CN105379061A - 用于检测感应充电器中的外来物体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的示例性实施例为用于检测在对电动车辆的电池充电中使用的感应充电器的初级线圈附近的外来物体(FO)的方法和装置。传感器阵列中的单个传感器被配置成响应于磁性地耦合由初级线圈产生的高频交变磁场而输出感测信号。禁用信号线路被配置成：当控制器根据所扫描的传感器信号确定FO存在时，禁用电源。警报器可通过微处理器启动以警告用户在初级线圈上或在初级线圈附近存在FO。以这种方式，可避免由于在初级线圈附近存在FO而可能导致的损坏。另外，通过避免对FO加热而耗能，可实现更高效的充电操作。

Description

用于检测感应充电器中的外来物体的方法和装置
发明领域
本发明整体涉及在对电动车辆电池充电中使用的电动感应充电器的主充电线圈上的外来物体的检测。
发明背景
随着电动车辆的不断普及，无线或非接触感应充电受到关注。在感应充电***中，即以高频率运转的初级线圈，产生交变磁场，该交变磁场耦合到次级线圈，次级线圈产生交变电流，该交变电流然后可被电动车辆的车载电子设备用于对其电池充电。功率经由磁耦合在较大的空隙上方从初级线圈递送到次级线圈。充电器可以高频率(通常从30kHz至140kHz)操作以使用合适尺寸的设备递送所需的功率。在正常情况下，在初级线圈和次级线圈中使用谐振电路以增强功率转移，同时最小化从电源到初级线圈所需的电压和电流。
在示例性的磁耦合结构中，初级线圈和次级线圈可具有基本上相同的尺寸。在电动车辆充电中，次级线圈可附接到电动车辆的底侧，而初级线圈可平放在车库地板上，例如，或者其可掩埋在停车场的路面下面或地面下。当电动车辆已经停止并且将其次级线圈定位在初级线圈上时，初级线圈和次级线圈占据由例如几厘米的空隙分开的基本上平行的平面。然后经由从车辆上的初级线圈到次级线圈的磁耦合横跨空隙传送电功率。
发明概述
电动车辆感应充电器的初级线圈和次级线圈之间的较大空隙允许外来物体(FO)意外落入两个线圈之间，这可对充电***和/或电动车辆造成严重的损坏。位于初级线圈和次级线圈之间的金属外来物体将暴露于磁场，导致外来物体加热和在外来物体周围的区域中的磁场减小。本发明的示例性实施例为用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法和装置。传感器阵列相邻于初级线圈设置，使得阵列覆盖初级线圈区域的至少一部分。传感器被配置成响应于磁性地耦合由初级线圈产生的高频交变磁场强度而输出感测信号。控制器耦合到每个相应的传感器行和每个相应的传感器列。控制器被配置成扫描阵列中的相应传感器的感测信号。基于所扫描的传感器信号，控制器确定阵列中是否存在输出指示存在靠近传感器的外来物体的感测信号的传感器，所述外来物体扰乱在传感器附近的高频交变磁场强度。
禁用信号线路可从控制器耦合到初级线圈的电源的控制输入端。控制器被配置成：当控制器根据所扫描的传感器信号确定外来物体存在时，经由禁用信号线路禁用电源。
以这种方式，可避免由于在初级线圈附近存在外来物体可能导致的损坏。另外，通过避免对外来物体加热而耗能，可实现更高效的充电操作。
附图说明
本发明的示例性实施例在如下简要描述的附图中描绘：
图1A示出用于检测在感应电池充电器的初级线圈附近的外来物体的装置的示例性实施例，初级线圈与安装在电动车辆上的用于对电动车辆的电池充电的次级线圈磁性地耦合。该图为沿图2A的剖面线1A-1A’的剖视图，其示出根据本发明示例性实施例的位于初级线圈上方且用于检测外来物体(FO)的存在的传感器阵列，外来物体可使磁场变形。
图1B示出在图1A中示出的装置的示例性实施例，其中由于在初级线圈上方存在外来物体FO，导致磁场变形。该图示出根据本发明示例性实施例的位于初级线圈上方的传感器阵列，其中特定的传感器位于外来物体下方，以根据其磁场变形检测外来物体(FO)的存在。
图2A示出在图1A和图1B中示出的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的位于初级线圈上方的传感器阵列中的传感器的示例性布局。
图2B示出在图2A中示出的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的用于扫描传感器阵列中的传感器并测量来自选定传感器的传感器信号的示例性控制器。
图3示出在图2A中示出的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的印刷电路板的前侧视图，所述印刷电路板具有到传感器的示例性“绞合导线”连接，以最小化由于磁场强度耦合该连接所感应出的噪声电压。
图4A示出在图2A中示出的装置的示例性实施例，其中根据本发明示例性实施例，每个传感器S(R，C)可包括包含可被替代为图2A中的每个传感器线圈S(R，C)的磁敏二极管的电路。
