DE102015221587A1 - Charging device for inductively charging an electrical energy storage device of a motor vehicle with a foreign body detection device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (2) zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers (11) eines Kraftfahrzeugs (9), mit einer Primärspule (3) zum Bereitstellen eines Magnetfelds (7) und mit einer Fremdkörpererfassungseinrichtung (13) zum Erfassen eines Vorhandenseins eines Fremdkörpers in dem Magnetfeld (7), wobei die Fremdkörpererfassungseinrichtung (13) ein Substrat (14), auf welchem eine Mehrzahl von Spulen (15) angeordnet sind, und eine Auswerteeinheit (16) aufweist, wobei das Substrat (14) an einer vorbestimmten Position in dem Magnetfeld (7) angeordnet ist und wobei die Auswerteeinheit (16) dazu ausgelegt ist, das Vorhandensein des Fremdkörpers anhand der in die Mehrzahl von Spulen (15) induzierten elektrischen Spannung zu erfassen, wobei jede der Spulen (15) eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweist, wobei die Anzahl der Windungen jeder der Spulen (15) in Abhängigkeit von einer Position der Spule (15) in dem Magnetfeld (7) bestimmt ist. The invention relates to a charging device (2) for inductively charging an electrical energy store (11) of a motor vehicle (9), comprising a primary coil (3) for providing a magnetic field (7) and a foreign body detection device (13) for detecting the presence of a foreign body the magnetic field (7), wherein the foreign matter detecting means (13) comprises a substrate (14) on which a plurality of coils (15) are arranged, and an evaluation unit (16), the substrate (14) being at a predetermined position in the Magnetic field (7) is arranged and wherein the evaluation unit (16) is adapted to detect the presence of the foreign body from the induced in the plurality of coils (15) electrical voltage, wherein each of the coils (15) has a predetermined number of turns in which the number of turns of each of the coils (15) is determined as a function of a position of the coil (15) in the magnetic field (7).

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einer Primärspule zum Bereitstellen eines Magnetfelds und mit einer Fremdkörpererfassungseinrichtung zum Erfassen eines Vorhandenseins eines (metallischen) Fremdkörpers in dem Magnetfeld, wobei die Fremdkörpererfassungseinrichtung ein Substrat, auf welchem eine Mehrzahl von Spulen angeordnet sind, und eine Auswerteeinheit aufweist, wobei das Substrat an einer vorbestimmten Position in dem Magnetfeld angeordnet ist und wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, das Vorhandensein des Fremdkörpers anhand der in die Mehrzahl von Spulen induzierten elektrischen Spannung zu erfassen. The present invention relates to a charging device for inductively charging an electric energy storage device of a motor vehicle having a primary coil for providing a magnetic field and a foreign matter detecting means for detecting a presence of a (foreign) foreign metal in the magnetic field, wherein the foreign matter detection device comprises a substrate on which a plurality of coils are arranged, and an evaluation unit, wherein the substrate is arranged at a predetermined position in the magnetic field and wherein the evaluation unit is adapted to detect the presence of the foreign body based on the induced voltage in the plurality of coils.

Das Interesse richtet sich vorliegend auf Ladevorrichtungen, welche dazu dienen, einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, eines Kraftfahrzeugs zu laden. Eine derartige Ladevorrichtung weist eine Primärspule auf, die stationär angeordnet ist. Diese Primärspule kann beispielsweise in den Boden der Fahrbahn oder eines Parkplatzes eingebracht sein. In dem Kraftfahrzeug ist eine Sekundärspule angeordnet, die elektrisch mit dem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Wenn die Sekundärspule des Kraftfahrzeugs zu der Primärspule ausgerichtet wird, kann elektrische Energie mittels des Transformatorbetriebs von der Primärspule an die Sekundärspule übertragen werden. Von der Primärspule wird also ein Magnetfeld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in die Sekundärspule eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung kann dann gleichgerichtet und an den elektrischen Energiespeicher übertragen werden. The interest in this case is directed to charging devices which serve to charge an electrical energy store, for example a battery, of a motor vehicle. Such a charging device has a primary coil which is arranged stationary. This primary coil can be incorporated, for example, in the floor of the carriageway or a parking lot. In the motor vehicle, a secondary coil is arranged, which is electrically connected to the energy storage of the motor vehicle. When the secondary coil of the motor vehicle is aligned with the primary coil, electrical energy can be transmitted from the primary coil to the secondary coil by means of the transformer operation. From the primary coil so a magnetic field, in particular an alternating magnetic field is generated, which induces an AC voltage in the secondary coil. This alternating voltage can then be rectified and transmitted to the electrical energy storage.

Beim induktiven Laden des elektrischen Energiespeichers weisen die Primärspule und die Sekundärspule einen vorbestimmten Abstand zueinander auf, der beispielsweise bis zu 20 cm betragen kann. Wenn sich in dem Zwischenraum zwischen der Primärspule und der Sekundärspule Fremdkörper, insbesondere metallische Fremdkörper, befinden, kann dies dazu führen, dass diese infolge des Magnetfelds erhitzt werden. Beispielsweise können durch die Ummagnetisierung oder durch Wirbelströme Temperaturen von weit mehr als 100 °C entstehen. Dadurch besteht nicht nur die Gefahr, dass sich ein Mensch an dem erhitzten Fremdkörper verbrennen kann, sondern ein solcher Fremdkörper kann auch selbst zu brennen beginnen und im schlimmsten Fall das Kraftfahrzeug entflammen. When inductive charging of the electrical energy storage, the primary coil and the secondary coil at a predetermined distance from each other, which may be up to 20 cm, for example. If foreign bodies, in particular metallic foreign bodies, are present in the intermediate space between the primary coil and the secondary coil, this can lead to them being heated as a result of the magnetic field. For example, the remagnetization or eddy currents can result in temperatures well in excess of 100 ° C. As a result, there is not only the danger that a person can burn on the heated foreign body, but such a foreign body can also start to burn itself and inflame the vehicle in the worst case.

Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass eine entsprechende Fremdkörpererkennungseinrichtung vorgesehen wird, mittels welcher das Vorhandensein eines metallischen Fremdkörpers in dem Magnetfeld erkannt werden kann. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Fremdkörpererkennungseinrichtungen bekannt, welche eine Mehrzahl von Spulen aufweisen, die auf einem Substrat angeordnet sind. Mithilfe einer Auswerteeinheit kann die in die jeweiligen Spulen induzierte Spannung infolge des Magnetfelds der Primärspule erkannt werden. Falls sich ein metallischer Fremdkörper in dem Bereich einer Spule der Fremdkörpererfassungseinrichtung befindet, wird das magnetische Feld an dieser Stelle verändert. Die Folge ist eine Änderung der induzierten Spannung in der Spule, die mit der Auswerteeinheit erfasst werden kann. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Fremdkörpererfassungseinrichtungen bekannt, bei denen die Spulen auf einem entsprechenden Substrat oder auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Dieses Substrat kann dann auf der Primärspule platziert werden. For this reason, it is provided that a corresponding foreign body detection device is provided, by means of which the presence of a metallic foreign body in the magnetic field can be detected. For this purpose, foreign body detection devices are known from the prior art, which have a plurality of coils which are arranged on a substrate. By means of an evaluation unit, the voltage induced in the respective coils can be detected as a result of the magnetic field of the primary coil. If a metallic foreign object is in the region of a coil of the foreign-matter detecting device, the magnetic field is changed at that location. The result is a change in the induced voltage in the coil, which can be detected by the evaluation unit. Furthermore, foreign object detection devices are known from the prior art, in which the coils are arranged on a corresponding substrate or on a printed circuit board. This substrate can then be placed on the primary coil.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Ladevorrichtung der eingangs genannten Art, welche eine Fremdkörpererfassungseinrichtung umfasst, zuverlässiger betrieben werden kann. It is an object of the present invention to provide a solution, as a charging device of the type mentioned, which comprises a foreign body detection device, can be operated reliably.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a charging device having the features of patent claim 1. Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Primärspule zum Breitstellen eines Magnetfelds. Darüber hinaus umfasst die Ladevorrichtung eine Fremdkörpererfassungseinrichtung zum Erfassen eines Vorhandenseins eines Fremdkörpers in dem Magnetfeld. Die Fremdkörpererfassungseinrichtung umfasst wiederum ein Substrat, auf welchem eine Mehrzahl von Spulen angeordnet ist, und eine Auswerteeinheit. Dabei ist das Substrat an einer vorbestimmten Position in dem Magnetfeld angeordnet. Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, das Vorhandensein des Fremdkörpers anhand der in die Mehrzahl von Spulen induzierten elektrischen Spannung zu erfassen. Jede der Spulen weist eine vorbestimmte Anzahl von Windungen auf, wobei die Anzahl der Windungen jeder der Spulen in Abhängigkeit von einer Position der Spule in dem Magnetfeld bestimmt ist. A charging device according to the invention for inductively charging an electrical energy store of a motor vehicle comprises a primary coil for spreading a magnetic field. In addition, the charging device includes a foreign matter detecting device for detecting a presence of a foreign matter in the magnetic field. The foreign body detection device in turn comprises a substrate on which a plurality of coils is arranged, and an evaluation unit. In this case, the substrate is arranged at a predetermined position in the magnetic field. In addition, the evaluation unit is designed to detect the presence of the foreign body on the basis of the voltage induced in the plurality of coils. Each of the coils has a predetermined number of turns, the number of turns of each of the coils being determined in response to a position of the coil in the magnetic field.

Die Ladevorrichtung dient zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere dient die Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Die Ladevorrichtung umfasst die Primärspule, mittels welcher ein Magnetfeld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld, bereitgestellt werden kann. Mithilfe der Fremdkörpererfassungseinrichtung der Ladevorrichtung kann überprüft werden, ob sich ein Fremdkörper, insbesondere ein metallischer Fremdkörper, in dem Magnetfeld befindet. Die Fremdkörpererfassungseinrichtung umfasst ein Substrat, welches beispielsweise durch eine Leiterplatte gebildet sein kann. Das Substrat kann starr ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Substrat flexibel ausgebildet ist. Auf dem Substrat ist eine Mehrzahl von Spulen angeordnet. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Spulen verteilt auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Infolge des Magnetfelds beziehungsweise des magnetischen Wechselfelds, das von der Primärspule erzeugt wird, wird in zumindest einige der Spulen eine elektrische Spannung induziert. Diese jeweilige induzierte Spannung kann mit einer Auswerteeinheit erfasst werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler umfassen, mittels welchem die induzierte Spannung abgetastet werden kann. Ferner kann die Auswerteeinheit dazu ausgelegt sein, die in die jeweiligen Spulen induzierten elektrischen Spannungen jeweils mit einem Sollwert zu vergleichen. Dieser Sollwert kann beispielsweise für jede der Spulen in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Der Sollwert kann die jeweilige induzierte Spannung beschreiben, falls sich kein metallischer Fremdkörper in dem Zwischenraum zwischen der Primärspule und der Sekundärspule befindet. The charging device is used to charge an electrical energy storage, such as a battery, a motor vehicle. In particular, the charging device is used for charging an electrical energy store of an electric vehicle or a hybrid vehicle. The charging device comprises the primary coil, by means of which a magnetic field, in particular a magnetic alternating field, can be provided. With the help of Foreign body detection device of the charging device can be checked whether a foreign body, in particular a metallic foreign body, is in the magnetic field. The foreign body detection device comprises a substrate, which may be formed for example by a printed circuit board. The substrate may be rigid. It can also be provided that the substrate is designed to be flexible. On the substrate a plurality of coils is arranged. For example, the plurality of coils may be distributed over a surface of the substrate. As a result of the magnetic field or the alternating magnetic field which is generated by the primary coil, an electrical voltage is induced in at least some of the coils. This particular induced voltage can be detected by an evaluation unit. The evaluation unit may comprise, for example, a corresponding analog-to-digital converter, by means of which the induced voltage can be sampled. Furthermore, the evaluation unit can be designed to compare the electrical voltages induced in the respective coils in each case with a desired value. This setpoint can be stored, for example, for each of the coils in the evaluation unit. The setpoint may describe the particular induced voltage if there is no metallic debris in the gap between the primary coil and the secondary coil.

Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass jede der Spulen eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweist, wobei die Anzahl der Windungen jeder der Spulen in Abhängigkeit von einer Position der Spule in dem Magnetfeld bestimmt ist. Das Substrat mit den Spulen kann beispielsweise im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahnoberfläche beziehungsweise der Haupterstreckungsrichtung der Primärspule angeordnet sein. Da die magnetische Feldstärke beziehungsweise die magnetische Flussdichte des Magnetfelds entlang der Leiterplatte, auf der sich die Mehrzahl von Spulen befinden, nicht konstant ist, ergeben sich unterschiedliche induzierte Spannungen in den jeweiligen Spulen. Die jeweilige induzierte Spannung in der Spule hängt von der Position der Spule in dem Magnetfeld ab. Die jeweilige Anzahl der Windungen der Spulen wird in Abhängigkeit von der Position in dem Magnetfeld bestimmt. Zu diesem Zweck kann das Magnetfeld, das von der Primärspule erzeugt wird, vermessen werden. Anschließend kann bei der Herstellung beziehungsweise bei der Auslegung der Spulen die räumliche Verteilung des Magnetfelds berücksichtigt werden. Durch die Anzahl der Windungen kann die in die jeweilige Spule induzierte Spannung angepasst werden. Wenn die Anzahl der Windungen erhöht wird, kann auch die induzierte Spannung bei gleicher magnetischer Flussdichte erhöht werden. Beispielsweise können die Windungszahlen der jeweiligen Spulen derart gewählt werden, dass sich in jeder der Spulen im Wesentlichen die gleiche induzierte Spannung ergibt. Somit kann eine zuverlässige Erfassung des Fremdkörpers unabhängig von der Position des Fremdkörpers in dem Magnetfeld erfolgen. According to the invention, it is now provided that each of the coils has a predetermined number of turns, wherein the number of turns of each of the coils is determined as a function of a position of the coil in the magnetic field. The substrate with the coils can be arranged, for example, substantially parallel to the road surface or the main extension direction of the primary coil. Since the magnetic field strength or the magnetic flux density of the magnetic field along the printed circuit board, on which the plurality of coils are located, is not constant, different induced voltages result in the respective coils. The particular induced voltage in the coil depends on the position of the coil in the magnetic field. The respective number of turns of the coils is determined as a function of the position in the magnetic field. For this purpose, the magnetic field generated by the primary coil can be measured. Subsequently, the spatial distribution of the magnetic field can be taken into account during the manufacture or during the design of the coils. By the number of turns, the voltage induced in the respective coil can be adjusted. If the number of turns is increased, the induced voltage can be increased at the same magnetic flux density. For example, the number of turns of the respective coils can be selected such that substantially the same induced voltage results in each of the coils. Thus, a reliable detection of the foreign body can be independent of the position of the foreign body in the magnetic field.

