本公開(kāi)大體涉及無(wú)線功率傳輸，并且更具體地涉及用于使用感應(yīng)熱感測(cè)在預(yù)定空間中的增強(qiáng)的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

已經(jīng)引入了包括從諸如電池的能量存儲(chǔ)設(shè)備接收的電力導(dǎo)出的機(jī)動(dòng)功率的諸如車輛的遠(yuǎn)程系統(tǒng)。例如，混合電動(dòng)車輛包括車載充電器，其使用來(lái)自車輛制動(dòng)和傳統(tǒng)電機(jī)的功率來(lái)對(duì)車輛進(jìn)行充電。常常提議電池電動(dòng)車輛(電動(dòng)車輛)通過(guò)諸如家用或商用AC供應(yīng)源之類的某種類型的接線的交變電流(AC)進(jìn)行充電。接線的充電連接需要被物理地連接到功率供應(yīng)的線纜或其他類似的連接器。線纜和類似的連接器可能有時(shí)是不方便的或者繁瑣的并且具有其他缺點(diǎn)。能夠在自由空間中(例如，經(jīng)由電磁場(chǎng))傳輸功率以用于對(duì)電動(dòng)車輛進(jìn)行充電的無(wú)線充電系統(tǒng)可以克服接線的充電解決方案的缺陷中的一些。然而，使用電磁場(chǎng)可能感應(yīng)位于該場(chǎng)內(nèi)的良好導(dǎo)電(例如，金屬)對(duì)象中的渦電流，從而可能導(dǎo)致對(duì)象變熱、振動(dòng)或使得鄰近對(duì)象熔化或著火。因此，期望高效地且安全地傳輸用于對(duì)電動(dòng)車輛進(jìn)行充電的功率的無(wú)線充電系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的各個(gè)實(shí)施例均具有若干方面，其中沒(méi)有單個(gè)方面僅僅負(fù)責(zé)本文中描述的期望的屬性。在不限制隨附權(quán)利要求的范圍的情況下，本文中描述了一些顯著的特征。

在附圖和下面的描述中闡述本說(shuō)明書(shū)中描述的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書(shū)、附圖以及權(quán)利要求書(shū)變得顯而易見(jiàn)。注意，下面的圖的相對(duì)尺寸可以不是按比例繪制的。

本公開(kāi)的一個(gè)方面提供用于檢測(cè)對(duì)象的裝置。該裝置包括線圈，其被配置為基于當(dāng)對(duì)象被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)根據(jù)對(duì)象的溫度而變化的線圈的電特性，來(lái)感應(yīng)地感測(cè)對(duì)象的存在。該裝置還包括控制器，其被配置為檢測(cè)電特性的變化。

本公開(kāi)的另一方面提供用于檢測(cè)對(duì)象的存在的方法的實(shí)施例。該方法包括基于當(dāng)對(duì)象被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)根據(jù)對(duì)象的溫度而變化的線圈的電特性，來(lái)感測(cè)對(duì)象的存在。該方法還包括檢測(cè)電特性的變化。

本公開(kāi)的又一方面提供用于檢測(cè)對(duì)象的存在的裝置。該裝置包括用于基于當(dāng)對(duì)象被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)根據(jù)對(duì)象的溫度而變化的線圈的電特性，來(lái)感測(cè)對(duì)象的存在的部件。該裝置還包括用于檢測(cè)電特性的變化的部件。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于對(duì)電動(dòng)車輛進(jìn)行充電的示例性無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的圖。

圖2是圖1的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的示例性核心組件的示意圖。

圖3是示出了圖1的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的示例性核心和輔助組件的另一功能框圖。

圖4是用于外來(lái)對(duì)象檢測(cè)的示例性電路的圖，其圖示了根據(jù)本文中描述的實(shí)施例的使用感應(yīng)感測(cè)線圈、基于對(duì)象的溫度變化的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)的原理。

圖5是在存在具有變化的溫度的對(duì)象的情況下感應(yīng)感測(cè)線圈的示例性等效模型的圖。

圖6是圖示了根據(jù)本文中描述的實(shí)施例的基于對(duì)象的受刺激的渦電流加熱的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)的原理的時(shí)序圖，其示出了感測(cè)線圈的不同特性的預(yù)測(cè)的時(shí)間過(guò)程連同磁場(chǎng)暴露周期和得到的對(duì)象的溫度。

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)(FOD)系統(tǒng)的示意圖。

圖8A是使用插入在多個(gè)感測(cè)線圈與共用電容器之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的串聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖8B是使用插入在多個(gè)感測(cè)線圈與共用電容器之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的并聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖8C是使用插入在多個(gè)電容器和電感器與共用電壓/電流換能器之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的串聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖8D是使用插入在多個(gè)電容器與共用電壓/電流換能器之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的并聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖8E是使用插入在多個(gè)電壓/電流換能器與共用信號(hào)源之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的串聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖8F是使用插入在多個(gè)測(cè)量單元與共用評(píng)估單元之間的多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的串聯(lián)調(diào)諧的配置中的感測(cè)電路的圖。

圖9是根據(jù)本文中描述的示例性實(shí)施例的基于沖激響應(yīng)方法的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖。

圖10是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)對(duì)象的存在的示例性方法的流程圖。

圖11是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)對(duì)象的存在的裝置的功能框圖。

附圖中圖示的各個(gè)特征可以不是按比例繪制的。因此，各個(gè)特征的尺寸可以為了清楚而被任意地?cái)U(kuò)大或減小。另外，附圖中的一些附圖可以不描繪給定系統(tǒng)、方法或設(shè)備的全部組件。最后，貫穿說(shuō)明書(shū)和附圖，相同的附圖標(biāo)記可以被用于表示相同的特征。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖闡述的具體實(shí)施方式旨在為示例性實(shí)施例的描述并且不旨在表示本發(fā)明可以被實(shí)踐在其中的僅有實(shí)施例。貫穿本說(shuō)明書(shū)使用的術(shù)語(yǔ)“示例性”意指“用作示例、實(shí)例或圖示”，并且不一定應(yīng)當(dāng)被解釋為優(yōu)于其它示例性實(shí)施例的優(yōu)選或優(yōu)點(diǎn)。為了提供對(duì)示例性實(shí)施例的透徹理解的目的，具體實(shí)施方式包括具體細(xì)節(jié)。在一些實(shí)例中，一些設(shè)備以框圖形式被示出。

無(wú)線地傳輸功率可以是指將與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或者另外的相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌?，而不使用物理電?dǎo)體(例如，功率可以通過(guò)自由空間被傳輸)。輸出到電磁場(chǎng)(例如，磁場(chǎng))中的功率可以由“接收線圈”接收、捕獲或耦合以實(shí)現(xiàn)功率傳輸。

電動(dòng)車輛在本文中用于描述遠(yuǎn)程系統(tǒng)，其中的一個(gè)示例是包括從可充電能量存儲(chǔ)設(shè)備(例如，一個(gè)或多個(gè)可再充電電化學(xué)電池或其他類型的電池)導(dǎo)出的電功率作為其機(jī)動(dòng)性能的一部分的車輛。作為非限制性示例，一些電動(dòng)車輛可以是除了電機(jī)之外還包括傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)以用于指導(dǎo)機(jī)動(dòng)或?qū)囕v的電池進(jìn)行充電的混合電動(dòng)車輛。其他電動(dòng)車輛可以從電功率抽取所有機(jī)動(dòng)能力。電動(dòng)車輛不限于汽車，并且可以包括摩托車、推車(cart)、踏板車等。通過(guò)示例而非限制的方式，在本文中以電動(dòng)車輛(EV)的形式描述了遠(yuǎn)程系統(tǒng)。另外，還設(shè)想可以至少部分地使用可充電能量存儲(chǔ)設(shè)備供電的其他遠(yuǎn)程系統(tǒng)(例如，諸如個(gè)人計(jì)算設(shè)備等的電子設(shè)備)。

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于對(duì)電動(dòng)車輛112進(jìn)行充電的示例性無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100的圖。無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100使得能夠在電動(dòng)車輛112被停泊在基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a附近時(shí)對(duì)電動(dòng)車輛112進(jìn)行充電。針對(duì)兩個(gè)電動(dòng)車輛的空間被圖示在停泊區(qū)中以停泊在對(duì)應(yīng)的基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a和102b上。在一些實(shí)施例中，本地配送中心130可以被連接到電力骨干132并且被配置為通過(guò)電力鏈路110將交變電流(AC)或直流電流(DC)供應(yīng)提供到基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a?；緹o(wú)線充電系統(tǒng)102a還包括用于無(wú)線地傳輸或接收功率的基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a。電動(dòng)車輛112可以包括電池單元118、電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116以及電動(dòng)車輛無(wú)線充電系統(tǒng)114。電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116可以例如經(jīng)由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a生成的電磁場(chǎng)的區(qū)域與基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a進(jìn)行交互。

在一些示例性實(shí)施例中，電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116可以在電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116位于基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a產(chǎn)生的能量場(chǎng)中時(shí)接收功率。該場(chǎng)對(duì)應(yīng)于其中由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a輸出的能量可以由電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116捕獲的區(qū)域。例如，由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a輸出的能量可以處于足以對(duì)電動(dòng)車輛112進(jìn)行充電或供電的水平。在一些情況下，該場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)于基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a的“近場(chǎng)”。近場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)于其中存在由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a中的電流和電荷產(chǎn)生的不會(huì)將功率輻射遠(yuǎn)離基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a的強(qiáng)無(wú)功場(chǎng)的區(qū)域。在一些情況下，近場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)于如下面將進(jìn)一步描述的在基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a的波長(zhǎng)的大約1/2π內(nèi)(并且對(duì)于電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116反之亦然)的區(qū)域。

本地配送1130可以被配置為經(jīng)由通信回程134與外部源(例如，電力網(wǎng))并且經(jīng)由通信鏈路108與基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a進(jìn)行通信。

在一些實(shí)施例中，電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116可以與基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a對(duì)齊，并且因此，簡(jiǎn)單地通過(guò)駕駛員將電動(dòng)車輛112相對(duì)于基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a正確地定位而被設(shè)置在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。在一些其他實(shí)施例中，駕駛員可以被給予視覺(jué)反饋、聽(tīng)覺(jué)反饋或其組合以確定何時(shí)電動(dòng)車輛112被適當(dāng)?shù)胤胖靡杂糜跓o(wú)線功率傳輸。在又一些其他實(shí)施例中，電動(dòng)車輛112可以由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)定位，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以將電動(dòng)車輛112來(lái)回移動(dòng)(例如，以之字形移動(dòng))直到對(duì)齊誤差已經(jīng)達(dá)到容許值。這可以由電動(dòng)車輛112在沒(méi)有或具有僅僅最小駕駛員干預(yù)的情況下自動(dòng)地且自主地執(zhí)行，假定電動(dòng)車輛112被裝備有伺服方向盤(pán)、超聲傳感器和用于調(diào)整車輛的智能。在再一些其他實(shí)施例中，電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116、基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a或其組合可以具有用于將感應(yīng)線圈116和104a相對(duì)于彼此進(jìn)行移位和移動(dòng)的功能，以對(duì)它們進(jìn)行更準(zhǔn)確地定向并開(kāi)發(fā)在它們之間的更高效的耦合。

