專利名稱：輸入寄生金屬檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)的電力損失統(tǒng)計(jì)。
背景技術(shù)：
例如通過利用感應(yīng)耦合，將非接觸式電力傳送至便攜式電子裝置變得更為普遍。適于向便攜式裝置提供電力的許多感應(yīng)電力供應(yīng)系統(tǒng)包括兩個(gè)主要部件(I)具有至少一個(gè)初級線圈的感應(yīng)電源或初級單元，其通過所述至少一個(gè)初級線圈來驅(qū)動交流電，產(chǎn)生時(shí)變電磁場；以及(2)便攜式電子裝置或次級裝置，其可與初級單元分開并且包括次級線圈，當(dāng)其被放置在所述時(shí)變場附近時(shí)，該場在次級線圈中感應(yīng)交流電，由此將電力從初級單元傳輸至次級單元。非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)不是100%有效的。也就是說，一些能量被損失以便將電力 從初級單元傳輸至次級單元。例如，一些損失可由切換電路部件引起，而其他損失可由初級線圈引起，這有時(shí)被稱為歐姆損失，其與部件中的歐姆電阻成比例并且與流過它們的電流的平方成比例。異物，尤其是金屬異物，也可影響效率并且在一些情況下引起安全顧慮。放置在場中的金屬有時(shí)被稱為寄生金屬。場中的一些寄生金屬可以是可接受的，例如許多便攜式裝置，甚至是由非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)提供電力的裝置有時(shí)包括金屬?？山邮艿慕饘儆袝r(shí)被稱為已知的或友好的寄生金屬。已經(jīng)開發(fā)了一些系統(tǒng)和技術(shù)來試圖檢測在場中是否存在不可接受量的寄生金屬。一個(gè)基本系統(tǒng)包括在電力發(fā)送終端的電路中的電力消耗檢測器。當(dāng)一塊金屬被放置在電力發(fā)送終端上而不是在便攜式裝置上時(shí)，在電力發(fā)送終端處所消耗的電力量異常地增加。為了防止這種異常，電力消耗檢測器測量由電力發(fā)送終端消耗的電力量。當(dāng)所測量的消耗電力量達(dá)到預(yù)定上閾值時(shí)，所確定的是存在不尋常的情況并且電力傳輸被抑制。盡管諸如此類的系統(tǒng)提供了基本的寄生金屬檢測，但其仍有缺陷。例如，系統(tǒng)不能夠計(jì)及(I)友好的寄生金屬，(2)消耗不同量的電力的便攜式裝置，或(3)由于電力發(fā)送終端與便攜式裝置的未對準(zhǔn)而引起的電力損失。也已經(jīng)開發(fā)了其他寄生金屬檢測技術(shù)。例如，一些系統(tǒng)可以計(jì)及⑴被供應(yīng)給次級裝置的實(shí)際負(fù)載的電力，(2)次級裝置的友好寄生，(3)其中在初級單元與次級裝置之間不存在簡單的1:1關(guān)系的情況，或(4)其中次級裝置的存在不一定在物理上排斥所有異物的情況。這些技術(shù)中的一些涉及斷開次級負(fù)載或從次級裝置向初級單元傳送信息。許多這些技術(shù)在于2005年5月11日提交的、題為“控制感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)”的授予Stevens的美國專利公開2007/0228833中被描述，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。盡管一些在先的系統(tǒng)能夠提供寄生金屬檢測，但在一些情況下這些系統(tǒng)可能是不夠的。例如，已知系統(tǒng)沒有足夠準(zhǔn)確地計(jì)及已知的損失并且因此引發(fā)導(dǎo)致系統(tǒng)限制或關(guān)閉的過多誤報(bào)。換言之，一些已知的寄生金屬檢測系統(tǒng)的一個(gè)問題在于它們的分辨率過于模糊以致于一塊金屬可能變熱至所不期望的水平。利用具有改進(jìn)的分辨率或準(zhǔn)確度的方法來檢測損失可以解決這個(gè)及其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)，其包括初級單元和次級裝置，其中可以通過計(jì)及已知電力損失在操作期間的變化來更準(zhǔn)確地檢測初級單元附近的寄生金屬。在感應(yīng)電力供應(yīng)系統(tǒng)中的感應(yīng)電力供應(yīng)傳輸期間的電力損失的量可根據(jù)初級單元與次級裝置的對準(zhǔn)而變化。此外，感應(yīng)電力供應(yīng)傳輸期間的電力損失的量也可作為初級單元中的切換電路的操作頻率的變化的函數(shù)或作為次級裝置負(fù)載的變化的函數(shù)而變化。通過計(jì)及已知電力損失在操作期間的變化，可對未知電力損失的量進(jìn)行更準(zhǔn)確的確定。此外，次級測量結(jié)果和初級測量結(jié)果可以被同步以提高準(zhǔn)確度。對未知電力損失的確定越準(zhǔn)確，就可以越多地避免誤報(bào)的寄生金屬檢測。此外，也可以越早地(在時(shí)間和電力閾值兩方面)檢測正確的肯定結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中可以通過將預(yù)期的輸入與所測量的輸入進(jìn)行比較來檢測寄生金屬。在當(dāng)前實(shí)施例中，預(yù)期的輸入被確定為系統(tǒng)中的各種已知損失的函數(shù)，包括由于初級單元與次級單元的未對準(zhǔn)而引起的損失。預(yù)期的輸入沒有計(jì)及場中的任何寄生金屬，所以如果在場中存在寄生金屬，則預(yù)期的輸入將不同于所測量的輸入。 在一個(gè)實(shí)施例中，用于控制非接觸式電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法被提供。所述非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)包括帶有切換電路和振蕩電路的初級單元以及至少一個(gè)次級裝置，所述初級單元可操作用于產(chǎn)生電磁場，所述至少一個(gè)次級裝置可與所述初級單元分開并且適于在所述次級裝置處于所述初級單元附近時(shí)與所述場耦合使得電力能夠在沒有直接電接觸的情況下由所述次級裝置從所述初級單元感應(yīng)地接收。除了其他電路之外，所述初級單元包括控制器、位于所述切換電路之前的輸入測量單元以及位于所述切換電路之后的振蕩測量單元。除了其他電路之外，所述便攜式裝置包括次級測量單元和控制器。不時(shí)地，將測量結(jié)果從所述次級裝置傳送至所述非接觸式電源，在所述非接觸式電源處它們與來自線圈測量單元的測量結(jié)果一起被控制器用于確定預(yù)期的輸入。可以例如通過計(jì)及取得和發(fā)送所述測量結(jié)果所花費(fèi)的時(shí)間、對所述測量結(jié)果加時(shí)間戳或者利用加權(quán)平均或其他同步技術(shù)來同步所述初級和次級測量結(jié)果。將預(yù)期的輸入與實(shí)際的輸入進(jìn)行比較來確定存在于所述場中的寄生金屬的量。所述非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)可響應(yīng)于寄生金屬的檢測而采取各種行動，例如限制或停止非接觸式電力的供應(yīng)。在由于未對準(zhǔn)而引起的增加的歐姆損失所導(dǎo)致的損失與由于場中的寄生金屬而引起的損失之間進(jìn)行區(qū)分可能是困難的。這通常是因?yàn)檩斎腚娏鞯湫偷厥苓@兩者影響。然而，由耦合降低所導(dǎo)致的損失和由于寄生金屬而引起的損失不以相同的方式影響初級線圈電流。利用這個(gè)差別，包括輸入電力的特征和初級單元線圈電力的特征兩者的預(yù)測函數(shù)可以確定是否有異物存在于所述初級單元附近。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)勢在于其可以在由于耦合而引起的損失與由于寄生金屬而引起的損失之間進(jìn)行區(qū)分，從而使避免在一些情況下的寄生金屬檢測的誤報(bào)成為可能。本發(fā)明的這些及其他特征將通過參考對實(shí)施例的說明以及附圖而被更充分地理解和領(lǐng)會。


