用于在预先确定空间中检测铁磁性外来物体的系统、方法和装置

摘要

提供了一种用于检测物体的存在的装置(1150)。该装置包括可配置为生成第一磁场的电感性感测线圈(1102)。电感性感测线圈(1102)被配置为具有在生成第一磁场时可检测的电特性。电特性根据同时向物体施加的第二时变磁场而变化。该装置包括被配置为检测电特性的变化并且基于电特性的检测到的变化来确定物体的存在的控制器(1140)。电特性包括电感性感测线圈的等效电阻、等效电感、等效阻抗和脉冲响应中的一项或多项。该物体包括铁磁性物体、金属膜和金属箔中的一种或多种。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及无线功率传送，更具体地涉及用于在预先确定空间中检测铁磁性外来物体的设备、系统和方法。

背景技术

已经引入了诸如车辆等远程系统，其包括从诸如电池等能量存储装置接收的电力汲取的运动能量。这样的能量存储装置需要定期充电。例如，混合电动车辆包括车载充电器，其使用来自车辆制动和传统电机的电力对车辆充电。电池电动车辆(电动车辆)通常被提出通过某些类型的有线交流电(AC)(诸如家用或商业AC电源)来充电。有线充电连接需要物理连接到电源的电缆或其他类似的连接器。电缆和类似的连接器有时可能不方便或很麻烦，并且具有其他缺点。能够在自由空间(例如，经由电磁场)中传送功率以用于对电动车辆充电的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些缺陷。然而，使用电磁场可能在位于场内的良好导电(例如，金属或铁磁性)的物体中导致涡流，这可能导致物体升温、振动或使附近物体熔化或着火。因此，期望有效且安全地传送功率用于对电动车辆充电的无线充电系统和方法。

发明内容

在所附权利要求的范围内的系统、方法和装置的各种实现每个具有几个方面，其中没有一个单独的方面仅对本文中描述的期望属性负责。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文中描述了一些突出特征。

本说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节在附图和下面的描述中阐述。其他的特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求中变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。

本公开的一方面提供了一种用于检测物体的装置。该装置包括电感性感测线圈，其可配置为生成第一磁场电感性感测。电感性感测线圈被配置为具有在生成第一磁场时可检测的电特性。电特性被配置为根据同时向物体施加的第二时变磁场而变化。该装置还包括控制器，其被配置为检测电特性中的变化并且基于电特性中的所检测到的变化来确定物体的存在。

本公开的另一方面提供了一种用于检测物体的存在的方法的实现。该方法包括检测电感性感测线圈的电特性中的变化，其中电特性在电感性感测线圈生成第一磁场可检测并且电特性被配置为根据同时向物体施加的第二时变磁场而变化。该方法还包括基于电特性中的所检测到的变化来确定物体的存在。

本公开的另一方面提供了一种非暂态计算机可读介质，其包括代码，该代码在被执行时，引起用于检测物体的装置检测电感性感测线圈的电特性中的变化，其中电特性在电感性感测线圈生成第一磁场时可检测并且电特性被配置为根据同时向物体施加的第二时变磁场来变化。该代码在被执行时还引起装置基于电特性中的所检测到的变化来确定物体的存在。

本公开的另一方面提供了一种用于检测物体的存在的装置。该装置包括用于检测电感性感测线圈的电特性中的变化的部件，其中电特性在电感性感测线圈生成第一磁场时可检测并且电特性被配置为根据同时向物体施加的第二时变磁场而变化。该装置还包括用于基于电特性中的所检测到的变化来确定物体的存在的部件。

附图说明

图1是根据一些实现的用于对电动车辆充电的无线功率传送系统的图。

图2是图1的无线功率传送系统的核心部件的示意图。

图3是示出图1的无线功率传送系统的核心和辅助部件的另一功能的框图。

图4是根据一些实现的用于使用电感性感测线圈来检测铁磁性外来物体的简化电路的图，其中物体的导电性和磁导率是到偏置静态磁场的暴露的函数。

图5是用于检测图4的铁磁性外来物体的简化电路的等效电路图。

图6是示出根据一些实现的铁磁性外来物体间歇性暴露于静态磁场对电感性感测线圈特性的影响的时间图。

图7是根据一些实现的用于使用电感性感测线圈来检测铁磁性外来物体的简化电路的图，其中物体的电导率和磁导率是到偏置交变磁场的暴露的函数。

图8是用于检测图7的铁磁性外来物体的简化电路的等效电路图。

图9是示出根据一些实现的铁磁性外来物体间歇性暴露于偏置加热交变磁场对电感性感测线圈特性的影响的时间图。

图10是示出根据一些实现的在铁磁性外来物体暴露于偏置交变磁场的同时在电感性感测线圈测量端口处感测的电压信号的频谱的图。

图11是根据一些实现的基于连续波形响应方法的铁磁性外来物体检测电路的图。

图12是根据一些实现的基于连续波形响应方法的另一铁磁性外来物体检测系统的图。

图13是根据一些实现的基于脉冲响应方法的又一铁磁性外来物体检测系统的图。

图14是根据一些实现的用于检测物体的存在的方法的流程图。

图15是根据一些实现的用于检测物体的存在的装置的功能的框图。

附图中所示的各种特征可能不按比例绘制。因此，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意地扩大或缩小。此外，一些附图可能没有描述给定的系统、方法或设备的所有部件。最后，在整个说明书和附图中，相同的附图标记可以用于表示相同的特征。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为实现的描述，而非旨在表示可以实践本发明的唯一实现。在本说明书中使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”，而不应当被解释为比其他实现优选或有利。详细描述包括具体细节，目的是提供对实现的透彻理解。在某些实例中，一些设备以框图形式示出。

无线地传送功率可以是指将与电场、磁场、电磁场等相关联的任何形式的能量从发送器传送到接收器，而不使用物理电导体(例如，可以通过自由空间来传送功率)。输出到电磁场(例如磁场)的功率可以由“接收耦合器”接收、捕获或耦合以实现功率传送。

本文中使用电动车辆来描述远程系统，其示例是车辆，其包括从可充电能量存储装置(例如，一个或多个可再充电电化学电池或其他类型的电池)汲取的电力作为其运动能力的一部分。作为非限制性示例，一些电动车辆可以是除电动机之外还包括用于直接运动或对车辆电池充电的传统内燃机的混合电动车辆。其他电动车辆可以从电力中汲取所有的运动能力。电动车辆不限于汽车，也可以包括摩托车、推车、踏板车等。作为示例而非限制，在本文中以电动车辆(EV)的形式描述了远程系统。此外，也可以考虑可以使用可充电能量存储装置至少部分地供电的其他远程系统(例如，电子设备，诸如个人计算设备等)。

图1是根据一些实现的用于对电动车辆112进行充电的无线功率传送系统100的图。无线功率传送系统100能够在电动车辆112停放在基底无线充电系统102a附近时对电动车辆112充电。两个电动车辆的空间被示出在停放区域中以停放在相应的基底无线充电系统102a和102b上。在一些实现中，本地配送中心130可以连接到功率主干网(backbone)132并且被配置为通过功率链路110向基底无线充电系统102a提供交流(AC)或直流(DC)电源。基底无线充电系统102a还包括用于无线地传送或接收电力的基底系统耦合器104a。电动车辆112可以包括电池单元118、电动车辆耦合器116和电动车辆无线充电系统114。基底无线充电系统102a和102b中的每个还包括分别用于无线地传送功率的基本耦合器104a和104b。在一些其他实施(图1中未示出)中，基本耦合器104a或104b可以是独立的物理单元，并且不是基底无线充电系统102a或102b的一部分。电动车辆耦合器116可以例如经由基底系统耦合器104a生成的电磁场的区域来与基底系统耦合器104a交互。

在一些实现中，当电动车辆耦合器116位于由基底系统耦合器104a产生的能量场中时，电动车辆耦合器116可以接收功率。该场对应于其中由基底系统耦合器104a输出的能量可以由电动车辆耦合器116来捕获的区域。例如，由基底系统耦合器104a输出的能量可以处于足以对电动车辆112充电或供电的水平。在一些情况下，该场可以对应于基底系统耦合器104a的“近场”。近场可以对应于其中由于基底系统耦合器104a中不会辐射功率远离基底系统耦合器104a的电流和电荷而存在强的反应场的区域。在一些情况下，近场可以对应于在基底系统耦合器104a的波长的约1/2π内的区域(对于电动车辆耦合器116而言反之亦然)，如下面将进一步描述的。