基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a可以位于各種位置中。作為非限制性示例，一些適當(dāng)?shù)奈恢冒ㄔ陔妱?dòng)車輛112所有者的家里的停泊區(qū)、仿效傳統(tǒng)石油加油站的用于電動(dòng)車輛無(wú)線充電而保留的停車區(qū)、以及在諸如購(gòu)物中心和工作場(chǎng)所的其他位置處的停車場(chǎng)。

對(duì)電動(dòng)車輛進(jìn)行無(wú)線地充電可以提供眾多益處。例如，可以自動(dòng)地執(zhí)行充電，幾乎無(wú)需駕駛員干預(yù)和操縱，由此改進(jìn)對(duì)用戶的方便度。還可以不存在暴露的電接觸并且不存在機(jī)械磨損，由此改進(jìn)無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100的可靠性?？梢圆恍枰褂镁€纜和連接器的操縱，并且可以不存在可能暴露于戶外環(huán)境中的濕氣和水的線纜、插頭或插座，由此改進(jìn)安全性。還可以不存在可見(jiàn)或可接近的插座、線纜和插頭，由此減少對(duì)功率充電設(shè)備的潛在破壞。另外，由于電動(dòng)車輛112可以被用作用于穩(wěn)定電力網(wǎng)的分布式存儲(chǔ)設(shè)備，所以對(duì)接到電網(wǎng)解決方案可以被用于提高針對(duì)車輛到電網(wǎng)(V2G)操作的車輛可用性。

如參考圖1描述的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100還可以提供美學(xué)的且無(wú)阻礙的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以不存在可以對(duì)車輛和/或行人造成阻礙的充電柱和線纜。

作為對(duì)車輛到電網(wǎng)能力的進(jìn)一步解釋，無(wú)線功率發(fā)射和接收能力可以被配置為是相互的，使得基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a將功率傳輸?shù)诫妱?dòng)車輛112，并且電動(dòng)車輛112例如在能量短缺時(shí)將功率傳輸?shù)交緹o(wú)線充電系統(tǒng)102a。該能力可以有用于通過(guò)允許電動(dòng)車輛在由可再生能量產(chǎn)生(例如，風(fēng)力或太陽(yáng)能)中的過(guò)度需求或短缺引起的能量短缺時(shí)向總體配送系統(tǒng)貢獻(xiàn)功率來(lái)使配電網(wǎng)穩(wěn)定。

圖2是圖1的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100的示例性核心組件的示意圖。如圖2所示，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200可以包括包含具有電感L₁的基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204的基本系統(tǒng)發(fā)射電路206。無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200還包括包含具有電感L₂的電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216的電動(dòng)車輛接收電路222。本文中描述的實(shí)施例可以使用形成諧振結(jié)構(gòu)的電容式加載的接線環(huán)(即，多匝線圈)，諧振結(jié)構(gòu)能夠在初級(jí)和次級(jí)兩者都被調(diào)諧到共同的諧振頻率的情況下高效地將來(lái)自初級(jí)結(jié)構(gòu)(發(fā)射器)的能量經(jīng)由近磁場(chǎng)或近電磁場(chǎng)耦合到次級(jí)結(jié)構(gòu)(接收器)。線圈可以被用于電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216和基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204。使用用于將能量進(jìn)行耦合的諧振結(jié)構(gòu)可以是指“磁耦合的諧振”、“電磁耦合的諧振”和/或“諧振感應(yīng)”。無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200的操作將基于從基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)202到電動(dòng)車輛112的功率傳輸來(lái)描述，但是不限于此。例如，如以上所討論的，電動(dòng)車輛112可以將功率傳輸?shù)交緹o(wú)線充電系統(tǒng)102a。

參考圖2，功率供應(yīng)208(例如，AC或DC)將功率P_SDC供應(yīng)到基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)202以將能量傳輸?shù)诫妱?dòng)車輛112。基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)202包括基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器236。基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器236可以包括電路，諸如被配置為將來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)市電AC的功率轉(zhuǎn)換為處于適當(dāng)?shù)碾妷弘娖降腄C功率的AC/DC轉(zhuǎn)換器、以及被配置為將DC功率轉(zhuǎn)換為處于適合于無(wú)線高功率傳輸?shù)牟僮黝l率的功率的DC/低頻率(LF)轉(zhuǎn)換器?；境潆娤到y(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器236將功率P₁供應(yīng)到包括與基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204串聯(lián)的電容器C₁的基本系統(tǒng)發(fā)射電路206，以發(fā)射處于期望的頻率的電磁場(chǎng)。電容器C₁可以與基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204并聯(lián)或串聯(lián)耦合，或者可以由若干無(wú)功元件采用并聯(lián)或串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的任何組合來(lái)形成。電容器C₁可以被提供以與基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204一起形成在期望的頻率處諧振的諧振電路?；鞠到y(tǒng)感應(yīng)線圈204接收功率P₁并且以足以對(duì)電動(dòng)車輛112進(jìn)行充電或供電的水平無(wú)線地發(fā)射功率。例如，由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204無(wú)線地提供的功率水平可以處在千瓦特(kW)的量級(jí)(例如，從1kW到110kW的任何地方或更高或更低)。

包括基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204的基本系統(tǒng)發(fā)射電路206和包括電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216的電動(dòng)車輛接收電路222可以被調(diào)諧到基本上相同的頻率并且可以被定位在由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204和電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116中的一個(gè)發(fā)射的電磁場(chǎng)的近場(chǎng)內(nèi)。在這種情況下，基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204和電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116可以被耦合到彼此，使得功率可以被傳輸?shù)桨娙萜鰿₂和電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116的電動(dòng)車輛接收電路222。電容器C₂可以被提供以與電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216一起形成在期望的頻率處諧振的諧振電路。電容器C₂可以與電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈204并聯(lián)或串聯(lián)耦合，或者可以由若干無(wú)功元件采用并聯(lián)或串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的任何組合來(lái)形成。元素k(d)表示導(dǎo)致線圈分離的互耦合系數(shù)。等效電阻R_eq,1和R_eq,2表示可以是感應(yīng)線圈204和216以及反電抗電容器C₁和C₂固有的損失。包括電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316和電容器C₂的電動(dòng)車輛接收電路222接收功率P₂并且將功率P₂提供到電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)214的電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238。

除了其它的之外，電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238可以包括被配置為將處于操作頻率的功率轉(zhuǎn)換回到處于與電動(dòng)車輛電池單元218的電壓電平相匹配的電壓電平的DC功率的LF/DC轉(zhuǎn)換器。電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238可以提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的功率P_LDC以對(duì)電動(dòng)車輛電池單元218進(jìn)行充電。功率供應(yīng)208、基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器236和基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204可以是固定的并且位于如以上所討論的各種位置處。電池單元218、電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238以及電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216可以被包含于作為電動(dòng)車輛112的一部分或電池組(未示出)的一部分的電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)214中。電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)214還可以被配置為通過(guò)電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216將功率無(wú)線地提供到基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)202以將功率饋送回到電網(wǎng)。電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216和基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204中的每個(gè)可以基于操作模式而用作發(fā)射感應(yīng)線圈或接收感應(yīng)線圈。

盡管未示出，但是無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200可以包括負(fù)載斷開(kāi)單元(LDU)以將電動(dòng)車輛電池單元218或功率供應(yīng)208從無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200安全地?cái)嚅_(kāi)。例如，在緊急或系統(tǒng)故障的情況下，LDU可以被觸發(fā)以將負(fù)載與無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)200斷開(kāi)。LDU可以在用于管理對(duì)電池的充電的電池管理系統(tǒng)之外被提供，或者其可以為電池管理系統(tǒng)的一部分。

另外，電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)214可以包括用于選擇性地將電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216連接到電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238并將電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216與電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)電路(未示出)。將電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216斷開(kāi)可以使充電暫停，并且還可以調(diào)整如由(用作發(fā)射器的)基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a“看見(jiàn)”的“負(fù)載”，其可以用于將(用作接收器的)電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)114從基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a“掩蔽(cloak)”。負(fù)載改變可以在發(fā)射器包括負(fù)載感測(cè)電路的情況下進(jìn)行檢測(cè)。因此，諸如基本無(wú)線充電系統(tǒng)202的發(fā)射器可以具有用于確定何時(shí)諸如電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)114的接收器存在于基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204的近場(chǎng)中的機(jī)制。

如以上所描述的，在操作時(shí)，假定能量朝向車輛或電池傳輸，從功率供應(yīng)208提供輸入功率，使得基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204生成用于提供能量傳輸?shù)膱?chǎng)。電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216耦合到輻射的場(chǎng)并且生成用于由電動(dòng)車輛112存儲(chǔ)或消耗的輸出功率。如以上所描述的，在一些實(shí)施例中，基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204和電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116根據(jù)互諧振關(guān)系來(lái)配置，使得電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116的諧振頻率和基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204的諧振頻率非常接近或基本上相同。在基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)202與電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)214之間的傳輸損失當(dāng)電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216位于基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204的近場(chǎng)中時(shí)最小。

如所陳述的，通過(guò)將發(fā)射感應(yīng)線圈的近場(chǎng)中的能量的大部分耦合到接收感應(yīng)線圈，而非將能量的大多數(shù)以電磁波的方式傳播到遠(yuǎn)場(chǎng)，來(lái)進(jìn)行高效能量傳輸。當(dāng)在近場(chǎng)中時(shí)，可以在發(fā)射感應(yīng)線圈與接收感應(yīng)線圈之間建立耦合模式。該近場(chǎng)耦合可以發(fā)生的感應(yīng)線圈周圍的區(qū)域在本文中被稱為近場(chǎng)耦合模式區(qū)域。

盡管未示出，但是基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器236和電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器238兩者都可以包括振蕩器、諸如功率放大器的驅(qū)動(dòng)器電路、濾波器、和用于與無(wú)線功率感應(yīng)線圈高效耦合的匹配電路。振蕩器可以被配置為生成期望的頻率，其可以響應(yīng)于調(diào)節(jié)信號(hào)而被調(diào)節(jié)。振蕩器信號(hào)可以由功率放大器響應(yīng)于控制信號(hào)利用放大量進(jìn)行放大。濾波器和匹配電路可以被包含以濾除諧波或其他不想要的頻率，并且將功率轉(zhuǎn)換模塊的阻抗與無(wú)線功率感應(yīng)線圈進(jìn)行匹配。功率轉(zhuǎn)換器236和238還可以包括整流器和開(kāi)關(guān)電路以生成用于對(duì)電池進(jìn)行充電的適當(dāng)?shù)墓β瘦敵觥?/p>

