本申请基于并要求2017年1月3日向韩国知识产权局提交的韩国专 利申请号10-2017-0000948以及2017年11月30日提交的韩国专利申请号 10-2017-0163037的优先权的权益，这两个申请的全部内容出于所有目的 通过引证并入本文。
技术领域
本公开涉及一种无线电力传输(WPT)系统中使用移动激光器进行异 物检测(FOD)的设备，更具体地涉及一种用于使激光设备的尺寸和数量 最小化并通过使用安装在WPT系统的发送垫中的移动激光器检测发送垫 与接收垫之间的异物来提高FOD性能的设备。
背景技术：
电动车辆(EV)充电系统可基本上定义为用于通过使用储能装置的 电力或商用电源的电网对安装在EV上的高压电池进行充电的系统。这种 EV充电系统根据EV的类型可具有多种形式。例如，EV充电系统可分成 使用充电电缆的导电型和非接触式无线电力传输(WPT)型(也称为“电 感型”)。
当对EV充电时，安装在EV上的车辆组件(VA)(即，VA中的接收 垫)与位于充电站或充电点的接地组件(GA)的发送垫电感共振耦合， 并使用通过电感共振耦合从GA传输的电力对EV中的电池充电。
电感型WPT系统是一种使用发送垫(即，发送线圈)与接收垫(即， 接收线圈)之间的相互电磁感应现象发送电力的系统。因此，当发送线圈 与接收线圈之间存在可影响磁场的异物(例如，金属或磁性材料)时，异 物会直接影响WPT系统的共振频率，导致WPT系统操作异常或WPT系 统的效率降低。此外，发送线圈与接收线圈之间的异物的温度可迅速升高， 因此WPT系统的稳定性可受到破坏。因此，需要一种检测发送线圈与接 收线圈之间的异物的方法。
技术实现要素：
本公开的实施方式提供了一种无线动力传输系统中使用移动激光器 进行异物检测的设备。
根据本公开的实施方式，WPT系统中使用移动激光器的异物检测设 备可包括激光发送部，其安装在发送垫上部的一侧用于产生激光；激光接 收部，其安装在所述一侧的相对侧并接收由激光发送部产生的激光；以及 激光移动部，其用于沿着发送垫的所述一侧或相对侧移动激光发送部和激 光接收部。
激光移动部可包括连接部，该连接部连接激光发送部和激光接收部， 以便激光发送部和激光接收部一起移动。
激光移动部可包括输送轨道，输送轨道设置在发送垫的下部，与发送 垫的所述一侧或相对侧平行。
激光移动部可沿着输送轨道移动通过连接部连接的激光发送部和激 光接收部。
当设备包括多个激光发送部和多个激光接收部时，多个激光发送部可 以以第一间隔布置在所述一侧，而多个激光接收部的每一个可布置在相对 侧，面对多个激光发送部的每一个。第一间隔可小于或等于21mm。
当设备包括多个激光发送部和多个激光接收部时，该多个激光发送部 和多个激光接收部可以以第二间隔交替地布置在所述一侧或相对侧。
当设有两对激光发送部和激光接收部时，激光发送部的每一个可布置 成面对多个激光接收部的每一个。
激光移动部可使两对激光发送部和激光接收部的第一对和第二对在 相反方向上移动。
激光接收部可包括用于通过使用硫化镉(CdS)传感器来检测异物的 异物检测子电路。
异物检测子电路可包括：第一电阻器，第一电阻器的一端连接至施加 的电压(VCC)，第一电阻器的另一端连接至CdS传感器；CdS传感器， CdS传感器的一端连接至第一电阻器，CdS传感器的另一端接地；和缓冲 器，其接收第一电阻器与CdS传感器之间的电压作为输入并基于输入以恒 定电压电平来输出一输出。
第一电阻器的电阻可至少比CdS传感器的初始内电阻小十倍，但至少 比CdS传感器的通过感测激光而改变的内电阻大十倍。
设备还可包括通过参考异物检测子电路的输出来确定是否存在异物 的异物检测确定部。
异物检测确定部可确定当异物检测子电路的输出在一可容许误差范 围内等于所施加的电压时检测到异物。
当存在多个激光接收部时，设备还可包括OR门，该OR门接收异物 检测子电路(其每一个包括在多个激光接收部的每一个中)的输出，并输 出对异物检测子电路的输出进行的OR操作的结果信号。
设备还可包括通过参考来自OR门的结果信号确定是否存在异物的异 物检测确定部。
异物检测确定部可以是接地组件(GA)控制器，其根据确定是否存 在异物的结果控制发送垫中包括的GA线圈的输出电力水平。
在EV WPT系统中，使用根据本公开的异物检测设备，能使用少量的 激光发送/接收元件来检测发送垫与接收垫之间的异物。此外，由于使用了 激光，因此存在既能检测金属异物又能检测非金属异物的优点。
进一步地，由于仅在发送垫中准备了用于检测异物的激光元件，因此 即便发送垫和接收垫的制造商不同，也能很容易地应用根据本公开的异物 检测设备。
附图说明
图1是图示应用了本公开的实施方式的无线电力传输(WPT)的原理 的原理图；
图2是图示根据的无线电力传输电路的原理图；
图3是解释根据本公开的实施方式的EV无线电力传输中的对准原理 的原理图；
图4是图示EV WPT系统中的使用光源的异物检测设备的示意图；
图5是图示根据图4的实施方式的使用光源的异物检测设备的详细示 图；
图6A是示出根据本公开的实施方式的异物检测设备中使用的硫化镉 (CdS)传感器的外观的说明性视图，而图6B是解释根据本公开的实施 方式的异物检测设备中使用的CdS传感器的特性的曲线图；
