用于檢測感應充電器中的外來物體的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于檢測感應充電器中的外來物體的方法和裝置發(fā)明領域
[0001 ] 本發(fā)明整體涉及在對電動車輛電池充電中使用的電動感應充電器的主充電線圈上的外來物體的檢測。
[0002]發(fā)明背景
[0003]隨著電動車輛的不斷普及，無線或非接觸感應充電受到關注。在感應充電系統(tǒng)中，即以高頻率運轉的初級線圈，產(chǎn)生交變磁場，該交變磁場耦合到次級線圈，次級線圈產(chǎn)生交變電流，該交變電流然后可被電動車輛的車載電子設備用于對其電池充電。功率經(jīng)由磁耦合在較大的空隙上方從初級線圈遞送到次級線圈。充電器可以高頻率(通常從30kHz至140kHz)操作以使用合適尺寸的設備遞送所需的功率。在正常情況下，在初級線圈和次級線圈中使用諧振電路以增強功率轉移，同時最小化從電源到初級線圈所需的電壓和電流。
[0004]在示例性的磁耦合結構中，初級線圈和次級線圈可具有基本上相同的尺寸。在電動車輛充電中，次級線圈可附接到電動車輛的底側，而初級線圈可平放在車庫地板上，例如，或者其可掩埋在停車場的路面下面或地面下。當電動車輛已經(jīng)停止并且將其次級線圈定位在初級線圈上時，初級線圈和次級線圈占據(jù)由例如幾厘米的空隙分開的基本上平行的平面。然后經(jīng)由從車輛上的初級線圈到次級線圈的磁耦合橫跨空隙傳送電功率。
[0005]發(fā)明概述
[0006]電動車輛感應充電器的初級線圈和次級線圈之間的較大空隙允許外來物體(F0)意外落入兩個線圈之間，這可對充電系統(tǒng)和/或電動車輛造成嚴重的損壞。位于初級線圈和次級線圈之間的金屬外來物體將暴露于磁場，導致外來物體加熱和在外來物體周圍的區(qū)域中的磁場減小。本發(fā)明的示例性實施例為用于檢測感應充電器的初級線圈附近的外來物體的方法和裝置。傳感器陣列相鄰于初級線圈設置，使得陣列覆蓋初級線圈區(qū)域的至少一部分。傳感器被配置成響應于磁性地耦合由初級線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場強度而輸出感測信號?？刂破黢詈系矫總€相應的傳感器行和每個相應的傳感器列?？刂破鞅慌渲贸蓲呙桕嚵兄械南鄳獋鞲衅鞯母袦y信號?；谒鶔呙璧膫鞲衅餍盘枺刂破鞔_定陣列中是否存在輸出指示存在靠近傳感器的外來物體的感測信號的傳感器，所述外來物體擾亂在傳感器附近的高頻交變磁場強度。
[0007]禁用信號線路可從控制器耦合到初級線圈的電源的控制輸入端。控制器被配置成:當控制器根據(jù)所掃描的傳感器信號確定外來物體存在時，經(jīng)由禁用信號線路禁用電源。
[0008]以這種方式，可避免由于在初級線圈附近存在外來物體可能導致的損壞。另外，通過避免對外來物體加熱而耗能，可實現(xiàn)更高效的充電操作。
【附圖說明】
[0009]本發(fā)明的示例性實施例在如下簡要描述的附圖中描繪:
[0010]圖1A示出用于檢測在感應電池充電器的初級線圈附近的外來物體的裝置的示例性實施例，初級線圈與安裝在電動車輛上的用于對電動車輛的電池充電的次級線圈磁性地耦合。該圖為沿圖2A的剖面線1A-1A’的剖視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的位于初級線圈上方且用于檢測外來物體(F0)的存在的傳感器陣列，外來物體可使磁場變形。
[0011]圖1B示出在圖1A中示出的裝置的示例性實施例，其中由于在初級線圈上方存在外來物體F0，導致磁場變形。該圖示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的位于初級線圈上方的傳感器陣列，其中特定的傳感器位于外來物體下方，以根據(jù)其磁場變形檢測外來物體(F0)的存在。
[0012]圖2A示出在圖1A和圖1B中示出的裝置的示例性實施例，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的位于初級線圈上方的傳感器陣列中的傳感器的示例性布局。
[0013]圖2B示出在圖2A中示出的裝置的示例性實施例，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的用于掃描傳感器陣列中的傳感器并測量來自選定傳感器的傳感器信號的示例性控制器。
[0014]圖3示出在圖2A中示出的裝置的示例性實施例，其示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的印刷電路板的前側視圖，所述印刷電路板具有到傳感器的示例性“絞合導線”連接，以最小化由于磁場強度耦合該連接所感應出的噪聲電壓。