如貫穿所公開(kāi)的實(shí)施例所描述的電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈216和基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204可以被稱為或被配置為“環(huán)形”天線，并且更具體地，多匝環(huán)形天線。感應(yīng)線圈204和216還可以在本文中被稱為或被配置為“磁”天線。術(shù)語(yǔ)“線圈”旨在于是指可以無(wú)線地輸出或接收用于耦合到另一“線圈”的能量的組件。線圈還可以被稱為被配置為無(wú)線地輸出或接收功率的類型的“天線”。如本文中所使用的，線圈204和216是被配置為無(wú)線地輸出、無(wú)線地接收和/或無(wú)線地中繼功率的類型的“功率傳輸組件”的示例。環(huán)形(例如，多匝環(huán)形)天線可以被配置為包括空氣芯或諸如鐵氧體芯的物理芯?？諝庑经h(huán)形天線可以允許在芯區(qū)域內(nèi)對(duì)其他組件的放置。包括鐵磁或鐵磁性材料的物理芯天線可以允許對(duì)更強(qiáng)的電磁場(chǎng)和改進(jìn)的耦合的開(kāi)發(fā)。

如以上所討論的，在發(fā)射器與接收器之間的匹配的或幾乎匹配的諧振期間，進(jìn)行在發(fā)射器與接收器之間的能量的高效傳輸。然而，即使當(dāng)在發(fā)射器與接收器之間的諧振不匹配時(shí)，能量可以以較低的效率被傳輸。通過(guò)將來(lái)自發(fā)射感應(yīng)線圈的近場(chǎng)的能量耦合到駐存在建立該近場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)(例如，諧振頻率的預(yù)定頻率范圍內(nèi)，或近場(chǎng)區(qū)域的預(yù)定距離內(nèi))的接收感應(yīng)線圈，而非將能量從發(fā)射感應(yīng)線圈傳播到自由空間中，來(lái)進(jìn)行能量的傳輸。

諧振頻率可以基于包括如以上所描述的感應(yīng)線圈(例如，基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈204)的發(fā)射電路的電感和電容。如圖2所示，電感可以一般是感應(yīng)線圈的電感，然而，電容可以被添加到感應(yīng)線圈以產(chǎn)生處于期望的諧振頻率的諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性示例，如圖2所示，電容器可以與感應(yīng)線圈串聯(lián)地被添加以產(chǎn)生生成電磁場(chǎng)的諧振電路(例如，基本系統(tǒng)發(fā)射電路206)。因此，對(duì)于較大直徑的感應(yīng)線圈，感應(yīng)諧振需要的電容的值可以隨著線圈的直徑或電感增大而減小。電感也可以取決于感應(yīng)線圈的匝數(shù)。另外，隨著感應(yīng)線圈的直徑增大，近場(chǎng)的高效能量傳輸面積可以增大。其他諧振電路是可能的。作為另一非限制性示例，電容器可以并聯(lián)放置在感應(yīng)線圈的兩個(gè)端子之間(例如，并聯(lián)諧振電路)。另外，感應(yīng)線圈可以被設(shè)計(jì)為具有高質(zhì)量(Q)因子以改進(jìn)感應(yīng)線圈的諧振。例如，Q因子可以是300或更大。

如以上所描述的，根據(jù)一些實(shí)施例，公開(kāi)了將功率耦合在處于彼此的近場(chǎng)中的兩個(gè)感應(yīng)線圈之間。如以上所描述的，近場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)于電磁場(chǎng)存在于其中但是不可以傳播或輻射遠(yuǎn)離感應(yīng)線圈的感應(yīng)線圈周圍的區(qū)域。近場(chǎng)耦合模式區(qū)域可以對(duì)應(yīng)于感應(yīng)線圈的物理體積附近的體積，通常在波長(zhǎng)的小分?jǐn)?shù)內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，諸如單匝環(huán)形天線和多匝環(huán)形天線的電磁感應(yīng)線圈被用于發(fā)射和接收兩者，因?yàn)樵趯?shí)際實(shí)施例中，與電類型天線(例如小偶極子)的電近場(chǎng)相比，磁近場(chǎng)幅度傾向于對(duì)于磁類型的線圈更高。這允許在對(duì)之間的可能更高的耦合。另外，可以使用“電”天線(例如，偶極子和單極子)或磁天線和電天線的組合。

圖3是示出了圖1的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300的示例性核心和輔助組件的另一功能框圖。無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300圖示了通信鏈路376、引導(dǎo)鏈路366、和針對(duì)基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304和電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316的對(duì)齊系統(tǒng)352、354。如以上參考圖2所描述的，并且假定能量朝向電動(dòng)車輛112流動(dòng)，在圖3中，基本充電系統(tǒng)功率接口354可以被配置為將功率從諸如AC或DC功率供應(yīng)126的功率源提供到充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器336。基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器336可以從基本充電系統(tǒng)功率接口354接收AC或DC功率，以在其諧振頻率處或附近激勵(lì)基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304。電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316當(dāng)在近場(chǎng)耦合模式區(qū)域中時(shí)，可以從近場(chǎng)耦合模式區(qū)域接收能量以在諧振頻率處或附近振蕩。電動(dòng)車輛功率轉(zhuǎn)換器338將來(lái)自電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于經(jīng)由電動(dòng)車輛功率接口對(duì)電池進(jìn)充電的功率信號(hào)。

基本無(wú)線充電系統(tǒng)302包括基本充電系統(tǒng)控制器342，并且電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)314包括電動(dòng)車輛控制器344。基本充電系統(tǒng)控制器342可以包括到其他系統(tǒng)(未示出)的基本充電系統(tǒng)通信接口162，其他系統(tǒng)諸如例如為計(jì)算機(jī)以及功率配送中心或智能電力網(wǎng)。電動(dòng)車輛控制器344可以包括到其他系統(tǒng)(未示出)的電動(dòng)車輛通信接口，其他系統(tǒng)諸如例如為車輛上的車載計(jì)算機(jī)、其他電池充電控制器、車輛內(nèi)的其他電子系統(tǒng)、以及遠(yuǎn)程電子系統(tǒng)。

基本充電系統(tǒng)控制器342和電動(dòng)車輛控制器344可以包括用于利用單獨(dú)的通信信道的專用應(yīng)用的子系統(tǒng)或模塊。這些通信信道可以是單獨(dú)的物理信道或單獨(dú)的邏輯信道。作為非限制性示例，基本充電對(duì)齊系統(tǒng)352可以通過(guò)通信鏈路376與電動(dòng)車輛對(duì)齊系統(tǒng)354進(jìn)行通信，以提供用于自主地或利用操作員的幫助將基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304與電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316更嚴(yán)密地對(duì)齊的反饋機(jī)制。類似地，基本充電引導(dǎo)系統(tǒng)362可以通過(guò)引導(dǎo)鏈路與電動(dòng)車輛引導(dǎo)系統(tǒng)364進(jìn)行通信，以提供用于在將基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304與電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316進(jìn)行對(duì)齊中引導(dǎo)操作員的反饋機(jī)制。另外，可以存在由基本充電通信系統(tǒng)372和電動(dòng)車輛通信系統(tǒng)374支持的單獨(dú)的通用通信鏈路(例如，信道)，以用于在基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)302與電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)314之間傳達(dá)其他信息。該信息可以包括關(guān)于基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)302和電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)314兩者的電動(dòng)車輛特性、電池特性、充電狀態(tài)和功率容量的信息、以及針對(duì)電動(dòng)車輛112的維護(hù)和診斷數(shù)據(jù)。這些通信信道可以是單獨(dú)的物理通信信道，諸如例如藍(lán)牙、zigbee、蜂窩等。

電動(dòng)車輛控制器344還可以包括：管理電動(dòng)車輛主電池的充電和放電的電池管理系統(tǒng)(BMS)(未示出)，基于微波或超聲波雷達(dá)原理的停車幫助系統(tǒng)，被配置為執(zhí)行半自動(dòng)停車操作的制動(dòng)系統(tǒng)，以及被配置為幫助高度自動(dòng)化停車“按線停車”的方向盤(pán)伺服系統(tǒng)，高度自動(dòng)化停車“按線停車”可以提供較高的停車準(zhǔn)確性，由此減少對(duì)基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a和電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)114中的任何中的機(jī)械水平感應(yīng)線圈對(duì)齊的需要。另外，電動(dòng)車輛控制器344可以被配置為與電動(dòng)車輛112的電子設(shè)備進(jìn)行通信。例如，電動(dòng)車輛控制器344可以被配置為與視覺(jué)輸出設(shè)備(例如，儀表盤(pán)顯示器)、聲學(xué)/音頻輸出設(shè)備(例如，蜂鳴器、揚(yáng)聲器)、機(jī)械輸入設(shè)備(例如，鍵盤(pán)、觸摸屏、以及諸如操縱桿、跟蹤球等的指向設(shè)備)、以及音頻輸入設(shè)備(例如，具有電子語(yǔ)音識(shí)別的麥克風(fēng))進(jìn)行通信。

另外，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300可以包括檢測(cè)和傳感器系統(tǒng)。例如，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300可以包括用于與系統(tǒng)一起使用以將駕駛員或車輛恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)到充電點(diǎn)的傳感器、用于利用所需要的分離/耦合來(lái)將感應(yīng)線圈相互對(duì)齊的傳感器、用于檢測(cè)可能阻礙電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈316移動(dòng)到特定高度和/或位置以實(shí)現(xiàn)耦合的對(duì)象的傳感器、以及用于與系統(tǒng)一起使用以執(zhí)行系統(tǒng)的可靠的無(wú)損壞的且安全的操作的安全傳感器。例如，安全傳感器可以包括如下傳感器，該傳感器用于檢測(cè)靠近無(wú)線功率感應(yīng)線圈104a、116超過(guò)安全半徑的動(dòng)物或小孩的存在、用于檢測(cè)基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304附近的可能被加熱(感應(yīng)加熱)的對(duì)象、用于檢測(cè)諸如基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304上的熾熱對(duì)象的危險(xiǎn)事件、以及用于基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)302和電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)314組件的溫度監(jiān)測(cè)。

無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300還可以支持經(jīng)由接線連接的插入式充電。接線的充電端口可以在將功率傳輸?shù)诫妱?dòng)車輛112或從電動(dòng)車輛112傳輸之前集成兩個(gè)不同的充電器的輸出。開(kāi)關(guān)電路可以根據(jù)需要提供功能以支持無(wú)線充電和經(jīng)由接線的充電端口的充電兩者。

