具有无源无线功率接收器检测的无线功率发射器
相关申请的交叉引用
1.本专利申请要求于2021年4月30日提交的美国临时申请第63/182,146号的权益，该美国临时申请通过引用其整体并入本文。
技术领域
2.本发明总体上涉及一种用于为消费电子设备中的电池进行充电的无线功率传输系统，具体地涉及被配置成用于无源地(passively)检测具有围绕其接收线圈的磁体阵列的无线功率接收器的接近(proximity)。
背景技术：3.无线功率发射器，诸如用于为具有相对应的无线功率接收器的消费电子设备中的电池进行充电的那些无线功率发射器，通常在尝试建立充电会话之前使用对象检测系统来确定接收器是否在附近，以避免在不使用时浪费地发射射频电磁能量和发射功率。这可以通过以下操作来实现：在短持续时间内周期性地给发射器中的一个或多个源线圈通电以感测附近是否存在接收器。源线圈上负载的变化可以指示接收器的存在。替代地，可以采用使用有源(active)电极通过电容变化来检测接触表面的对象的存在的电容式接触感测。测试脉冲感测和电容式接触感测两者需要给线圈或传感器通电，这两者都会产生显著的电磁能量发射，并且增加发射器的静态电流消耗。
技术实现要素：4.根据一个方面，无线功率传输系统包括无线功率接收器和无线功率发射器。无线功率接收器包括至少一个永磁体，并且无线功率发射器包括磁传感器，该磁传感器被配置成用于检测该至少一个永磁体的接近。
5.根据另一个方面，一种检测无线功率接收器与无线功率发射器的接近性的方法包括：将无线功率接收器放置在无线功率发射器附近，其中无线功率接收器包括至少一个永磁体。该方法进一步包括：经由至少一个永磁体相对于源线圈的移动来在无线功率发射器中的源线圈上感应出电压或电流，以及经由与源线圈电通信的电子控制器来检测该电压或电流。
6.根据另一个方面，无线功率传输系统包括无线功率接收器和无线功率发射器。所述无线功率接收器包括至少一个永磁体。无线功率发射器包括源线圈和电子控制器，其中电子控制器监测源线圈感应出的电压/电流，以检测无线功率接收器的接近。响应于检测到的无线功率接收器的接近，电子控制器启用向源线圈的功率供应，以发起在无线功率发射器和无线功率接收器之间的无线充电。
附图说明
7.现在将通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：
8.图1是根据一些实施例的无线功率传输系统的示意性横截面图；以及
9.图2是根据一些实施例的由无线功率传输系统的接收器中的磁体感应出的、无线功率传输系统的发射器中的线圈中的电流的图。
具体实施方式
10.一些无线功率传输系统(诸如由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司开发的无线功率传输系统)在无线功率发射器中使用磁体阵列，该磁体阵列与无线功率接收器中的对应磁体阵列对接。发射器和接收器中的磁体具有兼容的极化，该兼容的极化使接收器与发射器适当地对齐并提供接收器对于发射器的物理保持力。这提供了接收器中的接收线圈与发射器中的源线圈之间的最佳对齐，从而允许发射器与接收器之间的最大功率传输。
11.在不采用需要发射射频电磁能量并且消耗静态电流的有源组件的情况下检测接收器与发射器的接近性的问题可以通过以下方式来解决：使用发射器中的源线圈、感测线圈或固态磁体或电场传感器来检测附近的永磁体的运动，这些附近的永磁体是接收器的一部分或附接到接收器，该接收器用于附接到发射器和/或与发射器对齐。
12.图1是无线功率传输系统的示意性横截面图，该无线功率传输系统包括无线功率接收器100和无线功率发射器104。无线功率接收器100包括接收器线圈(未示出)以及集成的附接/对齐磁体102。在一些实施例中，集成的附接/对齐磁体102是永磁体。无线功率发射器104包括磁传感器，该磁传感器被配置成用于检测集成的附接/对齐磁体102的存在。在一些实施例中，磁传感器是被配置成用于检测移动或动态磁场的存在的线圈，该移动或动态磁场是由于接收器100和位于其中的磁体102相对于位于发射器104内的线圈移动而产生的(即，当接收器100被放置在发射器104的接口表面108上时)。在其他实施例中，位于发射器104上的磁传感器被配置成用于：检测静态磁场(即，由于接收器100静态地位于发射器104的接口表面108上而产生的磁场)的存在。
13.关于利用线圈来检测由无线接收器100相对于无线发射器104的相对移动产生的移动或动态磁场的存在，有若干不同选项可用。在一些实施例中，无线功率发射器104包括源线圈106，源线圈106用作充电线圈并且用作磁传感器以检测无线功率接收器100的存在这两者。在其他实施例中，无线功率发射器104包括源线圈106和次级接近线圈(未示出)，源线圈106用于向无线功率接收器100提供无线充电功率，第二接近线圈用于检测无线功率接收器100的存在。在源线圈106既用作充电线圈又用于检测无线功率接收器100的存在的实施例中，次级接近线圈可能不是必需的，或可以用作用于检测无线功率接收器100的存在的冗余系统。
14.在源线圈106既用作充电线圈又用于检测无线功率接收器100的存在的实施例中，将具有集成的附接/对齐磁体102的无线功率接收器100放置在无线功率发射器104的接口表面108上的动作导致附接/对齐磁体102和源线圈106之间的相对移动。由附接/对齐磁体102生成的磁场穿过源线圈106的线圈的移动在源线圈106上感应出电流/电压。通过感测在源线圈106上感应出的电流/电压，可以检测到附接/对齐磁体102的存在，并且因此可以检测到无线接收器线圈100的存在。在一些实施例中，电子控制器112被配置成用于监测在源线圈106上生成的感应电流/电压。基于所监测的感应电流/电压，电子控制器112确定无线