圖I示出了能夠進(jìn)行輸入寄生金屬檢測的非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)的框圖的一個(gè)實(shí)施例。圖2示出了輸入寄生金屬檢測的方法的一個(gè)實(shí)施例。圖3是顯不輸入電力和電力消耗在各種不同場景中的代表性圖表的圖。圖4是供校準(zhǔn)輸入寄生金屬檢測系統(tǒng)所使用的幾何定位系統(tǒng)的代表性的圖。在詳細(xì)解釋本發(fā)明的各實(shí)施例之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于在下面的說明中所陳述的或在附圖中所示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)其他實(shí)施例并且能夠以各種方式來實(shí)踐或?qū)嵤?。并且，?yīng)理解的是，在本文中所使用的措辭和術(shù)語是為了說明的目的而不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。對“包括”和“包含”及其變體的使用意在涵蓋其后所列的各項(xiàng)及其等同以及額外的項(xiàng)及其等同。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對用于計(jì)及系統(tǒng)中的電力損失并且理解未計(jì)及的損失是否對操作有害的系統(tǒng)和方法。例如，它們可以是寄生金屬、損壞的部件或電磁場中引起電力損失的其他事物。在一個(gè)實(shí)施例中，初級線圈電流、次級電流和次級電壓被用于確定預(yù)期的初級輸入電流。當(dāng)預(yù)期的初級輸入電流被適當(dāng)?shù)卮_定時(shí)，可以將其與所測量的初級輸入電流進(jìn)行比較以便檢測是否存在未計(jì)及的電力損失并且在一些實(shí)施例中檢測存在多少未計(jì)及的電力損失。輸入電流隨著在非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)中損失或消耗的電力而變化。例如，輸入電流受寄生金屬損失、傳遞到負(fù)載的電力的量、初級和次級整流損失、初級切換損失、振蕩電路中的損失、由于任何共振電容器的等效串聯(lián)電阻而引起的損失、由于便攜式裝置與非接觸式電源的未對準(zhǔn)所導(dǎo)致的不良耦合而引起的損失以及系統(tǒng)中的其他損失影響。初級線圈電流、來自整流器的次級電流以及從整流器到地的次級電壓的測量結(jié)果可與其他信息一起被用于估計(jì)系統(tǒng)中不是由于寄生金屬而引起的各種損失。然后，如果預(yù)期的初級輸入電流與所測量的輸入電流不匹配，則系統(tǒng)知道存在非期望的電力損失并且可以推斷存在損壞的部件、寄生金屬或在場中導(dǎo)致電力損失的其他事物。寄生金屬或損壞的電容器、線圈或場效應(yīng)晶體管可以使得其變熱的方式被損壞。在一些實(shí)施例中，預(yù)期的初級輸入電流可計(jì)及友好寄生，而在其他實(shí)施例中其可能不計(jì)及友好寄生。在可替代的實(shí)施例中，電力的其他特征可被測量以便準(zhǔn)確地估計(jì)預(yù)期輸入電流或估計(jì)將在寄生金屬檢測中有用的輸入電力的不同的預(yù)期特征。確定某些電力損失是由于未對準(zhǔn)而引起的還是由于寄生金屬而引起的可能是困難的，這是因?yàn)閷斎腚娏鞯淖兓怯捎诒环胖迷趫鲋械募纳饘俣鸬倪€是由于初級單元與次級裝置之間的對準(zhǔn)的變化所導(dǎo)致的增加的損失而引起的進(jìn)行區(qū)分可能是困難的。輸入電流可相對地保持相同，這是因?yàn)轳詈想S寄生金屬被添加到場中而同時(shí)發(fā)生改變。例如，次級裝置可能由于用戶將他們的鑰匙扔到次級裝置旁邊而被微移為失準(zhǔn)。鑰匙中的寄生金屬可抵消可能由未對準(zhǔn)所導(dǎo)致的一些或所有的輸入電流變化。非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)通常不知道初級單元10與次級裝置30之間的特定對準(zhǔn)。代替地，系統(tǒng)通過將所傳送的電力的量與所接收的電力的量進(jìn)行比較并且減去已知的可接受損失來計(jì)算電力損失。通過利用線圈電流，由于未對準(zhǔn)而引起的額外的已知可接受損失可以被計(jì)及。當(dāng)存在由于場中的寄生金屬而引起的損失時(shí)，輸入電力與預(yù)期電力之間的關(guān)系不同于在初級單元與次級單元未對準(zhǔn)時(shí)輸入電力與預(yù)期電力之間的關(guān)系。也就是說，可以在公式中捕捉由于未對準(zhǔn)而引起的輸入電力與預(yù)期電力之間的關(guān)系，使得如果當(dāng)被測量時(shí)，如果所測量的數(shù)據(jù)不符合該公式，則可以確定存在例如由于寄生金屬而引起的額外的未知電力損失。這同樣可適用于輸入電力和預(yù)期電力的特征。例如，當(dāng)存在由于場中的寄生金屬而引起的損失時(shí)，輸入電流與線圈電流之間的關(guān)系不同于在存在由于不良耦合而引起的損失時(shí)輸入電流與線圈電流之間的關(guān)系。因此，通過將預(yù)期輸入電流確定為線圈電流的函數(shù)的，可以提高寄生金屬檢測的準(zhǔn)確度。在當(dāng)前實(shí)施例中，由于不良耦合而引起的損失通過執(zhí)行數(shù)據(jù)的最佳擬合分析來估計(jì)，所述數(shù)據(jù)通過在初級單元與次級裝置之間的耦合發(fā)生改變時(shí)取得測量結(jié)果而被捕捉。在可替代的實(shí)施例中，可以計(jì)算而不是估計(jì)由于不良耦合而引起的損失。例如，在初級單元與次級裝置的相對位置已知的情況下，計(jì)算由于未對準(zhǔn)而引起的電力損失可以是有可能的。值得注意的是，在一些系統(tǒng)中，響應(yīng)于未對準(zhǔn)，初級單元可諸如通過增加初級電流而相對于給定的負(fù)載電流增加其電力，這可能使取決于初級線圈電流的損失增加。這可能包括初級電損失、線圈損失、初級和次級磁損失以及友好寄生損失。 由于電力水平變化而引起的這些損失變化可以在映射關(guān)系的公式中被計(jì)及。此外，當(dāng)對準(zhǔn)發(fā)生改變時(shí)，不僅次級線圈相對于初級線圈的位置發(fā)生改變，而且任何友好寄生金屬在次級裝置上的位置也發(fā)生改變。當(dāng)與次級屏蔽體或其他友好寄生相交的電磁場的量發(fā)生改變時(shí)，友好寄生電力損失的量也發(fā)生改變。所有這些由于增加電力而引起的變化、對準(zhǔn)的變化、頻率的變化均可以在校準(zhǔn)方法期間被計(jì)及。圖I不出了實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的各個(gè)部分。系統(tǒng)100包括初級單元10和至少一個(gè)次級裝置30。感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)可具有許多適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。一個(gè)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造是可以放置一個(gè)或多個(gè)次級裝置30的電力傳輸表面。仍然參考圖1，初級單元10能夠產(chǎn)生用于向一個(gè)或多個(gè)次級裝置的傳輸?shù)臒o線電力。初級單元10 —般可以包括AC/DC整流器11、控制器16、切換電路14、振蕩電路23、輸入檢測器電路24以及振蕩檢測器電路26。在這個(gè)實(shí)施例中，振蕩電路23包括初級線圈12和電容器15 ;然而，振蕩電路23的構(gòu)造可隨著應(yīng)用的不同而變化。初級線圈12可以是金屬絲線圈或者本質(zhì)上是能夠產(chǎn)生可被另一電感器接收的電磁場的任何其他電感器。在由交流電源提供電力的實(shí)施例中，來自交流電源的電力被AC/DC整流器11整流并且被用于向初 級單元中的各種電路提供電力，而且與控制器16以及切換電路14結(jié)合被用于在振蕩電路23中產(chǎn)生交流電。盡管沒有顯示，但初級單元10在其中需要轉(zhuǎn)換的那些實(shí)施例中也可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器?？商娲?，系統(tǒng)可不與交流電源連接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可以在沒有轉(zhuǎn)換器的情況下接受純直流輸入?？刂破?6被構(gòu)造為控制切換電路14的定時(shí)以在振蕩電路23中產(chǎn)生交流電。在一些實(shí)施例中，切換電路14的定時(shí)可被控制為至少部分地基于來自次級裝置30的反饋來改變切換電路的操作頻率?？刂破?6可包括通信電路以實(shí)現(xiàn)與次級裝置30的通信?？刂破?6可通過利用電感耦合，例如通過使用反向散射調(diào)制方案，或通過諸如RF收發(fā)器的外部通信路徑來進(jìn)行通信。在當(dāng)前實(shí)施例中，控制單元16包括微處理器。微處理器具有內(nèi)置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(沒有顯示)將輸出驅(qū)動至切換電路14?？商娲兀珹SIC可以被用于實(shí)現(xiàn)控制單元16以及初級單元的一些或所有其他電路元件。盡管為了簡化起見，與控制器塊結(jié)合地顯示了通信電路，但應(yīng)理解的是，通信電路可與控制器電路分開。此外，通信電路可以利用初級線圈來進(jìn)行通信，或者利用獨(dú)立的通信路徑，諸如RF收發(fā)器。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括校準(zhǔn)單元。