图4B示出在图4A中示出的装置的示例性实施例，其中根据本发明示例性实施例，每个传感器S(R，C)可包括包含磁敏二极管的电路，所述磁敏二极管具有连接至耦合于行多路复用器的行线路的阴极，和连接至耦合于列多路复用器的列线路的阳极，当传感器未被微处理器选择时，所述磁敏二极管被反向偏压以阻挡耦合到传感器信号测量单元，并且当传感器被微处理器选择时，所述磁敏二极管被正向偏压以耦合到传感器信号测量单元。
具体实施方式
图1A示出用于检测在感应电池充电器的初级线圈100附近的外来物体的装置的示例性实施例，其中感应电池充电器位于例如车库地板105上。该图示出表示由初级线圈100产生的磁场104的磁场线103，磁场104耦合安装在电动车辆上以用于对电动车辆的电池充电的次级线圈120。磁场线103平行于在初级线圈100周围的空间中的磁场104的方向。磁场线103的局部密度与磁场104的强度成正比。该图示出根据本发明示例性实施例的传感器阵列110，其包括安装在印刷电路板或能够支撑传感器111和可位于初级线圈100上方的与传感器相关联的连接器的其它合适表面112上的单独的传感器111，这些单独的传感器用于检测可导致磁场104变形的外来物体(FO)的存在。出于描述本发明的目的，词“阵列”被定义为单独的传感器111在表面112上的放置，其未必是几何图案。传感器安装表面112可基本上位于单个平面中或者不是。为了便于描述本发明，“阵列”被示出为通常认识的矩形构型。
初级线圈100可为任何合适的配置，诸如印刷线圈、多层线圈、有线线圈等，其可安装在合适的表面诸如印刷电路板102上。在另选的实施例中，印刷电路板102可省略，并且初级线圈100可结合在地板105的主体或下面的路面中或者其可胶粘至形成充电板或桨的塑料基板。
初级线圈100的相对大的区域产生图1A中所示的高频交变磁场104。初级线圈100的载流导线产生由磁场线103表示的磁场104，其在初级线圈100的导线周围形成同心圆。磁场104形成闭合回路，但该回路的路径取决于周围材料的导电特性和磁特性。图1A中所示的传感器阵列110中的传感器111的数量以及相对于初级线圈100的尺寸的传感器的尺寸仅仅是本发明的示例性实施例，并且可采用其它数量和相对尺寸。
图1B示出在图1A中示出的装置的示例性实施例，其中磁场104’为磁场104的变形形式，其由于存在位于初级线圈100上方的外来物体FO而被改变。该图示出根据本发明示例性实施例的安装在位于初级线圈100上方的印刷电路板/表面112上的传感器阵列110，该传感器阵列根据变形的磁场104’检测外来物体(FO)的存在。
在存在导电外来物体FO的情况下，诸如金属或半导体，当该外来物体暴露于来自初级线圈100的高频交变磁场104时，涡流将在外来物体FO的主体内循环。该感生涡流反抗来自初级线圈100的磁场强度104，并且产生它们自身的偶极磁场106。外来物体FO位于初级线圈100上方，致使在外来物体正下方的区域中的偶极磁场106的方向与来自初级线圈100的磁场104的方向相反。所得到的磁场104’为这两个反向磁场104、106的矢量和，在外来物体FO正下方的区域中，磁场104’的强度从磁场104的强度减小。
根据本发明的示例性实施例，位于外来物体FO正下方的图1B的传感器阵列110中的特定传感器111可通过感测在外来物体FO正下方的区域中的减小的磁场104’来检测外来物体的存在。
在高度导电的外来物体FO的情况下，由初级线圈100产生的在外来物体FO正下方的区域中的总磁场104’可近似等于零，因为由涡流产生的偶极磁场106可近似等于由初级线圈100产生的磁场104，但方向相反。图1B示出安装在位于初级线圈100上方的印刷电路板/表面112上的传感器阵列110。根据本发明的示例性实施例，传感器阵列110中的在外来物体FO正下方的特定传感器111可根据其磁场104’的变形来检测外来物体的存在。
图2A示出图1A和图1B中示出的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的位于初级线圈100上方的传感器阵列110中的传感器111的示例性布局。在下面对本发明的描述中，传感器阵列110中的传感器111被定名为矩阵符号中的S(行，列)或S(R，C)。传感器S(R，C)被布置成三行，即被标记为R1、R2和R3的行。传感器S(R，C)中的每行包括布置在被标记为C1、C2、C3和C4的相应列中的四个传感器S(R，C)。例如，位于行R2和列C3中的传感器S(R，C)被定名为S(2，3)。图2A中所示的传感器阵列110中的传感器S(R，C)的数量以及这些传感器相对于初级线圈100的尺寸的尺寸仅仅是本发明的示例性实施例，并且可以采用其它数量和相对尺寸。阵列可优选覆盖初级线圈100的表面的大部分，例如图2A中所示。
在本发明的示例性实施例中，每个相应的传感器S(R，C)行连接至行多路复用器132，并且每个相应的传感器S(R，C)列连接至列多路复用器130。多路复用器130和132连接至微处理器150及其存储器152。高频功率激励器140向初级线圈100供应例如从30kHz至140kHz的高频交变电流，以产生通过传感器阵列110的传感器S(R，C)感测的磁场104。