本地配送130可以被配置为经由通信回程134与外部源(例如，功率网)并且经由通信链路108与基底无线充电系统102a通信。

在一些实现中，电动车辆耦合器116可以与基底系统耦合器104a对准，并且因此简单地通过驾驶员相对于基底系统耦合器104a正确地定位电动车辆112而设置在近场区域内。在其他实现中，驾驶员可以被给予视觉、听觉或触觉反馈、或者其组合，以确定电动车辆112何时被适当地放置用于无线功率传送。在其他实现中，电动车辆112可以由自动驾驶仪系统定位，自动驾驶系统可以使电动车辆112前后移动(例如，以锯齿形运动)，直到对准误差达到可容许的值。如果电动车辆112配备有用于调节车辆的伺服方向盘、超声波传感器和智能装置，则这可以由电动车辆112自动且自主地执行，而不具有或仅具有最小的驾驶员干预。在其他实现中，电动车辆耦合器116、基底系统耦合器104a或其组合可以具有用于相对于彼此移位和移动耦合器116和104a的功能，以更精确地定向它们并且在它们之间形成更有效的耦合。

基底无线充电系统102a可以位于各种位置。作为非限制性示例，一些合适的位置包括在电动车辆112所有者的家中的停车区域、在传统的石油加油站之后用于建模的电动车辆无线充电预留的停车区域、以及在其他位置的停车场，诸如购物中心和工作地点。

无线充电电动车辆可以提供很多益处。例如，可以自动执行充电，而实际上没有驾驶员干预和操纵，从而提高了用户的便利性。也可能没有暴露的电触点并且没有机械磨损，从而提高无线功率传送系统100的可靠性。可能不需要使用电缆和连接器进行操作，并且可能没有可能暴露于户外环境中的湿气和水分的电缆、插头或插座，从而提高安全性。也可能没有可见或可接入的插座、电缆和插头，从而减少充电设备的潜在破坏。此外，由于电动车辆112可以被用于稳定电网的分布式存储装置，所以对接电网解决方案可以被用于提高针对车辆到电网(V2G)操作的车辆的可用性。

参考图1描述的无线功率传送系统100还可以提供美学和非障碍性的优点。例如，可能没有可能妨碍车辆和/或行人的电荷柱和电缆。

作为车辆到电网能力的进一步说明，无线功率发送和接收能力可以被配置为互惠，使得基底无线充电系统102a将功率传送到电动车辆112并且电动车辆112将功率传送到基站无线充电系统102a，例如在能量短缺的时候。通过允许电动车辆在过度需求导致的能源短缺或可再生能量生产(例如风能或太阳能)的短缺的时候为整个配电系统贡献电力，这种能力可以有助于稳定配电网。

图2是图1的无线功率传送系统100的核心部件的示意图。如图2所示，无线功率传送系统200可以包括基底系统基底系统发送电路206，基底系统基底系统发送电路206包括具有电感L₁的基底系统耦合器204。无线功率传送系统200还包括电动车辆接收电路222，电动车辆接收电路222包括具有电感L₂的电动车辆耦合器216。本文中所描述的耦合器的实现可以使用形成谐振结构的电容负载线环(即，多匝线圈)，如果主耦合器和辅耦合器(例如，线圈)均被调谐到共同的谐振频率，则谐振结构能够经由磁近场或电磁近场将能量从主结构(发送器)有效地耦合到辅结构(接收器)。线圈可以用于电动车辆耦合器216和基底系统耦合器204。使用谐振结构用于耦合能量可以被称为“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振电感”。将基于从基底无线充电系统202到电动车辆112的功率传送来描述无线功率传送系统200的操作，但不限于此。例如，如上所述，电动车辆112可以向基底无线充电系统102a传送功率。

参考图2，电源208(例如，AC或DC)向基底无线充电系统202提供功率P_SDC以向电动车辆112传送能量。基底无线充电系统202包括基底充电系统功率转换器236。基底充电系统功率转换器236可以包括各种电路，诸如被配置为将功率从标准市电AC转换为合适电压电平的DC功率的AC/DC转换器、以及被配置为将DC功率转换为适合无线高功率传送的工作频率的功率的DC/低频(LF)转换器。基底充电系统功率转换器236向包括与基底系统耦合器204串联的电容器C₁的基底系统基底系统发送发送电路206提供功率P₁，以便以期望频率发射电磁场。电容器C₁可以与基底系统耦合器204并联或串联地耦合，或者可以由并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。电容器C₁可以被提供以与基底系统耦合器204形成以期望频率谐振的谐振电路。基底系统耦合器204接收功率P₁，并且以足以对电动车辆112进行充电或供电的水平无线地发送电力。例如，由基底系统耦合器204无线地提供的功率电平可以是千瓦(kW)数量级(例如，从1kW到110kW、更高或更低的任何)。

包括基底系统耦合器204的基底系统基底系统发送电路206和包括电动车辆耦合器216的电动车辆接收电路222可以被调谐到基本上相同的频率，并且可以位于由基底系统耦合器204和电动车辆耦合器116中的一个传输的电磁场的近场内。在这种情况下，基底系统耦合器204和电动车辆耦合器116可以彼此耦合，使得功率可以被传送到包括电容器C₂和电动车辆耦合器116的电动车辆接收电路222。电容器C₂可以被提供以与电动车辆耦合器216形成以期望频率谐振的谐振电路。电容器C₂可以与电动车辆耦合器204并联或串联地耦合，或者可以由并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。元素k(d)表示在线圈分离d时生成的互耦系数。等效电阻R_eq,1和R_eq,2表示耦合器204和216以及抗电抗电容器C₁和C₂可能固有的损耗。包括电动车辆耦合器316和电容器C₂的电动车辆接收电路222接收功率P₂并且将电力P₂提供给电动车辆充电系统214的电动车辆功率转换器238。

电动车辆功率转换器238可以包括除其他以外，LF/DC转换器等，LF/DC转换器被配置为将工作频率的功率转换回与电动车辆电池单元218的电压电平相匹配的电压电平的DC功率。电动车辆功率转换器238可以提供转换后的功率P_LDC以对电动车辆电池单元218充电。电源208、基底充电系统功率转换器236和基底系统耦合器204可以是静止的，并且位于各种位置，如上所述。电池单元218、电动车辆功率转换器238和电动车辆耦合器216可以被包括在作为电动车辆112的一部分或电池组(未示出)的一部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可以被配置为通过电动车辆耦合器216无线地向基底无线充电系统202提供功率，以将电力馈送回电网。电动车辆耦合器216和基底系统耦合器204中的每个可以基于操作模式用作发送或接收耦合器。

尽管未示出，但是无线功率传送系统200可以包括负载断开单元(LDU)，其将电动车辆电池单元218或电源208从无线功率传送系统200安全地断开。例如，在紧急或系统故障时，LDU可以被触发以将负载从无线功率传送系统200断开。除了用于管理对电池的进行充电的电池管理系统之外，还可以提供LDU，或者LDU可以是电池管理系统的一部分。

此外，电动车辆充电系统214可以包括用于选择性地将电动车辆耦合器216连接到电动车辆功率转换器238，以及从电动车辆功率转换器238断开的开关电路(未示出)。断开电动车辆耦合器216可以暂停充电，并且还可以调节由基底无线充电系统102a(作为发送器)“看到”的“负载”，其可以用于从基底无线充电系统102a“隐藏”电动车辆充电系统114(作为接收器)。如果发送器包括负载感测电路，则可以检测负载变化。因此，诸如基底无线充电系统202等发送器可以具有用于确定在基底系统耦合器204的近场中何时存在诸如电动车辆充电系统114等接收器的机制。

如上所述，在操作中，假定能量向车辆或电池的传递，从电源208提供输入功率，使得基底系统耦合器204生成用于提供能量传递的场。电动车辆耦合器216耦合到辐射场并且生成用于由电动车辆112存储或消耗的输出功率。如上所述，在一些实现中，基底系统耦合器204和电动车辆耦合器116根据相互谐振关系来被配置，使得电动车辆耦合器116的谐振频率和基底系统耦合器204的谐振频率非常接近或基本上相同。当电动车辆耦合器216位于基底系统耦合器204的近场中时，基底无线充电系统202和电动车辆充电系统214之间的传输损耗最小。