例如，初級單元10可包括在控制器16中的或位于系統(tǒng)中別處的校準(zhǔn)單元。當(dāng)在特定的初級單元與次級單元之間傳輸電力時(shí)，校準(zhǔn)數(shù)字或系數(shù)可以被存儲在控制器16中的初級側(cè)以及次級側(cè)兩者上，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以在公式中被結(jié)合在一起以便預(yù)測在操作期間是否存在任何未計(jì)及的損失，諸如場中的寄生金屬。校準(zhǔn)單元可以存儲關(guān)于系統(tǒng)中的損失的信息，例如在初級單元、次級單元或這兩個(gè)之間的耦合中的損失。根據(jù)設(shè)計(jì)，在制造時(shí)和/或在此之后周期性地，可在校準(zhǔn)單元內(nèi)校準(zhǔn)和存儲初級單元中的損失。校準(zhǔn)單元將所存儲的信息提供給控制單元16以使控制單元16能夠在確定場中是否存在寄生金屬時(shí)使用所述信息。這種校準(zhǔn)單元可改變補(bǔ)償信息來應(yīng)·對初級單元中的可變損失。校準(zhǔn)單元可包含與初級和次級之間的電損失和磁損失有關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，校準(zhǔn)單元可包含從經(jīng)初級單元上的一系列不同位置掃描次級裝置的最佳擬合分析導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。這種最佳擬合可以被提取成為用于公式的系數(shù)以確定預(yù)期的輸入電流。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，用于預(yù)期的輸入電流的公式是預(yù)期的初級輸入電流=·5*isec+(. 052*isec*Vsec) + (. 018*icoil)-. 009通過利用代表系統(tǒng)中的各種損失的多個(gè)不同項(xiàng)來確定預(yù)期的初級輸入電流。例如,在這個(gè)實(shí)施例中，.5*ise。項(xiàng)計(jì)及次級整流損失，(.052*isee*Vse。)項(xiàng)計(jì)及傳遞到負(fù)載的電力，而(.018*ie()il)項(xiàng)計(jì)及在振蕩電路中損失的電力，并且.009項(xiàng)是偏移值。在當(dāng)前實(shí)施例中，ise。和Vse。值是在次級AC/DC整流之后的瞬時(shí)電流和電壓的相應(yīng)的測量結(jié)果或者是在相似的預(yù)定長度的時(shí)間內(nèi)的平均電流和電壓。在這個(gè)實(shí)施例中，iMil值是初級線圈中的峰值電流的測量結(jié)果。可替代地，icoil值可以是RMS、峰間值或一種組合(即波峰因子或電壓測量結(jié)果可代替地被使用。在當(dāng)前實(shí)施例中，所有這三個(gè)測量結(jié)果被同步以便確定在特定時(shí)間的預(yù)期輸入電流?；诶猛獠侩娏骱碗妷鹤x數(shù)所收集的數(shù)據(jù)導(dǎo)出各種系數(shù)。特別地，當(dāng)通過改變對準(zhǔn)而改變初級與次級之間的耦合時(shí)，基于以電壓和電流讀數(shù)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的最佳擬合分析來選擇系數(shù)。在當(dāng)前實(shí)施例中，預(yù)期輸入電流對于17V-24V的次級電橋電壓和范圍在0-60瓦特的電力是有效的。線圈驅(qū)動電壓假定為19V。一般而言，預(yù)期的初級輸入電流公式能夠計(jì)及耦合損失，這是因?yàn)槌跫壘€圈電流隨著線圈與線圈的間隔而變化。當(dāng)X和z間隔發(fā)生改變時(shí)，系數(shù)有助于跟蹤線圈電流。也就是說，當(dāng)線圈變得更多地在水平方向上偏移、在垂直方向上偏移以及更多或更少地平行時(shí)，系數(shù)有助于跟蹤線圈電流。本質(zhì)上，當(dāng)耦合變差時(shí)，輸入電流上升并且線圈電流上升，但當(dāng)寄生金屬被放置在場中時(shí)，輸入電流上升，但線圈電流可能不同樣地上升。換言之，當(dāng)耦合變差時(shí)，輸入電流與線圈電流之間或輸入電力與預(yù)期電力之間或輸入電力的特征與預(yù)期電力的特征之間的關(guān)系遵照預(yù)期的關(guān)系。但當(dāng)寄生金屬被添加到場中時(shí)，輸入電流與線圈電流之間的關(guān)系偏離該預(yù)期的關(guān)系。在一些實(shí)施例中，可被用于導(dǎo)出系數(shù)的一些或所有系數(shù)或信息可從次級裝置被傳送至初級單元。這個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸允許初級單元前向兼容可在未來出現(xiàn)的裝置，其中不同的系數(shù)是適當(dāng)?shù)摹DI系統(tǒng)中的初級單元10包括連接到控制單元16的輸入檢測器電路24。輸入檢測器電路24響應(yīng)于由控制單元16提供的信號或內(nèi)部時(shí)鐘信號而執(zhí)行對由切換電路14提取的電力的特征的測量。輸入檢測器電路24將代表由切換電路14提取的電力的特征的輸出提供給控制單元16。在當(dāng)前實(shí)施例中，輸入檢測器電路24是能夠感測輸入電流的瞬時(shí)電流傳感器。一般而言，輸入檢測器電路24可位于初級單元中在切換電路14之前的任何地方。在可替代的實(shí)施例中，輸入檢測器電路本質(zhì)上可包括能夠測量輸入電力的一個(gè)或多個(gè)特征的任何一個(gè)或多個(gè)傳感器，其可以被用于確定輸入電力或確定寄生金屬是否存在于場中或另外的不期望的損失是否已經(jīng)出現(xiàn)。輸入檢測器電路向初級控制器16傳送其輸出?？蓪斎霗z測器電路輸出加時(shí)間戳并且在輸入檢測器電路24、控制器16或初級單元10中的別處對其進(jìn)行緩存，以在適當(dāng)?shù)那闆r下協(xié)助其他測量結(jié)果的同步。此外，輸出可以被平滑或?qū)ζ鋺?yīng)用可構(gòu)造的加權(quán)平均。在一個(gè)實(shí)施例中，在數(shù)據(jù)中可存在間隙，這是因?yàn)樘幚砥鞑荒懿蓸?，所以那些?xiàng)可以用O或可忽略的權(quán)重來加權(quán)。在一些實(shí)施例中，次級裝置可提供同步信息或同步標(biāo)準(zhǔn)可被預(yù)編程到初級單元中，其描述了次級裝置怎樣或何時(shí)采樣數(shù)據(jù)，使得初級單元可以同步其測量結(jié)果。例如，次級裝置可不對其數(shù)據(jù)加時(shí)間戳，而是以數(shù)據(jù)按相對于其被接收的時(shí)間的特定時(shí)間被采樣的預(yù)期向初級單元提供測量結(jié)果。圖I系統(tǒng)中的初級單元10包括連接到控制單元16的振蕩檢測器電路26。振蕩 檢測器電路26響應(yīng)于由控制單元16提供的信號或內(nèi)部時(shí)鐘信號而執(zhí)行對由振蕩電路23提取的電力的特征的測量。振蕩檢測器電路26向控制單元16提供代表由振蕩電路23提取的電力的特征的輸出。在當(dāng)前實(shí)施例中，振蕩檢測器電路26是峰值電流檢測器。一般而言，振蕩檢測器電路26可位于切換電路14之后的任何地方，包括振蕩電路23的輸入端、振蕩電路23的初級線圈12與電容器15之間或在振蕩電路23之后。在其他實(shí)施例中，振蕩檢測器電路26本質(zhì)上可包括能夠測量振蕩電路電力的一個(gè)或多個(gè)特征的任何一個(gè)或多個(gè)傳感器，其可以被用于確定振蕩電路電力或確定寄生金屬是否存在于場中。振蕩電路檢測器26向初級控制器16傳送其輸出。可對振蕩檢測器電路輸出加時(shí)間戳并且在振蕩檢測器電路24、控制器16或在初級單元10中的別處對其進(jìn)行緩存，以在適當(dāng)?shù)那闆r下協(xié)助其他測量結(jié)果的同步。次級裝置30可與初級單元10分開并且具有次級線圈32，其在次級裝置30處于初級單元10附近時(shí)與由初級單元10產(chǎn)生的電磁場耦合。按照這種方式，可以在沒有直接導(dǎo)電接觸的情況下將電力從初級單元10感應(yīng)地傳輸至次級裝置30。圖I顯示了能夠從初級單元10接收非接觸式電力的次級裝置30的一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)其涉及非接觸式電力的接收時(shí)，次級裝置30 —般包括次級線圈32、整流器34、次級檢測電路36、控制器38和負(fù)載40。次級線圈32可以是金屬絲線圈或者本質(zhì)上是能夠響應(yīng)于由初級單元10產(chǎn)生的變化的電磁場而產(chǎn)生電力的任何其他電感器。整流器34將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力。