图7是图示使用激光的异物检测设备的原理图；
图8是图示根据本公开的实施方式的使用移动激光器的异物检测设备 的原理图；
图9是根据本公开的实施方式的异物检测设备中包括的异物检测电路 的实例的电路图；
图10是图示根据本公开的实施方式的异物检测设备的构造示图；
图11是示出根据本公开的实施方式的使用异物检测电路进行的异物 检测实验的结果的曲线图；以及
图12是图11中的曲线图的放大图。
应理解，附图并不一定按照比例绘制，只是给出对说明本发明的基本 原理的各种优选特征的某种程度的简化表示。本文所公开的本发明的具体 设计特征(包括例如具体尺寸、定向、位置和形状)将部分地由特定预期 应用和使用环境确定。
在附图中，附图标记在所有附图中指示本公开的相同或等效部分。
具体实施方式
下面将详细参考本公开的各种实施方式，本公开的实例在附图中示出 并在下文中进行了描述。虽然将结合示例性实施方式描述本发明，但应理 解本描述并非意在将本发明限制于那些示例性实施方式。相反，本发明不 仅意在涵盖示例性实施方式，而且还意在涵盖所附权利要求中限定的本发 明的精神和范围内包括的各种替代方案、修改、等同物以及其它实施方式。
应理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种组 件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语仅使用区分一个元件与另 一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，可将第一组件指定为 第二组件，类似地，可将第二组件指定为第一组件。术语“和/或”包括一 个或多个关联列出项中的任何一个和所有组合。
应理解，当一个组件被描述为“连接至”另一个组件时，其可直接或 间接地连接至其它组件。即，例如，可存在中间组件。相反，应理解，当 一个组件被描述为“直接连接至”另一个组件时，无中间组件。
术语在文中仅用于描述实施方式，而非限制本公开。除非上下文中另 外规定，否则单数表达可包括复数表达。在本说明书中，术语“包括”或 “具有”用于指定存在本说明书中公开的特征、数字、步骤、操作、元件、 组件或其组合，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、数字、步骤、 操作、元件、组件或其组合的可能性。
除非另外定义，否则所有术语(包括技术或科学术语)的意义与本领 域的普通技术人员通常理解的意义相同。应理解，通用字典中定义的术语 应解释为包括与现有技术的上下文含义相同的含义，除非本说明书中另有 明确定义，否则不应解释为理想化或过于正式的含义。
本公开中使用的术语的定义如下。
“电动车辆、EV”：如49CFR 523.3中所定义，用于在公路上使用、 由从包括电池的车载储能装置汲取电流的电动机供电的汽车，其中电池可 从包括住宅或公共电力服务的非车载源或车载燃料驱动发电机充电。EV 可以是四轮或四轮以上车辆，主要制造用于公共街道或道路。
EV可称为电车、电动汽车、电动道路车辆(ERV)、插入式车辆(PV)、 插入式车辆(xEV)等，且xEV可分类成插入式全电动车辆(BEV)、电 池电动车辆、插入式电动车辆(PEV)、混合动力电动车辆(HEV)、混合 动力插入式电动车辆(HPEV)、插电式混合动力车电动车辆(PHEV)等。
“插入式电动车辆、PEV”：一种通过连接至电网对车载原电池进行 再充电的电动车辆。
“插入式车辆、PV”：一种在不使用物理插头或物理插座的情况下可 通过从电动车辆供给设备(EVSE)无线充电而再充电的电动车辆。
“重型车辆、H.D.车辆”：如49CFR 523.6或49CFR 37.3中定义的任 何一种四轮或四轮以上车辆(公共汽车)。
“轻型插入式电动车辆”：一种由从可充电蓄电池或其它能量装置汲 取电流的电动机驱动的三轮或四轮车辆，其主要用于公共街道、道路和公 路，且额定车辆总重量小于4545kg。
“无线电力充电系统、WCS”：一种用于在GA与VA之间进行无线 电力传输和控制(包括对准和通信)的系统。该系统通过两件式松散耦合 的变压器将能量从供电网络传输至电动车辆。
“无线电力传输、WPT”：通过非接触式机构将电力从AC供电网络 传输至电动车辆。
“公共设施”：提供电能并包括客户信息系统(CIS)、高级计量基础 设施(AMI)、费率和收入系统等的一组系统。公共设施可以通过费率表 和离散事件向EV提供能量。此外，公共设施可提供与EV认证、功耗测 量间隔和资费有关的信息。
“智能充电”：一种EVSE和/或PEV与电网通信以通过反映电网容量 或使用费来优化EV的充电比或放电比的系统。
“自动充电”：在车辆位于与能够传输电力的主充电器组件对应的适 当位置之后自动执行感应充电的过程。自动充电可在获得必要的认证和权 限之后执行。
“互操作性(interoperability)”：系统的组件与系统的相应组件相互作 用以执行系统的目标操作的状态。此外，信息互操作性可意指两个或多个 网络、系统、装置、应用程序或组件能够有效地共享且很容易地使用信息 而不会给用户带来不便的能力。
