CN105044783B - 检验存在导电体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检验存在导电体(12)的设备(10)，该设备具有至少一个发射装置(12)，以用于提供电磁场形式的发射信号(16)；并且具有至少一个接收装置(18)，以用于从发射装置(12)提供的并且感应到接收装置(18)中的发射信号(16)生成接收信号(UE)，其中发射装置(12)和接收装置(18)这样地设计，使得在不存在导电体(12)时在接收装置(18)中由于所感应到的发射信号而形成部分接收信号，该部分接收信号在接收信号(UE)中基本上互相抵消。

Description

检验存在导电体的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检验存在导电体的设备，该设备具有至少一个发射装置，以用于提供电磁场形式的发射信号。此外，本发明还涉及一种用于为电动车辆感应充电的具有这种设备的充电布置。
背景技术
在用于电动车辆的感应式充电布置中，通常使用初级线圈和次级线圈以传递电能。在为电动车辆的电池充电时必须避免导电体能够进入在初级线圈和次级线圈之间的大型气隙中。由于在气隙中的充电场的作用，导电体能够被加热。在最坏的情况中，例如在金属涂敷的合成材料或者金属涂敷的纸张的情况中可能导致物体的自燃。
为了能够检验在初级线圈和次级线圈之间的中间空间中存在的导电体，例如使用有金属探测器。金属探测器基于不同的、多数是感应式的测量原理。但是，使用这种专门用于气隙监控的金属探测器需要专门匹配的设置，因为必须防止车辆的大规模的金属料干扰测量过程。此外，如在通用的金属探测器的情况中常见的，在测量之前对探测器的校准不能简单地实施。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种尤其是在用于电动车辆的充电布置中能够更简单和更可靠地识别出导电体的解决方案。
该目的通过根据本发明的设备实现。本发明的有利的改进方案是以下内容。
根据本发明的用于检验存在导电体的设备具有至少一个发射装置，以用于提供电磁场形式的发射信号，其中该设备具有至少一个接收装置，用于从发射装置所提供的并且感应到接收装置中的发射信号生成接收信号，并且发射装置和接收装置这样地设计，即在接收装置中由于所感应到的发射信号，在存在导电体时形成第一接收信号并且在不存在导电体时形成与第一接收信号不同的第二接收信号。
利用该设备能够检验在设备的预定周围区域中存在的导电体。该设备还能够构造用于探测至少部分地由导电材料形成的物体。该设备尤其能够用于检验，是否有导电体处于用于电动车辆的充电布置的初级线圈和次级线圈之间的中间空间中。该设备包括发射装置，利用发射装置能够发射电磁场形式的发射信号。此外，该设备还包括接收装置，该接收装置能够接收发射信号或者发射信号的一部分。特别地，接收信号能够受到导电体的影响。这种影响或者磁场变化能够由接收装置来检测到。因此能够根据第一信号和/或第二信号推断出导电体在接收装置的周围区域中的存在性。
优选地，发射装置和接收装置如下地构造，使得在不存在导电体时在接收装置中由于所感应到的发射信号形成部分接收信号，该部分接收信号在接收信号中基本上互相抵消。发射装置和接收装置在此能够如下地设计，即如果导电体不处于设备的周围区域中，则利用接收装置就没有探测到接收信号。
接收装置能够这样地设计，即由于由发射装置所产生的磁场而在接收装置中产生部分接收信号。在此，接收装置优选地这样地设计，使得这种接收信号相互抵消。接收装置也能够这样地构造，即通过叠加部分接收信号形成低于预定阈值的接收信号。当然也能够形成与以下接收信号的差，当没有导电体处于设备的周围环境中时，该接收信号占主导。
发射装置和接收装置能够分别构造成线圈。如此则能够提供一种设备，其使用两个或者多个磁脱耦的线圈。在无干扰体的情况中，线圈相对于彼此如下地布置，即恰好测量不到接收信号。当在接收装置的接收范围中有导电体或者金属干扰体进入时，能够这样地形成部分接收信号，使得该部分接收信号在接收信号中不互相抵消或者接收信号超过阈值。以这种方式能够以简单和可靠的方式探测出导电干扰体。
在一种设计方案中，接收装置具有预定数量的接收线圈，这些接收线圈相对于发射装置如下地布置，使得发射信号以基本上相同的份额感应到相应的接收线圈中。接收装置能够包括两个或者多个接收线圈，发射信号能够以磁场的形式分别耦合到接收线圈中。接收装置也能够具有偶数个接收线圈。特别地，在这些线圈中能够分别感生出电压。在此，接收线圈能够如下地设计，即在不存在导电体时所感生的电压彼此抵消。
优选地，接收线圈并排地布置在接收装置的主延伸方向上。各个接收线圈能够例如通过相应的线匝来形成。因此能够提供了一种能够简单和廉价地制造的接收装置。