盡管沒有顯示，但裝置30在其中需要轉(zhuǎn)換的那些實(shí)施例中也可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器?？刂破?8被構(gòu)造為向負(fù)載40施加經(jīng)整流的電力。在這個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載40代表裝置30的電子器件。在一些應(yīng)用中，負(fù)載40可包括電池或能夠管理對裝置30的電子器件的電力供應(yīng)的其他電力管理電路。在可替代的實(shí)施例中，控制器38可包括電力管理電路?？刂破?8可包括通信電路來實(shí)現(xiàn)與初級單元10的通信。控制器38可通過利用電感耦合，例如通過使用反向散射調(diào)制方案，或通過諸如RF收發(fā)器的外部通信路徑來進(jìn)行通信。圖I系統(tǒng)中的次級裝置30包括連接到控制單元38的次級檢測器電路36。次級檢測器電路36響應(yīng)于由控制單元38提供的信號或內(nèi)部時(shí)鐘信號而執(zhí)行對傳遞到負(fù)載40的電力的特征的測量。次級檢測器電路36向控制單元38提供代表被傳遞到負(fù)載40的電力的特征的輸出。在當(dāng)前實(shí)施例中，次級檢測器電路36包括瞬時(shí)電流傳感器和瞬時(shí)電壓傳感器兩者。一般而言，次級檢測電路36可位于次級裝置中在AC/DC整流器34之后的任何地方。在其他實(shí)施例中，次級檢測器電路26本質(zhì)上可包括能夠測量傳遞到負(fù)載的電力的一個(gè)或多個(gè)特征的任何一個(gè)或多個(gè)傳感器，其可以被用于確定傳遞到負(fù)載的電力。次級檢測器36向次級控制器38傳送其輸出?？蓪Υ渭墮z測器電路輸出加時(shí)間戳并且在次級檢測器電路36、控制器38或在次級單元10中的別處對其進(jìn)行緩存，以在適當(dāng)?shù)那闆r下協(xié)助其他測量結(jié)果的同步。輸入檢測器電路24、振蕩檢測器電路26和次級檢測器電路36 (統(tǒng)稱為檢測器電路)可包括布置為產(chǎn)生與輸入電力中的電流直接成正比的輸出信號的放大器。檢測器電路也可包括用于去除輸出信號中的變化的帶通電路。檢測器電路也可包括用于放大經(jīng)濾波的信號的放大器。檢測器電路也可包括用于將放大器輸出轉(zhuǎn)換為高或低信號的比較器。各種檢測器電路，無論它們是電壓傳感器還是電流傳感器，一般都是常規(guī)的并且本質(zhì)上可以是獲得所需的測量結(jié)果的任何類型的傳感器。例如，在一些實(shí)施例中，電流傳感器是電流感測 變壓器?？商娲?，它們可以是分流電阻器、基于霍爾效應(yīng)的集成傳感器或者是將電流轉(zhuǎn)換成可由微控制器測量的電壓的任何其他裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測器可以是電阻器/電容器分壓器。存在初級單元可限制或停止從初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)的多種情況。那些條件中的一些包括在初級單元附近檢測到可觀的寄生負(fù)載、在初級單元10附近不存在系統(tǒng)的次級裝置30、存在次級裝置30但其當(dāng)前不需要電力。例如，當(dāng)負(fù)載被關(guān)斷時(shí)或在可再充電的蓄電池或電池的情況下當(dāng)蓄電池或電池被充滿電時(shí)，負(fù)載不需要電力。在一個(gè)實(shí)施例中，在預(yù)期輸入電流與所測量的輸入電流相差I(lǐng)OOmA的情況下發(fā)現(xiàn)可觀的寄生負(fù)載?？梢酝ㄟ^更改預(yù)期輸入電流與所測量的輸入電流之間的閾值差來改變對寄生金屬的容限。較高的閾值指示場中的寄生金屬的較高水平的容限，而較低的閾值指示場中的寄生金屬的較低水平的容限。在當(dāng)前實(shí)施例中，IOOmA的閾值被選擇以確保如果超過I. 9瓦特被浪費(fèi)在寄生金屬內(nèi)，則系統(tǒng)限制或停止感應(yīng)電力供應(yīng)。在其他實(shí)施例中，友好寄生可以被用在預(yù)期輸入電流的計(jì)算中并且進(jìn)而將不是確定寄生金屬是否存在的因素。在計(jì)算預(yù)期輸入電流時(shí)考慮友好寄生的可替代的實(shí)施例中，用于宣告可觀的寄生負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)可以是不同的。圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的用于檢測可觀的寄生負(fù)載在初級單元附近的存在的方法的流程圖。在當(dāng)前實(shí)施例中，次級裝置不時(shí)地將寄生金屬檢測包(在本文中為PMD包)發(fā)送到初級單元使得初級單元可確定在場中是否存在任何寄生金屬。在當(dāng)前實(shí)施例中，每隔250ms向初級單元發(fā)送一次PMD包。在可替代的實(shí)施例中，PMD包可以更高或更低的頻率被發(fā)送，或者根據(jù)來自初級單元的請求，或者本質(zhì)上在適于確定在由初級單元產(chǎn)生的場中是否存在寄生金屬的任何其他場景中被發(fā)送。當(dāng)是時(shí)候發(fā)送PMD包202時(shí)，次級檢測電路36在AC/DC整流之后發(fā)起電壓測量和電流測量，可替代地，可使用不同的傳感器系統(tǒng)來取得電力測量結(jié)果。在可替代的實(shí)施例中，代替這些測量結(jié)果或除了這些測量結(jié)果之外，可在次級裝置內(nèi)的不同位置上取得不同的測量結(jié)果。用于PMD包的任何測量結(jié)果連同可對初級單元中的寄生金屬檢測有用的任何其他信息一起被裝配成包的有效負(fù)載。例如，PMD包可包括時(shí)間戳信息，其為了同步的目的而指示測量結(jié)果被取得的時(shí)間。此外，PMD包可包括關(guān)于缺失的數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息或者關(guān)于是否已經(jīng)存在任何平滑、求平均或其他加權(quán)函數(shù)的信息。PMD包也可包括關(guān)于裝置的識別信息，例如使得各種信息可以在存儲在初級單元上的查找表中被查找。例如，一些初級單元可包括與各種次級裝置相關(guān)聯(lián)的友好寄生的表。在一些其他實(shí)施例中，次級裝置可直接傳送其友好寄生。盡管在PMD包的背景下被描述，但應(yīng)理解的是信息被發(fā)送到初級單元所采用的格式并不重要，非分包通信技術(shù)也是可行的。在當(dāng)前實(shí)施例中，所述包包含3個(gè)字節(jié)的有效負(fù)載(總共5個(gè)字節(jié))，包括兩個(gè)10比特的變量，來自這兩個(gè)變量的最高有效位共享最后一個(gè)字節(jié)。在當(dāng)前實(shí)施例中，PMD包不包括任何時(shí)間戳信息，而代替地，初級單元通過假定從其接收PMD包的時(shí)間到次級測量結(jié)果被取得的時(shí)間存在9ms的延遲來進(jìn)行同步。一旦PMD包被裝配，其就被發(fā)送到初級單元208。一收到PMD包，當(dāng)前實(shí)施例中的初 級單元就獲得存儲在緩存中的初級線圈電流測量結(jié)果，其對應(yīng)于PMD包被接收之前的9ms。這個(gè)固定的9ms延遲計(jì)及發(fā)送PMD包時(shí)的滯后時(shí)間并且確保初級側(cè)和次級側(cè)的測量結(jié)果被同步。初級單元控制器利用從次級裝置接收的信息和來自初級單元的適當(dāng)?shù)臏y量結(jié)果來確定預(yù)期的輸入電流212。如上所述，可基于通過最佳擬合分析計(jì)及系統(tǒng)中的許多不同損失的預(yù)定義公式來執(zhí)行這種確定。初級單元也測量同步時(shí)間上的初級輸入電流214。如同線圈電流一樣，初級輸入電流可被保持在緩存中來協(xié)助同步。將初級的所測量的輸入電流與初級的所預(yù)期或計(jì)算的輸入電流進(jìn)行比較以確定在場中是否存在任何寄生金屬216。所測量的輸入電流與所確定的輸入電流之間的差代表系統(tǒng)中任何未被計(jì)及的損失。在當(dāng)前實(shí)施例中，數(shù)字可簡單地相減并且如果差大于閾值，則系統(tǒng)確定在場中存在顯著量的寄生金屬并且非接觸式電源可采取許多不同的行動。例如，系統(tǒng)可關(guān)閉、降低輸出電力或打開警報(bào)燈218。如果差小于閾值，則系統(tǒng)確定在場中沒有顯著量的寄生金屬并且系統(tǒng)或者什么也不做或者指示不存在寄生金屬。系統(tǒng)進(jìn)而可等待直到是時(shí)候發(fā)送另一個(gè)PMD包。在一個(gè)實(shí)施例中，如果檢測到寄生金屬，則初級單元將保持處于關(guān)閉模式直到它以某種方式被復(fù)位。這樣的復(fù)位可由初級單元的用戶手動發(fā)起，或者可替代地，控制單元16可周期性地再次開始供應(yīng)感應(yīng)電力并且重復(fù)寄生金屬檢測以確定是否保持處于關(guān)閉模式。上面結(jié)合圖2所描述的寄生金屬檢測技術(shù)可由其他不同的寄生金屬檢測技術(shù)來補(bǔ)充。例如，一些寄生金屬檢測在次級負(fù)載可以周期性地被斷開并且允許系統(tǒng)在衰蕩(ringdown)狀態(tài)下被觀察的情況下更可靠。為了執(zhí)行衰蕩寄生金屬檢測，初級單元附近的所有次級裝置均有意地被設(shè)置為無負(fù)載狀態(tài)。在這種無負(fù)載狀態(tài)下，由次級裝置感應(yīng)地接收的任何電力向其實(shí)際負(fù)載的供應(yīng)被防止。這允許系統(tǒng)獲得關(guān)于場中的寄生金屬的信息而無需考慮次級裝置負(fù)載。將衰蕩寄生金屬檢測與輸入電力寄生金屬檢測結(jié)合的能力慮及在一些情況下更準(zhǔn)確的寄生金屬檢測。
