[发明专利]用于外物检测设备的传感器布置

说明书

本发明涉及用于外物检测设备的传感器布置，其包括电流输入和电流输出、多个检测单元，每个检测单元包括感测线圈和电容性元件，形成谐振回路。传感器布置还具有多个输入引线和多个输出引线，输入和输出引线的总数等于或小于检测单元的数。每个检测单元以检测单元中的每个连接到输入和输出引线的不同对的方法被连接在输入引线中的一个和输出引线中的一个之间。输入选择电路允许在电流输入和输入引线中的一个或多个之间选择性地建立电连接并且输出选择电路允许在输出引线中的一个或多个和电流输出之间选择性地建立电连接。本发明还涉及用于无线功率传送系统的外物检测设备、无线功率传送系统的初级部分、无线功率传送系统和用于检测外物的方法。

技术领域

本发明涉及用于外物（foreign object）检测设备的传感器布置。传感器布置包括电流输入和电流输出、多个检测单元，每个检测单元包括感测线圈和电容性元件，以形成谐振回路（resonant tank）。传感器布置还具有多个输入引线和多个输出引线，输入和输出引线的总数量小于检测单元的数量。每个检测单元以检测单元中的每个连接到输入和输出引线的不同对的方法被连接在输入引线中的一个和输出引线中的一个之间。传感器布置还包括允许在电流输入和输入引线中的一个或多个之间选择性地建立电连接的输入选择电路，以及允许在输出引线中的一个或多个和电流输出之间选择性地建立电连接的输出选择电路。

本发明还涉及用于无线功率传送系统的外物检测设备、无线功率传送系统的初级部分、无线功率传送系统和用于检测外物的方法。

背景技术

无线功率传送现在广泛被用于为移动设备或电动车辆充电，但也存在许多其他应用，例如将功率传送到工业机械、机器人或为生物医学设备供电。无线功率传输的技术可以消除电线和电池的使用，从而增加电子设备的移动性。它对所有用户来说都更方便和更安全。

无线充电系统的功率等级具有广泛的领域，其中输出功率在1W到若干100KW之间。这种设备中的问题在于，通常不可能机械地防止外物（特别是金属制成的物体）被放置在分别位于初级和次级单位之间的无线功率传送系统的初级单位和/或次级单位的邻近处。这种外物可以包括硬币、钥匙、工具、罐头和其他物体。特别是磁性和导电性物体在磁场中会被感应的涡电流快速加热，所述感应的涡电流是由外物中磁场变化引起的电流环路（这是由于法拉第感应定律）。电能到热能的这种无意转换会导致额外的损失，并且对无线能量传送系统和处于其环境中的人或动物具有危险。由于物理定律，不可能避免这些涡电流和所产生的加热。因此，用适当的部件和方法识别物体的存在并从而抵消危险变得更加重要。

已存在各种方法来解决这个问题。在某些情况下，传输衬垫（transmitting pad）的弯曲形状确保物体在重力的帮助下从该衬垫移动。另一种方法是使用传感器来检测金属物体的存在。例如，可以使用电容性传感器和光学传感器，但是它们很容易受到环境影响和非金属物体所干扰。感应传感器被更常使用，因为它们对于抵抗诸如灰尘的环境影响是健壮的，并且同时在近距离内提供精确的结果。一种感应传感器检测由于要检测物体中的感应的涡电流引起的线圈的感应的减小，其抵消了线圈的初级场。因为物体的有限导电性，欧姆损耗也会发生，这也可以被检测到。为了评估这些变化，在现有技术中已经建立了若干种方法，所述方法也被用于下面所述的现有技术中。众所周知的是，使用传感器线圈的阵列以增加检测区域，同时实现足够的检测敏感度。

例如，US 9，825，486 B2公开了用于为单独的设备充电的无线功率充电系统。此系统包括以单层或多层的线圈阵列，以检测“不友好的”外物的存在。使用谐振电路中的衰减的原理来检测外物。布置可以包括平面圆形或矩形线圈，其优选地布置在功率传输器线圈的顶部。检测线圈的尺寸被选取为类似于目标外物的尺寸。阵列也可被用于检测外物的位置。