為了在基本無(wú)線充電系統(tǒng)302與電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)314之間進(jìn)行通信，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)300可以使用帶內(nèi)信令和RF數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器(例如，通過(guò)無(wú)許可的帶內(nèi)的無(wú)線電的以太網(wǎng))兩者。帶外通信可以提供用于將增值服務(wù)分配到車輛用戶/所有者的充分的帶寬。無(wú)線功率載體的低深度幅度或相位調(diào)制可以用作具有最小干擾的帶內(nèi)信令系統(tǒng)。

另外，一些通信可以經(jīng)由無(wú)線功率鏈路在不使用特定通信天線的情況下來(lái)執(zhí)行。例如，無(wú)線功率感應(yīng)線圈304和316還可以被配置為用作無(wú)線通信發(fā)射器。因此，基本無(wú)線功率充電系統(tǒng)302的一些實(shí)施例可以包括用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線功率路徑上的鍵控式協(xié)議的控制器(未示出)。通過(guò)利用預(yù)定義協(xié)議以預(yù)定義間隔來(lái)鍵控發(fā)射功率水平(幅移鍵控)，接收器可以檢測(cè)來(lái)自發(fā)射器的串行通信。基本充電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器336可以包括用于檢測(cè)由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈304生成的近場(chǎng)附近中的有源電動(dòng)車輛接收器的存在或不存在的負(fù)載感測(cè)電路(未示出)。通過(guò)示例的方式，負(fù)載感測(cè)電路監(jiān)測(cè)流動(dòng)到功率放大器的電流，該電流受由基本系統(tǒng)感應(yīng)線圈104a生成的近場(chǎng)附近中的有源接收器的存在或不存在的影響。對(duì)功率放大器上的負(fù)載的改變的檢測(cè)可以由基本充電系統(tǒng)控制器342監(jiān)測(cè)，以用于在確定是否啟用用于發(fā)射能量的振蕩器、是否與有源接收器進(jìn)行通信或其組合中使用。

為了使得能夠進(jìn)行無(wú)線高功率傳輸，一些實(shí)施例可以被配置為傳輸處于從20kHz到150kHz的范圍內(nèi)的頻率的功率。該低頻率耦合可以允許可以使用固態(tài)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的高效功率轉(zhuǎn)換。另外，與其他波段相比較，可以存在較少的與無(wú)線電系統(tǒng)共存的問(wèn)題。

關(guān)于感應(yīng)充電，取決于能量傳輸速率(功率水平)、操作頻率、初級(jí)磁結(jié)構(gòu)和次級(jí)磁結(jié)構(gòu)的大小和設(shè)計(jì)以及它們之間的距離，在一些位置處的空氣間隙中的通量密度可以超過(guò)0.5mT并且可以達(dá)到幾毫特斯拉。如果包括特定量的良好導(dǎo)電材料(例如，金屬)的對(duì)象被插入到在初級(jí)結(jié)構(gòu)與次級(jí)結(jié)構(gòu)之間的空間中，則在該對(duì)象中生成渦電流(法拉第和楞次定律)，該渦電流可能導(dǎo)致功率消耗和隨后的加熱效應(yīng)。該感應(yīng)加熱效應(yīng)取決于磁通量密度、交變磁場(chǎng)的頻率、對(duì)象的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的大小、形狀、定向和電導(dǎo)率。當(dāng)對(duì)象被暴露于磁場(chǎng)充分長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，其可以加熱到可能在幾個(gè)方面被認(rèn)為是危險(xiǎn)的溫度。在對(duì)象包括易燃材料時(shí)或其與這種材料直接接觸(例如，包括薄金屬箔的香煙包裝)時(shí)，一個(gè)危險(xiǎn)可以是自燃。另一危險(xiǎn)可以是燒傷可能撿起這種熱對(duì)象(例如硬幣或鑰匙)的人的手。另一危險(xiǎn)可以是損壞初級(jí)結(jié)構(gòu)或次級(jí)結(jié)構(gòu)的塑料外殼，例如對(duì)象熔化成塑料。

還可以在包括可以基本上是不導(dǎo)電的但是呈現(xiàn)出顯著的磁滯效應(yīng)的鐵磁材料的對(duì)象中或者在產(chǎn)生磁滯和渦電流損失兩者的材料中，預(yù)期到溫度增加。因此，檢測(cè)這種對(duì)象有益于避免對(duì)應(yīng)的有害后果。如果對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)被集成在用于提供無(wú)線功率的系統(tǒng)內(nèi)，則響應(yīng)于檢測(cè)到有害對(duì)象，系統(tǒng)可以減小功率水平或關(guān)閉直到可以采取措施來(lái)移除有害對(duì)象?；谒鼈兊淖兓臏囟葋?lái)感應(yīng)地感測(cè)對(duì)象可以被稱為“感應(yīng)熱感測(cè)”。

在諸如在家里和公共區(qū)域中對(duì)電動(dòng)車輛進(jìn)行充電的感應(yīng)功率傳輸?shù)哪承?yīng)用中，出于人和裝備的安全的原因，可以強(qiáng)制能夠檢測(cè)具有加熱到臨界溫度的可能的外來(lái)對(duì)象。在其中關(guān)鍵空間是開(kāi)放且可接近的使得外來(lái)對(duì)象可以偶然進(jìn)入該空間或可以(例如，在蓄意破壞的情況下)被有意地放入到該空間中的系統(tǒng)中，尤其可以是如此。

本文中描述的實(shí)施例涉及自動(dòng)檢測(cè)可以位于預(yù)定義空間中的危險(xiǎn)外來(lái)對(duì)象(例如‘金屬對(duì)象’)。具體地，某些實(shí)施例涉及檢測(cè)位置與初級(jí)磁結(jié)構(gòu)或次級(jí)磁結(jié)構(gòu)的表面相鄰的小金屬對(duì)象(例如，硬幣)，在該表面處磁通量密度可能超過(guò)特定值(例如，0.5mT)。

根據(jù)某些實(shí)施例，感應(yīng)熱感測(cè)可以有用于檢測(cè)預(yù)定3維空間中的特殊種類的金屬外來(lái)對(duì)象。該特殊種類可以包括在被暴露于如通常在無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)(例如，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)100、200和300)的關(guān)鍵空間內(nèi)部產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)時(shí)相對(duì)快地加熱到危險(xiǎn)溫度的對(duì)象。屬于這種種類的對(duì)象的非限制性示例可以是包括金屬箔的香煙包裝、酸奶杯的蓋、口香糖包裝、以及具有金屬點(diǎn)煙器頭的點(diǎn)煙器。在一些實(shí)施例中，由感應(yīng)熱感測(cè)使用的組件和功能還可以應(yīng)用到普通感應(yīng)感測(cè)。感應(yīng)熱感測(cè)的一些方面可以被解釋為增強(qiáng)的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)器的附加特征而非單獨(dú)的且額外的裝置。

在被暴露于具有高于1mT的通量密度并且具有從20到150kHz的范圍內(nèi)的頻率的交變磁場(chǎng)時(shí)，以上限定的種類的金屬對(duì)象可以加熱到例如高于500開(kāi)爾文(K)的溫度。具有高于500K的溫度的對(duì)象可以被認(rèn)為在對(duì)象與諸如紙、干葉子、油、燃料等的易燃材料相接觸時(shí)有著火的可能的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這種對(duì)象必須被認(rèn)為是在它們的功能空間(如果開(kāi)放且可接近的話)中生成在毫特斯拉(mT)范圍中的通量密度水平的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的安全問(wèn)題。

在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)使用電導(dǎo)體的至少一個(gè)環(huán)(感測(cè)環(huán)或感測(cè)線圈，例如如下面所描述的感測(cè)線圈402或感測(cè)線圈702)，并且通過(guò)測(cè)量該至少一個(gè)感測(cè)環(huán)的可測(cè)量特性(例如等效電感、等效電阻或沖激響應(yīng))的變化，來(lái)感應(yīng)地檢測(cè)在預(yù)定空間中的對(duì)象(例如，金屬對(duì)象)的存在。本文中描述的感測(cè)環(huán)、感測(cè)線圈或外來(lái)對(duì)象檢測(cè)(FOD)系統(tǒng)可以被集成在無(wú)線功率接收器(例如，電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116)或無(wú)線功率發(fā)射器(例如，基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a)中。在一些實(shí)施例中，F(xiàn)OD系統(tǒng)還可以應(yīng)用到非集成的獨(dú)立(分立)解決方案。在一些實(shí)施例中，無(wú)線功率接收器或發(fā)射器是“圓形”類型耦合器。該耦合器類型應(yīng)當(dāng)被解釋為示例性的并且集成解決方案不限于此。該示例性耦合器包括線圈結(jié)構(gòu)(例如，利用銅絞合線制成)、鐵氧體結(jié)構(gòu)(例如軟鐵氧體材料)、以及導(dǎo)電背板(例如鋁)。本文中的描述和附圖為簡(jiǎn)單起見(jiàn)假定單個(gè)外來(lái)對(duì)象，然而可以在預(yù)定空間內(nèi)檢測(cè)多于一個(gè)外來(lái)對(duì)象。被帶入到感測(cè)環(huán)附近的足夠大小的對(duì)象(例如金屬對(duì)象)可以改變?nèi)缬稍摳袦y(cè)環(huán)當(dāng)利用電流驅(qū)動(dòng)時(shí)生成的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和通量密度B，并且因此其還可以改變感測(cè)環(huán)的可測(cè)量特性中的至少一個(gè)。因此，在一些方面中，可以通過(guò)檢測(cè)至少一個(gè)測(cè)量的特性相對(duì)于如在對(duì)象不存在的情況下測(cè)量的相同特性(參考測(cè)量)的差異，來(lái)檢測(cè)對(duì)象的存在。參考測(cè)量可以已經(jīng)在對(duì)外來(lái)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的過(guò)程中獲得。

然而，為了增大的檢測(cè)靈敏度要求，檢測(cè)至少一個(gè)測(cè)量的特性的差異的該方法可能具有其限制。在一些方面中，其可能不能夠?qū)⑼鈦?lái)對(duì)象與位于無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的感測(cè)范圍中的任何其他金屬或鐵磁結(jié)構(gòu)區(qū)分開(kāi)，因?yàn)閮烧呖梢韵嗨频赜绊懜袦y(cè)環(huán)的特性。在結(jié)構(gòu)移動(dòng)或改變其電性質(zhì)和磁性質(zhì)使得其對(duì)感測(cè)環(huán)的特性的影響也改變并且因此不能夠簡(jiǎn)單地在校準(zhǔn)過(guò)程中作廢時(shí)，尤其可以是如此。