在衰蕩的一個(gè)實(shí)施例中，存在開路次級電路，其中線圈具有其自身的電感值和等效串聯(lián)電阻。這意味著它將以可知的方式響應(yīng)于各種激勵。如果脈沖被提供，則在結(jié)果得到的R(ESR)L(線圈)C(振蕩電容)電路中的電壓同時(shí)以公知的時(shí)間常數(shù)衰減。如果其衰減得更快，則或者意味著L下降，或者意味著ESR上升，這暗示了存在寄生金屬。如果我們代替地以某一頻率接通線圈，則同樣地，RLC電路應(yīng)具有可預(yù)測的電壓或電流。同樣地，寄生金屬將使響應(yīng)遠(yuǎn)離預(yù)期偏移(更高的電流、更低的電壓等等)。圖3顯示了輸入電力與在非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)中消耗的電力之間的關(guān)系的三個(gè)有代表性的場景300、302、304。在第一場景300中，初級單元和次級裝置對準(zhǔn)并且沒有不友好的寄生金屬存在于場中。換言之，在第一場景中沒有未計(jì)及的損失。在這個(gè)場景中，結(jié)合的初級電力損失306、次級電力損失308和被負(fù)載310消耗的電力等于或大體上與輸入電力312相同。在當(dāng)前實(shí)施例中，初級電力損失306可以包括初級單元磁性元件314的電力損失(諸如初級單元屏蔽體損失)、初級單元電子器件316的電力損失(諸如整流、切換、調(diào)節(jié)和濾波損失)以及初級線圈318的電力損失(諸如I2R損失)。在當(dāng)前實(shí)施例中，次級電力損失308包括友好寄生320的電力損失(諸如次級裝置損失中的寄生金屬)、次級 磁性元件322的電力損失(諸如次級裝置屏蔽體損失)、次級線圈324的電力損失(諸如I2R損失)和次級電子器件326的電力損失(諸如整流、調(diào)節(jié)和濾波損失)。當(dāng)包括由負(fù)載使用的電力和系統(tǒng)中的電力損失在內(nèi)的已知電力消耗大體上與輸入電力相同時(shí)，則在系統(tǒng)中沒有未計(jì)及的損失，諸如未知的寄生金屬。在第二場景302中，初級單元和次級裝置未對準(zhǔn)。當(dāng)次級裝置與感應(yīng)電源未對準(zhǔn)時(shí)，耦合降低。這可以導(dǎo)致初級向線圈傳遞更多電力以將相同量的電力傳遞到次級。由于更多電力被傳遞，因此在當(dāng)前實(shí)施例中損失增加。例如，在初級中存在更多電子器件損失(i2r、如果應(yīng)用則存在整流、切換、操作頻率可能已經(jīng)偏移)，有更多的電力由于更高的線圈電流而在線圈中被損失，有更多的電力由于由初級線圈產(chǎn)生的更大的場而在磁性元件中被損失，有更多的電力由于更大的場而在友好寄生和異質(zhì)寄生兩者中被損失，并且在一些情況下，如果操作頻率偏移則次級損失可增加，這可導(dǎo)致次級整流和次級線圈中的損失微小地增加。在一些實(shí)施例中，這些次級損失中的變化可以被忽略。一般而言，負(fù)載中和次級中(除了整流和線圈)的電力損失沒有發(fā)生改變，這是因?yàn)槠淙匀?試圖)提取相同量的電力。在所示出的實(shí)施例中，額外的輸入電力312 (或者通過調(diào)整操作頻率、共振頻率、占空t匕、干線電壓，或者通過調(diào)整一些其他參數(shù))被提供以便將與在第一場景中的相同的量的電力傳遞到負(fù)載310 (因?yàn)樨?fù)載沒有發(fā)生改變)。然而，由于初級單元和次級裝置未對準(zhǔn)，因此可存在額外的初級單元損失306和次級裝置損失308。在當(dāng)前實(shí)施例中，在初級單元磁性元件315、初級單元電子器件317、初級線圈319、次級裝置友好寄生321和次級裝置磁性元件323中存在增加的損失。在當(dāng)前實(shí)施例中，次級線圈324、次級裝置電子器件326和負(fù)載310中的電力損失保持不變。如果輸入電力312大體上等于結(jié)合的電力損失306、308和由負(fù)載310消耗的電力，則在場中沒有未知的電力損失，諸如未知的寄生金屬。在第三場景304中，初級單元和次級裝置對準(zhǔn)，但一塊寄生金屬被放置在場中。額外的輸入電力312(或者通過調(diào)整操作頻率、共振頻率、占空比、干線電壓，或者通過調(diào)整一些其他參數(shù))被提供以便將與在第一和第二場景中相同的量的電力傳遞到負(fù)載310(因?yàn)樨?fù)載在所有三個(gè)場景中都是相同的)。然而，由于在場中存在一塊未知的寄生金屬，因此可存在額外的初級單元損失306、額外的次級裝置損失308和一些未計(jì)及的電力損失328。在當(dāng)前實(shí)施例中，在初級單元磁性元件315、初級單元電子器件317、初級線圈319、次級裝置友好寄生321和次級裝置磁性元件323中存在增加的損失。在當(dāng)前實(shí)施例中，次級線圈324、次級裝置電子器件326和負(fù)載310中的電力損失保持不變。由于在輸入電力312與結(jié)合的已知電力損失306、308和被負(fù)載310消耗的電力之間存在顯著的差，因此系統(tǒng)可以假定在場中存在未知的電力損失，諸如未知的寄生金屬。響應(yīng)于檢測到這種未知的電力損失，非接觸式電力傳輸系統(tǒng)可限制或停止電力傳輸。圖3中的場景沒有按比例繪制，并且僅作為示例被提供以協(xié)助解釋。進(jìn)一步地，在這三個(gè)場景300、302、304中所顯示的電力損失和被負(fù)載使用的電力的相對量僅是代表性的。在一些實(shí)施例中，可存在額外的或更少類型的電力損失。例如，如果次級裝置不包括任何友好寄生，則將沒有任何相關(guān)聯(lián)的電力損失。圖 3中的各種損失被夸大以示出系統(tǒng)可如何辨別初級單元與次級裝置之間未對準(zhǔn)與寄生金屬被放置在場中這兩者之間的差別。僅將輸入電力的量與被傳遞到負(fù)載的電力的量進(jìn)行比較不允許系統(tǒng)在場景二 302與場景三304之間進(jìn)行區(qū)分。即使系統(tǒng)計(jì)及初級單元與次級單元對準(zhǔn)時(shí)的各種損失，除非系統(tǒng)計(jì)及由于未對準(zhǔn)而出現(xiàn)的電力損失的變化，否則仍然存在由于未對準(zhǔn)而引起大量誤報(bào)的可能性。如果系統(tǒng)可以計(jì)及電力損失在操作期間的變化，諸如未對準(zhǔn)，則系統(tǒng)將引發(fā)較少的誤報(bào)。如上文所提到的那樣，系統(tǒng)可能難以在由于未對準(zhǔn)而引起的電力損失與由于寄生金屬而引起的電力損失之間進(jìn)行區(qū)分，或者沒有足夠的分辨率可以觸發(fā)誤報(bào)，導(dǎo)致對次級裝置的非接觸式電力供應(yīng)的限制或停止。在當(dāng)前實(shí)施例中，預(yù)期的輸入電流或預(yù)期的輸入電力與所測量的輸入電流或預(yù)期的輸入電力匹配，這是因?yàn)楣接?jì)及了在操作期間由于未對準(zhǔn)而引起的損失。除了有未對準(zhǔn)或添加到場中的寄生金屬之外，同時(shí)具有這兩者也是有可能的。例如，用戶可偶然地將他的鑰匙仍到充電表面上，使次級裝置微移而不在原位。在這些情況下，由于寄生金屬而引起的損失和由于未對準(zhǔn)而引起的損失兩者同時(shí)增加。由于系統(tǒng)正在尋找輸入電力與已知損失之間的關(guān)系，因此系統(tǒng)仍然可以識別出在場中存在寄生金屬。在當(dāng)前實(shí)施例中，將初級線圈電流、次級電流和次級電壓代入被導(dǎo)出并且在制造時(shí)被編碼在控制器中的公式?；谂c初級單元相關(guān)聯(lián)的固定阻抗和電阻值通過考慮已知損失而導(dǎo)出所述公式。下面將描述控制諸如上面結(jié)合圖I所描述的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的感應(yīng)電力傳輸?shù)姆椒ǖ目商娲膶?shí)施例。感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)100包括初級單元10和次級裝置30。初級單元10包括振蕩電路23和切換電路14，它們一起可操作用于產(chǎn)生電磁場。