国際・国内特許データベース検索
このアプリケーションの一部のコンテンツは現在ご利用になれません。
この状況が続く場合は、次のお問い合わせ先までご連絡ください。フィードバック & お問い合わせ
1. (CN104052164) Apparatus and method for detecting foreign object in wireless power transmitting system
注意: このテキストは、OCR 処理によってテキスト化されたものです。法的な用途には PDF 版をご利用ください。
无线电力传输系统的异物检测装置及方法


技术领域
本发明涉及无线电力传输,更详细地说,涉及无线电力传输系统的异 物检测装置及方法。
背景技术
通常,要对手机、笔记本电脑、PDA等便携式终端机(Portable  Terminal)进行充电,需要从外部充电器向便携式终端机供应电能(或电 力)。这种便携式终端机包括储存供应的电能的电池单元,和电池单元的 充电及放电(向便携式终端机供应电能)所需的回路。
向电池单元充电的充电器和电池单元之间的电气连接方式包括端子 供应方式,把供应的商用电源变换成对应于电池单元的电压及电流,通过 相应电池单元的端子,向电池单元供应电能。
这种端子供应方式伴随物理性的电缆(cable)或电线的使用。因此, 使用较多端子供应方式的设备时,较多的电缆占据相当大的作业空间,整 理困难,外观上也不好。而且端子供应方式可能会导致因端子之间不同的 电位差引起的瞬间放电现象、异物引起的损伤或火灾的发生、自然放电、 电池组的寿命及性能低下等问题点。
最近为了解决所述问题点,提出了利用无线电力传输方式的充电系统 (以下称无线电力传输系统)和控制方法。无线电力传输方式又称非接触 (contactless)电力传输方式或无触点(no point of contact)电力传输 方式。无线电力传输系统的构成包括:无线电力传输装置,用无线电力传 输方式供应电能;无线电力接收装置,接收所述无线电力传输装置以无线 供应的电能,对电池单元进行充电。
端子供应方式中,只要充电器与终端机之间的端子连接完好,存在异 物等妨碍充电的障碍因素的可能性不大。相反,无线电力传输系统因无触 点充电的特性,充电时,无线电力接收装置和无线电力传输装置之间可能 会插进异物。无线电力传输装置和无线电力接收装置之间具有金属等异物 时,异物会使电力传输不顺畅,而且因超负荷及异物发热等原因,有可能 产生产品受损及爆炸等问题点。因此,需要无线电力传输系统中检测异物 的装置及方法。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明的技术问题是提供无线电力传输系统的异物检测装置及方法。
本发明的另一技术问题是提供初期识别阶段就能检测异物的装置及 方法。
本发明的另一技术问题是提供无线电力传输系统中以导入1次线圈的 电流为基础的异物检测装置及方法。
本发明的另一技术问题是提供无线电力传输系统中对应异物检测而 执行限制电力的动作的装置及方法。
本发明的另一技术问题是提供无线电力传输系统中具备异物检测功 能的无线电力传输装置及方法。
(解决问题的手段)
根据本发明的一样态,无线电力接收装置中检测异物的方法包括:最 初充电前,执行异物检测动作的阶段;若到开始充电为止,未检测到异物 时,利用单方向通信或双方向通信,执行异物检测动作的阶段;所述充电 中,通过异物检测动作未检测到异物时,用温度传感器检测未检测到的微 细异物而限制电力的阶段。
根据本发明的另一样态,检出异物的无线电力接收装置包括:2次芯 体,通过磁感应或磁共振,与无线电力传输装置所具备的1次芯体结合, 接收所述无线电力传输装置所传输的无线电力;整流单元,连接到所述2 次芯体,执行对所述2次芯体所生成的AC波形(waveform)的全波整流 (full-wave rectification),向控制单元与外部负荷提供电力;控制单 元,测定连接到所述外部负荷的输出端子的初期电压,所述初期电压属于 基准电压范围时,控制所述无线电力接收装置,使其进入异物检出阶段 (phase),所述控制单元在最初充电前执行异物检测动作,或到开始充 电为止,未检测到异物,利用单方向通信或双方向通信,执行异物检测动 作,或通过异物检测动作未检测到异物时,用温度传感器检测未检测到的 微细异物而限制电力。
(发明的效果)
根据本发明的无线电力传输装置,从充电开始前起,就能在任意的时 点检出异物,因此检出异物的概率会变大。并且,明确定义了各个阶段检 出异物的方法,因此异物检出的呈现变得容易。进而,无线电力传输装置 能够以与无线电力接收装置之间传输接收的信息为基础检出异物,无需所 述信息,也能自行检出异物,因此能够实现适用于多种产品互换的异物检 出。如所述检测异物时,通过中断无线电力传输或者使得使用者消除异物, 防止异物引起的机器受损。
附图说明
图1图示了根据本发明的一例的无线电力传输系统的构成要素。
图2是呈现根据本发明的一例的无线电力传输系统中执行异物检出的 方法的顺序图。
图3是根据本发明的另一例的无线电力传输系统中执行异物检出的方 法的顺序图。
图4是根据本发明的另一例的无线电力传输系统中执行异物检出的方 法的顺序图。
图5是说明根据本发明的一例的无线电力传输系统中执行异物检出的 方法的流程图。
图6是根据本发明的另一例的无线电力传输系统的动作流程图。
图7是根据本发明的另一例的无线电力传输系统的动作流程图。