在本发明的示例性实施例中，传感器阵列110中的每个传感器S(R，C)可为由许多圈的细导体构成的线圈115(图2B)，例如在印刷电路板/表面112上的印刷电路线圈，或者作为柔性电路。每个传感器S(R，C)可包括小的整流二极管D以产生DC电压，该DC电压的幅值取决于其所耦合的总磁场104’的幅值。用于每个传感器S(R，C)的二极管D使得能够从行R1、R2、R3和列C1、C2、C3和C4的可选矩阵排列中的每个传感器S(R，C)提供DC传感器信号。二极管D可被布置成使得它们的阴极分别连接至行线路R1、R2、R3并且它们的阳极通过传感器S(R，CC)分别连接至列线路C1、C2、C3和C4，如图2A所示。在本发明的示例性实施例中，二极管D还可辅助将未选定的传感器S(R，C)电隔离。
在本发明的示例性实施例中，附图示出从微处理器150连接至高频功率激励器140的控制输入端的示例性警报器和/或禁用信号线路145。微处理器150可根据其在传感器阵列110中扫描的传感器信号的测量值，确定存在指示外来物体FO的存在的所测量的传感器信号的局部变化。微处理器150然后可输出警报和/或禁用线路145上的信号，以便设置警报器142和/或禁用高频功率激励器140。警报器142可通过微处理器150启动，以警告用户在初级线圈100上或在其附近存在外来物体FO。
图2B示出在图2A中示出的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的用于扫描传感器阵列110中的传感器S(R，C)和测量来自选定的传感器S(R，C)的传感器信号的示例性控制器170。示例性控制器170可包括微处理器150、存储器152、列多路复用器130、行多路复用器132、差分放大器135、和传感器信号测量单元160。列多路复用器130包括选通器164以选择每个相应的列线路C1、C2、C3和C4，其中选通器164在图中被示出为连接至列线路C4。当微处理器150选择列线路C4时，例如，其在扫描线路131上发送启用信号以启用选通器164，以将列线路C4连接至差分放大器135的负端子。
行多路复用器132包括选通器162以选择每个相应的行线路R1、R2、R3，其中，选通器162在图中被示出为连接至行线路R3。当微处理器150选择行线路R3时，例如，其在扫描线路133A上发送启用信号以启用选通器162，以将行线路R3连接至差分放大器135的正端子。
来自由多路复用器130和132选择的传感器S(3，4)的传感器信号被施加于差分放大器135的输入端。差分放大器135输出来源于传感器信号且与传感器S(3，4)在其位置所感测的交变磁场104的幅值相关的差分传感器信号，其中所述幅值该差分传感器信号由测量单元160测量。所测量的差分传感器信号的数字值通过线路133B被发送至微处理器150。微处理器150可比较传感器S(3，4)的差分传感器信号的测量值与存储在存储器152中的传感器S(3，4)的参考值，以确定是否存在指示外来物体FO的存在的所测量的差分传感器信号的局部改变。
根据本发明的示例性实施例，在图2B中示出的装置通过减弱由于电磁干扰(EMI)噪声125耦合阵列110中的未选定的传感器S(R，C)而产生的效果，来增大用于检测在初级线圈100上或在其附近的外来物体FO的敏感度。初级线圈100接近形成印刷电路板/表面112上的行线路、列线路和传感器S(R，C)线圈的印刷电路导体，这形成了寄生电容Cp，该寄生电容Cp可导致电磁干扰(EMI)噪声125耦合到这些印刷电路结构中。电磁干扰(EMI)噪声125的幅值可达到3kV。噪声125可叠加在每个传感器S(R，C)上，无论其是否被多路复用器130、132选择。为了阻挡存在于未选定的传感器S(R，C)中的噪声125到达差分放大器135，连接至每个相应的未选定的传感器S(R，C)的二极管D通过图2B所示的电路被反向偏压。连接至选定的传感器S(R，C)例如S(3，4)的二极管D通过图2B所示的电路被正向偏压。示例性的寄生电容Cp可为1皮法，但其它值也可实现，这取决于印刷电路结构的尺寸、它们与初级线圈100相距的距离以及介于它们之间的材料的介电常数。
根据本发明的示例性实施例，当图2B中的传感器S(3，4)的线圈未被多路复用器130、132选择时，二极管D通过经100K欧姆的电阻器Rb对其阴极施加的+15伏电势和经100K欧姆的电阻器Ra和传感器S(3，4)对其阳极施加的-15伏电势而被反向偏压。0.1微法的示例性偏置电容器Ca可连接至大地，与电阻器R2并联。为阻挡存在于未选定的传感器S(R，C)中的噪声125到达差分放大器135，连接至每个相应的未选定的传感器S(R，C)的二极管D通过图2B所示的电路被反向偏压。电阻器Ra和Rb以及偏置电容器Ca的值是示例性的，并且可选择其它值。