如上所述，通过将发送耦合器的近场中的大部分能量耦合到接收耦合器而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场而发生有效的能量传递。当在近场中时，可以在发送耦合器和接收耦合器之间建立耦合模式。耦合器周围可能发生这种近场耦合的区域在本文中被称为近场耦合模式区域。

尽管未示出，但是基底充电系统功率转换器236和电动车辆功率转换器238二者可以都包括振荡器、诸如功率放大器等驱动器电路、滤波器、和用于与无线功率耦合器有效耦合的匹配电路。振荡器可以被配置为生成期望频率，期望频率可以响应于调节信号来被调节。振荡器信号可以由功率放大器利用响应于控制信号的放大量来放大。可以包括滤波器和匹配电路以滤除谐波或其他不期望的频率，并且将功率转换模块的阻抗与无线功率耦合器相匹配。功率转换器236和238还可以包括生成适当的功率输出来对电池充电的整流器和开关电路。

贯穿所公开的实现描述的电动车辆耦合器216和基底系统耦合器204可以被称为或被配置为“环路”天线，并且更具体地是多匝环形天线。耦合器204和216也可以在本文中被称为或被配置为“磁性”天线。术语“耦合器”旨在表示可以无线地输出或接收能量以耦合到另一“耦合器”的部件。耦合器也可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的“天线”。如本文中所使用的，耦合器204和216是被配置为无线地输出、无线地接收和/或无线地中继功率的类型的“功率传送部件”的示例。环形(例如，多匝环形)天线可以被配置为包括空气磁芯或诸如铁氧体磁芯的物理磁芯。空气磁芯环形天线可以允许在磁芯区域内其他部件的放置。包括铁磁体或铁磁性材料的物理磁芯天线可以允许开发更强的电磁场和改进的耦合。

如上所述，能量在发送器和接收器之间的有效传递在发送器和接收器之间的匹配或接近匹配的谐振期间发生。然而，即使发送器和接收器之间的谐振不匹配，能量也可以以较低的效率传递。能量传递通过将能量从发送耦合器的近场耦合到驻留在其中建立有该近场的区域内(例如，在谐振频率的预先确定频率范围内，或在近场区域的预先确定距离内)的接收耦合器来发生，而不是将能量从发送耦合器传播到自由空间。

谐振频率可以基于包括如上所述的耦合器(例如，基底系统耦合器204)的传输电路的电感和电容。如图2所示，电感通常可以是耦合器(例如，线圈)的电感，而电容可以被添加到耦合器以在期望的谐振频率生成谐振结构。作为非限制性示例，如图2所示，电容器可以与耦合器串联地添加以产生生成电磁场的谐振电路(例如，基底系统发送电路206)。因此，对于较大直径的耦合器，引起谐振所需的电容值可能随着耦合器的直径或电感的增加而减小。电感也可以取决于线圈的匝数。此外，随着耦合器的直径增加，近场的有效能量传递面积可能增加。其他谐振电路是可能的。作为另一非限制性示例，电容器可以并联放置在耦合器(例如，并联谐振电路)的两个端子之间。此外，耦合器可以被设计为具有高的品质(Q)因数以改善谐振并且减小耦合器的损耗。例如，原生的Q因数可以是300或更大。

如上所述，根据一些实现，公开了在彼此的近场中的两个耦合器之间的耦合功率。如上所述，近场可以对应于耦合器周围存在电磁场但是可能不会传播或从耦合器辐射的区域。近场耦合模式区域可以对应于接近耦合器的物理体积的体积，通常在波长的一小部分内。根据一些实现，诸如单匝和多匝环形天线等电磁耦合器用于发送和接收二者，因为与电类型的天线(例如，小型偶极子)的电近场相比，实际实现中的磁性近场幅度对于磁类型线圈往往较高。这允许了该对之间潜在的更高的耦合。此外，可以使用“电”天线(例如，偶极子和单极子)或磁和电天线的组合。

图3是示出图1的无线功率传送系统100的核心和辅助部件和/或图2的无线功率传送系统200可以是其中的一部分的另一功能框图。无线功率传送系统300示出了能够经由基底对准系统352和电动车辆对准系统354机械地移动基底系统耦合器304和电动车辆耦合器316中的一个或两个的通信链路376、引导链路366和对准机制356。引导链路366可以能够进行双向信令，这意味着引导信号可以由基本引导系统362或电动车辆引导系统364或这两者发出。如以上参考图2所述，并且假定能量流向电动车辆112，在图3中，基底充电系统电源接口348可以被配置为从诸如AC或DC电源126等电源向充电系统功率转换器336提供电力。基底充电系统功率转换器336可以从基底充电系统电源接口348接受AC或DC电力以在其谐振频率处或附近激励基底系统耦合器304。当在近场耦合模式区域中时，电动车辆耦合器316可以从近场耦合模式区域接收能量以在谐振频率处或附近振荡。电动车辆功率转换器338将来自电动车辆耦合器316的振荡信号转换为适于经由电动车辆电源接口对电池充电的功率信号。

基底无线充电系统302包括基底充电系统控制器342，并且电动车辆充电系统314包括电动车辆控制器344。基底充电系统控制器342可以包括到诸如计算机、配电中心或智能电网等其他系统(未示出)的基底充电系统通信接口358。电动车辆控制器344可以包括到诸如车辆上的车载计算机、其他电池充电控制器、车辆内的其他电子系统、和远程电子系统等其他系统(未示出)的电动车辆通信接口。

基底充电系统控制器342和电动车辆控制器344可以包括用于具有单独的通信信道的特定应用的子系统或模块。这些通信信道可以是单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非限制性示例，基本充电对准系统352可以通过通信链路376与电动车辆对准系统354通信，以提供用于经由自主的、机械(运动的)对准或通过操作者辅助使基底系统耦合器304和电动车辆耦合器316更紧密对准的反馈机制。类似地，基底充电引导系统362可以通过引导链路366与电动车辆引导系统364通信，以提供在对准基底系统耦合器304和电动车辆耦合器316时引导操作者的反馈机制。此外，可以存在由基本充电通信系统372支持的单独的通用通信链路(例如，信道)和用于在基底无线充电系统302和电动车辆充电系统314之间传送其他信息的电动车辆通信系统374。该信息可以包括关于基底无线充电系统302和电动车辆充电系统314两者的电动车辆特性、电池特性、充电状态和功率能力、以及电动车辆112的维护和诊断数据的信息。这些通信信道可以是单独的物理通信信道，例如蓝牙、紫蜂协议(zigbee)、蜂窝等。

电动车辆控制器344还可以包括管理电动车辆主电池的充电和放电的电池管理系统(BMS)(未示出)、基于微波或超声波雷达原理的停车辅助系统、被配置为执行半自动停车操作的制动系统、以及被配置为协助可以提供更高的停车精度的高度自动化停车“电控停车”的方向盘伺服系统，从而减少任何基底无线充电系统102a和电动车辆充电系统114中对于机械水平耦合器对准的需要。此外，电动车辆控制器344可以被配置为与电动车辆112的电子设备通信。例如，电动车辆控制器344可以被配置为与视觉输出设备(例如，仪表板显示器)、声/音频输出设备(例如蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如键盘、触摸屏、和指示设备，诸如操纵杆、轨迹球等)、和音频输入设备(例如，具有电子语音识别的麦克风)通信。

此外，无线功率传送系统300可以包括检测和传感器系统。例如，无线功率传送系统300可以包括用于与以下各项传感器：用于将驾驶员或车辆正确地引导到充电点的系统一起使用的传感器、用于将耦合器与所需的分离/耦合相互对准的传感器、用于检测可能阻碍电动车辆耦合器316移动到特定高度和/或位置以实现耦合的传感器、与用于与执行系统的可靠、无损坏且安全的操作的系统一起使用的安全传感器。例如，安全传感器可以包括以下传感器：检测超出安全半径的接近无线功率耦合器104a、116的动物或儿童的存在，检测可以被加热(感应加热)的基底系统耦合器304附近的物体，检测在基底系统耦合器304上的危险事件，诸如炽热的物体，监测基底无线充电系统302和电动车辆充电系统314部件的温度。

无线功率传送系统300还可以经由有线连接来支持插入式充电。有线充电端口可以在传送功率去往或来自电动车辆112之前集成两个不同充电器的输出。开关电路可以根据需要提供支持无线充电和经由有线充电端口的充电二者的功能。