图8是图示根据本发明的一例的无线电力传输装置的框图。
图9是图示根据本发明的另一例的无线电力传输装置的框图。
图10是图示根据本发明的一例的无线电力接收装置的框图。
具体实施方式
以下使用的用语"无线电力"是指,无需使用物理上的电磁导体,发送 器发送到接收器的电场、磁场、电磁场等相关的任意形态的能源。无线电 力又称电力信号(power signal),也可表示被1次线圈和2次线圈包围 (enclosed)的振荡磁通量(oscillating magnetic flux)。例如,对移动 电话、无绳(codeless)电话、iPod、MP3播放器、头戴式耳机等设备进 行无线充电时所需的系统的电力变换。通常,无线能源传输的基本原理包 括磁感应耦合方式或使用30MHz以下频率的磁共振耦合(即共振诱导)方式。 但是,也可利用比较高的放射等级,例如,允许不到135kHz(LF)或在 13.56MHz(HF)的许可-免除动作的频率等多种频率。
图1图示了根据本发明的一例的无线电力传输系统的构成要素。
参照图1,无线电力传输系统100包括:无线电力传输装置110和一 个无线电力接收装置150-1或n个无线电力接收装置150-1、...、150-n。
无线电力传输装置110包括1次芯体(primary core block)。1次芯 体可包括核心(core)及一个或一个以上的1次线圈(primary coil)。无 线电力传输装置110可具有任意适合的形态,但一个优选形态是具有电力 传输表面的平坦的平台,该平台上或其附近可设置无线电力接收装置 150-1、...、150-n。
无线电力接收装置150-1、...、150-n可与无线电力传输装置110分 离,各个无线电力接收装置150-1、...、150-n具备2次芯体(secondary  core block),位于无线电力传输装置110的附近时,与无线电力传输装 置110的1次芯体所产生的电磁场结合。2次芯体可包括一个或一个以上 的2次线圈(secondary coil)。
无线电力传输装置110无需直接的电气接触,向无线电力接收装置 150-1、...、150-n传输电力。这时,称1次芯体和2次芯体互相磁感应 耦合或共振诱导耦合。1次线圈或2次线圈可具有任意的适合形态,例如, 缠绕铁素体或非晶质金属等高透磁率的形成物的铜线。
无线电力接收装置150-1、...、150-n一般连接到外部负荷(未图示, 这里称无线电力接收装置的实际负荷),向外部负荷供应从无线电力传输 装置110无线接收的电力。例如,无线电力接收装置150-1、...、150-n 可分别通过便携式电器、电子设备、可再充电电池单元、电池等消耗或储 存电力的物体搬运。
图2是呈现根据本发明的一例的无线电力传输系统中执行异物检出的 方法的顺序图。
参照图2,无线电力传输装置或无线电力接收装置在最初充电前,执 行异物检测动作(S200)。作为一例,最初充电前的异物检测动作执行以图 5中公布的实施例为基础执行。
无线电力传输装置或无线电力接收装置在最初充电前,判断是否检测 到异物(S205)。若检测到异物,无线电力传输装置或无线电力接收装置执 行对应异物检测的电力限制动作(S225)。
若最初充电前未检测到异物,无线电力传输装置或无线电力接收装置 在充电开始后,执行异物检测动作(S210)。
作为一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可通过 执行单方向通信检测异物。作为一例,充电中利用单方向通信的异物检测 动作以图6中公开的实施例为基础执行。
作为另一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可通 过执行双方向通信检测异物。作为一例,充电中利用双方向通信的异物检 测动作以图7中公开的实施例为基础执行。
又作为另一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可 通过同时执行或单独执行单方向和双方向通信,检测异物。
无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中判断是否检测到异 物(S215)。若充电中检测到异物,如所述阶段S225,无线电力传输装置 或无线电力接收装置执行对应异物检测的电力限制动作。
若充电中未检测到异物,因未检测到的微细异物,电力传输可能会产 生问题,因此无线电力传输装置或无线电力接收装置以温度传感器(或热 敏电阻)为基准,限制电力(例如,切断电力)(S220)。所述温度传感器可 粘贴在无线电力传输装置或无线电力接收装置。
或者,所述阶段S225中,执行对应异物检测的电力限制动作以后, 也会因未检测到异物,电力传输会产生问题,无线电力传输装置或无线电 力接收装置以温度传感器(或热敏电阻)为基准,限制电力。
图3是根据本发明的另一例的无线电力传输系统中执行异物检出的方 法的顺序图。
参照图3,无线电力传输装置或无线电力接收装置在最初充电前,执 行异物检测动作(S300)。作为一例,最初充电前的异物检测动作以图5中 公开的实施例为基础而执行。
无线电力传输装置或无线电力接收装置在最初充电前,判断是否检测 到异物(S305)。若最初充电前检测到异物,无线电力传输装置或无线电力 接收装置执行对应异物检测的电力限制动作(S315)。