根据本发明的示例性实施例，当图2B中的传感器S(3，4)被多路复用器130和132选择时，二极管D通过经10K欧姆的电阻器Rc施加于其阴极的-15伏电势和经10K欧姆的电阻器Rd和传感器S(3，4)施加于其阳极的+15伏电势而被正向偏压。电阻器Rc和Rd的值是示例性的，并且可选择其它值。
图2B中所示的电路使得能够通过减弱由于电磁干扰(EMI)噪声125耦合阵列110中的未选定的传感器S(R，C)而产生的效果，来增大用于检测在初级线圈100上或在其附近的外来物体FO的敏感度。
在本发明的示例性实施例中，通过传感器信号测量单元进行的测量的结果可作为由初级线圈产生的磁场的场型存储在存储器中且可被微处理器用作外来物体检测的自校准基准。在本发明的示例性实施例中，由初级线圈产生的磁场的场型由于在感应充电器的初级线圈附近的外来物体所导致的磁场的扰动而被显著地改变。在本发明的示例性实施例中，显著改变的场型与所存储的基准场型相比较，以确定在初级线圈附近存在外来物体。
在本发明的示例性实施例中，传感器阵列110可使到多路复用器130和132的所有导线连接被配置成最小化导线之间的区域，使得来自初级线圈100的磁场104在导线连接上产生最小的噪声电压。在示例性实施例中，每个行线路R1、R2、R3和每个列线路C1、C2、C3和C4可连接至紧靠彼此分布的单独的一对导体，其中尽可能地向外绞合至初级线圈100的外周。以这种方式，在传感器S(R，C)下方的区域可显著地高于在连接导线之间的区域，因而信噪电平保持为高。由传感器S(R，C)发送至多路复用器130和132的信号可主要由局部传感器S(R，C)所感测的信号组成，而没有穿过传感器阵列110的其它部分布置的导体的任何过度贡献。
图3示出图2A中所示的装置的示例性实施例，其示出根据本发明示例性实施例的印刷电路板/表面112的前视图，其中印刷电路板/表面112具有到位于初级线圈100上方的传感器阵列110中的传感器S(3，3)的示例性“绞合导线”连接R3、C3和到位于初级线圈100上方的传感器阵列110中的传感器S(3，4)的“绞合导线”连接R3、C4。隐藏线指示位于印刷电路板/表面112后面的导体。位于印刷电路板/表面112的相对侧上的导体部分之间的连接是金属通路连接。在印刷电路板/表面112的前侧上形成的传感器S(R，C)为印刷电路导体。所感应的传感器信号通过“绞合导线”连接R3、C3传导至传感器S(3，3)并且通过“绞合导线”R3，C4传道值传导至传感器S(3，4)，再到列多路复用器130和行多路复用器132。“绞合导线”印刷电路连接器最小化由于磁场104耦合连接器而感应出的噪声电压。在本发明的示例性实施例中，图3中所示的“绞合导线”连接R3、C3和“绞合导线”连接R3、C4也可以平行于一行线圈布置。在本发明的示例性实施例中，图3中所示的导体R1和R2的水平走向302也可布置为“绞合导线”连接。
在本发明的示例性实施例中，可实施一种用于检测在感应充电器的初级线圈100附近的外来物体的方法。所述方法中的步骤可包括通过覆盖初级线圈100的至少一部分的传感器阵列110中的多个传感器S(R，C)中的每个来，感测由初级线圈100产生的高频交变磁场104。响应于传感器S(R，C)磁性地耦合由初级线圈100产生的高频交变磁场104，所述方法可继续通过耦合到传感器阵列110的控制器170扫描由传感器阵列110中的多个传感器S(R，C)输出的传感器信号。所述方法可继续通过耦合到传感器阵列110的控制器170确定传感器阵列110中是否存在输出指示靠近传感器的外来物体FO的存在的传感器信号的传感器S(R，C)，其中所述外来物体扰乱在传感器附近的高频交变磁场104。所述方法还可包括当控制器170根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体FO的存在的所扫描的传感器信号时，通过耦合到传感器阵列110的控制器170发送禁用信号145至初级线圈100的电源140的控制输入端以禁用电源140。
在本发明的示例性实施例中，电动车辆感应充电器的初级线圈100可产生在0.005特斯拉至0.1特斯拉范围内的磁场强度和约30kHz的工作频率。每个传感器S(R，C)可具有约2至4厘米和约2匝的尺寸，以用于生成在3伏至10伏范围内的感测电压。该电压水平可方便用现代微处理器和相关联的信号调控电路来处理。
在本发明的示例性实施例中，可通过图2A所示的多路复用器130和132针对局部磁场104的变化扫描传感器阵列110。这种布置使得能够一次选择一个传感器S(R，C)以用于测量紧靠该传感器线圈或区域附近的磁场104。微处理器150可通过每个多路复用器管理阵列110中的每个独立的传感器S(R，C)的连续扫描。微处理器150可被编程以创建横跨初级线圈100的区域的场强测量结果的地图。
在本发明的示例性实施例中，可经由充电器的高频功率激励器140激励初级线圈100，该操作或者以全功率(存在车辆和加感线圈)或较低的导频电平信号进行，这在不存在车辆时可能是期望的。传感器阵列110无源地感测由于存在外来物体导致的磁场104的任何扰动。
