輸入寄生金屬檢測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 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。
【背景技術(shù)】
[0002]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)包括兩個主要部件:(I)具有至少一個初級線圈的感應(yīng)電源或初級單元，其通過所述至少一個初級線圈來驅(qū)動交流電，產(chǎn)生時變電磁場；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，當其被放置在所述時變場附近時，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。
[0003]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包括金屬。可接受的金屬有時被稱為已知的或友好的寄生金屬。
[0004]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，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。當所測量的消耗電力量達到預(yù)定上閾值時，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而引起的電力損失。
[0005]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)可以計及⑴被供應(yīng)給次級裝置的實際負載的電力，(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。
[0006]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)沒有足夠準確地計及已知的損失并且因此引發(fā)導致系統(tǒng)限制或關(guān)閉的過多誤報。換言之，一些已知的寄生金屬檢測系統(tǒng)的一個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。利用具有改進的分辨率或準確度的方法來檢測損失可以解決這個及其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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，其中可以通過計及已知電力損失在操作期間的變化來更準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)或作為次級裝置負載的變化的函數(shù)而變化。通過計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行更準確的確定。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確度。對未知電力損失的確定越準確，就可以越多地避免誤報的寄生金屬檢測。此外，也可以越早地(在時間和電力閾值兩方面)檢測正確的肯定結(jié)果。
[0008]在一個實施例中，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行比較來檢測寄生金屬。在當前實施例中，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而引起的損失。預(yù)期的輸入沒有計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。
[0009]在一個實施例中，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?？梢岳缤ㄟ^計及取得和發(fā)送所述測量結(jié)果所花費的時間、對所述測量結(jié)果加時間戳或者利用加權(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)期的輸入與實際的輸入進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)。
[0010]在由于未對準而引起的增加的歐姆損失所導致的損失與由于場中的寄生金屬而引起的損失之間進行區(qū)分可能是困難的。這通常是因為輸入電流典型地受這兩者影響。然而，由耦合降低所導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成為可能。
[0011]本發(fā)明的這些及其他特征將通過參考對實施例的說明以及附圖而被更充分地理解和領(lǐng)會。
【附圖說明】
[0012]圖1示出了能夠進行輸入寄生金屬檢測的非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)的框圖的一個實施例。
[0013]圖2示出了輸入寄生金屬檢測的方法的一個實施例。
[0014]圖3是顯示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。
[0015]圖4是供校準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。
[0016]在詳細解釋本發(fā)明的各實施例之前，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)細節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)其他實施例并且能夠以各種方式來實踐或?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及其等同以及額外的項及其等同。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明針對用于計及系統(tǒng)中的電力損失并且理解未計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。在一個實施例中，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。當預(yù)期的初級輸入電流被適當?shù)卮_定時，可以將其與所測量的初級輸入電流進行比較以便檢測是否存在未計及的電力損失并且在一些實施例中檢測存在多少未計及的電力損失。
[0018]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所導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。在一些實施例中，預(yù)期的初級輸入電流可計及友好寄生，而在其他實施例中其可能不計及友好寄生。在可替代的實施例中，電力的其他特征可被測量以便準確地估計預(yù)期輸入電流或估計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。
[0019]確定某些電力損失是由于未對準而引起的還是由于寄生金屬而引起的可能是困難的，這是因為對輸入電流的變化是由于被放置在場中的寄生金屬而引起的還是由于初級單元與次級裝置之間的對準的變化所導致的增加的損失而引起的進行區(qū)分可能是困難的。輸入電流可相對地保持相同，這是因為耦合隨寄生金屬被添加到場中而同時發(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。鑰匙中的寄生金屬可抵消可能由未對準所導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。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行比較并且減去已知的可接受損失來計算電力損失。通過利用線圈電流，由于未對準而引起的額外的已知可接受損失可以被計及。
[0020]當存在由于場中的寄生金屬而引起的損失時，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時輸入電力與預(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，使得如果當被測量時，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，當存在由于場中的寄生金屬而引起的損失時，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確度。在當前實施例中，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，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)生改變時取得測量結(jié)果而被捕捉。在可替代的實施例中，可以計算而不是估計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，計算由于未對準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，初級單元可諸如通過增加初級電流而相對于給定的負載電流增加其電力，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)系的公式中被計及。此外，當對準發(fā)生改變時，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，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、對準的變化、頻率的變化均可以在校準方法期間被計及。
[0021]圖1示出了實施本發(fā)明的一個實施例的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)的各個部分。系統(tǒng)100包括初級單元10和至少一個次級裝置30。感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)可具有許多適當?shù)臉?gòu)造。一個適當?shù)臉?gòu)造是可以放置一個或多個次級裝置30的電力傳輸表面。
[0022]仍然參考圖1，初級單元