Bevorzugt ist die Anzahl der Windungen jeder der Spulen in Abhängigkeit von einer magnetischen Flussdichte des Magnetfelds an der Position der Spule bestimmt. Wie bereits erläutert, kann die magnetische Flussdichte des Magnetfelds, das von der Primärspule bereitgestellt wird, bestimmt werden. Insbesondere kann die magnetische Flussdichte für die jeweiligen Positionen, an denen die Spulen angeordnet werden sollen, bestimmt werden. Anschließend daran können dann die jeweiligen Spulen bezüglich ihrer Windungszahl ausgelegt werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die räumlichen Abmessungen und/oder die Position der Spulen in Abhängigkeit von der Verteilung der magnetischen Flussdichte angepasst werden. Insbesondere kann die jeweilige Windungszahl der Spulen so angepasst werden, dass in jede der Spulen im Wesentlichen die gleiche elektrische Spannung induziert wird. Die Windungszahl der jeweiligen Spulen kann auch so angepasst werden, dass in jede der Spulen eine elektrische Spannung induziert wird, die in einem vorbestimmten Spannungsbereich liegt. Damit kann der Fremdkörper entlang der kompletten Leiterplatte beziehungsweise der Anordnung der Spulen mit der gleichen Empfindlichkeit erfasst werden. Preferably, the number of turns of each of the coils is determined in response to a magnetic flux density of the magnetic field at the position of the coil. As already explained, the magnetic flux density of the magnetic field provided by the primary coil can be determined. In particular, the magnetic flux density for the respective positions at which the coils are to be arranged can be determined. Subsequently, then the respective coils can be designed with respect to their number of turns. In principle, it can also be provided that the spatial dimensions and / or the position of the coils are adapted as a function of the distribution of the magnetic flux density. In particular, the respective number of turns of the coils can be adjusted so that substantially the same electrical voltage is induced in each of the coils. The number of turns of the respective coils can also be adapted to induce in each of the coils an electrical voltage which is within a predetermined voltage range. Thus, the foreign body along the entire circuit board or the arrangement of the coils can be detected with the same sensitivity.

In einer Ausführungsform weist eine erste der Mehrzahl von Spulen, welche an einer ersten Position mit einer ersten magnetischen Flussdichte angeordnet, im Vergleich zu einer zweiten der Mehrzahl von Spulen, welche an einer zweiten Position mit einer im Vergleich zur ersten magnetischen Flussdichte, größeren zweiten magnetischen Flussdichte angeordnet ist, eine geringere Anzahl von Windungen auf. Beispielsweise kann eine Messspule, welche in einem Bereich mit einem starken Magnetfeld angeordnet ist, nur die Hälfte oder ein Viertel der Windungen aufweisen, wie eine Spule, die in einem feldschwächeren Bereich angeordnet ist. Beispielsweise liegt im Bereich des Zentrums der Primärspule ein verhältnismäßig hohes Magnetfeld beziehungsweise ein Maximum der magnetischen Flussdichte vor. In den Randbereichen der Primärspule ist üblicherweise ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld mit einer geringen magnetischen Flussdichte vorhanden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Magnetfeld der Primärspule nicht symmetrisch ausgebildet ist und damit das Maximum der magnetischen Flussdichte außerhalb des Zentrums der Spule angeordnet ist. Grundsätzlich soll die Anzahl an Windungen der jeweiligen Spulen an das Magnetfeld beziehungsweise die Verteilung der magnetischen Flussdichte angepasst sein. Somit können die jeweiligen Spulen einfach an das Magnetfeld, das von der Primärspule erzeugt wird, angepasst werden. In one embodiment, a first of the plurality of coils disposed at a first position having a first magnetic flux density has, compared to a second of the plurality of coils, which at a second position having a second magnetic flux larger than the first magnetic flux density Flux density is arranged, a smaller number of turns on. For example, a measuring coil, which is arranged in a region with a strong magnetic field, have only half or a quarter of the windings, such as a coil, which is arranged in a field weaker region. For example, in the region of the center of the primary coil there is a relatively high magnetic field or a maximum of the magnetic flux density. In the peripheral areas of the primary coil, a relatively weak magnetic field with a low magnetic flux density is usually present. However, it can also be provided that the magnetic field of the primary coil is not formed symmetrically and thus the maximum of the magnetic flux density is arranged outside the center of the coil. In principle, the number of turns of the respective coils should be adapted to the magnetic field or the distribution of the magnetic flux density. Thus, the respective coils can be easily adapted to the magnetic field generated by the primary coil.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Mehrzahl von Spulen in mehrere Gruppen eingeteilt und die Spulen einer Gruppe weisen die gleiche Anzahl von Windungen auf. Diejenigen Spulen, die sich in einem Bereich befinden, in dem die magnetische Flussdichte im Wesentlichen gleich ist, können einer Gruppe zugeordnet werden. Die Spulen werden also in mehrere Gruppen eingeteilt in Abhängigkeit von ihrer Position auf dem Substrat. Somit können für die jeweiligen Bereiche, die unterschiedliche magnetischen Flussdichten ausgesetzt sind, die induzierten Spannungen zuverlässig erfasst werden. In a further embodiment, the plurality of coils is divided into several groups and the coils of a group have the same number of turns. Those coils that are in a region where the magnetic flux density is substantially the same may be assigned to a group. The coils are thus divided into several groups depending on their position on the substrate. Thus, for the respective areas exposed to different magnetic flux densities, the induced voltages can be reliably detected.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Gruppen von Spulen im Wesentlichen konzentrisch zu einem Mittelpunkt des Substrats angeordnet sind und das Substrat derart in dem Magnetfeld angeordnet ist, dass sich der Mittelpunkt in einem Bereich einer maximalen magnetischen Flussdichte des Magnetfelds befindet. Beispielsweise kann die Primärspule im Wesentlichen rund ausgebildet sein. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass das Substrat im Wesentlichen rund ausgebildet ist. Dabei kann das Substrat derart angeordnet sein, dass der Mittelpunkt des Substrats einer maximalen magnetischen Flussdichte des Magnetfelds der Primärspule zugeordnet ist. Die maximale magnetische Flussdichte kann sich beispielsweise in dem Bereich ergeben, der einem Zentrum der Primärspule zugeordnet ist. Die jeweiligen Spulen können konzentrisch zu diesem Mittelpunkt angeordnet sein. Beispielsweise können die jeweiligen Spulen, die einer Gruppe zugeordnet sind, entlang eines Kreisrings angeordnet sein, der konzentrisch zu dem Mittelpunkt angeordnet ist. Die jeweiligen Gruppen von Spulen können also insgesamt in konzentrischen Ringen angeordnet sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die jeweiligen Spulen die Form eines Kreisringsegments aufweisen. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Spulen rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spulen abgerundete Ecken aufweisen. In der Mitte des Magnetfelds beziehungsweise in dem Bereich der maximalen magnetischen Flussdichte können auch zwei Spulen vorgesehen sein, die jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind. Somit kann insgesamt eine hohe räumliche Auflösung und somit eine zuverlässige Erkennung des Fremdkörpers erreicht werden. It is preferably provided that the groups of coils are arranged substantially concentrically to a center of the substrate and the substrate is arranged in the magnetic field such that the center is in a range of a maximum magnetic flux density of the magnetic field. For example, the primary coil may be substantially round. In this case it can be provided that the substrate is substantially round. In this case, the substrate may be arranged such that the center of the substrate is associated with a maximum magnetic flux density of the magnetic field of the primary coil. For example, the maximum magnetic flux density may be in the range associated with a center of the primary coil. The respective coils may be concentric with this center. For example, the respective coils associated with a group may be arranged along a circular ring which is concentric with the center. The respective groups of coils can therefore be arranged overall in concentric rings. It can be provided that the respective coils have the shape of a circular ring segment. In principle, it can also be provided that the respective coils are rectangular or trapezoidal. It can also be provided that the coils have rounded corners. In the middle of the magnetic field or in the region of the maximum magnetic flux density, two coils can be provided, which are each formed semicircular. Thus, overall a high spatial resolution and thus a reliable detection of the foreign body can be achieved.