功率接收器100是否已经被放置在无线功率发射器104的接口表面108上。响应于检测到无线功率接收器100，电子控制器112启用或发起向源线圈106的功率供应，以发起无线功率发射器104和无线功率接收器100之间的无线充电。在一些实施例中，电子控制器112通过将源线圈106的监测电压与一个或多个阈值进行比较来检测无线功率接收器100的存在-尤其是附接/对齐磁体102的存在。在一些实施例中，一个或多个阈值可以包括正阈值和负阈值。
15.在图1中所示的实施例中，源线圈106既用作针对无线功率接收器100的接近检测器，又用作将无线功率传送到无线功率接收器100的充电线圈。在其他实施例中，提供了与源线圈106相分离的接近线圈，以检测无线功率接收器100的存在。检测原理保持相同。
16.图2是由无线功率传输系统的接收器100中的磁体感应出的、无线功率传输系统的发射器104中的源线圈106中的电流的图。在时间t1处，无线功率接收器100被放置在无线功率发射器104上。无线功率接收器100相对于无线功率发射器104的移动在源线圈106中感应出可检测电流。通过将测量的电流与阈值水平进行比较，无线功率发射器104能够检测无线功率发射器104上的无线功率接收器100的放置。如图2中所示，由将无线功率接收器100放置在无线功率发射器104上而产生的感应电流包括正峰和负峰。在一些实施例中，感应出的电流与正电流阈值和负电流阈值两者进行比较，以检测无线功率接收器100的存在。在时间t2处，无线功率接收器100从无线功率发射器104移除，并且附接/对齐磁体102相对于源线圈106的移动在源线圈106中再次感应出可检测的电流。再次，感应出的电流具有正分量和负分量两者，并且因此在一些实施例中所监测的电流可以与正阈值和/或负阈值进行比较，以检测无线功率接收器100相对于无线功率发射器104的移动。在其他实施例中，可以在源线圈106中监测表示感应出的电流的感应出的电压。
17.再次参考图1，在一些实施例中，磁场传感器110可以被用于检测无线功率接收器100的存在，而不是使用源线圈106(或另一个接近线圈)来检测无线功率接收器100和无线功率发射器104之间的相对运动。在一些实施例中，磁场传感器110再次检测附接/对齐磁体102的存在，但是不检测无线功率接收器100相对于无线功率发射器104的相对运动。相反，磁场传感器110检测在无线功率接收器100已经被放置在无线功率发射器104上时由附接/对齐磁体102生成的dc磁场。.在一些实施例中，磁场传感器110是固态设备。在一些实施例中，磁场传感器110是能够检测磁场的存在的霍尔效应传感器、巨磁阻传感器或磁簧传感器。在一些实施例中，磁场传感器110耦合到电子控制器112，其中响应于磁场传感器110检测到磁场(可能由附接/对齐磁体102的存在而产生)的存在，电子控制器112启用或发起向源线圈106的功率供应，以发起在无线功率发射器104和无线功率接收器100之间的无线充电。为了也能够检测不包含永磁体的接收器的存在，还可以周期性地使用有源感应式或电容式感测方法。
18.无线功率发射器104的益处包括消除有源地(actively)感测无线功率接收器100的接近的需要，由此减少电磁传输并消除进行那些传输所需的功率消耗。无线功率发射器104利用永磁体或磁体102(永磁体或磁体102出于附接/对齐目的已经被集成到无线功率接收器100中)，并且因此不需要对接收器100进行修改或带来额外的成本。如果源线圈106被用于检测接收器100中的一个或多个磁体102，则实现成本是最小的，因为无需将额外的组件添加到发射器104以用于进行无源感测。
19.尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是
仅受所附权利要求书中所阐述的范围限制。例如，上述实施例(和/或其多个方面)可以彼此组合地使用。另外，可以做出许多修改以将特定情况或材料配置成本发明的教导，而不脱离本发明的范围。本文所描述的各种组件的尺寸、材料类型、取向以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，而仅仅是原型实施例。
20.在阅读上述描述后，在权利要求书的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求书以及此类权利要求书的等同例的完整范围来确定。
21.如本文中使用的，“一个或多个”包括由一个要素执行的功能，由多于一个要素例如以分布式方式执行的功能，由一个要素执行的若干功能，由若干要素执行的若干功能，或上述情况的任何组合。
22.将会理解，虽然在一些实例中，术语第一、第二等在本文中用于描述各种要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，第一接触件可以被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可以被称为第一接触件，而没有背离各种所描述的实施例的范围。第一接触件和第二接触件两者都是接触件，但它们并非相同的接触件。