“电感充电系统”：一种通过两件式间隙磁芯变压器将能量从电源传 递到EV的系统，其中变压器的两个部分、初级线圈和次级线圈彼此物理 分离。在本公开中，电感充电系统可与EV电力传输系统对应。
“电感耦合器”：一种由GA线圈中的线圈和VA线圈中的线圈形成的 允许通过电流隔离传输电力的变压器。
“电感耦合”：两个线圈之间的磁耦合。本公开中的“电感耦合”是 指GA线圈与VA线圈之间的耦合。
“接地组件、GA”：位于基础设施侧的包括GA线圈、电力/频率转换 装置和GA控制器以及来自电网和每个装置、滤波电路、外壳等之间的布 线，且用作无线电力充电系统的电源所必需的组件。GA可包括GA与VA 之间进行通信所必需的通信元件。
“车辆组件、VA”：位于车辆上的包括VA线圈、整流器/电力转换装 置和VA控制器以及通向车辆电池和每个装置、滤波电路、外壳等之间的 布线，且用作无线电力充电系统的车辆部分所必需的组件。VA可包括VA 与GA之间进行通信所必需的通信元件。
GA可被称为主装置(PD)，而VA可被称为辅助装置(SD)。
“主装置”：提供与辅助装置的非接触式耦合的设备。即，主装置可 以是EV外部的设备。当EV接收电力时，主装置可充当待传输电力的源。 主装置可包括外壳和所有盖。
“辅助装置”：安装在EV上的提供与主装置的非接触式耦合的设备。 即，辅助装置可设置在EV内。当EV接收电力时，辅助装置可从主装置 向EV传输电力。辅助装置可包括外壳和所有盖。
“GA控制器”：GA的一部分，其基于来自车辆的信息调节对GA线 圈的输出电力水平。
“VA控制器”：VA的一部分，其监控在充电期间监控具体车载参数 并开始与GA通信以控制输出电力水平。
GA控制器可称为主装置通信控制器(PDCC)，而VA控制器可称为 电动车辆通信控制器(EVCC)。
“磁性间隙”：对准时，利兹线(litz wire，绞合线)的顶部部分或GA 线圈中的磁性材料的顶部部分的较高平面至利兹线或VA线圈中的磁性材 料的底部部分的下部平面之间的垂直距离。
“环境温度”：在所研究子系统处测量的非阳光直射地面空气温度。
“车辆离地间隙”：地面与车辆底板的最低部分之间的垂直距离。
“车辆磁离地间隙”利兹线底部部分的下部平面或安装在车辆上的 VA线圈中的磁性材料与地面之间的垂直距离。
“VA线圈磁表面距离”：安装时，最近的磁性或导电组件表面的平面 与VA线圈的下外表面之间的距离。该距离包括任何保护盖和可封装在VA 线圈壳体内的附加物品。
VA线圈可称为次级线圈、车辆线圈或接收线圈。类似地，GA线圈可 称为初级线圈或发送线圈。
“暴露的导电组件”：电气设备(例如电动车辆)的可触摸到的导电 组件。导电组件通常可不通电，但是在发生故障的情况下可变为通电。
“危险带电组件”：在某些情况下会产生有害电击的带电组件。
“带电组件”：任何在正常使用中要通电的导体或导电组件。
“直接接触”：人与带电组件接触。(参见IEC 61440)
“间接接触”：人与因绝缘故障而带电的暴露、导电以及通电组件接 触。(参见IEC 61140)
“对准”：找到主装置相对于辅助装置的位置和/或找到辅助装置相对 于主设备的位置以进行指定的有效电力传输的过程。在本公开中，对准可 指无线动力传输系统的精确定位。
“配对”：车辆与唯一专用主设备相关联的过程，车辆位于该主设备 处，并且将从该主设备传输电力。配对可包括使VA控制器与充电点的GA 控制器相关联的所述。相关联/关联过程可包括在两个对等通信实体之间建 立关系的过程。
“命令和控制通信”：EV供应设备与EV之间的通信交换启动、控制 和终止WPT过程所需的信息。
“高级通信(HLC)”：一种特殊类型的数字通信。HLC对于命令和控 制通信未涵盖的其他服务是必要的。HLC的数据链路可以使用电力线通信 (PLC)，但并不限于此。
“低功率激励(LPE)”：LPE是指激活主设备以进行精确定位和配对 的技术，使得EV能检测主设备且反之亦然。
“服务集标识符(SSID)”：SSID是唯一标识符，包括附加到在无线 LAN上发送的分组的报头的32个字符。SSID标识无线设备尝试连接的基 本服务集(BSS)。SSID基本上区分多个无线LAN。因此，所有接入点(AP) 和所有希望使用特定无线LAN的终端/站装置都可以使用相同的SSID。不 使用唯一SSID的装置无法加入BSS。由于SSID显示为纯文本，因此其 可能不会为网络提供任何安全特征。“扩展服务集标识符(ESSID)”：ESSID 是想要连接的网络的名称。其与SSID相似，但可以是一个更广泛的原理。
“基本服务集标识符(BSSID)”：BSSID包括48位，用于区分特定 BSS。在基础设施BSS网络的情况下，BSSID可以是AP设备的介质访问 控制(MAC)。对于独立BSS或自组织网络，BSSID可以用任何值生成。 充电站可包括至少一个GA和管理该至少一个GA的至少一个GA控制器。 GA可包括至少一个无线通信装置。充电站可指具有至少一个GA的场所， 其设置在家庭、办公室、公众场所、道路、停车场等。