为了在基底无线充电系统302和电动车辆充电系统314之间通信，无线功率传送系统300可以使用带内信令和/或带外信令二者。带外通信可以使用RF数据调制解调器(例如，在非许可频带中的无线电以太网)来执行。带外通信可以提供足够的带宽用于向车辆用户/拥有者分配增值服务。无线功率载波的低深度幅度或相位调制可以用作具有最小干扰的带内信令系统。

此外，可以经由无线电力链路来执行某种通信，而不使用特定的通信天线。例如，无线功率耦合器304和316也可以被配置为用作无线通信发送器。因此，基底无线充电系统302的一些实现可以包括用于在无线功率路径上启用密钥型协议的控制器(未示出)。通过用预定义的协议以预定义的间隔键入发送功率电平(幅度移位键控)，接收器可以检测来自发送器的串行通信。基底充电系统功率转换器336可以包括用于检测在由基底系统耦合器304生成的近场附近的有效电动车辆接收器的存在与否的负载感测电路(未示出)。作为示例，负载感测电路监视流向功率放大器的电流，其受到由基底系统耦合器104a生成的近场附近的有源接收器的存在与否的影响。功率放大器上的负载变化的检测可以由基底充电系统控制器342监测，用于确定是否使得振荡器能够用于传输能量，与有效接收器通信，或其组合。

为了实现无线高功率传输，一些实现可以被配置为以在20到150kHz范围内的频率来传输功率。这种低工作频率可以实现能够使用固态器件来实现的高效率的功率转换。除此之外，与其他频段相比，无线电系统可能存在较少的共存问题。

关于感应充电，取决于主和辅磁性结构的能量传递速率(功率水平)、工作频率、尺寸和设计以及主和辅磁性结构之间的距离，在某些位置处在气隙中的磁通密度可以超过0.5mT，并且可能达到几毫特斯拉。如果将包含一定量的导电材料(例如金属)的物体插入到主结构和辅结构之间的空间中，则在该物体中生成涡流(法拉第和兰茨定律)，这可能导致功率耗散和随后的加热效果。该感应加热效果取决于磁通密度、时变磁场(例如，交变磁场)的频率、以及物体的导电结构的尺寸、形状、方向和导电性。当物体暴露于磁场足够长的时间时，它可以被加热到在几个方面可能被认为是危险的温度。如果物体包括易燃材料(例如包括薄金属箔或金属膜的香烟包装)或者与这样的材料直接接触，则一个危险可能是自点火。另一危险可能是灼伤可能拾取这样热的物体(例如硬币或钥匙)的人的手。另一危险可能是破坏主或辅结构的塑料外壳，例如熔化成塑料的物体。

也可以在包括可能基本上不导通但呈现出明显滞后效应的铁磁性材料的物体中或在生成磁滞和涡流损耗二者的材料中的温度升高。因此，检测这样的物体有利于避免相应的有害后果。如果物体检测系统集成在用于提供无线功率的系统内，则响应于检测到有害物体，系统可以降低功率水平或关闭，直到可以采取措施去除有害物体。基于其变化的温度来感应地感测物体可以被称为“电感热感测”。

在电感式功率传送的某些应用中，诸如在家庭和公共区域中对电动车辆进行充电，由于人员和设备的安全性，可能有必要的是，能够检测有可能升温至临界温度的外来物体。在如下系统中尤其如此：其中关键空间是开放和可接入，使得外来物体可以被意外或有意地放置在该空间中(例如，在妨碍的情况下)。

本文中所描述的实现涉及自动检测可能位于预先确定空间中的危险的铁磁性外来物体(例如，包括铁磁性材料的金属物体)。特别地，某些实现涉及检测位于其中磁通密度可能超过特定值(例如0.5mT)的主磁结构或辅磁结构表面附近的小金属物体(例如硬币)。

本文中公开的方法和概念能够对属于另一类别的外来金属物体的物体进行感应检测，这些物体在物体暴露于偏置磁场时瞬时改变一些电磁属性或电特性。这样的磁偏置效应可以在例如铁、钢等铁磁性材料中而且也在铁氧体(例如软铁氧体)中能够观察到。

包含铁磁性材料的金属物体是潜在的危险，因为它们在暴露于通常在感应功率传送(IPT)系统的功能空间内产生的水平的交变磁场时可能被加热至临界温度。如果使其长边(易磁化轴)沿着IPT磁场的方向来定向，则长的物体可能尤其如此。因此，检测铁磁金属物体特别重要。日常生活中使用的很多物品、如工具、螺丝、螺母、垫圈、钉子、回形针等属于这一类。该类别的某些物体也可能属于快速升温并且导电性和/或磁导率也随着物体的温度升高或降低而基本上变化的物体类别。

用于金属(导电)物体的普通电感性感测的大多数装置和功能也可以应用于本文中公开的用于检测铁磁金属物体的方法和概念。因此，这些方法和概念应当被解释为增强的金属物体检测装置的另一附加特征，而不一定需要单独的附加装置。

本文中公开的外来物体检测系统的传感器和其他部分被认为被集成到IPT耦合器(IPT底座(pad))中，并且特别地集成到IPT基底耦合器(基座)中。然而，本文中公开的主要方法和概念也可以应用于车辆耦合器(车辆底座)集成以及非集成的独立(分立)解决方案。IPT耦合器可以是所谓的“圆形”型耦合器(使用“圆形”线圈)、“双D”型耦合器(使用双线圈布置)、“电磁阀”型耦合器(使用缠绕在磁芯上的电磁线圈)、“双极”型耦合器(使用线圈之间几乎为零耦合的双线圈布置)、或者基于单线圈或多线圈布置的任何其他类型的耦合器中的一种。IPT耦合器可以由平面线圈结构(例如由铜利兹线制成)、背衬线圈的平面铁氧体结构(例如软铁氧体材料)和布置在平面铁氧体结构与线圈表面相反的表面上的导电背板(例如由铝制成)组成。

为了简单起见，本文中的描述和附图假定单个铁磁性外来物体。然而，本文中公开的方法和装置通常具有检测由于在预先确定空间内存在多于一个铁磁性外来物体而导致异常状态的可能性。

暴露于低频交变磁场(例如，磁通密度在1mT或以上的20至150kHz范围内的IPT磁场)的导电性和铁磁性物体可能会加热到例如高于500K的危险温度。长的铁磁性物体在其长轴基本上在磁场的方向上被取向的情况下尤其如此。如果温度高于500K的物体变为与诸如纸张、干燥的叶子、油、燃料等易燃材料接触，则物体可能被认为是火灾的潜在风险。因此，对于在其功能空间(如果开放和可接入的)中生成在毫特斯拉(mT)范围内的磁通密度水平的IPT系统，这些物体必须被视为安全问题。如果直接放置在基座的表面上，则这些热的物体也可能导致损坏，因为它们会熔化或燃烧塑料外壳。

可以通过测量电导体(本文中称为电感性感测线圈)的至少一个回路的端子处的至少一个电特性(例如，等效电感、等效电阻、频率响应或脉冲响应)来感应地检测在预先确定空间中铁磁(例如，金属)物体的存在。具有足够接近电感性感测线圈的足够尺寸的铁磁性物体将改变由该电感性感测线圈生成的感测磁场，从而对上述电特性中的一个或多个产生可测量的影响。此外，在一些实现中，可以通过将至少一个上述电特性的测量样本与具有相同至少一个特性的参考样本进行比较来检测铁磁性物体。例如，在没有铁磁性外来物体的情况下，可以在校准过程中获得这样的参考样本。

然而，为了提高检测灵敏度要求，并且在某些使用情况下，该基本方法可能不提供可靠的外来物体检测解决方案。例如，如果其他金属或磁性结构位于外来物体检测系统的感测范围内并且不是静止的，则结构对电感性感测线圈的特性的影响也将动态地改变。因此，简单的校准过程不能消除这样的其他金属结构的影响。在具有集成到基座中的外来物体检测的地对车感应充电应用中，这种干扰结构可以包括车辆IPT耦合器和/或车辆的底部。除此以外，基座中的导电或磁性结构也可以对一个或多个电感性感测线圈的一个特性施加可变的可测量效果。这种效果可能是由于例如由机械应力、变化的温度引起的小的运动，和/或在这些结构的电和/或磁特性中的变化，作为改变温度或磁场的结果。另外，这种电感性感测线圈本身的电特性可能由于周围绝缘材料的机械应力、温度效应或电性能的变化而改变，导致电感性感测线圈的自电容或接地电容的变化。改变的环境的影响在被设计用于检测位于表面附近的金属物体(基本上在二维空间中)的系统中可以是可控的，但是它们在被设计用于提高灵敏度的外来物体检测系统中可能成为主要挑战，例如用于检测扩展(三维)空间中的金属物体。