若最初充电前未检测到异物,因未检测到的微细异物,电力传输可能 会产生问题,因此无线电力传输装置或无线电力接收装置以温度传感器 (或热敏电阻)为基准,限制电力(例如,切断电力)(S310)。所述温度传感 器可粘贴在无线电力传输装置或无线电力接收装置。
或者,在所述阶段S315中,执行对应异物检测的电力限制动作以后, 也会因未检测到异物,电力传输会产生问题,无线电力传输装置或无线电 力接收装置以温度传感器(或热敏电阻)为基准,限制电力。
图4是根据本发明的另一例的无线电力传输系统中执行异物检出的方 法的顺序图。
参照图4,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电开始后,执 行充电中的异物检测动作(S400)。
作为一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可通过 执行单方向通信检测异物。作为一例,充电中利用单方向通信的异物检测 动作以图6中公开的实施例为基础执行。
作为另一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可通 过执行双方向通信检测异物。作为一例,充电中利用双方向通信的异物检 测动作以图7中公开的实施例为基础执行。
又作为另一例,无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中,可 通过同时执行或单独执行单方向和双方向通信,检测异物。
无线电力传输装置或无线电力接收装置在充电中判断是否检测到异 物(S405)。若充电中检测到异物,无线电力传输装置或无线电力接收装 置执行对应异物检测的电力限制动作(S415)。
若充电中未检测到异物,因未检测到的微细异物,电力传输可能会产 生问题,因此无线电力传输装置或无线电力接收装置以温度传感器(或热 敏电阻)为基准,限制电力(例如,切断电力)(S410)。所述温度传感器可 粘贴在无线电力传输装置或无线电力接收装置。
或者,所述阶段S415中,执行对应异物检测的电力限制动作以后, 也会因未检测到异物,电力传输会产生问题,无线电力传输装置或无线电 力接收装置以温度传感器(或热敏电阻)为基准,限制电力。
下面分成最初充电前和充电后(例,利用单方向通信或双方向通信), 说明根据本发明检测异物的动作。
<1.最初充电前的异物检测动作>
图5是说明根据本发明的一例的无线电力传输系统中执行异物检出的 方法的流程图。相当于所述图2阶段S200或所述图3的阶段S300。
参照图5,PING阶段,无线电力传输装置执行数字PING,这时无线电 力传输装置施加动作点的电力信号到无线电力接收装置(S500)。
接收PING阶段的电力信号,无线电力接收装置生成指示所述电力信 号的接收强度的信号强度数据包,传输到无线电力传输装置(S505)。并且, 无线电力接收装置生成指示无线电力接收装置的固有ID的识别数据包和 无线电力接收装置的构成信息,把识别数据包和构成信息传输到无线电力 传输装置(S510).
无线电力接收装置测定接收电力(S515)。由此,进入设定初期电压Vi 的阶段。
无线电力接收装置判断是否发生过电压电力(over voltage power: OVP)、过电流电力(over current power:OCP)、完全充电(full charge) 等结束事由(S520)。若发生OVP、OCP、完全充电以及其他充电结束事由, 无线电力接收装置结束充电(S525)。若未发生结束事由,无线电力接收装 置判断是否处于由无线电力传输装置接收无线电力的状态,即是否是充电 中(S530)。
阶段S530中,若是充电中,无线电力接收装置比较需求电力和接收 电力,以其结果为基础,生成电力控制数据包,传输到无线电力传输装置 (S535)。阶段S535中,若不是充电中,无线电力接收装置判断初期电压 V i 是否处于保持状态(S540)。若初期电压V i 的正常状态的值属于基准电压 范围(例如7.0V~10.5V)内,无线电力接收装置完成初期设定。因此,初 期电压V i 处于保持状态,无线电力接收装置进入异物检出阶段。
若不是V i 保持状态,与充电中的情况相同,无线电力接收装置生成电 力控制数据包,传输到无线电力传输装置(S535)。若处于V i 保持状态,无 线电力接收装置进入异物检出阶段。这里,无线电力接收装置生成异物状 态数据包,传输到无线电力传输装置(S545)。
根据本发明的异物状态数据包包括:前同步码(preamble)、标头 (header)、信息及校验和(checksum)等。前同步码最小11比特,最大25 比特,所有比特值可设定为0。前同步码是为了正确检测无线电力传输装 置异物状态数据包标头的起始比特,同步接收的数据而使用。
标头指示数据包的类型,可由8比特构成。作为一例,异物状态数据 包的标头的值为‘0x00’。这时,信息的值可设定为0,即设定为‘0x00’。 作为另一例,异物状态数据包的标头的值与充电状态数据包(charge  status packet)的标头值相同,为‘0x05’。但是,通过充电状态数据包 的1字节信息的值被设定为‘0x00’,指示为异物状态数据包。即,异物 状态数据包包括在充电状态数据包里。
无线电力传输装置以接收的数据包的标头或信息的值为基础,确认接 收的数据包是否是异物状态数据包。并且,判定为接收到异物状态数据包, 无线电力传输装置执行异物检出(S550)。确认异物状态数据包的动作及异 物检出通过无线电力传输装置的控制单元执行。