此外，应理解以下方法中的一种或多种或其各方面可由至少一个控制 器执行。术语“控制器”可指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配 置成存储程序指令，而处理器被具体编程为执行所述程序指令以执行下面 进一步描述的一个或多个过程。此外，应理解，如本领域普通技术人员将 理解，以下方法可以由包括控制器的设备结合一个或多个其它组件来执行。
在本公开的示例性实施方式中，“快速充电”可指将电力系统的AC 电力直接转换为DC电力并将转换的DC电力提供给安装在EV上的电池。 此处，DC电力的电压可以是DC 500伏(V)或更小。
在本公开的示例性实施方式中，“慢速充电”可指使用提供给普通家 庭或工作场所的AC电力对安装在EV上的电池充电的方法。每个家庭或 工作场所中的电源插座或设置在充电站中的电源插座可以提供AC电力， 并且AC电力的电压可以是AC 220V或更小。此处，EV还可以包括车载 充电器(OBC)，该车载充电器是配置成使用于慢速充电的AC电力升压、 将AC电力转换为DC电力、以及将转换后的DC电力供应给电池的装置。
以下，将参考附图详细地解释根据本公开的示例性实施方式的实施方 式。
图1是图示应用了本公开的实施方式的无线电力传输(WPT)的原理 的原理图。
参考图1，无线电力传输(WPT)可通过电动车辆(EV)10和充电 站20的至少一个组件进行，且可用于将电力无线传输至EV10。
在文中，EV10通常可以定义为提供存储在可充电能量存储器中的电 力的车辆，该可充电能量存储器包括电池12作为电动机的能量源，电动 机是EV10的动力系系统。
根据本公开的示例性实施方式的EV10可包括具有电动机和内燃机的 混合动力电动车辆(HEV)，并且不仅可以包括汽车，还可以包括摩托车、 小型机动车、小型摩托车和电动自行车。
进一步地，EV10可包括电力接收垫11，电力接收垫包括用于对电池 12进行无线充电的接收线圈，且EV可包括用于对电池12进行导电充电 的插头连接部。在文中，配置成对电池12进行导电充电的EV10可称为 插入式电动车辆(PEV)。
充电站20可以连接到电网30或电力主干，并且可以通过电力链路将 交流(AC)电力或直流(DC)电力提供给包括发送线圈的电力发送垫21。
进一步地，充电站20可以与通过有线/无线通信来管理电网30或电力 网络的基础设施管理系统或基础设施服务器通信，并且执行与EV10的无 线通信。
在文中，无线通信可以是蓝牙、Zigbee(紫蜂协议)、蜂窝、无线局域 网(WLAN)等。
充电站20可以位于各种场所，包括例如附接到EV10的所有者的房 屋的停车区域、用于在加油站对EV充电的停车区域、购物中心或工作场 所的停车区域。
对EV10的电池12进行无线充电的过程可以从将EV10的电力接收垫 11放置在由充电站20的电力发送垫21产生的能量场中开始，并且使接收 线圈和发送线圈相互作用或彼此耦合。由于相互作用或耦合，可以在电力 接收垫11中感应电动势，并且电池12可以由感应电动势充电。
充电站20和电力发送垫21可整体或部分地被称为接地组件(GA)， 其中GA可指先前定义的含义。
EV10的所有或部分内部组件和电力接收垫11可称为车辆组件(VA)， 其可指先前定义的含义。
在文中，电力发送垫21或电力接收垫11可配置成非极化(non- polarized)或极化(polarized)。
在垫为非极化的情况下，垫的中心存在一个极，而外周存在相反的极。 在文中，通量可以形成为从垫的中心离开并且完全返回到垫的外部边界。
在垫为极化的情况下，垫的任一端部具有各自的极。在文中，可以基 于垫的定向形成磁通量。
图2是图示根据本公开的示例性实施方式的无线电力传输电路的原理 图。
参考图2，可以看到EV WPT系统中执行无线电力传输的电路的示意 性配置。
图2的左侧可以解释为表示从图1中的电力网络、充电站20和电力 发送垫21提供的电源Vsrc的全部或一部分，而图2的右侧可以解释为表 示包括电力接收垫11和电池12的EV10的全部或一部分。
首先，图2左侧的电路可以将与从电力网络提供的电源Vsrc对应的输 出电力Psrc提供给无线充电功率转换器。无线充电功率转换器可以提供通 过频率转换和AC-DC转换从输出电力Psrc转换的输出电力P1，以在发送 线圈L1中以所需的工作频率产生电磁场。
具体而言，无线充电功率转换器(wireless charging power converter， 无线充电电源转换器)可以包括用于将从电力网络供应的电力Psrc(其为 AC电力)转换成DC电力的AC/DC转换器，以及用于将DC电力转换成 具有适于无线充电的操作频率的DC电力的低频(LF)转换器。例如，无 线充电的操作频率可以确定在80到90kHz内。
从无线充电功率转换器输出的电力P1可被再次提供给包括发送线圈 L1、第一电容器C1和第一电阻器R1的电路。在文中，第一电容器C1的电 容可确定为具有适于与发送线圈L1一起充电的工作频率的值。在文中， 第一电阻器R1可以表示由发送线圈L1和第一电容器C1产生的电力损耗。
进一步地，可使发送线圈L1与接收线圈L2具有由耦合系数m限定的 电磁耦合，以便发送电力P2，或者在接收线圈L2中感应出电力P2。因此， 在本公开中，电力传输的含义可以与电力感应的含义一起使用。