該系統(tǒng)也包括次級裝置30，其可與初級單元分開并且適于在次級裝置處于初級單元附近時(shí)與所述場耦合，使得電力在所述次級裝置與所述初級單元之間沒有直接導(dǎo)電接觸的情況下由次級裝置從初級單元感應(yīng)地接收。在一個(gè)實(shí)施例中，切換電路在操作期間以在一系列不同操作頻率之間變化的操作頻率操作。在一些實(shí)施例中，可響應(yīng)于負(fù)載的變化或來自負(fù)載的請求而調(diào)整操作頻率或初級單元的一些其他參數(shù)。例如，如果次級裝置需要額外的電力，則初級單元可調(diào)整操作頻率、占空比、共振頻率或干線電壓來增加它的電力輸出。一個(gè)這樣的初級單元的示例在于2003年10月20日提交的授予Baarman的美國專利7，212，414中被描述，并且通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。除了由于初級單元與次級裝置的未對準(zhǔn)而引起的電力損失改變之夕卜，電力損失可作為切換電路的操作頻率或與次級裝置相關(guān)聯(lián)的負(fù)載的電力需求的函數(shù)發(fā)生改變。例如，可編程的電子負(fù)載可被用于在恒定電壓下測試不同電流或在恒定電流下測試不同電壓。所述方法包括測量初級單元中的輸入電力的特征、測量初級單元的振蕩電路中的電力的特征，在初級單元中接收來自至少一個(gè)次級裝置的信息，將感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力消耗估計(jì)為至少是所測量的初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)，比較所測量的初級單元中的輸入電力的特征、來自至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近，以及響應(yīng)于不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近的確定而限制或停止從初級單元的感應(yīng)電力傳輸。估計(jì)所消耗的電力可包括估計(jì)感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失、估計(jì)由次級裝置的負(fù)載提取的電力或這兩者。感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失的估計(jì)可以是所測量的初級單元的振蕩電路中的電力的特征和來自次級裝置的信息的函數(shù)。例如，電力損失估計(jì)可包括估計(jì)初級單元磁滯電力損失、初級單元磁渦電流電力損失、初級單元電壓電力損失、初級 單元電阻電力損失和次級裝置電力損失。關(guān)于次級裝置電力損失的信息可由次級裝置部分地或完全地提供。例如，信息可以為下列形式次級裝置ID、次級裝置中的電力的特征的測量結(jié)果、次級裝置中的電力損失的估計(jì)、一個(gè)或多個(gè)電力損失系數(shù)(包括表征磁滯和磁渦流損失的系數(shù))或其組合?？梢跃痛渭壯b置渦電流電力損失、次級磁滯損失、次級裝置電壓電力損失以及次級裝置電阻電力損失而言來描述次級裝置電力損失。額外的傳感器可以被包括在初級單元和次級單元中以更準(zhǔn)確地測量操作期間系統(tǒng)中的各種電力損失。然而，額外的傳感器可能增加初級單元和次級裝置的成本和尺寸。因此，在一些實(shí)施例中，曲線擬合分析可以被用于基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來估計(jì)電力損失。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以對初級單元、次級裝置、電力負(fù)載、次級裝置位置(包括定位和方向)、頻率和友好寄生的各種組合收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。可通過實(shí)驗(yàn)被收集的數(shù)據(jù)類型本質(zhì)上可包括任何類型的測量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，所收集的數(shù)據(jù)可包括輸入電壓、輸入電流、輸入電力計(jì)算結(jié)果、初級線圈電壓、初級線圈電流、傳送電力計(jì)算結(jié)果、次級線圈電壓、次級線圈電流、接收電力計(jì)算結(jié)果、輸出電壓、電橋電壓、輸出電流。在可替代的實(shí)施例中，額外的、不同的或更少的測量結(jié)果或計(jì)算結(jié)果可被收集。用于取得測量結(jié)果的任何技術(shù)可被使用，包括但不限于平均值、RMS值、功率因子、波峰因子、峰值以及電壓/電流之間相位。在一個(gè)實(shí)施例中，所測量的初級單元中的輸入電力的特征、來自次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗可以被比較以確定有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近或有其他未計(jì)及的電力損失，諸如故障部件。這種比較可在不同實(shí)施例中包括各種不同的技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，該比較需要基于初級單元中的輸入電力的特征、振蕩電路電力的特征、操作頻率和來自次級裝置的信息計(jì)算總電力消耗并且通過檢測所計(jì)算的總電力消耗與所估計(jì)的電力消耗之間的差來確定有異物存在于初級單元附近。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過取得所測量的總電力消耗與所測量的電力消耗之間的差并且將該值與閾值進(jìn)行比較來確定是否有不可接受量的寄生金屬存在于初級單元附近。所述閾值可以是動態(tài)的并且基于系統(tǒng)的操作點(diǎn)或基于各種其他因素。如果該值超過所計(jì)算的閾值，則存在不可接受量的寄生金屬，如果其沒有超過閾值，則存在的寄生金屬的量是可接受的。如上所述，最佳擬合分析有時(shí)被稱為曲線擬合，其可以通過經(jīng)相對于初級單元的一系列不同位置(定位和方向)掃描次級裝置來執(zhí)行。這種曲線擬合可以被提取成為用于公式或一組公式的系數(shù)以確定在場中是否存在不可接受量的寄生金屬。用于這個(gè)目的的一組公式的一個(gè)示例為
權(quán)利要求
1.一種控制感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的感應(yīng)電力傳輸?shù)姆椒ǎ鱿到y(tǒng)包括初級單兀和至少一個(gè)次級裝置，所述初級單元具有振蕩電路和切換電路并且可操作用于產(chǎn)生電磁場，所述至少一個(gè)次級裝置與所述初級單元分開并且適于在所述次級裝置處于所述初級單元附近時(shí)與所述場耦合使得電力在所述次級裝置與所述初級單元之間沒有直接導(dǎo)電接觸的情況下由所述次級裝置從所述初級單元感應(yīng)地接收，所述方法包括 測量所述初級單元中的輸入電力的特征； 測量所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征； 在所述初級單元中接收來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息； 將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力消耗估計(jì)為至少是所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)； 比較所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近；以及響應(yīng)于所述不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近的確定而限制或停止從所述初級單元的感應(yīng)電力傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括估計(jì)所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失、估計(jì)由所述次級裝置的負(fù)載使用的電力中的至少一個(gè)或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征和來自所述次級裝置的信息的函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切換電路在操作期間以在一系列不同操作頻率之間變化的操作頻率操作并且估計(jì)電力消耗包括將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征、來自所述次級裝置的信息以及所述切換電路的操作頻率的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括 估計(jì)初級單元磁滯電力損失； 估計(jì)初級單元潤電流電力損失； 估計(jì)初級單元電壓電力損失； 估計(jì)初級單元電阻電力損失；以及 估計(jì)次級裝置電力消耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中估計(jì)次級裝置電力消耗包括 估計(jì)次級裝置渦電流電力損失； 估計(jì)次級裝置電壓電力損失；以及 估計(jì)次級裝置電阻電力損失。