在具有電動(dòng)車輛112下方的地面上的充電基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a、并且具有被集成到基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a中的至少一個(gè)感測(cè)線圈的電動(dòng)車輛充電應(yīng)用中，可能改變感測(cè)環(huán)的特性的這種金屬結(jié)構(gòu)可以是電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116或車輛的底部。附加地，基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a中的導(dǎo)電或鐵磁結(jié)構(gòu)也可以改變感測(cè)線圈的電參數(shù)。改變可以是由于例如由機(jī)械應(yīng)力和/或改變的溫度引起的微移動(dòng)或由于這些導(dǎo)電或鐵磁結(jié)構(gòu)的電性質(zhì)和/或磁材料性質(zhì)的改變(例如因?yàn)楦淖兊臏囟?。此外，感測(cè)線圈本身可以由于機(jī)械應(yīng)力、溫度效應(yīng)、或感測(cè)線圈被嵌入在其中的介電材料的性質(zhì)的改變而改變其電參數(shù)。

在被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)位于表面(本質(zhì)上在二維空間中)附近的金屬對(duì)象的系統(tǒng)中，變化的環(huán)境的效應(yīng)可以是次要的，但是其可以在被設(shè)計(jì)用于增大的靈敏度、例如用于檢測(cè)擴(kuò)展的(三維)空間中的金屬對(duì)象的系統(tǒng)中具有重要影響。

以上限定的種類的外來(lái)對(duì)象可以通過(guò)如當(dāng)被暴露于充分強(qiáng)的交變磁場(chǎng)時(shí)發(fā)生的它們的溫度變化來(lái)檢測(cè)。在通過(guò)以使得對(duì)象的溫度不同地遵循暴露打開(kāi)周期和暴露關(guān)閉間隔的方式間歇地應(yīng)用磁場(chǎng)暴露來(lái)刺激對(duì)象的溫度時(shí)，尤其可以是如此。

大多數(shù)金屬的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率一般是溫度θ的函數(shù)。大多數(shù)金屬示出針對(duì)它們的電阻率ρ(θ)的優(yōu)異線性溫度行為，其中線性溫度系數(shù)在從0.003到0.006 1/K的范圍內(nèi)(如下面的表1所示)。

表1

存在少數(shù)例外，例如呈現(xiàn)出很低的溫度系數(shù)的康銅(鎳銅合金)。線性溫度模型可以被表示為：ρ(θ)＝ρ(θ₀)(1+α(θ-θ₀))，其中θ₀表示參考溫度，例如300K。假定線性定律的有效性，θ-θ₀＝100K的溫度增加將會(huì)將具有0.005的溫度系數(shù)的金屬的電阻改變50％。

金屬的磁導(dǎo)率一般可以呈現(xiàn)出不能夠利用簡(jiǎn)單線性模型近似的更復(fù)雜的行為。由于電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率是負(fù)責(zé)感測(cè)線圈的特性的改變的那些金屬性質(zhì)，所以對(duì)象的溫度的改變也被反映在感測(cè)線圈的特性的改變中，假定對(duì)象的存在施加完全可測(cè)量的效果。這種改變可以在如下情況下可能例如利用合理的復(fù)雜度和成本的分析器電路來(lái)測(cè)量：對(duì)象的存在實(shí)質(zhì)上影響至少一個(gè)感測(cè)線圈的特性；對(duì)象的溫度顯著地改變，例如，至少超過(guò)100K的范圍；或者當(dāng)被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)象的溫度比金屬環(huán)境的溫度改變更快(更大的時(shí)間梯度)。

感應(yīng)熱感測(cè)可以可能地提供針對(duì)能夠檢測(cè)基本上在第三維中延伸的預(yù)定空間中的以上限定的種類的對(duì)象的增強(qiáng)的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)(FOD)電路的解決方案。如以上所描述的該種類可以包括如下金屬對(duì)象，該金屬對(duì)象由于渦電流當(dāng)被暴露于磁場(chǎng)時(shí)每單位質(zhì)量消耗相當(dāng)大的功率，具有相對(duì)低的熱容量使得當(dāng)被暴露于磁場(chǎng)時(shí)它們比環(huán)境中的金屬結(jié)構(gòu)更快地加熱，或者包括具有由以上數(shù)字給出的數(shù)量級(jí)(例如，從0.003到0.006)的溫度系數(shù)的金屬，或者如以上所描述的該種類將包括具有基本上隨溫度變化的磁導(dǎo)率的鐵磁材料。

圖4是用于外來(lái)對(duì)象檢測(cè)的示例性電路400的圖。電路400包括：感應(yīng)感測(cè)線圈402，其可以包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)的線圈；和被暴露于磁場(chǎng)415的外來(lái)金屬對(duì)象450。感應(yīng)感測(cè)線圈402可以由在電壓v_s(t)406和導(dǎo)致感測(cè)電流i_s(t)408的感測(cè)頻率(f_s)的正弦信號(hào)源404來(lái)激勵(lì)。磁場(chǎng)415可以是由以感應(yīng)功率傳輸(IPT)頻率(f_IPT)操作的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。暴露場(chǎng)、磁場(chǎng)415可以是如由基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a(基本板)或由電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116(車輛板)生成的場(chǎng)，或者其可以是兩個(gè)場(chǎng)之和(例如如在功率傳輸期間的情況)。

在f_IPT的交變磁場(chǎng)415將渦電流感應(yīng)到具有電導(dǎo)率σ(θ)410的金屬對(duì)象450中，這可以引起金屬對(duì)象的溫度的顯著增加。該感應(yīng)加熱效應(yīng)可以在金屬對(duì)象450也是鐵磁的、具有大于一的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r(θ)412(例如諸如鐵、鋼等)時(shí)更強(qiáng)。由于可以被表示為下式的渦電流的趨膚深度δ：

隨著μ_r增大而減小，其中μ₀是磁導(dǎo)率常數(shù)，因此如由渦電流經(jīng)歷的電阻增大。如由σ(θ)410和μ_r(θ)412示出的,材料性質(zhì)σ和μ_r兩者可以一般是溫度θ的函數(shù)。

圖5是無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的示例性等效串聯(lián)電路500的圖。等效串聯(lián)電路500可以適用于在f_s的具有感應(yīng)感測(cè)線圈(感測(cè)線圈402)的電壓516的正弦激勵(lì)515的穩(wěn)態(tài)。等效串聯(lián)電路500包括表示系統(tǒng)的總體能量存儲(chǔ)效應(yīng)的串聯(lián)電感L_sc 505和表示系統(tǒng)的總體損失效應(yīng)的串聯(lián)電阻R_sc 510。等效串聯(lián)電路500還包括被分解成空對(duì)象電感L_sc,0和空對(duì)象電阻R_sc,0并且被分解成差分電感ΔL_sc(θ)506和差分電阻ΔR_sc(θ)511的串聯(lián)電感L_sc 505和串聯(lián)電阻R_sc 510?？諏?duì)象電感L_sc,0和空對(duì)象電阻R_sc,0分別意指在不存在外來(lái)對(duì)象的情況下的電感和電阻。差分電感ΔL_sc(θ)506和差分電阻ΔR_sc(θ)511表示由感測(cè)線圈的影響區(qū)中的金屬對(duì)象施加的效應(yīng)。如果對(duì)象的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率中的至少一個(gè)是溫度θ的函數(shù)，則差分電感ΔL_sc(θ)506和差分電阻ΔR_sc(θ)511將一般也是對(duì)象(例如，外來(lái)對(duì)象450)的溫度θ的函數(shù)。

圖6是示出暴露周期以及對(duì)象的溫度和感測(cè)線圈的特性的各種預(yù)測(cè)的時(shí)間過(guò)程的時(shí)序圖。如圖6所示，外來(lái)對(duì)象(例如，外來(lái)對(duì)象450)被間歇地暴露于交變磁場(chǎng)。檢測(cè)方法基于“受刺激的”感應(yīng)熱感測(cè)，其中在最低限度的情況下，刺激可以包括跟隨有暴露關(guān)閉時(shí)間的至少一個(gè)暴露打開(kāi)周期。圖6還指示跟隨暴露時(shí)間分布605的對(duì)象的溫度響應(yīng)θ(t)601的典型指數(shù)時(shí)間變化，其中605表示振蕩的包絡(luò)。如所示出的，對(duì)象的溫度響應(yīng)θ(t)601在暴露打開(kāi)周期606期間增大并且在暴露關(guān)閉間隔607期間減小。圖6還顯示了得到的感測(cè)線圈的等效電感L_sc+ΔL_sc(t)610和電阻R_sc+ΔR_sc(t)615的時(shí)間變化。如所示出的，等效電感L_sc+ΔL_sc(t)610和電阻R_sc+ΔR_sc(t)615兩者在暴露打開(kāi)周期606期間都增大，并且在暴露關(guān)閉間隔607期間都減小。這些變化可以披露可能感興趣的外來(lái)對(duì)象，并且可以被用作將這種對(duì)象與傳感器的環(huán)境中的其他金屬結(jié)構(gòu)區(qū)分開(kāi)的獨(dú)特的簽名。

例如，在示例性實(shí)施例中，感測(cè)線圈402的特性中的至少一個(gè)(例如等效電阻R_sc+ΔR_sc(t)615)在包括開(kāi)始的暴露周期(例如，打開(kāi)周期606和關(guān)閉間隔607)的至少一部分的時(shí)間段上被持續(xù)地測(cè)量并且記錄。為了確定外來(lái)金屬對(duì)象450的存在，在一個(gè)實(shí)施例中，將電阻R_sc+ΔR_sc(t)615的至少一個(gè)記錄的時(shí)間過(guò)程與暴露時(shí)間分布605進(jìn)行比較，以找到可以使用合適的度量來(lái)量化的任何符合或一致性。在另一示例性實(shí)施例中，該比較是相關(guān)。將電阻R_sc+ΔR_sc(t)615或其他感測(cè)線圈402特性的記錄的時(shí)間過(guò)程與暴露時(shí)間分布605相關(guān)。在又一示例性實(shí)施例中，利用感測(cè)線圈402的特性中的至少一個(gè)的記錄的時(shí)間過(guò)程的時(shí)間導(dǎo)數(shù)(例如，一階導(dǎo)數(shù)d/dt(時(shí)間梯度))中的至少一個(gè)來(lái)執(zhí)行相關(guān)。