更进一步地，接收线圈L2中感应的或传输至接收线圈L2的电力P2可 提供给EV功率转换器。在文中，第二电容器C2的电容可确定为具有适于 与接收线圈L2一起进行无线充电的工作频率的值，并且第二电阻器R2可 以表示由接收线圈L2和第二电容器C2产生的电力损耗。
EV功率转换器可包括LF/DC转换器，该LF/DC转换器将所提供的具 有特定工作频率的电力P2转换为具有适合于EV10的电池VHV的电压电平 的DC电力。
可以输出从提供给EV功率转换器的电力P2转换的电力PHV，并且电 力PHV可以用于对设置在EV10中的电池VHV进行充电。
图2右侧的电路还可包括用于选择性地将接收线圈L2与电池VHV连 接或断开的开关。在文中，发送线圈L1和接收线圈L2的谐振频率可以彼 此相似或相同，并且接收线圈L2可以位于由发送线圈L1产生的电磁场附 近。
图2的电路应理解为本公开的实施例所用的EV WPT系统中用于无线 电力传输的说明性电路，并且不限于图2所示的电路。
另一方面，由于电力损耗可因发送线圈L1和接收线圈L2所处的距离 较远而增加，因此适当地设置发送线圈L1和接收线圈L2的相对位置可能 是一个重要因素。
在文中，发送线圈L1可包括在图1中的电力发送垫21内，而接收线 圈L2可包括在图1中的电力接收垫11内。因此，以下将参考附图描述电 力发送垫21与电力接收垫11之间的定位或EV10与电力发送垫21之间 的定位。
图3是用于说明根据本公开的示例性实施例的EV无线功率传输中的 对准原理的原理图。
参考图3，将描述图1中的电力发送垫和EV10内的电力接收垫11的 对准方法。在文中，位置对准可与上述术语对准对应，并且因此可以定义 为GA与VA之间的位置对准，但不限于电力发送垫与电力接收垫的对准。
虽然如图3所示，电力发送垫21图示为定位在地表面下方，但是电 力发送垫21也可以定位在地表面上，或者定位成使得电力发送垫21的顶 部表面暴露在地表面下方。
可以根据从地表面测量的高度(限定在z方向上)将EV10的电力接 收垫11定义为不同的类别。例如，可以定义为3类，第一类接收垫距地 表面的高度为100至150毫米(mm)，第二类接收垫距地表面的高度为 140至210mm，而第三类接收垫距地表面的高度为170至250mm。在文 中，电力接收垫可支持上述类别1至3中的一部分。例如，根据电力接收 垫11的类型，可仅支持第一类，或根据电力接收垫11的类型，可支持第 1类和第2类。
在文中，从地表面测量的电力接收垫11的高度可以与之前定义的术 语“车辆磁性离地间隙”对应。
进一步地，电力发送垫21在高度方向(即，限定在z方向上)上的 位置可以确定为位于电力接收垫11所支持的最大类与最小类之间。例如， 当电力接收垫11仅支持第1类和第2类时，可确定电力发送垫相对于电 力接收垫11的位置在100mm与210mm之间。
更进一步地，电力发送垫21的中心与电力接收垫11的中心之间的间 隙可以确定为位于宽度和纵向方向(限定在x和y方向上)的限制范围内。 例如，可以确定在宽度方向(限定在x方向上)上位于±75mm内，而在 纵向方向(限定在y方向上)上位于±100mm内。
在文中，电力发送垫21和电力接收垫11的相对位置可以根据其实验 结果而变化，并且数值应当理解为是示例性的。
图4是图示在EVWPT系统中使用光源的异物检测设备的示意图，图 5是图示根据图4的实施方式的使用光源的异物检测设备的详细示图。
参考图4和图5，光源可用作检测电力发送垫21与电力接收垫11之 间的异物的机构。
参考图4，当使用设置在安装于EV上的电力接收垫11上的光源照射 电力发送垫21时，可以检测电力发送垫21与电力接收垫11之间的异物 40。在这种情况下，电力发送垫21可以设有能够接收光的光缆板41，并 且如果通过安装的光缆板41检测到的光量减少，则可以确定存在异物。
参考图5，光源50可以安装在电力接收垫11上，如图5所示，并且 可利用安装的光源50的光照射电力发送垫21。在文中，有利的是，在电 力发送垫21外部执行检测照射光的过程，以便检测照射光的过程不影响 电力发送垫21与电力接收垫11之间形成的磁场。因此，可以使用光纤电 缆51将照射到电力发送垫21的光引导到电力发送垫21外部，并且可以 使用光学传感器来检测被引导到电力发送垫21外部的光。
使用光源检测异物是有利的，因为其能够以相对简单的操作原理检测 金属物体和非金属物体。然而，光源应附接至EV，因此可根据EV的位 置改变光照射的范围。
图6A是示出在根据本公开的实施方式的异物检测设备中使用的硫化 镉(CdS)传感器的外观的说明性视图，图6B是用于说明本公开的实施 方式的异物检测设备中使用的CdS传感器的特性的曲线图。
在本公开中，CdS传感器61可用作用于检测根据图5中的实施方式 的光源的光学传感器。CdS传感器61是以硫化镉为主要成分的光电导元 件，并且是电阻值根据光强度变化的光敏电阻器。
参考图6A，可识别出CdS传感器61的外部形状。CdS传感器61可 以包括容纳CdS的密封容器、在密封容器外侧由透明塑料或玻璃制成的光 接收窗、以及延伸出密封容器的两条引线。在文中，当光进入CdS传感器 61的光接收窗时，可以通过照明而减小CdS传感器61的电阻，并且流过 CdS传感器61的电流可增大。