<2.充电中异物检测>
<2-1.充电中利用单方向通信的异物检测>
图6是根据本发明的另一例的无线电力传输系统的动作流程图。相当 于所述图2的阶段S210或所述图4的阶段S400。
参照图6,无线电力传输装置探索无线电力接收装置(S600)。这时, 无线电力传输装置处于充电待机状态,直到检测出无线电力接收装置。
若检测的物体为无线电力接收装置,无线电力传输装置进入充电模式, 向无线电力接收装置传输无线电力(S605)。充电模式中,无线电力传输装 置向1次线圈施加电力,产生诱导磁场或共振。
无线电力传输装置测定1次线圈中流通的电流,无线电力传输装置从 1次线圈流通的电流获得电流测定值(S610)。无线电力传输装置测定的电 流可以是交流电流。所述电流测定值可以变换成适合无线电力传输装置内 的控制单元识别的DC数值。即,无线电力传输装置测定1次线圈流通的 相对较高的交流电流,把所述测定的高电流映射成适合控制单元解析的数 值即电流测定值,如表1。
无线电力传输装置使用基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、基准AC信 号、异物检测时期t等参数的任意一个或两个以上的组合,进行异物检测 (S615)。而且,基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、基准AC信号、异物检 测时期t等参数为初期设定值,事先保存在无线电力传输装置。
无线电力传输装置未检测到异物时,持续向无线电力接收装置传输电 力(S620)。而且无线电力传输装置根据系统或标准,在事先设定的时点t, 重新获得1次线圈的电流测定值(S610),以此为基础,试图检测异物(S615)。
相反,无线电力传输装置若检测到异物,切断向无线电力接收装置传 输的无线电力(S625)。
<2-2.充电中利用双方向通信的异物检测动作>
图7是根据本发明的另一例的无线电力传输系统的动作流程图。相当 于所述图2的阶段S210或所述图4的阶段S400。
作为一例,执行双方向通信是指,若无线电力传输装置向无线电力 接收装置传输电力,无线电力接收装置把接收电力(received power)值 告知无线电力传输装置,电力损失(power loss)为规定基准值以上时, 判断为FOD。例如,执行双方向通信是指,无线电力传输装置向无线电力 接收装置传输7至10W的电力,无线电力接收装置接收到5W的电力时, 把接收电力值‘5W’告知无线电力传输装置,因电力损失为2W以上,比 规定的基准值1W大,因此无线电力传输装置或无线电力接收装置判断为 FOD。由此,电力传输阶段能检出FOD。
若参照图7具体说明双方向通信,无线电力传输装置探索无线电力接 收装置(S700)。这时,无线电力传输装置处于充电待机状态,直到检测出 无线电力接收装置。
若检测的物体为无线电力接收装置,无线电力传输装置进入充电模式, 向无线电力接收装置传输无线电力(S705)。充电模式中,无线电力传输装 置向1次线圈施加电力,产生诱导磁场或共振。
无线电力传输装置把指示测定的传输电力的传输电力测定报告传输 到无线电力接收装置(S710)。作为一例,无线电力传输装置通过FSK信 号,把传输电力测定报告传输到无线电力接收装置。这里,FSK信号是指, 利用FSK方式传输的信号。
所述FSK信号可包括单纯的电力量(例如,传输电力量)。这时,无线 电力传输装置以一定周期传输所述FSK信号。因为,无线电力接收装置可 能不知道所述FSK信号的传输时点。所述的一定周期是一定个数的数据信 号被传输的区间(例如,ASK信号一定)。
作为一例,所述传输电力量是无线电力传输装置测定的主线圈中因AC 电流信号而生成的电力的值。
所述FSK信号是指,对变换接收装置所要求的1个固定的电力频率(f 0 , 例如145kHz)的一定范围的可变频率(例如,140或140.3Khz),进行转换 (switching)或选择(select),传输0值和1值的信号。作为另一例,是 指利用位相传输包括0值和1值的数据信号的信号。
无线电力传输装置根据AC电流信号测定主线圈生成的电力,构成指 示测定的生成电力的传输电力测定报告,传输到无线电力接收装置。因此, 可实现双方向通信,即通过无线电力传输装置向无线电力接收装置的路径, 传输控制信息(例如,用FSK信号传输控制信息),或通过无线电力接收装 置向无线电力传输装置的路径,传输控制信息。
无线电力传输装置利用变频器,执行PWM,产生无线电力接收装置的 所需电力(或需求电力)所允许的频率。
无线电力接收装置的所需电力产生占空比(duty cycle)或电压,占空 比或电压的值为无线电力传输装置的电力值。即,无线电力传输装置的电 力呈现为施加到变频器的电压、负载设定及频率。
无线电力传输装置传输电力的阶段中,把设定的值(例如,电压、负 载、频率)通过FSK方式,向无线电力接收装置传输“传输电力值”。
这时,无线电力接收装置停止现有数据信号(例如,ASK信号)的接收, 接收FSK的信号。作为一例,FSK信号的接收动作包括FSK信号的解调 (demodulation)动作。
所述FSK信号以一定周期(750)传输。例如,所述一定周期(750)是规 定的时间(例如,3秒、5秒)或规定个数的数据信号(例如,ASK信号)的 传输区间。
所述FSK信号与无线电力可同时传输。即,S705及S710可同时执行。
