, H·肯努德特, J·R·迪本, J·德克勒克, W·H·萊門斯 申請人:捷通國際有限公司