参考图6B，曲线图62图示了CdS传感器61根据光强度(lux)的电 阻值。在文中，表示y轴的电阻值以对数标度示出。
参考曲线图62，可以看出，如上所述，CdS传感器61的电阻值随着 光强度的增加而减小，并且随着光强度的减小而增大。即，CdS传感器61 的特性使得光强度与阻力相互成反比。CdS传感器61可以用于根据房间 的照度打开或关闭光的设备、照度测量电路等中。
同时，虽然已经通过以CdS传感器61为例描述了根据图6的光学传 感器，但是也可以依据根据照度产生电阻差的电阻器的材料来使用硒化镉 (CdSe)，并且还可以使用以一定比率混入有CdS和CdSe的材料。
图7是图示使用激光的异物检测设备的原理图。
参考图7，在EV WPT系统中，使用激光的异物检测设备可包括设置 在电力发送垫21的激光发送部71和激光接收部72。在文中，激光发送部 71可包括用于产生激光的激光产生模块，并且激光接收部72可包括激光 或光感测传感器。例如，激光接收部72可包括上述CdS传感器。此外， 激光接收部72可包括用于通过感测接收的激光来检测是否存在异物的异 物检测电路。在电力发送垫21的一侧和另一侧可安装激光发送部71和激 光接收部72中的至少一个或更多个。例如，激光发送部71和激光接收部 72可对称地安装在面对彼此的位置，如图7所示。
具体而言，当电力发送垫21与电力接收垫11之间没有异物时，激光 发送部71中产生的激光可以直接到达对应的激光接收部72，并且激光接 收部72中包括的CdS传感器的内电阻值可减小。
反之，当电力发送垫21与电力接收垫11之间存在异物时，由于异物 的阻挡，激光发送部71产生的激光可能不会到达对应的激光接收部72。 因此，激光接收部72中包括的CdS传感器的内电阻值可增大。即，通过 检查CdS传感器的内电阻是增大还是减小，可以检测到电力发送垫21与 电力接收垫11之间的异物。
同时，在使用如图7所示的激光器来构造异物检测设备的情况下，应 当设置多对激光发送部71和激光接收部72。为了检测小异物，应缩短成 对激光发送部与激光接收部之间的距离。例如，第一对激光发送部与激光 接收部与第二对激光发送部与激光接收部(与第一对相邻)之间的距离可 以是21mm或更小，使得可以将5分钱的硬币检测为异物。
进一步地，由于激光发送部71需要激光产生模块，并且激光接收部 72需要用于检测激光的电路，因此当激光发送部和激光接收部的数量很大 时，它们的成本和安装面积可能会显著增大。以下，将提出一种通过使激 光发送部和激光接收部的数量最小化来检测异物的设备。
8是图示根据本公开的实施方式的使用移动激光器的异物检测设备的 原理图。
参考图8，使用移动激光器的异物检测设备可包括激光发送部81、激 光接收部82和激光移动部83。激光发送部81可包括安装在电力发送垫 21上部的一侧以产生激光的激光产生模块。在文中，激光发送部81可包 括激光产生模块以及用于产生光的发光装置。
激光接收部82可设置在与激光发送部81相对的另一侧，且可能够接 收由激光发送部81产生的激光并检测接收的激光的强度。例如，激光接 收部82可包括硫化镉(CdS)传感器，和/或用于确定是否检测到异物的 异物检测电路。
激光移动部83可沿着电力发送垫21的所述一侧或相对侧移动激光发 送部81和激光接收部82。即，根据本公开的异物检测设备可以通过使用 激光移动部83来移动激光发送部81和激光接收部82，以便可以通过仅使 用少量的激光发送部和激光接收部(甚至通过仅使用一对激光发送部和激 光接收部)来检测异物。
激光移动部83可包括连接部83a，连接部连接激光发送部81和激光 接收部82以便激光发送部81和激光接收部82可一起移动。此外，激光 移动部83可包括输送轨道83b，输送轨道设置在电力发送垫21的一侧和 相对侧的下部，与发送垫的所述一侧或相对侧平行。因此，激光移动部83 可以使由连接部83a连接的激光发送部81和激光接收部82沿着输送轨道 83b以预定速度移动。
另一方面，当存在多个激光发送部和多激光接收部时，该多个激光发 送部可以以第一间隔布置在电力发送垫21的一侧，而多个激光接收部中 的每一个可以以面对相应的激光发送部的方式布置在电力发送垫21的相 对侧。在文中，第一间隔可小于或等于21mm。
替代地，当存在多个激光发送部和多个激光接收部时，该多个激光发 送部和多个激光接收部可以以第二间隔交替地布置在所述一侧或相对侧。 更具体地，多个激光发送部和激光接收部的一部分可交替地布置在电力发 送垫21的一侧，其余激光接收部可以以面对相应激光发送部的方式布置 在相对侧，而其余激光发送部可以以面对相应激光接收部的方式布置在相 对侧。
同时，电力发送垫21的上部可安装至少一对激光发送部和激光接收 部。然而当仅安装单对激光发送部和激光接收部时，应通过使该单对激光 发送部和激光接收部移动通过整个电力发送垫21来扫描整个电力发送垫 21，因此如果移动速度低，则FOD性能可降低。