铁电金属(例如，传导)物体可以通过电感性感测线圈在被暴露于足够强的静态偏置磁场时发生的一个或多个特性(例如，等效电感和/或等效电阻)的瞬时变化来被感应地检测，例如在MHz频率范围内。看起来，当暴露于偏置静态磁场时，铁磁性物体的电导率和通常也是磁导率瞬时变化。偏置静态磁场可以被认为对铁磁性物体的电磁材料特性施加偏置效应。对于经受静态偏置磁场的大多数铁磁性金属物体，该效应通常相对较弱。这种相对较弱的影响可以通过铁磁性物体的已知的磁阻效应来解释。

然而，与通过在铁磁性物体暴露于偏置低频时变磁场(例如，交变磁场)时的上述磁阻效应可以解释的相比，对于电感性感测线圈的等效电感或等效电阻的影响要大几个数量级(例如，100到1000倍)。这种比较强的效果不能用普通的磁阻效应来解释，如可以适用于静态偏置磁场。对于IPT的一些实现，偏置交变磁场可以是为功率传送生成的低频交变磁场，因此不需要辅助偏置交变磁场。在其他实现中，偏置交变磁场可以是与用于功率传送的交变磁场不同的交变磁场。

将铁磁性物体暴露于IPT磁场通常调制物体的表面电导率和磁导率，其又可以导致在感测频率的在电感性感测线圈的端子处测量的等效电阻和/或等效电感的调制。根据铁磁性物体对感测线圈的等效电感和/或电阻的影响，该低频调制可以是非常小的程度，例如小于1％。

在一些实现中，对铁磁性物体的表面电导率和磁导率的调制作用也可能伴随着由偏置交变磁场引起的铁磁性物体的趋肤深度内的涡流和/或滞后损耗而导致的焦耳热效应。焦耳热效应将增加铁磁性物体的温度，并且因此也将根据铁磁性物体的温度系数改变铁磁性物体的表面电导率和磁导率。

图4是根据一些实现的用于使用电感性感测线圈402检测铁磁性外来物体(例如，外来物体450)的简化电路400的图，其中物体的导电性和磁导率是到偏置静态磁场415的暴露的函数。电路400包括电感性感测线圈402，电感性感测线圈402可以包括一个或多个回路的线圈和暴露于静态磁场415的外来物体450。可以由正弦信号源404以电压v_s(t)406和感测频率(f_s)来激励电感性感测线圈402，以导致感测电流i_s(t)408。静态磁场415磁性地偏置外来物体450。表面通过电感性感测的外来物体450的电导率410和磁导率412通常是偏置静态磁场的函数。由于等效电感和电阻是和的函数，所以可以通过关于源极电压v_s(t)515和静态磁场的强度分析电流来潜在地检测外来物体450的存在。

图5是用于检测图4的外来物体450的简化电路400的等效电路图500。等效串联电路500可以适用于通过具有频率f_s的电压v_s(t)的对电感性感测线圈(例如，图4的感测线圈402)的正弦激励的稳定状态，其引起在电路500中有电流i_s(t)循环。等效串联电路500包括表示系统总体能量存储效应的串联电感L_sc>sc510。等效串联电路500还包括差分电感506和差分电阻511，其分别表示由电感性感测线圈(例如，图4的电感性感测线圈402)的影响区域中的铁磁性物体(例如，图4的外来物体450)施加的电感和电阻效应。当物体暴露于偏置静态磁场时，外来物体450的差分电感506和差分电阻511瞬间受到影响。

图6是示出根据一些实现的铁磁性外来物体到静态磁场的间歇性暴露对电感性感测线圈(例如，图4的电感性感测线圈402)的特性的影响的时间图600。如图6所示，外来物体(例如，图4的外来物体450)间歇性地暴露于静态偏置磁场该检测方法基于“受刺激的”电感阻抗和电阻感测，其中在最小情况下，刺激可以包括至少一个暴露ON间隔606，之后是暴露OFF间隔607。图6示出了根据线601的静态磁场的切换。图6还示出了感测线圈的等效电感L_sc+ΔL_sc(t)610和等效电阻R_sc+ΔR_sc(t)615的所得到的时间变化。如图所示，并且根据已知的磁阻效应，等效电感L_sc+ΔL_sc(t)610和等效电阻R_sc+ΔR_sc(t)615在暴露ON间隔606期间都减小，并且在暴露OFF间隔607期间都增加。这些特性变化可以揭示铁磁性外来物体的存在。

例如，在实现中，电感性感测线圈402的至少一个特性(例如，等效电阻R_sc+ΔR_sc(t)615,)在包括开始的暴露间隔(例如，ON间隔606和OFF间隔607)的至少一部分的时间段上被恒定地测量和记录。为了确定外来物体450的存在，在一些实现中，将至少一个记录的电阻时间过程R_sc+ΔR_sc(t)615与605的暴露时间简况601进行比较。在一些其他实现中，该比较是相关性。记录的电阻时间过程R_sc+ΔR_sc(t)615或其他感测线圈40特性与605的暴露时间简况601相关。在另外的实现中，使用时间导数中的至少一个来进行相关，例如，电感性感测线圈402的特性中的至少一个的记录的时间过程的一阶导数d/dt(时间梯度)。

图7是根据一些实现的用于使用电感性感测线圈702来检测铁磁性外来物体(例如，外来物体750)的简化电路700的图，其中物体的导电性和磁导率是到偏置时变磁场的暴露的函数。在一些实现中，偏置时变(例如，交变)磁场可以是IPT低频磁场。在这种情况下，用于生成第二时变磁场的装置可以包括一个或多个IPT传输线圈。交变磁场可以以频率f_IPT交变。与先前结合图4描述的静态磁场一样，外来物体750的表面电导率和磁导率与交变暴露场以一定关系变化，以便调制由电压源704提供的电压v_s(t)驱动的电流i_s(t)。然而，如符号所示，和通常也是物体温度θ的函数，并且因此也通过焦耳热效应间接地受偏置交变磁场的影响。然而，通过很多不同物体的测试表明，这种焦耳热效应通常比由于暴露于偏置交变磁场而导致的调制效应弱得多，并且由于焦耳热效应引起的变化也比由于这种新颖的调制效应导致的几乎瞬时的变化慢几个数量级，这取决于外来物体750的热容量和加热功率。通过这种调制效应以及在一些情况下还通过热效应关于源电压v_s(t)和暴露场信号分析电流i_s(t)，可以潜在地检测外来物体750的存在。

图8是用于检测图7的外来物体750的简化电路700的等效电路800图。图8的等效电路800包括提供电压v_s(t)的电压源818，电压通过等效电感L_sc>sc>806和等效电阻811的部分的串联连接来驱动电流i_s(t)，等效电感806和等效电阻811的该部分可以归因于外来物体750的存在并且在暴露于交变磁场时通常受到调制和热效应两者的影响。

图9是示出根据一些实现的铁磁性外来物体到偏置和加热交变磁场的间歇性暴露对电感性感测线圈的特性的影响的时间图900。第一时间过程915示出了电感性感测线圈702的等效电阻R_sc+R_sc(t)，第二时间过程910示出了电感性感测线圈702的等效电感L_sc+ΔL_sc(t)。第三时间过程905示出了具有通过OFF间隔907分开的ON间隔906的交变磁场，而第四时间过程920示出了具有初始温度θ₀的外来物体750的温度。如果存在外来物体750，等效电阻和等效电感以作为交变磁场的频率f_IPT的两倍的频率(调制频率)周期性地变化。该倍频效应表示这种电磁材料性质的调制与交变磁场的符号无关，并且因此提供整流效果。此外，当交变磁场为ON时，等效电阻的短期平均值(如斜线虚线所示)瞬时增加。这是与先前关于图6中的普通磁阻效应所描述的相反的效果，其中等效电阻随着到静态磁场的暴露而减小。此外，温度效应可以通过等效电阻的短期平均值和等效电感910的短期平均值的轻微斜率来看出，其跟随由焦耳热效果导致的外来物体750的温度时间过程920。