然后,无线电力接收装置以传输电力测定报告为基础,检测异物 (S715)。例如,演算无线电力接收装置测定的接收电力值和生成电力测定 报告的FSK信号,若其差值为规定的基准值以上,判断为FOD。作为另一 例,无线电力接收装置在‘接收电力-传输电力’为规定的基准值以上时, 判断为FOD。
作为一例,所述测定的接收电力值是指示根据接收电力测定报告指示 的电力与所需电力之间的差相比临界值大、相同还是小的信息。例如,据 接收电力测定报告指示的电力与所需电力质检的差大于临界值时,设定为 ‘接收电力测定结果=1',根据接收电力测定报告指示的电力和所需电力 间的差比临界值小或相同时,设定为‘接收电力测定结果=0’。相反,根 据接收电力测定报告指示的电力和所需电力间的差比临界值大或相同时, 设定为‘接收电力测定结果=1',根据接收电力测定报告指示的电力和所 需电力间的差比临界值小时,设定为‘接收电力测定结果=0’。例如,临 界值为1W,如所述例子,根据接收电力测定报告指示的电力为12W,所需 电力为10W时,其差值为2W,这比临界值1W大。这时,接收电力测定结 果为1。据接收电力测定报告指示的电力与所需电力质检的差大于临界值 时,表示检测到异物。因此,无线电力传输装置40把这个识别成异物检 测宣言。
无线电力接收装置向无线电力传输装置传输包括异物检测结果的ASK 信号(S720)。
所述ASK信号可包括电力控制用信号、FOD检出信号、紧急(emergency) 信号或缓冲信号等。
并且,所述ASK信号可包括无线电力接收装置的所需电力信息。所需 电力信息是指无线电力传输装置以磁感应方式为基础而要求生成无线电 力的信息,是无线电力传输装置确认所需电力信息,诱导所需电力信息所 指示的电力而产生控制信号的信息。例如,所需电力信息指示10W时,无 线电力传输装置为传输10W而产生控制信号。
所述ASK信号通过控制误差数据包(control error packet)、整流数 据包(rectified packet)或充电状态(charger state)等形式传输。
然后,无线电力传输装置以接收的ASK信号为基础,传输无线电力 (S725)。
数据信号(例如,ASK信号或FSK信号)不能同时传输和接收,因此顺 次执行传输或接收。相反,通过诱导频率持续产生电力,因此可同时传输 电力信号和数据信号。进而,与ASK信号及FSK信号传输及接收的时点无 关,无线电力可同时或随时传输。
根据所述阶段S720及阶段S725,可多次传输及接收ASK信号和无线 电力。
阶段S710经过一定周期750后,无线电力传输装置把指示测定的传 输电力的传输电力测定报告传输到无线电力接收装置(S730)。作为一例, 无线电力传输装置通过FSK信号把传输电力测定报告传输到无线电力接收 装置。所述一定周期750是规定的时间(例如,3秒5秒)或规定个数的数 据信号(例如,ASK信号)的传输区间。
另外,若判断为无线电力接收装置中检测到异物,无线电力传输装置 可执行对异物检出的措施(未图示)。例如,无线电力传输装置可进入主 线圈的驱动减少或中断的切断模式。由此,能够防止附生负荷的发热,还 能限制或中断效率低的诱导电力的供应
图8是图示根据本发明的一例的无线电力传输装置的框图。参照图8, 无线电力传输装置800包括:1次线圈810、电子驱动单元820,控制单元 830及电流测定单元840。
电子驱动单元820连接到1次线圈810,为了产生电磁场,向1次线 圈810施加电子驱动信号,例如AC信号。
控制单元830连接到电子驱动单元820,生成控制信号831,控制1 次线圈810产生诱导磁场或引发磁共振所需的AC信号,并把所述控制信 号831输入驱动单元820。
控制单元830控制无线电力传输装置800的PING(ping)阶段(phase)、 ID识别及配置阶段、异物检出阶段及电力传输阶段的动作。并且,控制单 元830生成各阶段所需的数据包传输到无线电力接收装置或从无线电力接 收装置接收数据包。
这里,PING阶段可定义为试图发现能够接收无线电力的物体的阶段。 PING阶段中,控制单元830执行数字PING(digital ping),控制单元830 向电子驱动单元820施加控制信号831,使1次线圈传输动作点的电力信 号(power signal at an operating point)。并且,若在特定的时间范围 (time window)内,接收到来自无线电力接收装置的正常的(correct)信 号强度数据包(signal strength packet),控制单元830把无线电力传输 装置800的状态迁移到ID识别及配置阶段。
并且,ID识别及构成阶段中,控制单元830识别无线电力接收装置, 收集无线电力接收装置的构成信息(configuration information,配置信 息)。这时,控制单元830从无线电力接收装置接收识别数据包 (dentification packet),或接收识别数据包和构成信息。
并且,在异物检出阶段中,控制单元830执行异物检出(foreign  object detection:FOD),若未检测到异物,把无线电力传输装置800迁 移到电力传输阶段,通过向电子驱动单元820施加控制信号831,传输无 线电力。相反,若检测到异物,控制单元830中断施加控制信号831,进 入应急模式(emergency mode)。据此,在无线电力传输装置800正式向无 线电力接收装置传输无线电力的电力传输阶段之前,执行了异物检出。即, 无线电力传输装置800和无线电力接收装置完成相互识别(或辨认)之后, 执行异物检出,因此能够提前防止因传输无线电力的途中执行异物检出而 引起的危险。