In einer weiteren Ausführungsform weist jede der Spulen ein erstes Einzelspulenelement und zumindest ein zweites Einzelspulenelement auf, welche elektrisch parallel geschaltet sind, und das erste Einzelspulenelement ist auf einer Vorderseite und das zumindest eine zweite Einzelspulenelement ist auf einer Rückseite des Substrats angeordnet. Die Spulen können beispielsweise durch Metallschichten auf dem Substrat bereitgestellt werden, die eine verhältnismäßig geringe Schichtdicke aufweisen. Bei der Verwendung von derart ausgestalteten Spulen hat sich herausgestellt, dass die Spulen im Betrieb erwärmt werden. Dies ist durch den Skin-Effekt beziehungsweise den Verdrängungseffekt begründet, denn die Eindringtiefe ist je nach verwendeter Frequenz des Magnetfelds der Primärspule größer als die zur Verfügung stehende Schichtdicke der Spule. Um diesen Effekt zu reduzieren, werden zumindest zwei Einzelspulenelemente vorgesehen, die elektrisch parallel geschaltet sind. Dabei können die Einzelspulenelemente beispielsweise auf der Vorder- und Rückseite des Substrats angeordnet sein. Somit kann ein Effekt erreicht werden, der von Litzen bekannt ist. Damit kann verhindert werden, dass sich die jeweiligen Spulen im Betrieb erwärmen. Dies garantiert insgesamt einen zuverlässigen Betrieb der Spulen und somit der Fremdkörpererfassungseinrichtung. In a further embodiment, each of the coils has a first single coil element and at least one second single coil element, which are electrically connected in parallel, and the first single coil element is arranged on a front side and the at least one second single coil element is arranged on a rear side of the substrate. For example, the coils may be provided by metal layers on the substrate that have a relatively small layer thickness. When using coils designed in this way, it has been found that the coils are heated during operation. This is due to the skin effect or the displacement effect, because the penetration depth is greater than the available layer thickness of the coil, depending on the frequency of the magnetic field of the primary coil used. In order to reduce this effect, at least two individual coil elements are provided which are electrically connected in parallel. In this case, the individual coil elements can be arranged, for example, on the front and back of the substrate. Thus, an effect known from strands can be achieved. This can prevent the respective coils from heating up during operation. This guarantees overall reliable operation of the coils and thus the foreign body detection device.

In einer weiteren Ausführungsform weist jede der Spulen zumindest ein drittes Einzelspulenelement auf, welches in einer Zwischenschicht des Substrats angeordnet ist und welches zu dem ersten Einzelspulenelement und dem zweiten Einzelspulenelement elektrisch parallel geschaltet ist. Die Zwischenschicht des Substrats kann insbesondere parallel zu der Vorderseite und der Rückseite des Substrats angeordnet sein. Das Substrat kann beispielsweise eine mehrschichtige Leiterplatte sein. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere Einzelspulenelemente vorgesehen sind, die in parallelen Zwischenschichten des Substrats beziehungsweise der Leiterplatte angeordnet sind. Damit kann eine Erwärmung der Spulen im Betrieb verhindert werden. In a further embodiment, each of the coils has at least one third individual coil element, which is arranged in an intermediate layer of the substrate and which is electrically connected in parallel to the first single coil element and the second single coil element. The intermediate layer of the substrate may in particular be arranged parallel to the front side and the rear side of the substrate. The substrate may be, for example, a multilayer printed circuit board. In principle, it can also be provided that a plurality of individual coil elements are provided, which are arranged in parallel intermediate layers of the substrate or the printed circuit board. This can prevent heating of the coils during operation.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Einzelspulenelemente gleich ausgebildet sind und entlang einer Normalen des Substrats fluchtend zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten weisen die Einzelspulenelemente die gleichen räumlichen Abmessungen und die gleiche Windungszahl auf. Die Einzelspulenelemente weisen also die gleiche Spulengeometrie auf. Die Einzelspulen sind so angeordnet, dass, wenn man durch das Substrat blicken würde, die beiden Einzelspulenelemente deckungsgleich zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung der elektrisch parallel geschalteten Einzelspulenelemente ergeben sich daher zwei gleiche Wicklungen, die mit einer mehradrigen Litze vergleichbar sind. Somit kann beispielsweise bei Frequenzen des Magnetfelds, die unter 150 kHz liegen, bei einer Schichtdicke der jeweiligen Einzelspulen, die beispielsweise unter 105 µm liegt, die notwendige Eindringtiefe erreicht werden, so dass insgesamt der Wirkungsgrad verbessert werden kann. Furthermore, it is advantageous if the individual coil elements are of identical design and are arranged in alignment with one another along a normal of the substrate. In other words, the single coil elements have the same spatial dimensions and the same number of turns. The individual coil elements thus have the same coil geometry. The individual coils are arranged so that, if one would look through the substrate, the two individual coil elements are arranged congruent to each other. By virtue of this arrangement of the individual coil elements connected electrically in parallel, therefore, two identical windings result, which are comparable to a multi-core stranded wire. Thus, for example, at frequencies of the magnetic field which are below 150 kHz, with a layer thickness of the respective individual coils, which is for example less than 105 microns, the necessary penetration depth can be achieved, so that overall the efficiency can be improved.