在本发明的示例性实施例中，在正常操作条件下，传感器阵列110感测磁场扰动而没有任何急剧的改变的场型。而在***安装期间，无论存在车辆与否，由于用于特定安装的局部条件的改变，均可感测到一些非均匀性。这些测量可存储在存储器152中并且可用作用于在正常操作期间检测外来物体FO的基准。微处理器150可被编程以设置自校准程序，该自校准程序可不时地重复以提高操作测量的质量。
在本发明的示例性实施例中，由于在充电过程中的正常改变，例如由于改变负载位置、功率调节等，磁场104的幅值可发生宏观上的变化。然而，磁场104的总体场型应保持相同，除非在初级线圈100的上表面上引入外来物体FO。在这种情况下，由于存在外来物体FO所产生的磁场104的局部改变可减小磁场104的幅值和来自外来物体FO正下方的传感器S(R，C)的传感器电压读数。
在本发明的示例性实施例中，磁场104的变化可通过计算传感器阵列110两端的电压的梯度和比较所计算的梯度与先前在初始状态下采取的基准测量来确定。外来物体FO将在FO周围的区域中产生异常高的梯度。
在本发明的示例性实施例中，磁场104的变化可通过传感器阵列110的值的归一化确定，使得所产生的横跨传感器阵列110的磁场104的读数的平均值在大范围的操作条件下保持恒定。以这种方式，传感器电压读数的模式可针对任何水平的工作功率保持相对恒定，只要不存在外来物体FO。当引入外来物体FO时，传感器阵列所检测的磁场104的场型的所得变化可明显不同于基准情况。
在本发明的示例性实施例中，可使用其它形式的磁场传感器代替传感器S(R，C)。可用于检测在0.005至0.1特斯拉范围内的磁场的传感器技术的示例为：印刷电路线圈、霍尔效应传感器、结合磁力的应变仪读数的微机电***(MEMS)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、磁光传感器、磁敏晶体管和磁敏二极管。磁敏晶体管和磁敏二极管使得它们自身处于偏置布置，该偏置布置可允许通过行和列单独选择传感器，从而简化了用于定位外来物体FO的阵列扫描过程。
图4A示出图2A中所示的装置的示例性实施例，其中根据本发明的示例性实施例，每个传感器S(R，C)可包括电路，该电路包括可替换为图2A中的每个传感器S(R，C)的磁敏二极管185。磁敏二极管半导体器件185的电阻随所施加的磁场强度改变，并且不取决于磁场改变的速率。在传感器附近的磁场强度通过测量磁敏二极管的电阻确定。
根据本发明的示例性实施例，传感器具有连接至耦合于行多路复用器的行线路的第一端子，和连接至耦合于列多路复用器的列线路的第二端子，串联地连接在传感器和行线路或列线路中的一个之间的二极管。根据本发明的示例性实施例，传感器具有连接至耦合于行多路复用器的行线路的第一端子，和连接至耦合于列多路复用器的列线路的第二端子，串联地连接在传感器和行线路或列线路中的一个之间的二极管，当传感器线圈未被微处理器选择时，二极管被反向偏压以阻挡耦合至传感器信号测量单元，并且当传感器线圈被微处理器选择时，二极管被正向偏压以耦合至传感器信号测量单元。根据本发明的示例性实施例，传感器为与行线路和列线路串联地连接的磁敏二极管，当传感器未被微处理器选择时，磁敏二极管被反向偏压以阻挡耦合至传感器信号测量单元，并且当传感器被微处理器选择时，磁敏二极管被正向偏压以耦合到传感器信号测量单元。
图4B示出图4A所示的装置的示例性实施例，其中每个传感器S(R，C)可包括具有磁敏二极管185的电路，该磁敏二极管具有连接至行线路例如耦合于行多路复用器132的行线路R3的阴极，和连接至列线路例如耦合于列多路复用器130的列线路C4的阳极。当传感器S(3，4)未被微处理器150选择时，磁敏二极管185可被反向偏压以阻挡耦合至传感器信号测量单元160。根据本发明的示例性实施例，当传感器S(3，4)被微处理器150选择时，磁敏二极管185可被正向偏压以耦合至传感器信号测量单元160。耦合图4B的阵列110中的非选定未选定的磁敏二极管传感器185的电磁干扰(EMI)噪声125可小于图2B的次级线圈115的EMI噪声，因为磁敏二极管185所占据的面积小于次级线圈115占据的面积。目的是保持EMI电压显著低于在图2B的次级线圈115上的换流二极管D上的阻断电压，例如30V。如果有必要进一步减小EMI的效果，可在电阻器Rb和地面大地之间添加与Ca类似的电容器。另外的电容器的值可考虑磁敏二极管的阻抗进行选择。例如，1000pF的电容Ca可将EMI电压减小到300至1000倍分之一(对于寄生Cp＝1至3pF)，同时其可对在30kHz下工作的磁敏二极管185传感器强加约5千欧的额外负载。
虽然已经公开本发明的特定示例性实施例，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的实质和保护范围的情况下，可对针对特定示例性实施例描述的细节做出改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，包括：