23.在对本文中各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在是限制性的。如在对各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含相关联的所列项目中的一个或更多个的所有可能的组合。将进一步理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”当在本说明书中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其群组的存在或添加。
24.如本文中所使用的，取决于上下文，术语“如果(if)”可选地被解释为表示“当...时”或“在
…
后”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果被确定”或如果“检测到[所陈述的状况或事件]”被可选地解释为表示“在确定
…
后”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的状况或事件]后”或“响应于检测到[所陈述的状况或事件]”。
[0025]
附加地，尽管本文中可以使用法则或取向的术语，但这些要素不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有法则或取向的术语用于将一个要素与另一个要素区分开的目的，并且除非另有说明，否则不表示任何特定顺序、操作顺序、方向或取向。
技术特征：1.一种无线功率传输系统，包括：无线功率接收器，所述无线功率接收器包含至少一个永磁体；以及无线功率发射器，所述无线功率发射器包含磁传感器，所述磁传感器被配置成用于检测所述至少一个永磁体的接近。2.如权利要求1所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述磁传感器是线圈。3.如权利要求2所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述线圈是用于向所述无线功率接收器提供无线充电功率的所述无线功率发射器的源线圈。4.如权利要求2所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述无线功率发射器包括源线圈和次级接近线圈，其中所述次级接近线圈被用于检测所述至少一个永磁体的接近。5.如权利要求1所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述磁传感器是固态设备。6.如权利要求1所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述磁传感器是从霍尔效应传感器、巨磁阻传感器和磁簧传感器组成的列表中选择的。7.如权利要求1所述的无线传输系统，其特征在于，所述无线功率发射器进一步包括电子控制器，所述电子控制器与所述磁传感器进行通信，以检测所述无线功率接收器的接近。8.如权利要求7所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述无线功率发射器进一步包括源线圈，其中所述电子控制器响应于检测到的所述无线功率接收器的接近而启用向所述源线圈的功率供应，以发起在所述无线功率发射器和所述无线功率接收器之间的无线充电。9.如权利要求7所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述电子控制器监测所述源线圈的感应出的电流/电压，以检测所述无线功率接收器的接近。10.如权利要求9所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述电子控制器将所监测的电流/电压与阈值进行比较，以检测所述无线功率接收器的接近。11.一种检测无线功率接收器与无线功率发射器的接近性的方法，包括：将所述无线功率接收器放置在所述无线功率发射器附近，其中所述无线功率接收器包含至少一个永磁体；经由所述至少一个永磁体相对于所述源线圈的移动来在所述无线功率发射器中的源线圈上感应出电压或电流；并且经由与所述源线圈电通信的电子控制器来检测所述电压或电流。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电子控制器将检测到的电压或电流与阈值进行比较，以确定所述无线功率接收器的接近。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电子控制器启用向所述源线圈的功率供应，以发起在所述无线功率发射器和所述无线功率接收器之间的无线充电。14.一种无线功率传输系统，包括：无线功率接收器，所述无线功率接收器包含至少一个永磁体；以及无线功率发射器，所述无线功率发射器包含源线圈和电子控制器,其中所述电子控制器监测所述源线圈感应出的电压/电流，以检测所述无线功率接收器的接近，其中所述电子控制器响应于检测到所述无线功率接收器的接近而启用向所述源线圈的功率供应，以发起在所述无线功率发射器和所述无线功率接收器之间的无线充电。15.如权利要求14所述的无线功率传输系统，其特征在于，所述电子控制器将所监测的
电压/电流与阈值进行比较，以检测所述无线功率接收器的接近。
技术总结一种无线功率传输系统,该系统包括无线功率接收器和无线功率发射器。无线功率接收器包括至少一个永磁体，并且无线功率发射器包括磁传感器，该磁传感器被配置成用于检测该至少一个永磁体的接近。个永磁体的接近。个永磁体的接近。
技术研发人员：J
受保护的技术使用者：安波福技术有限公司
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/11/1