In einer weiteren Ausführungsform ist jede Spulen mit zumindest einem Kondensator und/oder mit zumindest einem Widerstand zum Anpassen der induzierten Spannung elektrisch verbunden. Die in die jeweiligen Spulen induzierte elektrische Spannung wird dabei mit der Auswerteeinheit erfasst. Dabei hat es sich herausgestellt, dass es sinnvoll ist, die induzierte Spannung der Spulen nicht direkt hochohmig zu messen, sondern diese vorher mittels zumindest eines zusätzlich eingebrachten Kondensators in Resonanz zu bringen. Mit anderen Worten ergibt sich aus der Verschaltung der jeweiligen Spule mit dem zumindest einen Kondensator ein Schwingkreis. Somit kann mit der Auswerteeinheit eine induzierte Spannung erfasst werden, die im Wesentlichen einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Derartige sinusförmige Signale können einfach und zuverlässiger ausgewertet werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Spulen mit mehreren Kondensatoren elektrisch verbunden werden. Dabei können die Kondensatoren in Reihe und/oder parallel zu den Spulen geschaltet sein. Damit ergibt sich der Vorteil, dass die Amplitude der induzierten Spannung angepasst werden kann. Beispielsweise kann die Kapazität des zumindest einen Kondensators so gewählt werden, dass eine gewollte Abweichung aus der idealen Resonanz des Schwingkreises erreicht wird. Somit kann die Amplitude der induzierten Spannung einfach angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass jede der Spulen mit einem Widerstand beziehungsweise einem Dämpfungswiderstand verbunden wird. Wenn die jeweilige Spule zudem mit zumindest einem Kondensator verbunden ist, kann hierbei eine Erwärmung des zumindest einen Kondensator verhindert werden. Zudem kann durch den Widerstand der in dem Schwingkreis fließende elektrische Strom begrenzt werden, so dass eine Temperaturerhöhung der elektronischen Bauelemente ebenfalls begrenzt wird. Dies ermöglicht es insbesondere, den zumindest einen Kondensator und/oder den zumindest einen Widerstand als SMD-Bauteile zu realisieren. Diese können besonders platzsparend auf dem Substrat angeordnet werden. Ferner kann durch die Wahl des zumindest einen Widerstands die induzierte Spannung auf ein vorbestimmtes Niveau beziehungsweise auf einen vorbestimmten Wert angepasst werden. Insgesamt kann der zumindest eine Kondensator und/oder der zumindest eine Widerstand für jede der Spulen so gewählt werden, dass die induzierten Spannungen jeder der Spulen im Wesentlichen gleich sind. In a further embodiment, each coil is electrically connected to at least one capacitor and / or to at least one resistor for adjusting the induced voltage. In the the respective coils induced electrical voltage is detected with the evaluation unit. It has been found that it makes sense not directly high impedance to measure the induced voltage of the coils, but to bring them in advance by means of at least one additionally introduced capacitor in resonance. In other words, the connection of the respective coil with the at least one capacitor results in a resonant circuit. Thus, with the evaluation unit, an induced voltage can be detected, which has a substantially sinusoidal course. Such sinusoidal signals can be evaluated easily and reliably. In principle, it can also be provided that the respective coils are electrically connected to a plurality of capacitors. The capacitors may be connected in series and / or parallel to the coils. This results in the advantage that the amplitude of the induced voltage can be adjusted. For example, the capacitance of the at least one capacitor can be chosen so that a desired deviation from the ideal resonance of the resonant circuit is achieved. Thus, the amplitude of the induced voltage can be easily adjusted. Alternatively or additionally, it can be provided that each of the coils is connected to a resistor or a damping resistor. If the respective coil is additionally connected to at least one capacitor, heating of the at least one capacitor can be prevented in this case. In addition, can be limited by the resistance of the current flowing in the resonant circuit electrical current, so that a temperature increase of the electronic components is also limited. This makes it possible in particular to realize the at least one capacitor and / or the at least one resistor as SMD components. These can be arranged in a particularly space-saving manner on the substrate. Furthermore, by selecting the at least one resistor, the induced voltage can be adjusted to a predetermined level or to a predetermined value. Overall, the at least one capacitor and / or the at least one resistor for each of the coils can be chosen such that the induced voltages of each of the coils are substantially equal.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, für jede der Spulen einen Messwert zu bestimmen, welcher die in die Spule induzierte Spannung beschreibt, und den Messwert zu gewichten. Insgesamt ist es das Ziel, für jede der Spulen im Wesentlichen die gleiche Auswertespannung und/oder den gleichen Auswertestrom zu erhalten. Infolge von Toleranzen bei den elektronischen Bauteilen, Temperatureinflüssen oder magnetischer Toleranzen können jedoch die jeweils in die Spulen induzierten Spannungen variieren. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit die jeweiligen induzierten Spannungen erfasst und auf Grundlage der jeweiligen erfassten induzierten Spannungen einen Messwert bereitstellt. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass vor dem Beginn des Betriebs und/oder vor der Auslieferung ein automatischer Abgleich durchgeführt wird. Dabei kann die induzierte Spannung bei aktivierter Primärspule und ohne Vorhandensein eines Fremdkörpers jede der Spulen einzeln eingelesen werden. Mithilfe der Auswerteeinheit, die beispielsweise einen entsprechenden Mikroprozessor umfassen kann, können die jeweiligen erfassten induzierten Spannungen beziehungsweise die daraus abgeleiteten Messwerte entsprechend gewichtet werden. Zu diesem Zweck können die jeweiligen Messwerte beispielsweise mit einem Faktor belegt beziehungsweise faktorisiert werden, so dass sich für jede der Spulen der gleiche Messwert ergibt. Somit kann ein Fremdkörper anschließend zuverlässig erfasst werden. In a further embodiment, the evaluation unit is designed to determine a measured value for each of the coils, which describes the voltage induced in the coil, and to weight the measured value. Overall, the goal is to obtain substantially the same evaluation voltage and / or the same evaluation current for each of the coils. Due to tolerances in the electronic components, temperature influences or magnetic tolerances, however, the voltages induced in the coils can vary. For this purpose, it is provided that the evaluation unit detects the respective induced voltages and provides a measured value on the basis of the respective detected induced voltages. In this case, it is provided in particular that an automatic adjustment is performed before the start of operation and / or before delivery. In this case, the induced voltage can be read individually when activated primary coil and without the presence of a foreign body each of the coils. With the aid of the evaluation unit, which may include, for example, a corresponding microprocessor, the respective detected induced voltages or the measured values derived therefrom can be weighted accordingly. For this purpose, the respective measured values can, for example, be assigned or factorized by a factor, so that the same measured value results for each of the coils. Thus, a foreign body can then be reliably detected.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the frame to leave the invention.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will now be described with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Ladevorrichtung und einem Kraftfahrzeug, wobei die Ladevorrichtung eine Fremdkörpererfassungseinrichtung umfasst; 1 a schematic representation of an arrangement with a charging device and a motor vehicle, wherein the charging device comprises a foreign body detection device;

2 ein Substrat der Fremdkörpererfassungseinrichtung, auf der eine Mehrzahl von Spulen angeordnet sind; und 2 a substrate of the foreign-matter detection device on which a plurality of coils are arranged; and

3 eine ausschnittsweise Darstellung der Spule gemäß 2 in einer geschnittenen Seitenansicht. 3 a fragmentary view of the coil according to 2 in a sectioned side view.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1. Die Anordnung 1 umfasst eine Ladevorrichtung 2, welche stationär angeordnet ist. Die Ladevorrichtung 2 umfasst wiederum eine vorliegend nur schematisch dargestellte Primärspule 3. Die Primärspule 3 ist vorliegend in dem Fahrbahnboden 4 angeordnet. Die Primärspule 3 wird über eine vorliegend nur schematisch dargestellte elektrische Energiequelle 5 mit elektrischer Energie versorgt. Insbesondere wird mit der elektrischen Energiequelle 5 eine Wechselspannung bereitgestellt. Darüber hinaus ist eine Leistungselektronikeinheit 6 vorgesehen, mittels welcher beispielsweise die Frequenz der mit der Energiequelle 5 bereitgestellten Wechselspannung angepasst werden kann. Mit der Primärspule 3 wird ein Magnetfeld 7 bereitgestellt, welches vorliegend vereinfacht dargestellt ist. Insbesondere wird mit der Primärspule 3 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. 1 shows a schematic representation of an arrangement 1 , The order 1 includes a charging device 2 , which is arranged stationary. The loading device 2 again comprises a presently shown only schematically primary coil 3 , The primary coil 3 is present in the roadway floor 4 arranged. The primary coil 3 is a present only schematically illustrated electrical energy source 5 supplied with electrical energy. In particular, with the electric power source 5 provided an AC voltage. In addition, a power electronics unit 6 provided by means of which, for example, the frequency of the energy source 5 provided AC voltage can be adjusted. With the primary coil 3 becomes a magnetic field 7 provided, which is shown simplified in the present case. In particular, with the primary coil 3 generates a magnetic alternating field.