本实施例另行区分了异物检出阶段和电力传输阶段,但也可合并所述 2阶段,进行统一控制。或者异物检出阶段可归属到电力传输阶段,以一 个程序进行控制。下面的说明中视异物检出阶段具有独立地位。
电流测定单元840从1次线圈810的电流获得电流测定值I measured ,输 入到控制单元830。所述电流测定值I measured 是变换成适合控制单元830识 别的DC数值。即,电流测定单元840测定1次线圈810的相对高的交流 电流,把所述测定的高电流映射(mapping)为适合控制单元830解析的数 值即电流测定值I measured ,把所述电流测定值I measured 输入控制单元830。
下面,具体公开无线电力传输装置800的各构成要素为检测异物 (foreign object)而具体执行怎样的动作。
控制单元830向电子驱动单元820施加相当于基准AC信号的控制信 号831,电子驱动单元820向1次线圈810施加所述基准AC信号。这里, 基准AC信号是,无异物的环境下,即没有无线电力的施加障碍要素的环 境下,使无线电力的传输效率处于正常范围的(或能满足接收装置的所需 电力水准的)AC信号,可以是通过试验获得的值。向1次线圈810施加基 准AC信号后,1次线圈810中流通着基准电流I ref ,这时传输无线电力W ref
但是,若无线电力传输装置800与无线电力接收装置之间出现异物, 无线电力接收装置只接收除异物所消耗的电力W FO 以外的剩余电力W ref -W FO 。 在无线电力接收装置的角度,未接收W F0 ,需要更多的电力而向无线电力传 输装置200传输电力上升需求信息。电力上升需求信息可称控制误差 (control error)数据包。与此相反,若无线电力接收装置接收所需电力 以上的电力,可向无线电力传输装置800传输电力下降需求信息。
无线电力接收装置可向无线电力传输装置800持续传输电力上升需求 信息或电力下降需求信息,直到满足所需电力。例如,接收电力上升需求 信息的无线电力传输装置800作为对此的应答,上升1次线圈810的电流 大小,传输更高的电力。更具体地说,为了1次线圈810中流通更大的电 流,控制单元830可调整控制信号831,向1次线圈810施加比基准AC 信号更大的AC信号。这种一系列过程统称为电力控制(power control)。
电力控制的结果,可能会发生1次线圈810的电流测定值I measured 比一 定区间变大的状态。为了传输所需电力,1次线圈810中流通着比基准电 流I ref 更大的电流I measured ,意味着无线电力传输效率的降低,与此同时, 除无线电力接收装置以外,由于异物持续消耗着一定的电力。因此1次线 圈810中流通相对过多的电流时,控制单元830断定为存在异物。即,控 制单元830以电流测定值I measured 为基础,检测出无线电力传输的障碍因素, 例如金属等异物。
控制单元830为了检测异物,在基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、 基准AC信号、异物检测时期t等参数中使用任意一个或两个以上的组合。 而且,基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、基准AC信号、异物检测时期t 等参数为初期设定值,可保存在控制单元830。基准电流I ref ,基准电流 I ref 、基准范围I low ~I high 可称为基准值(reference value)。
作为一例,控制单元830比较电流测定值I measured 与基准电流I ref 。而 且,若电流测定值I measured 超过基准电流I ref (即,I measured >I ref ),判断为检 测到异物。相反,若所述电流测定值I measured 不超过基准电流I ref (即,I measured ≤I ref ),判断为无异物。这里,基准电流I ref 根据无线电力接收装置的额 定电力W,定义如下,举例来说:
【表1】
参照表1,无线电力接收装置Rx的额定电力W为2.5W,3W,4W,5W 时,无线电力传输装置Tx的1次芯体中流通的AC电流试验上分别为 0.998A、1.328A、1.664A、1.925A。而且,1次芯体所允许的基准电流, 即I ref 的大小分别为1.05A、1.5A、1.85A、2.05A。
作为另一例,控制单元830检测所述电流测定值I measured 是否属于基准 范围I low ~I high 。而且,若电流测定值I measured 属于基准范围(即,I low ≤I measured ≤I high ),判断为无异物。相反,若电流测定值I measured 不属于基准范围(即, I measured >I high 或I measured <I low ),判断为检测到异物。
控制单元830根据系统或标准,在事先规定的时点t,试图检测异物。
作为一例,控制单元830试图检测异物的时点t可以是每个电力控制 时点之后。例如,无线电力传输装置800从无线电力接收装置接收电力上 升需求信息或电力下降需求信息,上升或下降AC信号后,利用1次线圈 810中流通的电流测定值,试图检测异物。