[0015]圖4A示出在圖2A中示出的裝置的示例性實施例，其中根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，每個傳感器S(R，C)可包括包含可被替代為圖2A中的每個傳感器線圈S(R，C)的磁敏二極管的電路。
[0016]圖4B示出在圖4A中示出的裝置的示例性實施例，其中根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，每個傳感器S(R，C)可包括包含磁敏二極管的電路，所述磁敏二極管具有連接至耦合于行多路復用器的行線路的陰極，和連接至耦合于列多路復用器的列線路的陽極，當傳感器未被微處理器選擇時，所述磁敏二極管被反向偏壓以阻擋耦合到傳感器信號測量單元，并且當傳感器被微處理器選擇時，所述磁敏二極管被正向偏壓以耦合到傳感器信號測量單元。
【具體實施方式】
[0017]圖1A示出用于檢測在感應電池充電器的初級線圈100附近的外來物體的裝置的示例性實施例，其中感應電池充電器位于例如車庫地板105上。該圖示出表示由初級線圈100產(chǎn)生的磁場104的磁場線103，磁場104耦合安裝在電動車輛上以用于對電動車輛的電池充電的次級線圈120。磁場線103平行于在初級線圈100周圍的空間中的磁場104的方向。磁場線103的局部密度與磁場104的強度成正比。該圖示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的傳感器陣列110，其包括安裝在印刷電路板或能夠支撐傳感器111和可位于初級線圈100上方的與傳感器相關聯(lián)的連接器的其它合適表面112上的單獨的傳感器111，這些單獨的傳感器用于檢測可導致磁場104變形的外來物體(F0)的存在。出于描述本發(fā)明的目的，詞“陣列”被定義為單獨的傳感器111在表面112上的放置，其未必是幾何圖案。傳感器安裝表面112可基本上位于單個平面中或者不是。為了便于描述本發(fā)明，“陣列”被示出為通常認識的矩形構型。
[0018]初級線圈100可為任何合適的配置，諸如印刷線圈、多層線圈、有線線圈等，其可安裝在合適的表面諸如印刷電路板102上。在另選的實施例中，印刷電路板102可省略，并且初級線圈100可結合在地板105的主體或下面的路面中或者其可膠粘至形成充電板或槳的塑料基板。
[0019]初級線圈100的相對大的區(qū)域產(chǎn)生圖1A中所示的高頻交變磁場104。初級線圈100的載流導線產(chǎn)生由磁場線103表示的磁場104，其在初級線圈100的導線周圍形成同心圓。磁場104形成閉合回路，但該回路的路徑取決于周圍材料的導電特性和磁特性。圖1A中所示的傳感器陣列110中的傳感器111的數(shù)量以及相對于初級線圈100的尺寸的傳感器的尺寸僅僅是本發(fā)明的示例性實施例，并且可采用其它數(shù)量和相對尺寸。
[0020]圖1B示出在圖1A中示出的裝置的示例性實施例，其中磁場104’為磁場104的變形形式，其由于存在位于初級線圈100上方的外來物體F0而被改變。該圖示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的安裝在位于初級線圈100上方的印刷電路板/表面112上的傳感器陣列110，該傳感器陣列根據(jù)變形的磁場104’檢測外來物體(F0)的存在。
[0021]在存在導電外來物體F0的情況下，諸如金屬或半導體，當該外來物體暴露于來自初級線圈100的高頻交變磁場104時，渦流將在外來物體F0的主體內(nèi)循環(huán)。該感生渦流反抗來自初級線圈100的磁場強度104，并且產(chǎn)生它們自身的偶極磁場106。外來物體F0位于初級線圈100上方，致使在外來物體正下方的區(qū)域中的偶極磁場106的方向與來自初級線圈100的磁場104的方向相反。所得到的磁場104’為這兩個反向磁場104、106的矢量和，在外來物體F0正下方的區(qū)域中，磁場104’的強度從磁場104的強度減小。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，位于外來物體F0正下方的圖1B的傳感器陣列110中的特定傳感器111可通過感測在外來物體F0正下方的區(qū)域中的減小的磁場104’來檢測外來物體的存在。
[0023]在高度導電的外來物體F0的情況下，由初級線圈100產(chǎn)生的在外來物體F0正下方的區(qū)域中的總磁場104’可近似等于零，因