Infolge des Magnetfelds 7, das von der Primärspule 3 ausgesendet wird, wird eine elektrische Spannung in eine Sekundärspule 8 eines Kraftfahrzeugs 9 induziert. Das Kraftfahrzeug 9 ist vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet. Die Sekundärspule 8 des Kraftfahrzeugs 9 ist über eine Ladeeinheit 10 mit einem elektrischen Energiespeicher 11 verbunden. Die Ladeeinheit 10 kann beispielsweise einen Gleichrichter zum Gleichrichten der in die Sekundärspule 8 induzierten Wechselspannung umfassen. Bei dem elektrischen Energiespeicher 11 des Kraftfahrzeugs 9 kann es sich insbesondere um eine Batterie handeln. Der elektrische Energiespeicher 11 ist ferner mit einem Antriebsmotor 12 elektrisch verbunden. Somit kann der Antriebsmotor, welcher zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 9 dient, mit elektrischer Energie versorgt werden. As a result of the magnetic field 7 that from the primary coil 3 is sent out, a voltage in a secondary coil 8th of a motor vehicle 9 induced. The car 9 is presently designed as an electric vehicle. The secondary coil 8th of the motor vehicle 9 is via a charging unit 10 with an electrical energy storage 11 connected. The loading unit 10 For example, a rectifier for rectifying the in the secondary coil 8th include induced AC voltage. In the electrical energy storage 11 of the motor vehicle 9 it may in particular be a battery. The electrical energy storage 11 is also with a drive motor 12 electrically connected. Thus, the drive motor, which for driving the motor vehicle 9 serves to be supplied with electrical energy.

Die Ladevorrichtung 2 umfasst ferner eine Fremdkörpererfassungseinrichtung 13. Wie nachfolgend näher erläutert, umfasst die Fremdkörpererfassungseinrichtung 13 ein Substrat 14, auf dem eine Mehrzahl von Spulen 15 angeordnet sind. Das Substrat 14 ist vorliegend auf der Primärspule 3 angeordnet. In die Spulen 15 wird infolge des Magnetfelds 7 jeweils eine elektrische Spannung induziert. Die jeweils in die Spulen 15 induzierte elektrische Spannung kann mittels einer Auswerteeinheit 16 erfasst werden. Wenn sich in einem Zwischenraum 17 zwischen der Primärspule 3 und der Sekundärspule 8 ein Fremdkörper, insbesondere ein metallischer Fremdkörper, befindet, verändert sich das Magnetfeld 7 und somit die in zumindest eine der Spulen 15 induzierte Spannung. Dies kann mithilfe der Auswerteeinheit 16 erfasst werden. The loading device 2 further comprises a foreign object detection device 13 , As explained in more detail below, the foreign body detection device comprises 13 a substrate 14 on which a plurality of coils 15 are arranged. The substrate 14 is present on the primary coil 3 arranged. In the coils 15 is due to the magnetic field 7 each induces an electrical voltage. The each in the coils 15 induced electrical voltage can be detected by means of an evaluation unit 16 be recorded. When in a gap 17 between the primary coil 3 and the secondary coil 8th a foreign body, in particular a metallic foreign body is located, the magnetic field changes 7 and thus in at least one of the coils 15 induced voltage. This can be done using the evaluation unit 16 be recorded.

2 zeigt eine Ausführungsform des Substrats 14 der Fremdkörpererfassungseinrichtung 13. Das Substrat 14 ist vorliegend durch eine Leiterplatte gebildet. Auf diesem Substrat 14 ist die Mehrzahl von Spulen 15 angeordnet. Die Spulen 15 sind vorliegend durch Leiterbahnen beziehungsweise strukturierte Metallschichten gebildet, die auf das Substrat 14 aufgebracht sind. Das Substrat 14 ist in dem Ausführungsbeispiel rund ausgebildet. Dies eignet sich insbesondere dann, wenn die Primärspule 3 ebenfalls rund ausgebildet ist und ein symmetrisches Magnetfeld 7 bereitstellt. Grundsätzlich sollte der Bereich, der von den Spulen 15 abgedeckt ist, dem Bereich entsprechen, in dem sich das Magnetfeld 7 der Primärspule 3 ausbreitet. 2 shows an embodiment of the substrate 14 the foreign object detection device 13 , The substrate 14 is presently formed by a printed circuit board. On this substrate 14 is the majority of coils 15 arranged. The spools 15 In the present case, these are formed by printed conductors or structured metal layers which are applied to the substrate 14 are applied. The substrate 14 is round in the embodiment. This is particularly useful when the primary coil 3 is also round and a symmetrical magnetic field 7 provides. Basically, the area should be that of the coils 15 is covered, correspond to the area in which the magnetic field 7 the primary coil 3 spreads.

Vorliegend sind die Spulen 15 in mehrere Gruppen 18, 19, 20 eingeteilt. Die Spulen 15 in den jeweiligen Gruppen 18, 19, 20 sind jeweils entlang eines Rings zueinander angeordnet. Vorliegend sind die Spulen 15 der Gruppen 18, 19, 20 in drei konzentrischen Kreisringen angeordnet. Die erste Gruppe 20 umfasst dabei die Spulen 15, die in dem innersten Kreisring zugeordnet sind. Zudem umfasst die erste Gruppe 20 zwei Spulen 15, die an einem Mittelpunkt 21 des Substrats 14 angrenzen. Diese beiden Spulen 15 sind im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet. Die Spulen 15 der zweiten Gruppe 19 umgeben die Spulen 15 der ersten Gruppe 20. Zudem umgeben die Spulen 15 der dritten Gruppe 18 die Spulen der zweiten Gruppe 19. Present are the coils 15 in several groups 18 . 19 . 20 assigned. The spools 15 in the respective groups 18 . 19 . 20 are each arranged along a ring to each other. Present are the coils 15 of the groups 18 . 19 . 20 arranged in three concentric circular rings. The first group 20 includes the coils 15 that are assigned in the innermost annulus. In addition, the first group includes 20 two coils 15 at a midpoint 21 of the substrate 14 adjoin. These two coils 15 are formed substantially semicircular. The spools 15 the second group 19 surround the coils 15 the first group 20 , In addition, the coils surround 15 the third group 18 the coils of the second group 19 ,

Das Substrat 14 mit den Spulen 15 wird vorliegend derart zu der Primärspule 3 positioniert, dass sich ein Mittelpunkt 21 des Substrats 14 in einem Bereich befindet, in dem die magnetische Flussdichte des Magnetfelds 7, das von der Primärspule 3 erzeugt wird, maximal ist. Dieser Bereich ist beispielsweise einem Zentrum der Primärspule 3 zugeordnet. Durch die räumliche Verteilung des Magnetfelds 7 ergeben sich unterschiedliche magnetische Flussdichten, die auf die einzelnen Gruppen 18, 19, 20 der Spulen 15 einwirken. Vorliegend unterscheidet sich die Anzahl von Windungen der Spulen 15. Die Spulen 15 der ersten Gruppe 20 weisen vorliegend alle zwei Windungen auf. Die Spulen 15, die der zweiten Gruppe 19 zuordnet sind, weisen drei Windungen auf. Ferner weisen die Spulen 15, die der dritten Gruppe 18 zugeordnet sind, vier Windungen auf. The substrate 14 with the coils 15 in the present case becomes the primary coil 3 positioned that is a midpoint 21 of the substrate 14 located in an area where the magnetic flux density of the magnetic field 7 that from the primary coil 3 is generated is maximum. This area is, for example, a center of the primary coil 3 assigned. Due to the spatial distribution of the magnetic field 7 Different magnetic flux densities result on the individual groups 18 . 19 . 20 the coils 15 act. In the present case, the number of turns of the coils differs 15 , The spools 15 the first group 20 present in the present case every two turns. The spools 15 , the second group 19 are assigned, have three turns on. Furthermore, the coils have 15 , the third group 18 are assigned four turns on.