传感器阵列，其相邻于所述感应充电器的初级线圈设置，所述阵列覆盖所述初级线圈区域的至少一部分并且包括传感器，每个传感器被配置成响应于磁性地耦合由所述初级线圈产生的高频交变磁场而输出感测信号，所述传感器阵列被布置成传感器行，每行包括布置在相应的列中的传感器，所述阵列覆盖所述初级线圈区域的至少一部分；以及
控制器，其耦合到每个相应的传感器行和每个相应的传感器列，所述控制器被配置成扫描所述阵列中每个传感器的感测信号，并且根据所扫描的感测信号确定所述阵列中的哪些传感器输出指示存在邻近所述传感器的所述外来物体的感测信号，所述外来物体致使所述传感器附近的高频交变磁场发生扰动。
2.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，还包括：
禁用信号线路，其从所述控制器耦合到所述初级线圈的电源的控制输入端，所述禁用信号线路被配置成：当所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，禁用所述电源。
3.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述控制器包括：
微处理器；
存储器；
列多路复用器；
行多路复用器；以及
传感器信号测量单元。
4.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述列多路复用器包括：
耦合到每个相应列的选通器，其中当所述微处理器选择一列时，其发送启用信号以启用用于所述列的选通器，以将所述列耦合到参考电势。
5.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述行多路复用器包括：
耦合到每个相应行的选通器，其中当所述微处理器选择一行时，其发送启用信号以启用用于所述行的选通器，以将所述行耦合到所述传感器信号测量单元。
6.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中来源于由所述初级线圈的交变磁场在所述传感器中感应的所述传感器信号的信号是通过所述测量单元测量的，并且测量值被发送到所述微处理器以确定是否存在外来物体。
7.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中通过所述传感器信号测量单元测量的结果可作为由所述初级线圈产生的磁场的场型存储在所述存储器中，并且可被所述微处理器用作用于检测外来物体的自校准基准。
8.根据权利要求7所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中由于在所述感应充电器的初级线圈附近的外来物体致使所述磁场发生扰动，使得由所述初级线圈产生的磁场的场型显著地改变。
9.根据权利要求8所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中，显著改变的场型被与所存储的基准场型相比较以确定在所述初级线圈附近存在外来物体。
10.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子，和连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子。
11.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子、连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子，串联地连接在所述行线路或所述列线路中的一个和所述传感器之间的二极管。
12.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子、连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子，和串联地连接在所述行线路或所述列线路中的一个和所述传感器之间的二极管，当所述传感器未被所述微处理器选择时，所述二极管被反向偏压以阻挡耦合到所述传感器信号测量单元，并且当所述传感器线圈被所述微处理器选择时，所述二极管被正向偏压以耦合到所述传感器信号测量单元。
13.根据权利要求3所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器为与行线路和列线路串联地连接的磁敏二极管，当所述传感器未被所述微处理器选择时，所述磁敏二极管被反向偏压以阻挡耦合到所述传感器信号测量单元，并且当所述传感器被所述微处理器选择时，所述磁敏二极管被正向偏压以耦合到所述传感器信号测量单元。
14.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，还包括：