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中估計(jì)次級裝置電力損失包括估計(jì)次級裝置渦電流電力損失以及將次級裝置磁滯估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息包括次級裝置ID、所述次級裝置中的電力的特征的測量結(jié)果、所述次級裝置中的電力損失的估計(jì)、一個(gè)或多個(gè)電力損失系數(shù)或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息包括用于同步所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗的比較的同步信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述輸入電力的特征包括所述初級單元中在所述切換電路和所述振蕩電路之前的電流或電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述振蕩電路中的電力的特征包括所述振蕩電路中的電流或電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中比較所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近包括 基于所述初級單元中的輸入電力的特征和來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息計(jì)算總 力消耗；以及 通過檢測所計(jì)算的總電力消耗與所估計(jì)的電力消耗之間的差來確定有異物存在于所述初級單元附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括在所計(jì)算的總電力消耗與所估計(jì)的電力消耗之間的差超過閾值時(shí)確定不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括 將所述次級裝置放置在相對于所述初級單元的多個(gè)不同位置上； 對于每個(gè)位置，確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值； 基于所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值確定用于估計(jì)次級裝置渦電流電力損失的渦電流電力損失系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括 將所述次級裝置放置在相對于所述初級單元的多個(gè)不同位置上并且以多個(gè)不同操作頻率操作所述初級單元； 對于每個(gè)位置和操作頻率的組合，確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值； 基于所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值確定用于估計(jì)次級裝置渦電流電力損失的渦電流電力損失系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值包括單獨(dú)測量所述初級單元的等效串聯(lián)電阻，測量所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻，以及從所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的等效串聯(lián)電阻中減去單獨(dú)的所述初級單元的等效串聯(lián)電阻以確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述初級單元包括初級單元屏蔽體、初級單元磁體，并且所述初級單元振蕩電路包括初級單元線圈，所述次級裝置包括次級線圈、次級屏蔽體和次級友好寄生金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其包括 將所述次級裝置放置在相對于所述初級單元的多個(gè)不同位置上； 以多個(gè)不同操作頻率操作所述初級單元； 將多個(gè)不同負(fù)載連接至所述次級裝置； 對于每個(gè)位置、操作頻率和負(fù)載的組合，確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值；基于所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值確定用于估計(jì)次級裝置渦電流電力損失的渦電流電力損失系數(shù)。
19.一種用于設(shè)計(jì)帶有電力統(tǒng)計(jì)的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的方法，其包括 提供帶有用于傳輸非接觸式能量的振蕩電路的初級側(cè)； 提供包括用于接收所述非接觸式能量的次級線圈和與負(fù)載電通信的負(fù)載的次級側(cè)； 改變所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的距離； 改變所述次級側(cè)的負(fù)載； 對于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的多個(gè)距離以及對于多個(gè)負(fù)載，測量在非接觸式能量的傳輸期間的所述振蕩電路中的初級側(cè)的至少一個(gè)電路參數(shù)； 對于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的多個(gè)距離以及對于所述次級裝置的多個(gè)負(fù)載，測量在非接觸式能量的傳輸期間的所述次級側(cè)的至少一個(gè)電路參數(shù)； 基于多個(gè)系數(shù)、所述振蕩電路中的初級側(cè)的所述至少一個(gè)電路參數(shù)以及所述次級側(cè)的所述至少一個(gè)電路參數(shù)選擇公式來描述在非接觸式能量的傳輸期間的所述系統(tǒng)中的電力消耗；以及 使用所測量的所述次級側(cè)的電路參數(shù)和所測量的所述初級側(cè)的電路參數(shù)來確定所述系數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中確定所述公式的系數(shù)包括通過對所述系統(tǒng)中的部件的物理觀察基于電力損失的類型確定所述系數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中確定所述公式的系數(shù)包括通過曲線擬合來確定所述系數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中使用多元多項(xiàng)式回歸來執(zhí)行所述曲線擬合。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其包括將一個(gè)或多個(gè)系數(shù)存儲在初級單元中以及將一個(gè)或多個(gè)系數(shù)存儲在次級裝置上。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述公式包括所述初級側(cè)的電力損失的估計(jì)、所述次級側(cè)的電力損失的估計(jì)以及由所述負(fù)載使用的電力的估計(jì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述公式包括所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失作為所述初級側(cè)的電路參數(shù)和所述次級側(cè)的電路參數(shù)的函數(shù)的估計(jì)。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中， 對于所述初級單元中的多個(gè)操作頻率，測量在非接觸式能量的傳輸期間的所述次級側(cè)的至少一個(gè)電路參數(shù)并且測量在非接觸式能量的傳輸期間的所述振蕩電路中的初級側(cè)的至少一個(gè)電路參數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述公式包括下列各項(xiàng)的估計(jì) 初級側(cè)磁滯電力損失； 初級側(cè)渦電流電力損失； 初級側(cè)電壓電力損失； 初級側(cè)電阻電力損失；以及 次級側(cè)電力消耗。