Infolge des Magnetfelds 7 ergibt sich in dem Bereich, in dem die Spulen 15 der ersten Gruppe anordnen, eine verhältnismäßig große magnetische Flussdichte. In dem Bereich, in dem die Spulen 15 der zweiten Gruppe 19 angeordnet sind, ergibt sich eine geringere magnetische Flussdichte als in dem Bereich, in dem die Spulen 15 der ersten Gruppe 20 angeordnet sind. In dem Bereich, in dem die Spulen 15 der dritten Gruppe 18 angeordnet sind, ergibt sich die geringste magnetische Flussdichte. Dadurch, dass in den Bereichen, in denen die magnetische Flussdichte geringer ist, die Anzahl der Windungen erhöht ist, kann die in die jeweiligen Spulen 15 induzierte Spannung erhöht werden. Somit kann erreicht werden, dass in jede der Spulen 15 im Wesentlichen die gleiche Spannung induziert wird. Diese Spannung kann dann mit der Auswerteeinheit 16 ausgewertet werden. Anhand der jeweils in die Spulen 15 induzierten Spannung kann mittels der Auswerteeinheit 16 ein Messwert bereitgestellt werden. Auch dieser Messwert kann entsprechend gewichtet werden, um die jeweiligen induzierten Spannungen auf einen gemeinsamen Mittelwert anzugleichen. Damit kann eine zuverlässige Erfassung des Fremdkörpers erfolgen. As a result of the magnetic field 7 arises in the area where the coils 15 order the first group, a relatively large magnetic flux density. In the area where the coils 15 the second group 19 are arranged, results in a lower magnetic flux density than in the area in which the coils 15 the first group 20 are arranged. In the area where the coils 15 the third group 18 are arranged, the lowest magnetic flux density results. The fact that in the areas in which the magnetic flux density is lower, the number of turns is increased, which can in the respective coils 15 induced voltage can be increased. Thus it can be achieved that in each of the coils 15 essentially the same voltage is induced. This voltage can then be used with the evaluation unit 16 be evaluated. On the basis of each in the coils 15 induced voltage can be detected by means of the evaluation unit 16 a reading is provided. This measured value can also be weighted accordingly in order to adapt the respective induced voltages to a common mean value. This can be done a reliable detection of the foreign body.

3 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung des Substrats 14 gemäß 2 in einer geschnittenen Seitenansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass jede der Spulen 15 zwei Einzelspulenelemente 22, 23 umfasst. Dabei ist ein erstes Einzelspulenelement 22 auf einer Vorderseite 24 des Substrats 14 und ein zweites Einzelspulenelement 23 auf einer Rückseite 25 des Substrats 14 angeordnet. Die beiden Einzelspulenelemente 22, 23 sind mittels einer Durchkontaktierung 26 elektrisch verbunden beziehungsweise elektrisch parallel geschaltet. Die beiden Einzelspulenelemente 22, 23 sind baugleich ausgebildet und fluchtend zueinander angeordnet. Somit kann eine Anordnung erreicht werden, wie sie von Drähten mit Einzellitzen bekannt ist. Damit kann die Erwärmung der Spule 15 infolge des Skin-Effekts reduziert werden. 3 shows a partial view of the substrate 14 according to 2 in a sectioned side view. It can be seen that each of the coils 15 two single coil elements 22 . 23 includes. Here is a first single coil element 22 on a front side 24 of the substrate 14 and a second single coil element 23 on a back 25 of the substrate 14 arranged. The two single coil elements 22 . 23 are by means of a via 26 electrically connected or electrically connected in parallel. The two single coil elements 22 . 23 are structurally identical and arranged in alignment with each other. Thus, an arrangement can be achieved, as it is known from wires with single strands. This can be the heating of the coil 15 be reduced as a result of the skin effect.

Auf dem Substrat 14 ist ferner ein Kondensator 27 angeordnet. Dieser Kondensator 27 bildet zusammen mit der Spule 15 einen Schwingkreis aus. Ferner ist ein Widerstand 28 vorgesehen, welcher als Dämpfungswiderstand dient. Mithilfe des Kondensators 27 und des Widerstands 28 kann die Amplitude der in die Spule 15 induzierten Spannung angepasst werden. Der Kondensator 27 und der Widerstand 28 kann für jede der Spulen 15 beziehungsweise für die jeweiligen Spulen 15 einer Gruppe 18, 19, 20 ausgelegt werden. Der Kondensator 27 und der Widerstand 28 können derart dimensioniert werden, dass die Auswerteeinheit 16, die mit den jeweiligen Spulen 15 verbunden ist, im Wesentlichen die gleiche induzierte Spannung empfängt. Anhand dieser induzierten Spannung kann dann mit der Auswerteeinheit 16 ein Messwert bestimmt werden. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Messwerte mittels der Auswerteeinheit 16 gewichtet werden. Somit kann eine Kalibrierung der jeweiligen Messwerte auf einen gemeinsamen Mittelwert erfolgen. Dies kann insbesondere vor der Auslieferung oder vor dem Betrieb durchgeführt werden. Dies ermöglicht insgesamt eine zuverlässige Erkennung eines Fremdkörpers in dem Magnetfeld 7. On the substrate 14 is also a capacitor 27 arranged. This capacitor 27 forms together with the coil 15 a resonant circuit. There is also a resistance 28 provided, which serves as a damping resistor. Using the capacitor 27 and the resistance 28 can change the amplitude of the coil 15 induced voltage can be adjusted. The capacitor 27 and the resistance 28 can for each of the coils 15 or for the respective coils 15 a group 18 . 19 . 20 be interpreted. The capacitor 27 and the resistance 28 can be dimensioned such that the evaluation unit 16 that with the respective coils 15 is connected, receives substantially the same induced voltage. Based on this induced voltage can then with the evaluation 16 a measured value can be determined. In this case, it can also be provided that the respective measured values are determined by means of the evaluation unit 16 be weighted. Thus, a calibration of the respective measured values can be carried out to a common mean value. This can be done in particular before delivery or before operation. This allows a total reliable detection of a foreign body in the magnetic field 7 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Anordnung arrangement
2 2
Ladevorrichtung loader
3 3
Primärspule primary coil
4 4
Fahrbahnboden roadway floor
5 5
Energiequelle energy
6 6
Leistungselektronikeinheit Power electronics unit
7 7
Magnetfeld magnetic field
8 8th
Sekundärspule secondary coil
9 9
Kraftfahrzeug motor vehicle
10 10
Ladeeinheit charging unit
11 11
Energiespeicher energy storage
12 12
Antrieb drive
13 13
Fremdkörpererfassungseinrichtung Foreign body detection device
14 14
Substrat substratum
15 15
Spule Kitchen sink
16 16
Auswerteeinheit evaluation
17 17
Zwischenraum gap
18, 19, 20 18, 19, 20
Gruppe group
21 21
Mittelpunkt Focus
22, 23 22, 23
Einzelspulenelement Single coil element
24 24
Vorderseite front
25 25
Rückseite back
26 26
Durchkontaktierung via
27 27
Kondensator capacitor
28 28
Widerstand resistance