作为另一例,控制单元830试图检测异物的时点t可以是事先规定的 特定检测周期(detection period)。例如,检测周期至少短于异物发热到 一定温度以上所需的时间。因为,若异物发热的时间变长,可能会导致火 灾及身体烧伤等严重的安全问题。而且,检测周期最好设定为通过实验验 证稳定性的值,以此能够防止无线充电中异物引起的发热等充电中可能会 发生的多种危险。
检测到异物时,控制单元830为了不向1次线圈810施加AC信号, 控制电子驱动单元820,切断无线电力的传输。
图9是图示根据本发明的另一例的无线电力传输装置的框图。
参照图9,无线电力传输装置900包括:1次芯体910,包括m个1 次线圈910-1、...910-m;转换单元920;电子驱动单元930;控制单元 940及电流测定单元950。
转换单元920通过转换方式,选择m个1次线圈910-1、...910-m的 全部或至少一个,连接到电子驱动单元930。
电子驱动单元930可通过转换单元920,与m个1次线圈 910-1、...910-m连接,为了产生电磁场,向n个1次线圈910-1、...910-n 同时或n个1次线圈910-1、...910-n中选择至少一个1次线圈,施加电 子驱动信号。
控制单元940连接到电子驱动单元930,生成控制信号941,控制n 个1次线圈910-1、...910-n产生诱导磁场或引发共振时所需的AC信号。
电流测定单元950通过分别计算或合并计算,测定m个1次线圈 910-1、...910-m中流通的电流。尤其,电流测定单元940测定的电流可 以是交流电流。电流测定单元940可以是电流传感器(current sensor)。 或者电流测定单元940可以是把1次线圈的高电流降低为低电流使用的变 压器(transformer)。
作为一例,电流测定单元950从m个1次线圈910-1、...910-m中只 选择电流流通的1次线圈,分别测定被选的1次线圈中流通的电流,获得 多数个别的电流测定值I 1 、I 2 、...I m 并输入到控制单元940。电流测定值 I 1 、I 2 、...I m 可以变换成适合控制单元940识别的DC数值。即,电流测 定单元950测定1次线圈910-1、...、910-m中流通的相对较高的交流电 流,把所述测定的高电流映射(mapping)成适合控制单元940解析的数值 即电流测定值I 1 、I 2 、...I m ,如表1,把所述电流测定值I 1 、I 2 、...I m 输 入到控制单元940。
作为另一例,电流测定单元950在m个1次线圈910-1、...910-m中 选择电流流通的1次线圈,测定被选的1次线圈整体中流通的电流,把一 个整体电流测定值I SELECTED 输入到控制单元940。
又作为另一例,电流测定单元950测定全部m个1次线圈 910-1、...910-m流通的总电流,把一个总的电流测定值I TOTAL 输入到控制 单元940。
控制单元940为了检测异物,可使用基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、 基准AC信号、异物检测时期t等参数中的任意一个或2个以上的组合。 而且,基准电流I ref 、基准范围I low ~I high 、基准AC信号、异物检测时期t 等参数为初期设定值,保存在控制单元940。
作为一例,控制单元940分别比较电流测定值I 1 、I 2 、...I m 和基准电 流I ref 。而且,若电流测定值I 1 、I 2 、...I m 中至少一个超过基准电流I ref (即, I 1 或I 2 或...I m >I ref ),判断为检测到异物。相反,若所述电流测定值 I 1 、I 2 、...I m 都不超过基准电流I ref (即,I 1 和I 2 和...I m ≤I ref ),判断 为无异物。
作为另一例,控制单元930检查所述电流测定值I 1 、I 2 、...I m 是否属 于基准范围I low ~I high 。而且,若电流测定值I 1 、I 2 、...I m 中至少一个属于 基准范围(即,I low ≤I 1 或I 2 或...I m ≤I high ),判断为无异物。相反,电 流测定值I 1 、I 2 、...I m 都不属于基准范围(即,I 1 和I 2 和...I m >I high , 或I 1 和I 2 和...I m <I low ),判断为检测到异物。
又作为另一例,控制单元940比较电流测定值I SELECTED 与基准电流I ref 。 而且,若电流测定值I SELECTED 超过基准电流I ref (即,I SELECTED >I ref ),判断为检 测到异物。相反,若所述电流测定值I SELECTED 不超过基准电流I ref (即, I SELECTED ≤I ref ),判断为无异物。
又作为另一例,控制单元940检查所述电流测定值I SELECTED 是否属于基 准范围I low ~I high 。若电流测定值I SELECTED 属于基准范围(即,I low ≤I SELECTED ≤I high ), 判断为无异物。相反,电流测定值I SELECTED 不属于基准范围(即,I SELECTED >I high 或I SELECTED <I low ),判断为检测到异物。