在一些實(shí)施例中，假定具有溫度的指數(shù)減小/增大的一階溫度模型的有效性，感測(cè)線圈402的特性中的一個(gè)特性(例如，等效電阻R_sc+ΔR_sc(t)615)的增大/減小的時(shí)間常數(shù)可以是對(duì)將外來(lái)金屬對(duì)象450與感測(cè)線圈402的環(huán)境中的金屬結(jié)構(gòu)區(qū)分開(kāi)有用的另一特性。在一個(gè)方面中，感測(cè)線圈402的特性中的至少一個(gè)特性(例如等效電阻R_sc+ΔR_sc(t)615)在包括其開(kāi)始的暴露周期的至少一部分的時(shí)間段上被持續(xù)地測(cè)量并且記錄。為了檢測(cè)外來(lái)金屬對(duì)象(例如，外來(lái)金屬對(duì)象450)，無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)可以在假定指數(shù)定律的情況下估算等效電阻的時(shí)間常數(shù)，并且將估算與所測(cè)量的值進(jìn)行比較，并且確定差異是否在可接受的閾值內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，可以被認(rèn)為表示感測(cè)線圈402的等效電感的量可以通過(guò)確定基本上在由感測(cè)線圈402和電容器形成的諧振電路的諧振頻率處的頻率f_s來(lái)測(cè)量。該頻率可以被定義為如下頻率，在該頻率處，如在測(cè)量端口處“看見(jiàn)”的諧振電路的阻抗Z_s的輻角(相位角)以某一公差滿足設(shè)置值設(shè)置值可以優(yōu)選在從-30°到+30°的范圍中來(lái)選擇?？梢员徽J(rèn)為表示感測(cè)線圈402的等效電阻的量可以通過(guò)計(jì)算如在頻率f_s處測(cè)量的阻抗的幅值(絕對(duì)值)|Z_s|來(lái)確定。

測(cè)量以上量可以要求適當(dāng)?shù)臑V波和/或求平均以抑制噪聲和其他線性或非線性擾動(dòng)效應(yīng)。針對(duì)包括感測(cè)線圈402的感測(cè)電路的適當(dāng)?shù)闹C振頻率(感測(cè)頻率)的選擇可以要求特別關(guān)注。IPT系統(tǒng)的基本噪聲和諧波噪聲可以可能地降低FOD系統(tǒng)的靈敏度，從而要求對(duì)所測(cè)量信號(hào)的足夠?yàn)V波以便實(shí)現(xiàn)期望的靈敏度。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)高于f_IPT(例如高于1MHz)的感測(cè)頻率可以是期望的。對(duì)于其主要目的是檢測(cè)金屬對(duì)象(例如，外來(lái)金屬對(duì)象450)的FOD系統(tǒng)，感測(cè)頻率不應(yīng)當(dāng)被選擇為太高，例如高于10MHz，否則感測(cè)線圈402也可以對(duì)電場(chǎng)敏感(電容式感測(cè))并且因此對(duì)非金屬介電對(duì)象(例如，水、雪、冰)敏感。

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的外來(lái)對(duì)象檢測(cè)(FOD)系統(tǒng)700的示意圖。在該實(shí)施例中，外來(lái)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)700是IPT系統(tǒng)的一部分并且重新使用IPT系統(tǒng)的部分，例如生成用于使外來(lái)對(duì)象728受到交變磁場(chǎng)725的電流I_IPT721的IPT功率源722。外來(lái)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)700包括感測(cè)線圈702，其是由電容器C_res 704相對(duì)于測(cè)量端口710并且針對(duì)優(yōu)選在從1MHz到10MHz的范圍內(nèi)的諧振頻率而串聯(lián)調(diào)諧的。外來(lái)對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)700還包括并聯(lián)電感器L_sh706，其用于減小在例如低于150kHz的f_IPT處感應(yīng)的電壓，從而防止在測(cè)量端口710處的高擾動(dòng)電壓。并聯(lián)電感器L_sh 706的電感可以被選擇為與抑制在f_IPT處感應(yīng)的電壓需要的一樣低，但是足夠高使得僅僅在f_s處的可忽略量的感測(cè)電流由并聯(lián)電感器L_sh 706旁路。

為了生成如測(cè)量阻抗Z_s(f)所需要的感測(cè)信號(hào)，F(xiàn)OD系統(tǒng)700使用提供用于控制振蕩器頻率f_s的輸入的正弦信號(hào)振蕩器712。振蕩器712可以實(shí)質(zhì)上用作經(jīng)由串聯(lián)電阻R_ser711連接到測(cè)量端口710的電壓源。當(dāng)在諧振頻率處或附近操作時(shí)，該配置可以限制感測(cè)電流I_s 714，其中測(cè)量端口710阻抗可以變得非常低。如用于確定|Z_s|和所需要的感測(cè)電壓717和感測(cè)電流714分別由電壓換能器715和電流換能器716測(cè)量，其中對(duì)感測(cè)線圈702的等效電感和電阻產(chǎn)生最小影響。每個(gè)在其輸出處提供分別表示感測(cè)電壓V_s 717和感測(cè)電流I_s 714的幅值和相位的信號(hào)。

電壓換能器715和電流換能器716輸出兩者都在濾波器730處被濾波，以附加地抑制殘余低頻率分量和諧波噪聲，以提供如阻抗計(jì)算器732通過(guò)以所需要的分辨率計(jì)算熵V_s/I_s來(lái)計(jì)算阻抗Z_s所需要的一樣清潔的信號(hào)。輸出相位734之后由相位比較器735使用，相位比較器735將輸出相位734與參考相位737進(jìn)行比較并將差輸出到環(huán)路控制738，該差是由環(huán)路控制738調(diào)節(jié)振蕩器712的頻率所需要的控制環(huán)路誤差。當(dāng)環(huán)路已經(jīng)安定在頻率f_s處時(shí)，控制環(huán)路誤差應(yīng)當(dāng)在公差內(nèi)。

頻率f_s的環(huán)路控制738輸出也被發(fā)送到評(píng)估單元740，其可以用于確定外來(lái)對(duì)象728的存在。阻抗的絕對(duì)值|Z_s|和輸出相位734被發(fā)送到評(píng)估單元740。通過(guò)評(píng)估定期測(cè)量的量f_s、|Z_s|、等的時(shí)間系列(序列)，例如通過(guò)將f_s或|Z_s|的時(shí)間序列與暴露時(shí)間函數(shù)相關(guān)，并且通過(guò)最終在檢測(cè)假設(shè)H_i 750上做出決定，評(píng)估單元740確定對(duì)象的存在。

外來(lái)對(duì)象728的溫度變化還可以表明小于的相位734的微弱變化，因此可以不由頻率控制環(huán)路738來(lái)補(bǔ)償。在另一示例性實(shí)施例中，評(píng)估單元740附加地可以使用所測(cè)量的734的時(shí)間序列以用于確定外來(lái)對(duì)象728的存在。

在又一示例性實(shí)施例中，評(píng)估單元740可以通過(guò)采取在IPT功率源722上的控制并發(fā)送暴露控制信號(hào)741來(lái)控制磁場(chǎng)暴露。在一些方面中，評(píng)估單元740還接收并使用指示如由至少一個(gè)感測(cè)線圈702感測(cè)的暴露周期的精確定時(shí)和強(qiáng)度的反饋。該反饋經(jīng)由表示在f_IPT處被感應(yīng)到感測(cè)線圈702中的電流I_ind 703的信號(hào)I′_ind739來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些方面中，L_sh 706可以不完全地旁路電流I_ind 703，使得I_ind 703的小但可測(cè)量的部分流動(dòng)通過(guò)電流換能器716。信號(hào)I′_ind739還可以被用于將對(duì)樣本f_s、|Z_s|736和734的測(cè)量與如由IPT系統(tǒng)生成的低頻率磁場(chǎng)725同步，并且用于利用存在較少噪聲或較少擾動(dòng)電壓/電流的時(shí)間相位。

評(píng)估單元740還可以接收由IPT功率源722提供的參考信號(hào)724。參考信號(hào)724可以提供關(guān)于如例如遞送到IPT線圈720的IPT功率信號(hào)的幅值、相位和頻率的信息。結(jié)合I′_ind739，該參考信號(hào)724可以有用于檢測(cè)外來(lái)對(duì)象728的存在，因?yàn)橥鈦?lái)金屬對(duì)象一般還可以更改在該對(duì)象周圍的磁場(chǎng)的幅值和相位。然而，其還可以用于與信號(hào)I′_ind739一樣的同步目的。為了覆蓋比要檢測(cè)的最小對(duì)象的大小大得多的區(qū)域，F(xiàn)OD系統(tǒng)700可以要求多個(gè)感測(cè)線圈702，例如感測(cè)線圈702的普通陣列，以便提供期望的靈敏度。量f_s、|Z_s|和可以之后針對(duì)每個(gè)感測(cè)線圈702單獨(dú)測(cè)量。為了形成二維普通陣列，相等大小的感測(cè)線圈702可以按行和列布置。感測(cè)線圈702可以是重疊的或非重疊的。

使用被調(diào)諧到相同的或相似的諧振頻率的多個(gè)感測(cè)線圈702可以要求對(duì)f_s、|Z_s|和的測(cè)量的時(shí)分多路復(fù)用，這意味著出于相互干擾的原因，一次僅僅一個(gè)感測(cè)線圈702可以是有源的(電流驅(qū)動(dòng)的)。附加地，陣列的感測(cè)線圈702可以在某種程度上被耦合。對(duì)于鄰近的感測(cè)線圈702并且在陣列被集成到也在感測(cè)頻率處具有大鐵氧體結(jié)構(gòu)導(dǎo)電磁通量的IPT耦合器(基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a)中的情況下，尤其是如此。在一些方面中，相互干擾可以通過(guò)將所有感測(cè)線圈702或感測(cè)線圈702的組調(diào)諧到基本上不同的諧振頻率來(lái)消除。通過(guò)這么做，陣列的至少兩個(gè)感測(cè)線圈702的同時(shí)使用(頻分多路復(fù)用)可以是可能的。

基于共同諧振頻率的實(shí)施方式可以要求如關(guān)于圖8A-8F進(jìn)一步描述的多路復(fù)用器(開(kāi)關(guān))，其將未使用中的感測(cè)線圈702與包括測(cè)量端口710的測(cè)量電路斷開(kāi)。如下面將示出和討論的，多路復(fù)用/開(kāi)關(guān)可以在感測(cè)電路中的不同級(jí)處被執(zhí)行。

在一些方面中，感測(cè)線圈702的電抗補(bǔ)償(調(diào)諧)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以提供某些益處。圖7中示出的示例性實(shí)施例基于串聯(lián)調(diào)諧。串聯(lián)調(diào)諧可以比并聯(lián)調(diào)諧更適合于多路復(fù)用/開(kāi)關(guān)，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)/多路復(fù)用可以在電容器C_res 704和并聯(lián)電感器L_sh 706之后被執(zhí)行，從而導(dǎo)致多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)的較低電壓要求。在一些方面中，C_res 704和L_sh 706形成針對(duì)在IPT頻率處的感應(yīng)電壓的分壓器。因此，串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出例如針對(duì)具有有限電壓范圍的模擬開(kāi)關(guān)(例如，F(xiàn)ET開(kāi)關(guān))的使用尤其是有利的。另外，與感測(cè)信號(hào)源712斷開(kāi)的串聯(lián)諧振電路將被完全地去調(diào)諧，因此可以不對(duì)使用中的感測(cè)電路產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，未使用中的但是基本上在使用中的感測(cè)電路的頻率處諧振的任何感測(cè)電路可以用作吸收來(lái)自使用中的該感測(cè)電路的能量的寄生諧振，因此降低其固有的靈敏度。