因此，当在电力发送垫21上设置两对激光发送部和激光接收部时， 激光移动部83可使第一对和第二对在相反方向上移动。即，通过在相反 方向上同时移动第一对和第二对，每一对移动的距离可小于上述情况中仅 使用一对时移动的距离。在文中，第一对和第二对可在相反方向上从发送 垫的中心移动，或可从发送垫的两端朝发送垫的中心移动。
因此，通过使用少量激光发送部和激光接收部(甚至一对)，根据图8 的实施方式的异物检测设备能实现与根据图7的实施方式的异物检测设备 相同的检测效果。
在文中，激光发送部产生的激光通常由位于与激光发送部相对的位置 处的相应激光接收部接收，但本公开的实施方式并不局限于此。例如，激 光发送部产生的激光可由位于激光发送部的对角线方向上的激光接收部 接收。
图9是图示根据本公开的实施方式的异物检测设备中包括的异物检测 电路的实例的电路图。
参考图9，异物检测设备中包括的异物检测电路90可包括：异物检测 子电路90a和90b，异物检测子电路包括在激光接收部83中；和OR门 90c(例如，数字逻辑门)，其接收异物检测子电路90a和90b的输出，对 该输出执行OR操作，并输出OR操作的结果。在文中，虽然图9中示出 了两个异物检测子电路90a和90b，但可存在与激光接收部的数量对应的 同样多的异物检测子电路。例如，图9图示了存在两个激光接收部和与该 两个激光接收部对应的两个异物检测子电路的实例。
具体而言，在设置在激光接收部内的异物检测子电路90a和90b的每 一个中，第一电阻器(例如，Ra或Rb)和CdS传感器(即，CdS传感器 的内电阻)可串联连接至施加的电压(例如，5V)和地面(或，虚拟地面)。 此外，可以具有缓冲器(例如，Da或Db)，该缓冲器检测第一电阻器与CdS传感器之间的电压作为输入并以恒定电压电平输出电压。即，缓冲器 (例如，Da或Db)的输出可以是异物检测子电路90a和90b的每一个的 输出。
在文中，缓冲器Da和Db可称为电压缓冲器。缓冲器可由滤波器或放 大器代替，或在某些情况下可省略。
如果异物检测设备由多个激光发送部和多个激光接收部构成，如图7 所示，则由于存在多个激光接收部，可以使用多个输入作为输入OR门90c 的输入，如图9所示。然而，如果仅使用一个激光接收部，如图8所示， 则可以在无OR门90c的情况下，仅通过一个异物检测子电路的输出来确 定是否检测到异物。
在文中，CdS传感器的内电阻可以根据照度从几欧姆变化至几百千欧 姆(several hundreds of kilo-ohms)。即，由于在激光到达激光接收部时， 因未检测到异物，包括在异物检测子电路90a和90b中的CdS传感器未的 内阻与第一电阻器Ra和Rb相比相对较小，所以传感器的内电阻两端的电 压可能非常小。因此，表示OR操作的“0”的电压值可被发送到OR门 90c的输入。在文中，指表示“0”的电压值可指在从“0”起的预定误差 范围内的电压。
另一方面，如果检测到异物且激光未到达激光接收部，则包括在异物 检测子电路90a和90b中的CdS传感器的内电阻可能较高，从而施加于 CdS传感器的内电阻的电压也可能较高。因此，指示OR操作的“1”的 电压值可以被发送到OR门90c的输入。在文中，电压值“1”可以是指 在从施加电压(即VCC)或预定电压起的预定误差范围内的电压。具体而 言，如果CdS传感器的内电阻变得显著高于第一电阻器Ra和Rb的内电阻， 则第一电阻器Ra和Rb两端的电压变得小至可以忽略不计。因此，施加于 CdS传感器的电压可等于施加电压VCC。
因此，作为图9的异物检测电路90的输出的异物检测信号(即，FOD 信号)的电压大小可以根据异物是否而改变，并且FOD信号可以被发送 到WPT控制装置，以便WPT控制装置可以基于FOD信号来停止或控制 EV的WPT。
图10是图示根据本公开的实施方式的异物检测设备的构造图。
参考图10，EV WPT系统中用于使用移动激光器检测异物的异物检测 设备100可包括：激光发送部110，其安装在发送垫上部的一侧以产生激 光；激光接收部120，其安装在发送垫上部的相对侧以接收由激光发送部 产生的激光；以及激光移动部130，其用于沿着所述一侧或相对侧移动激 光发送部110和激光接收部120。
激光移动部130可包括连接部，该连接部连接激光发送部110和激光 接收部120，以便激光发送部110和激光接收部120能一起移动。此外， 激光移动部130可包括输送轨道，该输送轨道设置在电力发送垫21的一 侧和相对侧的下部，与电力发送垫21的一侧或相对侧平行。因此，激光 移动部130可使通过连接部连接的激光发送部110和激光接收部120沿着 输送轨道以预设速度移动。
当存在多个激光发送部和多个激光接收部时，多个激光发送部可以以 第一间隔布置在电力发送垫21的一侧，而多个激光接收部中的每一个可 以以面对相应的激光发射部的方式布置在电力发送垫21的相对侧。在文 中，第一间隔可小于或等于21mm。
替代地，当存在多个激光发送部和多个激光接收部时，该多个激光发 送部和该多个激光接收部可以以第二间隔交替地布置在一侧或相对侧。
进一步，当在电力发送垫21上设置两对激光发送部和激光接收部时， 激光移动部83可以在相反方向上移动第一对和第二对。