对于使用正弦感测电压v_s(t)的感测系统，通常可以在时域中观察该调制效应作为所得电流i_s(t)的幅度和相位调制(参见图7和图8)。对于一些铁磁性物体(例如回形针)，该调制效应可以是高度非线性的，表现为短脉冲的周期性序列，然而总是具有为交变磁场的频率f_IPT的两倍的基频。调制程度取决于外来物体750对电感性感测线圈的702等效电感和等效电阻，以及对外来物体750的材料和方向的影响。在频域中，可以观察该调制作为多达几阶的调制谐波边带，如图10的频谱1000所示。

图10是示出根据一些实现的当铁磁性物体暴露于偏置交变磁场时，在电感性感测线圈测量端口处感测的电压信号的频谱1000。如果交变磁场是IPT磁场，则调制谐波通常可能发生在IPT频率f_IPT的谐波(例如f_s±n·f_IPT，其中n是调制谐波的阶数)处。理论上，由于调制机制与交变磁场的符号无关，所以不需要大量的奇次谐波，这可以通过频谱1000中所示的3次和5次谐波中的任何一个的基本零电压电平来看出。然而，在实际系统中，由于模拟信号处理中的一些非线性失真效应，可能会观察到一些残余的一阶(例如f_s±f_IPT)和其他奇数阶谐波产物。

图11是根据一些实现的基于连续波形响应方法的铁磁性外来物体检测电路1100的图。如图11所示，IPT线圈1120和IPT电源1122可以用于使用交变磁场来磁性地偏置铁磁性外来物体(例如，外来物体1150)。电路1100包括与电容器C_res>sh1106。电路1100另外包括由虚线表示的与分流电感器1106并联的测量端口1110。测量端口1110包括电压传感器1115和电流传感器1116，并且还经由串联电阻器R_res>s的输入。

电路1100还包括被配置为接收电压传感器1115和电流传感器1116的输出作为输入的阻抗分析器1108。阻抗分析器1108还被配置为向评估和控制单元1140输出阻抗Z_s(t)确定，并且从IPT电源1122接收用于频率和相位同步目的的IPT参考信号1124。

评估和控制单元1140经由提供给感测信号电压源1112的输出1118来控制感测频率f_s，并且还经由提供给IPT电源1122的另一输出1142来控制交变磁场评估和控制单元1140另外包括用于从IPT电源1122接收IPT参考信号1124的输入，除了频率和相位之外，它还可以反映IPT电源1122的电流电平、功率电平或任何其他操作状态。评估和控制单元1140还包括用于提供检测假定H_i的输出。

与分流电感器L_sh>res>IPT处的交变磁场来衰减在电感性感测线圈1102中感应的电压。衰减该低频分量通常可以放松对电压传感器1115、电流传感器1116和阻抗分析器1108的要求，并且还可以减少任何非线性失真效应，例如任何低频和高频信号分量之间的交叉调制。电容器1104还将降低在电感性感测线圈1102中感应的IPT频率f_IPT的电流分量I_ind,，这将降低电感性感测线圈1102中随之而来的焦耳热效应。电感性感测线圈1102的自加热在经由其温度变化来感测物体时可能会产生干扰效果。电容器C_res>s处完全或部分地补偿电感性感测线圈1102的电抗，如下面将更详细地概述的。串联电阻器R_res>s，例如，如果感测电路1100被调谐到谐振(例如，全补偿)以使测量端口1110处的阻抗最小化。

在一些实现中，分流电感器L_sh>IPT)电压分量，该信号电压源生成叠加在低频补偿信号(例如IPT频率f_IPT)上的高频感测信号。然后，电路1100可以调节低频补偿信号的幅度和/或相位，以便使测量端口1110处的IPT频率电压最小化。

在一些其他实现中，分流电感器L_sh>ind的情况下由铁氧体磁芯生成的任何调制效应。由于分流电感器L_sh>

选择合适的感测频率需要特别注意。IPT系统的基频、谐波频率和其他开关噪声可能与感测信号潜在地干扰或交叉调制，因此使外来物体检测失真。关于图11的电路1100，考虑到电容器C_res>sh>IPT、例如在1至10MHz的频率范围内的感测频率可能是一个很好的折衷。

当外来物体1150存在时，代表电感性感测线圈的等效电感和等效电阻的量可以是作为时间(例如，被调制的)的函数的复阻抗Z_s。如果感测信号是连续正弦波，并且如果感测频率f_s明显高于调制频率(例如，f_IPT)，则可以应用这一阻抗概念，这对于在MHz范围内的感测频率f_s可以适用。对于其他激励，阻抗的概念可能不合适。

在一些实现中，可以通过感测测量端口1110处的电压V_s和电流I_s来获取时变复阻抗Z_s(t)。更详细地，通过分别在滤波器和检测器模块1126以及滤波器和检测器模块1128中对感测电压V_s和感测电流I_s进行滤波和包络检测，以获得复电压包络V_s(t)和复电流包络I_s(t)(例如，调制波形)来获得复阻抗Z_s(t)。滤波器和检测器模块1126然后可以向模块1130输出复电压包络V_s(t)，并且滤波器和检测器模块1128然后可以向模块1130输出复电流包络，模块1130计算商Z_s(t)＝V_s(t)/I_s(t)。模块1126和1128内的滤波器可以是以电压V_s(t)和电流I_s(t)调制波形的最小失真来降低噪声的匹配的滤波器。此外，通过从IPT电源1122接收IPT参考信号1124，滤波器和检测器模块1126和1128可以与交变磁场频率和/或相位同步。

在一些实现中，复阻抗Z_s(t)可以基本上在谐振时以本质上由电感性感测线圈的电感L_sc(图10中未示出)和电容C_res>s来测量。然而，测量谐振时的阻抗Z_s(t)不应当被解释为外来物体检测方法的一般必需。然而，谐振可能有利于减小电压传感器1115和电流传感器1116以及阻抗分析器1108的动态范围要求。虽然由于外来物体1150的存在而导致的绝对阻抗变化(e.g.,2πf_sΔL_sc)与任何电抗补偿无关，但是，如果通过将感测频率f_s调谐到谐振来补偿电感性感测线圈1102两端的总电压，则相对(例如百分比)变化将变得更加显著，因为它是确定电压传感器1115、电流传感器1116和阻抗分析器1108内的部件的动态范围要求的相对阻抗变化。下面讨论谐振调谐的其他益处。

评估单元1140可以进一步处理并且对照参考波形比较检测到的复阻抗波形Z_s(t)，同时考虑经由IPT参考信号1124接收的信息，以最终选择检测假定H_i。这样的参考波形可以在系统校准过程中获取。

在一些实现中，评估和控制单元1140可以被配置为基于检测预先确定水平或量的调制或基于检测到的复阻抗波形Z_s(t)中的其他不同特性来确定外来物体1150的存在。这些特性(例如，调制谐波)可以在时域或频域中分析(例如通过傅立叶级数)。

在一些其他实现中，评估和控制单元1140还可以将所确定的复阻抗波形Z_s(t)与间歇交变磁场的占空比相关，以经由交变磁场偏置和/或通过热效应来确定外来物体1150的存在。

图12是根据一些实现的基于连续波形响应方法的另一铁磁性外来物体检测电路1200的图。电路1200可以基于频域处理方法来确定铁磁性物体(未示出)的存在。电路1200利用包括电感性感测线圈1202的多个电感性感测线圈(例如，图12中未完全示出的线圈阵列)，以便在IPT耦合器的整个表面区域(例如，图12中未示出的基座)上提供足够的检测灵敏度。为了清楚起见，图12省略了可以用于外来物体检测过程的IPT系统(如图11所示)的部分。电路1200与图11所示的电路基本相同。除了它包括多路复用器1254和1256(例如，包括N个模拟开关)，并且省略了电流传感器1116。在一些实现中，用于复用多个电感性感测线圈的电特性的多个变化的测量的装置可以包括多路复用器1254和1256中的至少一个。

在该检测电路1200中，感测信号源(如图11所示的1112)由馈送到数模转换器(DAC)1250中的数字频率合成器1260实现。DAC 1250提供经由串联电阻器R_ser>o。DAC>ser>ser。然而，在一些实现中，可能优选的是将多路复用器1254直接连接到感测信号源(例如，DAC>