然而，在并聯(lián)電容器之前、例如直接在感測(cè)線圈702的端子處執(zhí)行開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用(從而要求具有較高額定電壓的開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用器)的情況下，或者在感測(cè)線圈702被調(diào)諧到如以上所解釋的不同的諧振頻率的情況下，也可以使用并聯(lián)調(diào)諧。

圖8A到圖8F的示意圖圖示了基于多個(gè)感測(cè)線圈的根據(jù)示例性實(shí)施例的FOD系統(tǒng)的不同的多路復(fù)用和調(diào)諧配置。圖8A是涉及串聯(lián)調(diào)諧的感測(cè)電路800并且示出在感測(cè)環(huán)702與電容器C_res 704之間的多路復(fù)用器805的圖。在該配置中，包括電流換能器716和感測(cè)信號(hào)源712的測(cè)量電路由數(shù)目N個(gè)感測(cè)線圈702共用，從而導(dǎo)致低的總體電路復(fù)雜度。然而，該配置可以在額定電壓和插入電阻方面對(duì)多路復(fù)用器805的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生高要求。為了保留感測(cè)線圈702的固有的靈敏度，后者理想地不應(yīng)當(dāng)超過(guò)例如感測(cè)線圈702的等效串聯(lián)電阻的四分之一。

在圖8B的圖中示出了相同的多路復(fù)用配置但是針對(duì)并聯(lián)調(diào)諧。該配置導(dǎo)致類似的復(fù)雜度并且在多路復(fù)用器805的額定電壓和插入電阻方面是同等需求的。如與其中在感測(cè)電壓最小值和感測(cè)電流最大值處執(zhí)行測(cè)量的串聯(lián)諧振相反，并聯(lián)諧振要求在電壓最大值和電流最小值處執(zhí)行測(cè)量。

圖8C是圖示了串聯(lián)調(diào)諧的感測(cè)電路802的圖并且示出了被定位在電容器C_res，1704和電感器L_sh，1706之后的多路復(fù)用器806。該配置可以呈現(xiàn)出增大的復(fù)雜度，因?yàn)镃_res，1704和電感器L_sh，1706現(xiàn)在各自用于每個(gè)感測(cè)線圈702。在多路復(fù)用器806的插入電阻方面是同等需求的，但是可以對(duì)其額定電壓產(chǎn)生低得多的要求。

圖8D是具有與圖8C相同的多路復(fù)用配置但是針對(duì)并聯(lián)調(diào)諧的感測(cè)電路803的圖。該配置導(dǎo)致類似的復(fù)雜度，并且其可以對(duì)多路復(fù)用器806的額定電壓產(chǎn)生類似的要求，但是可以在其插入電阻方面需求較少，因?yàn)橹C振電流不再通過(guò)開(kāi)關(guān)。一個(gè)缺點(diǎn)可以是需要將感測(cè)電路803調(diào)諧到如以上所解釋的基本上不同的諧振頻率。取決于感測(cè)線圈702的數(shù)目N，可能要求具有可能與對(duì)電場(chǎng)的低靈敏度的要求沖突的上邊緣頻率的相對(duì)寬的頻帶。

圖8E是圖示了串聯(lián)調(diào)諧配置中的電壓/電流換能器715/716與信號(hào)源712之間的多路復(fù)用器815的感測(cè)電路810的圖。在該配置中，測(cè)量單元850從電壓換能器715和電流換能器716接收輸出，并且測(cè)量單元850的輸出被發(fā)送到多路復(fù)用器860，在多路復(fù)用器860處該輸出與來(lái)自其他N個(gè)測(cè)量單元850的輸出被多路復(fù)用。多路復(fù)用器860之后將其輸出發(fā)送到環(huán)路控制(例如，環(huán)路控制738)、評(píng)估單元(例如，評(píng)估單元740)等。在一些實(shí)施例中，除了信號(hào)源712，調(diào)諧、并聯(lián)以及測(cè)量單元850可以各自用于每個(gè)感測(cè)線圈702，并且可以導(dǎo)致相對(duì)高的總體電路復(fù)雜度。然而，該配置可以對(duì)多路復(fù)用器815和860額定電壓和插入電阻產(chǎn)生較低的要求。

圖8F是圖示了在測(cè)量單元850與信號(hào)源712之間的環(huán)路控制838的感測(cè)電路811的圖。在該實(shí)施例中，完整感測(cè)電路811是在每個(gè)感測(cè)線圈702的基礎(chǔ)上的，并且在感測(cè)電路811中根本不存在多路復(fù)用。然而，測(cè)量單元850的輸出可以要求物理或邏輯多路復(fù)用(例如，多路復(fù)用器861)，其之后被發(fā)送到評(píng)估單元或其他電路。可能仍然需要低性能開(kāi)關(guān)816以將感測(cè)線圈702與信號(hào)源712斷開(kāi)，以確保未使用的感測(cè)電路811不會(huì)對(duì)使用中的感測(cè)電路811產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖8A-8F中的所有以上概念和實(shí)施方式使用諧振感測(cè)電路、連續(xù)波正弦信號(hào)源712，并且至少測(cè)量如被認(rèn)為表示感測(cè)線圈702的電感和電阻及其變化的量f_s、|Z_s|。該測(cè)量方法還可以被認(rèn)為等同于測(cè)量阻尼諧振的復(fù)諧振角頻率s_s＝σ_s+jω_s，其中系數(shù)σ_s與|Z_s(ω_s)|相關(guān)并且ω_s＝2πf_s。

然而，外來(lái)對(duì)象728的存在還可以通過(guò)分析感測(cè)線圈702的特性沖激響應(yīng)來(lái)檢測(cè)。該基本方法還可以應(yīng)用到其中外來(lái)對(duì)象728由它們的溫度變化來(lái)檢測(cè)的感應(yīng)熱感測(cè)。外來(lái)對(duì)象728的存在以及由此的其溫度的變化可以修改至少一個(gè)感測(cè)線圈702的特性沖激響應(yīng)。該方法可以不需要諧振調(diào)諧，并且可以使用跨DC電壓源被電流充電短時(shí)間段的感測(cè)線圈702來(lái)完成。

圖9是根據(jù)本文中描述的示例性實(shí)施例的基于沖激響應(yīng)方法的外來(lái)金屬對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)900的示意圖。系統(tǒng)包括定時(shí)器電路916、限定電流充電時(shí)間的脈沖發(fā)生器914、執(zhí)行充電脈沖的開(kāi)關(guān)913、用于對(duì)感測(cè)線圈702進(jìn)行充電的DC電壓源V_DC 912、用于在放電周期期間測(cè)量跨感測(cè)線圈702的電壓v_s(t)917的電壓換能器915、用于以限定的方式對(duì)感測(cè)線圈702進(jìn)行放電的并聯(lián)電阻R_sh 904、剪掉在超出興趣范圍并且防止測(cè)量放大器922飽和的水平處的測(cè)量信號(hào)的限制器920、以及用于在限定的時(shí)刻T₀+T_k處對(duì)電壓響應(yīng)信號(hào)v′_s(t)進(jìn)行采樣的采樣器924，其中索引k＝1..K，其中K表示每個(gè)沖激響應(yīng)獲取的樣本的數(shù)目。在一些實(shí)施例中，在時(shí)間T₀處，由開(kāi)關(guān)913將感測(cè)線圈702與DC電壓源912斷開(kāi)，并且啟動(dòng)跨限定的并聯(lián)電阻R_sh 904的放電。如跨感測(cè)線圈702測(cè)量的電壓v_s(t)917可以在超出興趣范圍并且防止測(cè)量放大器922飽和的水平處由限制器920剪掉。電壓響應(yīng)信號(hào)v′_s(t)之后由采樣器924至少在一個(gè)限定的時(shí)刻T₀+T_k處進(jìn)行采樣。采樣器924從定時(shí)器電路916接收采樣時(shí)刻T₀+T_k。至少一個(gè)時(shí)間樣本v′_s(T₀+T_k)之后被發(fā)送到評(píng)估單元940以確定檢測(cè)假設(shè)H_i 950。

在一些實(shí)施例中，金屬對(duì)象728的存在通過(guò)如下方式來(lái)確定：通過(guò)將電壓脈沖914定期地應(yīng)用到感測(cè)線圈702，并且通過(guò)在采樣器924處至少在一個(gè)限定的時(shí)刻T₀+T_k處對(duì)每個(gè)沖激響應(yīng)v′_s(t)進(jìn)行采樣，并且通過(guò)由評(píng)估單元940通過(guò)將至少一個(gè)時(shí)間樣本v′_s(T₀+T_k)的時(shí)間序列與暴露時(shí)間分布(例如605)相關(guān)，來(lái)評(píng)估至少一個(gè)時(shí)間樣本v′_s(T₀+T_k)的時(shí)間序列，評(píng)估單元940還在檢測(cè)假設(shè)H_i 950上最終做出決定。

在另一示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)900根據(jù)IPT頻率來(lái)調(diào)整電壓脈沖914定時(shí)，并且例如在如由感測(cè)線圈702拾取的噪聲具有其最低水平的時(shí)間，與IPT頻率同步地測(cè)量沖激響應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，對(duì)沖激響應(yīng)方法到多個(gè)感測(cè)線圈702(感測(cè)線圈702的陣列)的擴(kuò)展可以不要求感測(cè)電路中的額外的多路復(fù)用器?？梢愿髯杂糜诿總€(gè)感測(cè)電路的脈沖開(kāi)關(guān)913可以采用多路復(fù)用功能，例如因?yàn)槊}沖一次被應(yīng)用到僅僅一個(gè)感測(cè)線圈702。DC電壓源912可以由許多感測(cè)線圈702共用，而并聯(lián)電阻R_sh 904和電壓換能器915以及限制器920也可以各自用于每個(gè)感測(cè)線圈702。對(duì)感測(cè)到的電壓的多路復(fù)用可以在限制器920之后或者甚至在信號(hào)由放大器922(例如作為采樣器924的一部分)放大之后被執(zhí)行。