激光接收部120可包括用于使用CdS传感器检测异物的异物检测子电 路120a。此外，异物检测子电路120a可以包括:第一电阻器，其一端连接 到所施加的电压Vcc，另一端连接到CdS传感器；以及缓冲器，其接收第 一电阻器和CdS传感器之间的电压作为输入，并以恒定电压电平输出电压。 第一电阻器可以比CdS传感器的初始内电阻小至少十倍，并且比CdS传 感器的因感测激光而改变的内电阻大至少十倍。
异物检测设备100还可包括异物检测确定部140，用于通过参考异物 检测子电路120a的输出来确定是否检测到异物。
异物检测设备100可包括多个激光接收部。在这种情况下，异物检测 设备100还可包括OR门，该OR门用于接收多个激光接收部130的每一 个中包括的异物检测子电路120a的输出，并执行OR操作以输出OR操作 的结果。在文中，异物检测设备100还可包括用于通过参考OR门的输出 值来确定是否检测到异物的异物检测确定部140。
如果异物检测子电路120a的输出值在一公差范围内等于所施加的电 压，则异物检测确定部140可以确定检测到异物。另一方面，如果异物检 测子电路120a的输出值在公差范围内等于“0”，则异物检测确定部140 可以确定未检测到异物。
在文中，异物检测确定部140可以是GA控制器且可根据是否存在异 物来调节发送垫中的GA线圈的输出电力水平。
图11是示出根据本公开的实施方式的使用异物检测电路进行的异物 检测实验的结果的曲线图。
参考图11，当将设置脉冲宽度调制(PWM)信号和FOD信号设置为 2V/div，并将秒/div(sec/div)被设置为1秒/div时，可以根据是否存在异 物示出每个信号输出波形。在文中，PWM信号是用于控制WPT的信号， 并且可以是施加于电路以启动或停止WPT的信号。更具体地，当从发送 垫向接收垫进行WPT时，可以生成施加于电路的PWM信号，并且当停 止WPT时，PWM信号可中断。根据图9，FOD信号可以是异物检测电路 的输出。
根据图11中的曲线图，当没有异物时，FOD信号输出为0V，而当检 测到异物时，FOD信号变为Vcc(例如5V)。异物检测设备的控制器(例 如，数字信号处理器(DSP))可以通过阻断PWM信号来防止无线电力被 发送到接收垫。在文中，控制器可以与根据图10的异物检测确定部对应， 并且可称为GA控制器或者可包括在GA控制器中。
图12是图11中的曲线图的放大曲线图。
参考图12，在与参照图11描述的情况相同的情况下，将曲线图中的 显示单元设置为20μs/div，以便可以更详细地确认信号输出波形。可以确 认，产生了FOD信号，然后在自FOD信号产生经过一段时间(曲线图中 大约为20μs)之后产生了PWM信号。
根据本公开的实施方式的方法可以实现为可由各种计算机执行并记 录在计算机可读介质上的程序指令。计算机可读介质可包括程序指令、数 据文件、数据结构或其组合。记录在计算机可读介质上的程序指令可以专 门设计和配置用于本公开的示例性实施方式，或者可以是公知的并且可为 计算机软件领域的技术人员所用。
计算机可读介质的实例可包括配置成存储和执行程序指令的硬件装 置，包括ROM、RAM和闪速存储器。程序指令的实例包括由例如编译器 生成的机器代码，以及由计算机使用解释器执行的高级语言代码。上述示 例性硬件装置可以配置成作为至少一个软件模块操作以执行本公开的操 作，反之亦然。
虽然在设备的背景下描述了本公开的一些方面，但是其也可以表示根 据相应方法的描述，其中方框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。 类似地，在方法的背景下描述的方面也可由相应的方框或项或相应装置表 示。一些或全部方法步骤可以由(或使用)诸如微处理器、可编程计算机 或电子电路之类的硬件装置来执行。在各种示例性实施方式中，可由这种 设备执行最重要的方法步骤中的一个或多个。
在实施方式中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)) 可用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在实施方式中，FPGA可 以与微处理器一起操作以执行这里描述的方法之一。通常，优选由一些硬 件装置执行方法。
为了方便在所附权利要求中解释和准确定义，术语“上部”、“下部”、 “内”、“外”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、 “背”、“内”、“外”、“向内”、“向外”、“内”、“外”、“内”、“外”、“向前” 和“向后”用于参照图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特 征。
以上对本公开的具体示例性实施方式进行的描述是为了说明和描述。 前面的描述并非意在穷尽，或者将本发明限制为所公开的精确形式，显然， 根据上述教导可以进行很多修改和变化。选择示例性实施方式并进行描述 是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术 人员能够实现并利用本公开的各种示例性实施方式及其各种替代形式和 修改形式。本公开的范围意在由所附权利要求书及其等同形式限定。