DAC 1250输出电压V_o和电阻器R_ser>s,1驱动到由多路复用器1254选择的电感性感测线圈中的恒定交流(AC)源。或者，DAC1250可以提供不需要串联电阻R_ser>s,1，可以认为第i感测电路的测量端口1210处的感测电压(V_s,i其他电路未示出)直接反映阻抗Z_s，i。

此外，图12示出了经由第二多路复用器1256(例如，包括N个模拟开关)连接到模拟-数字转换器(ADC)1252的N个电压传感器输出中的每个。电压传感器1215和/或ADC 1252可以包括模拟信号预处理电路，例如在图12中未详细示出的预放大和/或抗混叠滤波器。然后可以在数字(digital)(数字(numerical))域中执行复电压波形的窄带滤波和检测。在傅立叶(例如，频率)域中使用一组2K+1个同步检测器1258来分析经由多路复用器1256输入到ADC 1252的电压波形V_s,i(t)，每个调制边带频率一个同步检测器，如同前面结合图10所述的。K的适用的值可以是2、3、4中的任何一个，然而本申请不限于此，使得K可以具有任何整数值。

每个同步检测器1258(例如，在储库1268内)提供同相混频器1266、正交混频器1264、低通滤波器1262和复数(同相和正交)输出，以递送由V_s，n，k表示的复幅度(例如，表示傅立叶系数)，其中，n是指第n感测线圈，k是指k阶调制谐波，其中|k|≤2K。零阶调制谐波V_s，n，0是指感测载波信号分量，并且通过与频率为f_s的正弦正交波形混频V_s,i(t)来获得。低通滤波器1262可以是相对于滤波要求和检测时间约束而确定的有限脉冲响应(FIR)型滤波器。在使用N个电感性感测线圈和时间复用的外来物体检测系统中，每个感测线圈的可用检测时间减小到图11的电路1100的可用检测时间的1/N。

输入到同相和正交混频器的数字频率波形(0°，90°)分别由数字频率合成器1260生成，频率如图10示例性地所示。在一些实现中，所有频率波形可以基于从评估和控制单元1240接收的感测频率f_s1218和从IPT传输系统接收的外部IPT参考信号1224。在一些实现中，IPT参考信号1224是从剩余IPT频率电压导出的，因为其可以在第i感测电路的测量端口处感测。数字频率合成器1260可以包括用于使内部数字振荡器与外部IPT参考信号1224频率和相位同步的装置。

评估和控制单元1240可以通过使用适当的阈值比较检测到的一组复合输出(V_s,n,K)与一组参考值来确定潜在物体的存在。参考值可以在系统校准过程中获得。此外，评估和控制单元1240可以将连续检测的输出集合的时间序列与交变磁场间隔相关联，例如用于经由磁场偏置和/或加热效应来检测物体。在这种相关方法中，零阶系数V_s，n，0可能是特别相关的。

在一些实现中，复电压V_s，n，0的实部和虚部应当分别反映电感性感测线圈1202的等效电阻和等效电感，这需要复电压的真实映射。真实电压(例如，阻抗)映射可以提供用于区分潜在物体和其他干扰之间的大部分信息。然而，真正的电压映射可能需要系统补偿由DAC1250和ADC>

因此，在一些实现中，评估和控制单元1240通过以下过程来执行相位校正。首先，调谐感测频率f_s>V_s，n，0的幅度最小化。在该频率下，测量端口1210处的阻抗理想地应该是纯电阻(零相位)，以忽略分流电感器L_sh1206的影响，这允许电路1200确定相位误差。已知相位误差，电路1200可以通过将电压相量V_s，n，0旋转一定量的所测量的相位误差以消除所测量的相位误差来执行相位调零。该过程可以提供真实电压(例如，阻抗)映射所需的足够精确的相位校准。

在一些实现中，IPT频率分量(例如，以与IPT频率f_IPT下感应到电感性感测线圈1202中的电压基本上相位同步)也可能需要相位校正。这种校正可以由数字频率合成器1260分别针对每个电感性感测线圈1202进行。

在IPT耦合器(未示出)中、在并联电感器1206中使用的铁氧体和电路1200内的其他固有非线性可以产生一定程度的阻抗调制。这种固有调制效应可能在校准过程中无效。

由IPT电源产生的开关噪声谐波内容可以经由IPT耦合器线圈(未示出)耦合到电感性感测线圈1202中，并且可以落在外来物体检测敏感的频率上(例如，感测载波频率f_s和调制边带)。因此，电路1200可以通过以如下方式智能地控制感测频率f_s来执行主动干扰避免，该方式使得IPT谐波保持在由每个同步检测器1262的带宽限定的任何敏感频率范围之外，同时保持基本上谐振。相反，系统可以少量调节IPT频率f_IPT。

当高频感测信号(例如，V_o驱动DAC>s,1)关闭时，IPT频率谐波对任何相关调制边带谐波的潜在干扰可以通过由一组同步检测器1262和评估和控制单元1240执行的无源检测来识别。任何潜在的干扰可以被检测为任何检测器1262输出处的增加的信号电平。当检测到干扰时，评估和控制单元1240可以稍微调节感测频率f_s>

IPT电源(未示出)还可以生成不能通过移动感测频率f_s来减轻的宽带噪声。在某种程度上，IPT电源还可以调制出现在测量端口1210处的阻抗。这可以通过IPT电源(例如参考图11的1122)的输出阻抗的变化以及电感性感测线圈1202和IPT耦合器线圈(例如，参考图11的1120)之间的某种耦合来解释。这些输出阻抗变化也可能表现出具有作为IPT频率f_IPT的两倍的基频的频谱。

因此，电路1200可以实现用于稳定输出阻抗并且在感测频率范围内降低宽带噪声的特殊部件。这种部件可以包括插入在功率转换器和IPT系统的IPT耦合器之间的高频滤波器(隔离器)。这些部件可以被认为是IPT调谐和匹配网络的组成部分。该部件还可以包括IPT控制系统中的特殊措施，特别是在脉宽调制(PWM)驱动波形的发生器中，用于平滑(无瞬变)控制并使抖动最小化。用于降低噪声和阻抗调制的上述方法也可以应用于IPT功率接收器(例如，IPT接收器，未示出)，其也可以类似地干扰感应外来物体检测过程。

经由交变磁场偏置和通过涡流加热来检测铁磁金属物体的基本概念也可以主要应用于脉冲响应(脉冲感应)检测技术，因为铁磁性物体的存在也可以改变可以是偏置磁场的强度和物体温度的函数的电感性感测线圈的脉冲响应。这种脉冲响应检测实现可能不需要谐振调谐。

图13是根据一些实现的基于脉冲响应方法的又一铁磁性外来物体检测电路1300的图。在操作中，电感性感测线圈1302在短时间段内通过DC电压源1312充电。在时间T₀，电感性感测线圈1302与DC压源1312断开并且在分流电阻器1334上放电，理想地没有振荡。最后，在电感性感测线圈1302两端测量的电压V_s至少在一个定义的时刻T₀+T_k进行采样，并且与至少一个参考值相比较。

图13还示出了IPT系统的相关部分。电路1300的特征在于控制定义当前充电时间T_o的脉冲发生器1316的定时器电路1326、由脉冲发生器1316控制的用于执行充电脉冲的开关1314、用于在感测脉冲期间对感应电感性感测线圈1302充电的DC电压源V_DC>s(t)的电压传感器1315、和被定制用于在电感性感测线圈1302上快速放电的分流电阻器1334。限幅器1328可以接收电压传感器1315的输出，用于将测量信号的电平限制(例如，限幅)到感兴趣的范围，同时还防止接收限幅器1328的输出的放大器1330的饱和。放大器1330的输出被输入到采样器1332，该采样器1332被配置为在由定时器1326控制的K个时刻T₀+T_k(k＝1…K)采样电压脉冲响应V′_s(t)。评估和控制单元1340通过将电压样本与一组参考值进行比较来评估连续地检测的电压样本V′_s(T₀+T_k)并且确定铁磁性物体(例如，外来物体1350)的存在。