警报器信号线路，其从所述控制器耦合到警报器单元，所述警报器单元被配置成：当所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，发出警报。
15.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器取自由印刷电路线圈、霍尔效应传感器、结合磁力的应变仪读数的MEMS传感器、巨磁阻(GMR)传感器、磁光传感器、磁敏晶体管和磁敏二极管构成的组。
16.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中到所述传感器行的连接器线路与到所述传感器列的连接器线路绞合在一起，以最小化由所述初级线圈产生的高频交变磁场导致的所述连接器线路的磁场耦合。
17.一种用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，包括：
通过覆盖所述初级线圈的至少一部分的传感器阵列中的多个传感器中的每个传感器来感测由所述初级线圈产生的高频交变磁场，所述传感器阵列被布置成传感器行，每行包括布置在相应的列中的传感器，所述阵列覆盖所述初级线圈区域的至少一部分；
通过耦合到所述传感器阵列的每个相应行和所述传感器阵列的每个相应列的控制器来扫描由所述传感器阵列中的所述多个传感器响应于所述传感器磁性地耦合由所述初级线圈产生的高频交变磁场而输出的传感器信号；以及
通过耦合到所述传感器阵列的所述控制器确定所述传感器阵列中是否存在输出指示存在邻近所述传感器的外来物体的传感器信号的传感器，所述外来物体扰乱所述传感器附近的高频交变磁场。
18.根据权利要求17所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，还包括：
当耦合到所述传感器阵列的所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，通过所述控制器发送禁用信号至所述初级线圈的电源的控制输入端，以禁用所述电源。
19.根据权利要求17所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，还包括：
当耦合到所述传感器阵列的所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，通过所述控制器发送警报信号至警报器单元以发出警报。

Claims (20)

1.一种用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，包括：
传感器阵列，其相邻于所述感应充电器的初级线圈设置，所述阵列覆盖所述初级线圈区域的至少一部分并且包括传感器，每个传感器被配置成响应于磁性地耦合由所述初级线圈产生的高频交变磁场而输出感测信号；以及
控制器，其耦合到所述传感器，所述控制器被配置成扫描所述阵列中每个传感器的感测信号，并且根据所扫描的感测信号确定所述阵列中的哪些传感器输出指示存在邻近所述传感器的所述外来物体的感测信号，所述外来物体致使所述传感器附近的高频交变磁场发生扰动。
2.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中：
所述传感器阵列被布置成传感器行，每行包括布置在相应的列中的传感器，所述阵列覆盖所述初级线圈区域的至少一部分；以及
所述控制器耦合到每个相应的传感器行和每个相应的传感器列。
3.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，还包括：
禁用信号线路，其从所述控制器耦合到所述初级线圈的电源的控制输入端，所述禁用信号线路被配置成：当所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，禁用所述电源。
4.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述控制器包括：
微处理器；
存储器；
列多路复用器；
行多路复用器；以及
传感器信号测量单元。
5.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述列多路复用器包括：
耦合到每个相应列的选通器，其中当所述微处理器选择一列时，其发送启用信号以启用用于所述列的选通器，以将所述列耦合到参考电势。
6.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述行多路复用器包括：
耦合到每个相应行的选通器，其中当所述微处理器选择一行时，其发送启用信号以启用用于所述行的选通器，以将所述行耦合到所述传感器信号测量单元。
7.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中来源于由所述初级线圈的交变磁场在所述传感器中感应的所述传感器信号的信号是通过所述测量单元测量的，并且测量值被发送到所述微处理器以确定是否存在外来物体。