在一些實(shí)施例中，基于感應(yīng)熱感測(cè)的FOD可以最初在例如為了對(duì)電動(dòng)車輛112進(jìn)行充電的目的而啟動(dòng)正常感應(yīng)功率傳輸之前被應(yīng)用。如果FOD確定外來(lái)對(duì)象728的存在，則系統(tǒng)停止感應(yīng)熱感測(cè)，并且不啟動(dòng)正常感應(yīng)功率傳輸。在正常功率傳輸期間，IPT系統(tǒng)可以采用至少一個(gè)其他檢測(cè)方法，例如適合于檢測(cè)進(jìn)入關(guān)鍵空間的對(duì)象的方法，例如基于時(shí)間差分方法。這可以是另一感應(yīng)感測(cè)方法、基于雷達(dá)的方法、基于運(yùn)動(dòng)的方法、以及任何其他感測(cè)方法中的一個(gè)。在FOD系統(tǒng)出錯(cuò)(trip)的情況下，F(xiàn)OD系統(tǒng)可以通過(guò)首先停止正常功率傳輸并使用間歇磁場(chǎng)暴露重新應(yīng)用感應(yīng)熱感測(cè)，來(lái)驗(yàn)證該檢測(cè)。這可以適用于具有低置信度的檢測(cè)的情況。如果確認(rèn)了外來(lái)對(duì)象的先前發(fā)現(xiàn)，則IPT系統(tǒng)終止正常感應(yīng)功率傳輸，否則其重新啟用正常功率傳輸。

取決于系統(tǒng)實(shí)施方式，如為了感應(yīng)熱感測(cè)的目的所需要的磁場(chǎng)暴露(例如，磁場(chǎng)725)可以通過(guò)將真實(shí)功率傳輸?shù)截?fù)載(例如電動(dòng)車輛112的電池)來(lái)生成，或者其可以本質(zhì)上通過(guò)利用足夠強(qiáng)的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)基本板(基本無(wú)線充電系統(tǒng)102a)和車輛板(電動(dòng)車輛感應(yīng)線圈116)中的至少一個(gè)、由無(wú)功功率來(lái)生成。在一些實(shí)施例中，如為了感應(yīng)熱感測(cè)的目的所需要的磁場(chǎng)暴露通過(guò)將真實(shí)功率傳輸?shù)截?fù)載來(lái)生成。在一些方面中，感應(yīng)熱感測(cè)可以更加謹(jǐn)慎地被應(yīng)用以防止在暴露周期期間的危險(xiǎn)情形。在一些實(shí)施例中，磁場(chǎng)暴露可以在非臨界的水平開(kāi)始。如果沒(méi)有檢測(cè)到異常行為，則FOD系統(tǒng)可以一個(gè)周期一個(gè)周期地連續(xù)增大磁場(chǎng)暴露的水平。

針對(duì)某些種類的對(duì)象并且尤其針對(duì)具有較大熱容量的對(duì)象(緩慢變熱對(duì)象)，如以上所描述的受刺激的感應(yīng)熱感測(cè)不可以提供足夠的檢測(cè)性能。緩慢變熱對(duì)象可能不能容易地與(例如，來(lái)自環(huán)境中的金屬結(jié)構(gòu)的)其他擾動(dòng)溫度效應(yīng)區(qū)分開(kāi)。

用于檢測(cè)緩慢變熱對(duì)象的示例性FOD系統(tǒng)可以將如從多個(gè)感測(cè)線圈702獲得的至少一個(gè)特性的所記錄的時(shí)間序列進(jìn)行比較，以在外來(lái)金屬對(duì)象728與傳感器的環(huán)境中的金屬結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行鑒別。如果大多數(shù)感測(cè)線圈702的時(shí)間過(guò)程示出相似的與暴露周期的相關(guān)性，則系統(tǒng)可以得出結(jié)論環(huán)境效應(yīng)正在發(fā)生。然而，如果僅僅少數(shù)的感測(cè)線圈702的時(shí)間過(guò)程示出顯著的相關(guān)性，則系統(tǒng)可以假定來(lái)自可能的外來(lái)金屬對(duì)象728的效應(yīng)。該方法可以被認(rèn)為是空間差分方法。

在一些實(shí)施例中，F(xiàn)OD系統(tǒng)可以使用多個(gè)感測(cè)線圈702，并將從第一感測(cè)線圈702獲得的第一相關(guān)性結(jié)果與從至少一個(gè)第二感測(cè)線圈702獲得的至少一個(gè)第二相關(guān)性結(jié)果進(jìn)行比較。如果在第一相關(guān)性結(jié)果與至少一個(gè)第二相關(guān)性結(jié)果之間的差超出限定的閾值，則該系統(tǒng)可以得出外來(lái)金屬對(duì)象728存在的結(jié)論。

在一些方面中，在感測(cè)線圈702的環(huán)境中的金屬結(jié)構(gòu)(例如車輛112底部)可能暫時(shí)地移動(dòng)。這可以例如當(dāng)人進(jìn)入或離開(kāi)車輛112時(shí)或當(dāng)車輛112被裝載或卸載時(shí)發(fā)生。這些移動(dòng)可能干擾針對(duì)受刺激的感應(yīng)熱感測(cè)可能需要執(zhí)行的測(cè)量。假定感應(yīng)線圈702的陣列，這些干擾可以預(yù)計(jì)在感測(cè)線圈702的全部上或至少大多數(shù)上發(fā)生。在一些實(shí)施例中，F(xiàn)OD系統(tǒng)可以在大多數(shù)感測(cè)線圈702中檢測(cè)到干擾時(shí)終止受刺激的感應(yīng)熱感測(cè)。

圖10是根據(jù)本文中描述的某些實(shí)施例的用于檢測(cè)對(duì)象的存在的示例性方法1000的流程圖。盡管在本文中參考如以上關(guān)于圖4-9討論的電路和/或設(shè)備來(lái)描述方法1000，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到方法1000可以由其他適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管在本文中參照特定順序來(lái)描述方法1000，但是在各種實(shí)施例中，本文中的框可以以不同的順序來(lái)執(zhí)行、或者被省略，并且可以添加附加的框。

操作框1002包括基于當(dāng)對(duì)象被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)根據(jù)對(duì)象的溫度而變化的線圈的電特性，來(lái)感測(cè)對(duì)象的存在。操作框1004包括檢測(cè)電特性的變化。

圖11是根據(jù)本文中描述的某些實(shí)施例的用于檢測(cè)對(duì)象的裝置1100的功能框圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到裝置1100可以具有比圖11中示出的簡(jiǎn)化框圖更多的組件。圖11僅僅包括對(duì)描述權(quán)利要求的范圍內(nèi)的實(shí)施方式的一些顯著特征有用的那些組件。

裝置1100包括用于基于當(dāng)對(duì)象被暴露于交變磁場(chǎng)時(shí)根據(jù)對(duì)象的溫度而變化的線圈的電特性來(lái)感測(cè)對(duì)象的存在的部件1102。在某些實(shí)施例中，用于感測(cè)的部件1102可以由感測(cè)線圈702(圖7)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，用于感測(cè)的部件1102可以被配置為執(zhí)行框1002(圖10)的功能。裝置1100還包括用于檢測(cè)電特性的變化的部件1104。在某些實(shí)施例中，用于檢測(cè)的部件1104可以由評(píng)估部件740(圖7)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，用于檢測(cè)的部件1104可以被配置為執(zhí)行框1002(圖10)的功能。

以上描述的方法的各個(gè)操作可以由能夠執(zhí)行操作的任何適當(dāng)?shù)牟考?諸如各種硬件和/或軟件組件、電路和/或模塊)來(lái)執(zhí)行。一般地，附圖中圖示的任何操作可以由能夠執(zhí)行操作的對(duì)應(yīng)的功能部件來(lái)執(zhí)行。

信息和信號(hào)可以使用各種不同的技術(shù)法和技術(shù)中的任何來(lái)表示。例如，可以貫穿上述描述引用的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、比特、符號(hào)和芯片可以由電壓、電流、電磁波、磁場(chǎng)或粒子、光學(xué)場(chǎng)或粒子、或其任何組合來(lái)表示。

結(jié)合本文中公開(kāi)的實(shí)施例描述的各種說(shuō)明性邏輯塊、模塊、電路和方法步驟可以被實(shí)現(xiàn)為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的該可互換性，以上大體在它們的功能方面描述了各種說(shuō)明性組件、框、模塊、電路和步驟。這樣的功能被實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用和施加于總體系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)約束。所描述的功能可以以針對(duì)每個(gè)特定應(yīng)用的變化的方式來(lái)實(shí)施，但是這樣的實(shí)施例決策不應(yīng)當(dāng)被解釋為引起與實(shí)施例的范圍的脫離。

結(jié)合本文中公開(kāi)的實(shí)施例描述的各種說(shuō)明性框、模塊和電路可以利用被設(shè)計(jì)為執(zhí)行本文中描述的功能的以下項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行：通用硬件處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立門(mén)或晶體管邏輯、分立硬件組件、或其任何組合。通用硬件處理器可以是微處理器，但是在備選方案中，硬件處理器可以是任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。硬件處理器還可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如DSP和微處理器、多個(gè)微處理器、一個(gè)或多個(gè)微處理器結(jié)合DSP芯或任何其他這種配置的組合。

結(jié)合本文中公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法的步驟和功能可以被直接地體現(xiàn)在硬件中、在由硬件處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中。如果被實(shí)施在軟件中，功能可以作為一個(gè)或多個(gè)指令或代碼被存儲(chǔ)在有形非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或被發(fā)射。軟件模塊可以駐存在隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)、閃存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤(pán)、可移除盤(pán)、CD ROM、或本領(lǐng)域中已知的任何其他形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。存儲(chǔ)介質(zhì)被耦合到硬件處理器，使得硬件處理器可以從存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取信息并將信息寫(xiě)入到存儲(chǔ)介質(zhì)。在備選方案中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以被集成到硬件處理器。如本文中所使用的盤(pán)和磁盤(pán)包括緊湊盤(pán)(CD)、激光盤(pán)、光盤(pán)、數(shù)字多用盤(pán)(DVD)、軟盤(pán)以及藍(lán)光盤(pán)，其中磁盤(pán)通常磁性地再生數(shù)據(jù)，而盤(pán)利用激光光學(xué)地再生數(shù)據(jù)。以上的組合還應(yīng)當(dāng)被包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。硬件處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可以駐存在ASIC中。ASIC可以駐存在用戶終端中。在備選方案中，硬件處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可以駐存為用戶終端中的分立部件。

為了概述本公開(kāi)內(nèi)容，已經(jīng)在本文中描述了某些方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。要理解，不必所有這樣的優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)任何特定實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明可以以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化如本文中教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)而不一定實(shí)現(xiàn)如可以在本文中教導(dǎo)或暗示的其他優(yōu)點(diǎn)的方式來(lái)體現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)。

以上描述的實(shí)施例的各種修改將是容易顯而易見(jiàn)的，并且本文中限定的通用原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下被應(yīng)用到其他實(shí)施例。因此，本申請(qǐng)不旨在被限于本文示出的實(shí)施例，而是要被賦予與本文中公開(kāi)的原理和新穎特征一致的最廣范圍。