Claims (11)

Ladevorrichtung (2) zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers (11) eines Kraftfahrzeugs (9), mit einer Primärspule (3) zum Bereitstellen eines Magnetfelds (7) und mit einer Fremdkörpererfassungseinrichtung (13) zum Erfassen eines Vorhandenseins eines Fremdkörpers in dem Magnetfeld (7), wobei die Fremdkörpererfassungseinrichtung (13) ein Substrat (14), auf welchem eine Mehrzahl von Spulen (15) angeordnet sind, und eine Auswerteeinheit (16) aufweist, wobei das Substrat (14) an einer vorbestimmten Position in dem Magnetfeld (7) angeordnet ist und wobei die Auswerteeinheit (16) dazu ausgelegt ist, das Vorhandensein des Fremdkörpers anhand der in die Mehrzahl von Spulen (15) induzierten elektrischen Spannung zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spulen (15) eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweist, wobei die Anzahl der Windungen jeder der Spulen (15) in Abhängigkeit von einer Position der Spule (15) in dem Magnetfeld (7) bestimmt ist. Loading device ( 2 ) for inductively charging an electrical energy store ( 11 ) of a motor vehicle ( 9 ), with a primary coil ( 3 ) for providing a magnetic field ( 7 ) and with a foreign body detection device ( 13 ) for detecting a presence of a foreign body in the magnetic field ( 7 ), wherein the foreign body detection device ( 13 ) a substrate ( 14 ) on which a plurality of coils ( 15 ), and an evaluation unit ( 16 ), wherein the substrate ( 14 ) at a predetermined position in the magnetic field ( 7 ) and wherein the evaluation unit ( 16 ) is designed to detect the presence of the foreign body in the plurality of coils ( 15 ) to detect induced voltage, characterized in that each of the coils ( 15 ) has a predetermined number of turns, the number of turns of each of the coils ( 15 ) depending on a position of the coil ( 15 ) in the magnetic field ( 7 ) is determined. Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Windungen jeder der Spulen (15) in Abhängigkeit von einer magnetischen Flussdichte des Magnetfelds (7) an der Position der Spule (15) bestimmt ist. Loading device ( 2 ) according to claim 1, wherein the number of turns of each of the coils ( 15 ) as a function of a magnetic flux density of the magnetic field ( 7 ) at the position of the coil ( 15 ) is determined. Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei eine erste der Spulen (15), welche an einer ersten Position mit einer ersten magnetischen Flussdichte angeordnet ist, im Vergleich zu einer zweiten der Spulen (15), welche an einer zweiten Position mit einer im Vergleich zur ersten magnetischen Flussdichte größeren, zweiten magnetischen Flussdichte angeordnet ist, eine geringer Anzahl von Windungen aufweist. Loading device ( 2 ) according to claim 2, wherein a first of the coils ( 15 ), which is arranged at a first position with a first magnetic flux density, in comparison to a second one of the coils ( 15 ) disposed at a second position with a second magnetic flux density larger than the first magnetic flux density has a small number of turns. Ladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Spulen (15) in mehrere Gruppen (18, 19, 20) eingeteilt sind und die Spulen (15) einer Gruppe (18, 19, 20) die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen. Loading device ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of coils ( 15 ) into several groups ( 18 . 19 . 20 ) and the coils ( 15 ) of a group ( 18 . 19 . 20 ) have the same number of turns. Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei die Gruppen (18, 19, 20) von Spulen (15) im Wesentlichen konzentrisch zu einem Mittelpunkt (21) des Substrats (14) angeordnet sind und das Substrat (14) derart in dem Magnetfeld (7) angeordnet ist, dass sich der Mittelpunkt (21) in einem Bereich einer maximalen magnetischen Flussdichte des Magnetfelds befindet. Loading device ( 2 ) according to claim 4, wherein the groups ( 18 . 19 . 20 ) of coils ( 15 ) substantially concentric with a center ( 21 ) of the substrate ( 14 ) are arranged and the substrate ( 14 ) in the magnetic field ( 7 ) is arranged so that the center ( 21 ) is in a range of a maximum magnetic flux density of the magnetic field. Ladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Spulen (15) ein erstes Einzelspulenelement (22) und zumindest ein zweites Einzelspulenelement (23) aufweist, welche elektrisch parallel geschaltet sind, und wobei das erste Einzelspulenelement (22) auf einer Vorderseite (24) und das zumindest eine zweite Einzelspulenelement (23) auf einer Rückseite (25) des Substrats (14) angeordnet ist. Loading device ( 2 ) according to any one of the preceding claims, wherein each of the coils ( 15 ) a first single coil element ( 22 ) and at least one second single coil element ( 23 ), which are electrically connected in parallel, and wherein the first single coil element ( 22 ) on a front side ( 24 ) and the at least one second single coil element ( 23 ) on a back side ( 25 ) of the substrate ( 14 ) is arranged. Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei jede der Spulen (15) zumindest ein drittes Einzelspulenelement aufweist, welches in einer Zwischenschicht des Substrats (14) angeordnet ist und welches zu dem ersten Einzelspulenelement (22) und dem zweiten Einzelspulenelement (23) elektrisch parallel geschaltet ist. Loading device ( 2 ) according to claim 6, wherein each of the coils ( 15 ) has at least a third single coil element, which in an intermediate layer of the substrate ( 14 ) and which to the first single coil element ( 22 ) and the second single coil element ( 23 ) is electrically connected in parallel. Ladevorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Einzelspulenelemente (22, 23) gleich ausgebildet sind und entlang einer Normalen des Substrats (14) fluchtend zueinander angeordnet sind. Loading device ( 2 ) according to claim 6 or 7, wherein the individual coil elements ( 22 . 23 ) are formed the same and along a normal of the substrate ( 14 ) are arranged in alignment with each other. Ladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige räumliche Abmessung der Spulen (15) in Abhängigkeit von der Position der Spule (15) in dem Magnetfeld (7) bestimmt ist. Loading device ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the respective spatial dimension of the coils ( 15 ) depending on the position of the coil ( 15 ) in the magnetic field ( 7 ) is determined. Ladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Spulen (15) mit zumindest einen Kondensator (27) und/oder zumindest einem Widerstand (28) zum Anpassen der induzierten Spannung elektrisch verbunden ist. Loading device ( 2 ) according to any one of the preceding claims, wherein each of the coils ( 15 ) with at least one capacitor ( 27 ) and / or at least one resistor ( 28 ) is electrically connected to adjust the induced voltage. Ladevorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Auswerteeinheit (16) dazu ausgelegt ist, für jede der Spulen (15) einen Messwert zu bestimmten, welcher die in die Spule (15) induzierte Spannung beschreibt und den Messwert zu gewichten. Loading device ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 16 ) is designed for each of the coils ( 15 ) to determine a measured value, which in the coil ( 15 ) describes the induced voltage and to weight the measured value.
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