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述次級裝置電力消耗包括 次級側(cè)渦電流電力損失；次級側(cè)電壓電力損失；以及 次級側(cè)電阻電力損失。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述公式包括次級側(cè)渦電流電力損失和次級側(cè)磁滯電力損失作為所述振蕩電路中的電路參數(shù)的函數(shù)的估計(jì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述振蕩電路中的電路參數(shù)包括所述振蕩電路中的電流和電壓中的至少一個(gè)。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其包括 對于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的每個(gè)距離，確定所述次級側(cè)的等效串聯(lián)電阻值；以及 基于所述等效串聯(lián)電阻值確定渦電流電力損失系數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其包括 對于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的距離和操作頻率的每個(gè)組合，確定所述次級裝置的等效串聯(lián)電阻值； 基于所述等效串聯(lián)電阻值確定渦電流電力損失系數(shù)。
33.一種初級單元，其具有振蕩電路和切換電路并且可操作用于產(chǎn)生用于將電力傳輸給至少一個(gè)次級裝置的電磁場，所述至少一個(gè)次級裝置與所述初級單元分開并且適于在所述次級裝置處于所述初級單元附近時(shí)與所述場耦合使得電力在所述次級裝置與所述初級單元之間沒有直接導(dǎo)電接觸的情況下由所述次級裝置從所述初級單元感應(yīng)地接收，所述初級單元包括 用于測量所述初級單元中的輸入電力的特征的傳感器； 用于測量所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征的傳感器； 用于接收來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息的接收器； 控制器，其被編程用于 將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力消耗估計(jì)為至少是所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)； 比較所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近；以及響應(yīng)于所述不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近的確定而限制或停止從所述初級單元的感應(yīng)電力傳輸。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括估計(jì)所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失、估計(jì)由所述次級裝置的負(fù)載使用的電力中的至少一個(gè)或其組合。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征和來自所述次級裝置的信息的函數(shù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述切換電路在操作期間以在一系列操作頻率之間變化的操作頻率操作并且估計(jì)電力消耗包括將所述感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的電力損失估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征、來自所述次級裝置的信息以及所述切換電路的操作頻率的函數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中估計(jì)電力消耗包括估計(jì)初級單元磁滯電力損失； 估計(jì)初級單元潤電流電力損失； 估計(jì)初級單元電壓電力損失； 估計(jì)初級單元電阻電力損失；以及 估計(jì)次級裝置電力消耗。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中估計(jì)次級裝置電力消耗包括 估計(jì)次級裝置渦電流電力損失； 估計(jì)次級裝置電壓電力損失；以及 估計(jì)次級裝置電阻電力損失。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中估計(jì)次級裝置電力損失包括估計(jì)次級裝置渦電流電力損失以及將次級裝置磁滯估計(jì)為所測量的所述初級單元的振蕩電路中的電力的特征的函數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息包括次級裝置ID、所述次級裝置中的電力的特征的測量結(jié)果、所述次級裝置中的電力損失的估計(jì)、一個(gè)或多個(gè)電力損失系數(shù)或其組合。
41.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息包括用于同步所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗的比較的同步信息。
42.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述輸入電力的特征包括所述初級單元中在所述切換電路和所述振蕩電路之前的電流或電壓。
43.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述振蕩電路中的電力的特征包括所述振蕩電路中的電流或電壓。
44.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中比較所測量的所述初級單元中的輸入電力的特征、來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗以確定有不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近包括 基于所述初級單元中的輸入電力的特征和來自所述至少一個(gè)次級裝置的信息計(jì)算總電力消耗；以及 通過檢測所計(jì)算的總電力消耗與所估計(jì)的電力消耗之間的差來確定有異物存在于所述初級單元附近。
45.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其包括在所計(jì)算的總電力消耗與所估計(jì)的電力消耗之間的差超過閾值時(shí)確定不可接受量的寄生金屬存在于所述初級單元附近。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)中的感應(yīng)電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法以及一種用于設(shè)計(jì)帶有電力統(tǒng)計(jì)的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的方法。所述控制感應(yīng)電力傳輸?shù)姆椒òy量輸入電力的特征、振蕩電路中的電力的特征以及接收來自次級裝置的信息?；谒鶞y量的振蕩電路電力的特征和所接收的信息估計(jì)電力消耗并且比較所測量的輸入電力的特征、來自所述次級裝置的信息以及所估計(jì)的電力消耗來確定存在不可接受的電力損失。所述用于設(shè)計(jì)帶有電力統(tǒng)計(jì)的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的方法包括改變初級側(cè)與次級側(cè)之間的距離以及改變所述次級側(cè)的負(fù)載。對于所述初級側(cè)與所述次級側(cè)之間的每個(gè)距離以及對于每個(gè)負(fù)載，測量在非接觸式能量的傳輸期間的所述振蕩電路中的初級側(cè)的電路參數(shù)和所述次級側(cè)的電路參數(shù)。所述方法還包括基于系數(shù)和所述電路參數(shù)選擇公式來描述在非接觸式能量的傳輸期間的所述系統(tǒng)中的電力消耗，以及使用所測量的電路參數(shù)來確定所述系數(shù)。
文檔編號H02J5/00GK102823101SQ201180016987
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者D.W.巴曼, J.K.施萬內(nèi)克, N.W.庫伊文霍文, E.E.烏梅內(nèi), D.R.利夫, A.C.蔡克, M.A.布拉哈, J.L.阿米斯塔迪, R.D.克瑞奇 申請人:捷通國際有限公司