8.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中通过所述传感器信号测量单元测量的结果可作为由所述初级线圈产生的磁场的场型存储在所述存储器中，并且可被所述微处理器用作用于检测外来物体的自校准基准。
9.根据权利要求8所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中由于在所述感应充电器的初级线圈附近的外来物体致使所述磁场发生扰动，使得由所述初级线圈产生的磁场的场型显著地改变。
10.根据权利要求9所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中，显著改变的场型被与所存储的基准场型相比较以确定在所述初级线圈附近存在外来物体。
11.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子，和连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子。
12.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子、连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子，串联地连接在所述行线路或所述列线路中的一个和所述传感器之间的二极管。
13.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器具有连接至耦合于所述行多路复用器的行线路的第一端子、连接至耦合于所述列多路复用器的列线路的第二端子，和串联地连接在所述行线路或所述列线路中的一个和所述传感器之间的二极管，当所述传感器未被所述微处理器选择时，所述二极管被反向偏压以阻挡耦合到所述传感器信号测量单元，并且当所述传感器线圈被所述微处理器选择时，所述二极管被正向偏压以耦合到所述传感器信号测量单元。
14.根据权利要求4所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器为与行线路和列线路串联地连接的磁敏二极管，当所述传感器未被所述微处理器选择时，所述磁敏二极管被反向偏压以阻挡耦合到所述传感器信号测量单元，并且当所述传感器被所述微处理器选择时，所述磁敏二极管被正向偏压以耦合到所述传感器信号测量单元。
15.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，还包括：
警报器信号线路，其从所述控制器耦合到警报器单元，所述警报器单元被配置成：当所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，发出警报。
16.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中所述传感器取自由印刷电路线圈、霍尔效应传感器、结合磁力的应变仪读数的MEMS传感器、巨磁阻(GMR)传感器、磁光传感器、磁敏晶体管和磁敏二极管构成的组。
17.根据权利要求1所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的装置，其中到所述传感器行的连接器线路与到所述传感器列的连接器线路绞合在一起，以最小化由所述初级线圈产生的高频交变磁场导致的所述连接器线路的磁场耦合。
18.一种用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，包括：
通过覆盖所述初级线圈的至少一部分的传感器阵列中的多个传感器中的每个传感器来感测由所述初级线圈产生的高频交变磁场；
通过耦合到所述传感器阵列的控制器来扫描由所述传感器阵列中的所述多个传感器响应于所述传感器磁性地耦合由所述初级线圈产生的高频交变磁场而输出的传感器信号；以及
通过耦合到所述传感器阵列的所述控制器确定所述传感器阵列中是否存在输出指示存在邻近所述传感器的外来物体的传感器信号的传感器，所述外来物体扰乱所述传感器附近的高频交变磁场。
19.根据权利要求18所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，还包括：
当耦合到所述传感器阵列的所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，通过所述控制器发送禁用信号至所述初级线圈的电源的控制输入端，以禁用所述电源。
20.根据权利要求18所述的用于检测感应充电器的初级线圈附近的外来物体的方法，还包括：
当耦合到所述传感器阵列的所述控制器根据所扫描的传感器信号确定存在指示外来物体的存在的扫描的传感器信号时，通过所述控制器发送警报信号至警报器单元以发出警报。
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