在优选实现中，通过周期性地向电感性感测线圈1302施加电压脉冲来检测外来物体1350。脉冲可以与IPT频率f_IPT同步地执行，脉冲频率等于IPT频率f_IPT或者是其整数倍，并且具有相对于由IPT电源1322提供给评估和控制单元1340的IPT参考信号1324以及相对于可能存在于真正的IPT系统中的开关瞬变调节到适当的时刻的脉冲相位。该脉冲可以由从评估和控制单元1340输出的暴露控制信号1342驱动。通过分析调制程度(例如改变)、与交变磁场暴露间隔的相关程度、以及在所获取的时间序列中感测的其他特性，评估和控制单元1340可以被配置为基于连续采样的脉冲响应来确定外来物体1350的存在。

此外，由于相应脉冲开关1314可以一次仅向一个感测线圈分别提供相应的脉冲，因此脉冲响应实现在感测电感性感测线圈的多个(阵列)上的扩展可能不需要感测电路1300的感测脉冲生成部分中的多路复用器。DC电压源1312可以是多个感测电路公共的，而分流电阻器R_sh1334、电压传感器1315和限幅器1328可以对于每个电感性感测线圈(例如，线圈1302)是单独的。感测电压的多路复用可以在限幅器1328的下游(例如，之后)或甚至在放大器1330的下游(例如，之后)执行。

以下可以应用于本文中公开的任何铁磁性外来物体检测电路，但是在如图13所示的外来物体检测电路的上下文中进行描述。

可以在开始感应功率传送之前，最初施加通过间断地将外来物体1350暴露于偏置(调制)和/或热交变磁场的外来物体检测。如果路1300确定外来物体1350的存在，则电路1300不启动感应功率传送。如果最初没有检测到任何物体，则在正常的功率传送期间，电路1300可以采用至少一个外来物体检测过程，例如，适合于在系统处于活跃状态时检测进入功能空间的物体的过程(例如，基于时差法)。这可以是还可以部分地依赖于交变磁场偏置的电感性感测方法、基于雷达的过程和/或任何其他感测过程中的一种。在用信号通知外来物体检测的情况下，电路1300可以通过首先停止感应功率传送并且然后使用交变磁场偏置和/或加热来重新应用该过程来验证这种检测。这可能特别适用于低置信度检测的情况。如果先前的检测被确认，则电路1300可以中断感应功率传送。如果先前的检测未被确认，则电路1300可以重新激活感应功率传送。

取决于系统能力，可以通过将实际功率传送到例如电动车辆的电池等负载来生成偏置和热交变磁场备选地，可以通过断开车辆侧负载并且通过在基座IPT耦合器1320和/或车辆IPT耦合器(未示出)中生成基本电抗功率来生成磁场

可以更谨慎地应用本文中公开的实现，以防止在交变磁场暴露间隔期间发生危险情况。例如，交变磁场暴露可以在亚临界水平开始。如果没有检测到外来物体1350，则电路1300可以从间隔到间隔连续增加(例如，斜升)磁场暴露的水平。

一些物体(例如回形针)可以使用偏置交变磁场的电平显著地改变它们的调制响应。归因于饱和的这些效应可以揭示对于确定外来物体1350的存在有用的另外的信息。当改变偏置交变磁场的频率时，也可以观察到调制响应的变化。对于偏置交变磁场使用不同的电平也可以有助于区分由IPT耦合器(未示出)中的铁磁性在电感性感测线圈(1302)的环境中产生的调制效应以及由铁磁性外来物体产生的调制效应，因为当电平交变时这些调制效应可能不同地改变不同。因此，在一些实现中，利用偏置交变磁场的不同电平和不同频率中的至少一个来执行外来物体检测。

本文中公开的方法可以与时间差分方法(例如，如先前结合图11所讨论的)和空间差分方法(例如，如先前结合图12所讨论的)中的至少一个组合。在时间差分方法中，外来物体检测系统可能不适用绝对决策标准，而是可以根据检测器输出的时间序列中的后续的检测器输出之间的差异来做出决定。相反，在空间差分方法中，外来物体检测系统可以基于来自相邻电感性感测线圈的检测器输出之间的差异来确定铁磁性物体的存在。

电感性感测线圈(例如，车辆底座和车辆底部)的环境中的金属结构可能暂时移动。这可能发生在例如人进入或离开车辆或当车辆被装载或卸载时。这些移动可能会严重地干扰基于上述处理的感应感测。对于大多数外来物体检测阵列的电感性感测线圈，这种干扰预期基本上同时发生。因此，如果电感性感测线圈的特性的显著变化恰好发生在多数电感性感测线圈上，则这种系统可以基于交变磁场偏置和/或加热来中断电感性感测。

图14是根据一些实现的用于检测物体的存在的方法的流程图1400。尽管本文中参考如上关于图4-13所讨论的电路和/或装置来描述方法1400，但是本领域普通技术人员将理解，方法1400可以由其他合适的装置和系统来实现。虽然本文中参考特定顺序描述方法1400，但是在各种实现中，本文中的框可以以不同的顺序执行或被省略，并且可以添加附加的框。操作框1402包括检测电感性感测线圈的电特性的变化，其中电特性在电感性感测线圈生成第一磁场时可检测，并且电特性被配置为根据同时向物体施加的第二时变磁场而变化。操作框1404包括基于电特性的检测到的变化来确定物体的存在。

图15是根据一些实现的用于检测物体的存在的装置1500的功能框图。本领域技术人员将理解，装置1500可以具有比图15所示的简化框图更多的部件。图15仅包括用于描述在权利要求范围内的实现的一些突出特征的部件。

装置1500包括用于检测根据被施加到物体的时变磁场而变化的电感性感测线圈的电特性的变化的部件1502。在一些实现中，部件1502可以由图11-13中任一个的评估和控制单元1140、1240、1340、和/或结合这些图中描述的任何其他模块或部件来实现。在某些实现中，用于检测的部件1502可以被配置为执行框1402(图14)的功能。例如，如先前结合图9和图11所述，当IPT电源1122生成交变磁场时，并且当IPT电源1122不生成交变磁场(例如，电特性的变化)时，可以在第一状态中的每个中确定电感性感测线圈1102的等效电阻和等效电感。可以通过分别经由电压传感器1115和电流传感器1116感测电压V_s(t)和电流I_s(t)并且将感测值输入到阻抗分析器中以确定等效阻抗Z_s(t)来确定这种等效电阻和电感。另外的实现也可以或者附加地遵循前面针对图4-8、10、12和13中的任一个的描述。

装置1500还包括用于基于电特性的检测到的变化来确定物体的存在的部件1504。在某些实现中，部件1504可以由评估和控制单元1140(图11)来实现。在某些实现中，用于确定的部件1504可以被配置为执行框1404(图14)的功能。例如，如先前结合图9和图11所述，如果等效阻抗Z_s(t)在施加交变磁场的第一状态和不施加交变磁场的第二状态之间改变(例如，变化)超过预先确定量，则评估和控制单元1140可以被配置为输出外来物体1150存在的确定。另外的实现也可以或者附加地遵循前面针对图4-8、10、12和13中的任何一个的描述。

上述方法的各种操作可以由能够执行操作的任何合适的装置来执行，诸如各种硬件和/或软件部件、电路和/或模块。通常，附图中所示的任何操作可以由能够执行操作的相应的功能装置执行。

可以使用各种不同技术(technology)和手法(technique)中的任何一种来表示信息和信号。例如，可以在以上描述中被引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来参考。

结合本文中公开的实现描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和方法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上已经在其功能方面一般地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这种功能是实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以不同的方式来实现，但是这种实现决定不应当被解释为导致脱离实现的范围。

结合本文中公开的实现描述的各种说明性块、模块和电路可以用被设计用于执行本文中所描述的功能的通用硬件处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或其任何组合来实现。通用硬件处理器可以是微处理器，但是替代地，硬件处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。硬件处理器也可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

结合本文中公开的实现描述的方法和功能的步骤可以直接用硬件，用由硬件处理器执行的软件模块，或用两者的组合来实现。如果用软件实现，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的非暂态计算机可读介质上，或者作为其传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD ROM、或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦合到硬件处理器，使得硬件处理器可以从存储介质读取信息并且向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以与硬件处理器集成。如本文中所使用的磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。硬件处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。

为了概括本公开，本文中已经描述了某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据任何具体实现，不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化本文中教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现可以在本文中教导或建议的其他优点。

上述实现的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原则可以应用于其他实现。因此，本申请不旨在限于本文中所示的实现，而是符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。