又作为另一例,控制单元940比较电流测定值I TOTAL 与基准电流I ref 。 若电流测定值I TOTAL 超过基准电流I ref (即,I TOTAL >I ref ),判断为检测到异物。 相反,所述电流测定值I TOTAL 不超过基准电流I ref (即,I TOTAL ≤I ref ),判断 为无异物。
又作为另一例,控制单元940检查所述电流测定值I TOTAL 是否属于基准 范围I low ~I high 。若电流测定值I TOTAL 属于基准范围(即,I low ≤I TOTAL ≤I high ), 判断为无异物。相反,电流测定值I TOTAL 不属于基准范围(即,I TOTAL >I high 或 I TOTAL <I low ),判断为检测到异物。
控制单元940可根据系统或标准,在事先规定的时点t,试图检测异 物。
作为一例,控制单元940试图检测异物的时点t可以是每个电力控制 时点之后。例如,无线电力传输装置900从无线电力接收装置接收电力上 升需求信息或电力下降需求信息,上升或下降AC信号之后,利用1次芯 体910中流通的电流测定值,试图检测异物。
作为另一例,控制单元940试图检测异物的时点t可以是事先定好的 一定的检测周期(detection period)。例如,检测周期至少短于异物发热 到一定温度以上所需的时间。因为,若异物发热的时间变长,可能会导致 火灾及身体烧伤等严重的安全问题。而且,检测周期最好设定为通过实验 验证稳定性的值,以此能够防止无线充电中异物引起的发热等充电中可能 会发生的多种危险。
检测到异物时,控制单元940为了不向1次芯体910施加AC信号, 控制电子驱动单元930,切断无线电力的传输。
图1的无线电力传输装置110可以是图8的无线电力传输装置800, 也可以是图9的无线电力传输装置900。
根据本发明,为了检测异物,无线电力接收装置无需根据约定的信息 传达标准向无线电力传输装置传输特定的信息,因此能够减少信令开销 (signaling overhead)。
异物发热前,通过最小限度的迟延检测异物是非常重要的技术问题。 因为异物在性质上容易发热时,异物检测引起的迟延时间过长时,能够导 致严重的问题。但是,根据本发明,无线电力传输装置能够自行检测异物, 因此不会产生异物检测引起的迟延(delay),例如无线电力接收装置生成 特定信息的时间、向无线电力传输装置传输所述特定信息的时间、无线电 力传输装置解码所述特定信息并解析的时间等都变得不必要。
进而,即使无线电力接收装置是无法传输所述特定信息的较低版本的 型号,根据本发明的无线电力传输系统也能对所述型号提供互换性。
图10是图示根据本发明的一例的无线电力接收装置的框图。
参照图10,无线电力接收装置1000包括:2次线圈1010、整流单元 1020及控制单元1030。
整流单元1020提供对2次线圈1010所生成的AC波形(waveform)的 全波整流(full-wave rectification)。例如,整流单元1020可使用全桥 型的4个二极管。并且,整流单元1020可向控制单元1030和外部负荷1040 提供电力。
控制单元1030接收整流单元1020供应的电力,执行各阶段的数据包 生成和传输、无线电力传输控制等动作。作为一例,传输数据包可使用负 载调制(load modulation)的方法。这时,通过2次线圈1010传输数据包, 使用与无线电力传输所需的频率带宽相同的频率带宽。作为另一例,传输 数据包使用与无线电力传输所需的频率带宽不同的频率带宽,通过 RFID(radio frequency identification)、蓝牙(bluetooth)或NFC(near  field communication)等方法传输数据包。
ID识别及配置阶段中,控制单元1030生成指示无线电力接收装置 1000的固有ID的识别数据包和无线电力接收装置1000的构成信息,向无 线电力传输装置传输识别数据包和构成信息。
并且,控制单元1030可测定连接到外部负荷的输出端子的初期电压 V i 。初期电压V i 是完成ID识别及配置阶段后,接收无线电力的电力传输 阶段之前,控制单元1030测定的电压。或者,初期电压V i 也可定义为无 线充电开始之前,等待状态下的输出端子的电压。
若初期电压V i 的正常状态的值,属于基准电压范围(例如,7.0V~10.5V) 内,控制单元1030进入异物检出阶段,生成用于异物检出的异物状态数 据包(foreign object status packet),传输到无线电力传输装置。异物 状态数据包用于无线电力传输装置中异物检出的开始(initiate)或触发 (trigger)。
电力传输阶段中,控制单元1030测定通过2次线圈1010所接收的电 力,生成电力控制数据包,传输到无线电力传输装置。即,控制单元1030 可利用无线电力传输控制所需的数据包,接收所需电力。
上述的所有功能可根据处理器执行,如依据编程软件或程序代码等的 微处理器、控制器、微控制器、ASIC(Application Specific Integrated  Circuit)等处理器。所述代码的设计、开发及体现以本发明的说明为基础, 本领域从业者是可自行理解的。
以上参照实施例说明了本发明,但本发明所属技术领域具有一般知识 的人能够理解到,在不脱离本发明技术思想和领域的范围内,可对本发明 进行多种修改、变更等。因此,本发明并不限定于所述实施例,本发明包 括属于专利权利要求范围内的所有实施例。