在另一种实施方式中，发射装置具有预定数量的发射线圈，发射线圈并排地布置在发射装置的主延伸方向上。发射装置也能够通过并排布置的线匝来提供。在此也能够设想，接收装置的接收线圈和发射装置的发射线圈构造成结构相同的。发射装置也能够具有偶数个发射线圈。因此能够提供一种价格低廉的用于检验存在金属异物的设备。
在一个实施方式中，接收装置在两个并排布置的接收线圈之间具有交叉点，并且接收装置相对于发射装置如下地布置，使得交叉点相对于发射线圈中的一个居中地定位。接收装置能够具有多个接收线圈，该接收线圈例如通过相应的线匝来形成。在相应的接收线圈之间，导体能够朝向彼此如下地布置，即其互相交叉。现在，接收线圈相对于发射线圈能够如下地布置，即接收线圈的交叉点相对于发射线圈居中地布置。因此能够实现，使得发射装置的电场均匀地传递到两个接收线圈处。
优选地，发射装置如下地构造，使得分别相邻的发射线圈提供指向相反的磁场。以这种方式能够防止相邻的发射线圈通过其产生的磁场彼此影响。
在另一种设计方案中，发射装置和接收装置分别具有进行至少一次转动的线匝的形式。具有两个发射线圈的发射装置或者具有两个接收线圈的接收装置能够通过线匝转动一次来提供。具有多个发射线圈的发射装置或者具有多个接收线圈的接收装置能够由此来提供，即线匝转动多次，也就是转动到不同的位置。因此能够以简单和廉价的方式提供发射装置或者接收装置。
在另外的实施方式中，发射线圈和接收线圈借助光刻法安装在承载件上。例如，接收线圈和发射线圈能够由导电材料、尤其是是金属来构成。其例如能够安装在电路板上。也能够使用相应的印刷方法替代光刻法。
优选的，发射线圈和接收线圈分别具有布置在承载件上侧的部分区域和布置在承载件下侧的部分区域。在发射线圈或者接收线圈的布置在承载件上侧的部分区域和布置在下侧的部分区域之间，能够相应地设置通孔敷镀。因此能够实现了节省空间地布置接收线圈和发射线圈，而没有短路。
优选地，设备包括多个发射装置和多个接收装置，其相对于彼此如下地布置，使得发射装置的主延伸方向垂直于接收装置的主延伸方向。因此能够提供接收线圈和发射线圈的阵列。因此，通过相应地读取接收线圈能够准确地检测导电体相对于各个接收线圈的位置。
特别有利的是，设备具有奇数个发射装置和奇数个接收装置。原则上能自由选择发射装置的数量和接收装置的数量。但是，如果分别选择奇数个发射装置和接收装置，那么电路板或者传感器板就能够构造成双重轴对称的。这起到了有利的作用，因为如果金属探测器板和充电线圈系统的对称轴重叠，则例如通过强充电场(典型的85kHz)感生的电压由于对称的原因而在发射线圈或者接收线圈中变为零。
优选地，设备具有控制装置，利用控制装置能够依序地控制发射装置，以用于相应地提供发射信号。以这种方式能够依序地激活各个发射装置。因此，通过读取所有的接收装置能够准确地测定金属干扰体的位置。
用于为电动车辆充电的根据本发明的充电布置包括根据本发明的设备。特别地，该设备布置在初级线圈和机动车辆侧的次级线圈之间的中间空间中。利用该设备能够可靠地检测出，是否有金属异物处于初级线圈和次级线圈之间的气隙中。
附图说明
现在根据附图对本发明进行详细说明。在此示出：
图1是用于检验存在导电体的设备的示意图；
图2是根据图1的设备，导电体进入到该设备中；
图3是设备的接收装置的一种实施方式；
图4是发射装置相对于接收装置的布置的剖面图；以及
图5是具有十一个发射装置和十一个接收装置的阵列的示意图。
具体实施方式
下面详细示出的实施例展示了本发明的优选的设计方案。
图1以示意图示出了用于检验存在导电体12的设备10。设备10包括发射装置14，其现在简化地作为线圈示出。控制电流IS能够施加到该线圈中。通过在线匝中的电流形成了磁场。该磁场用作发射装置14的发射信号16。
此外，设备10还包括接收装置18，其在当前的情况中也构造成线圈或者线匝。在示出的实例中，发射装置14和接收装置18至少区域性地重叠。在示出的布置中，通过适当地重叠两个线圈能够实现，接收信号UE采取零值。因此，能够提供两个彼此脱耦的线圈，其中的一个用作发射器并且另一个用作接收器。对于在发射装置14的或接收装置18的周围环境中不存在导电体的情况，在接收装置处恰好不产生接收信号UE。
图2示出了根据图1的设备10，导电体12进入到该设备中。如果导电体12或者金属干扰体进入到线圈中的一个的发射场中，那么在导电体12中感生了涡电流IK，这导致该布置的或者说设备10的所生成的总信号的扭曲。由此，该布置的生成的总信号耦合到接收装置18中，这又导致了大于零的感生电压或者说接收信号UE。相对于其中探测振荡回路的谐振频率变化或者说品质变化的谐振法，在此描述的耦合方法也能够非谐振地运行。因此能够实现明显改善的温度稳定性。通过发射装置14或者接收装置18的规格或者线圈的大小而定义了z方向上的探测区域。
设备10尤其能够用于，检测在用于电动车辆或者混合动力车辆的充电布置的初级线圈和次级线圈之间的中间空间中存在的导电体12。例如，设备10能够集成到充电布置的放置位置中。此外也能够设想，设备10布置在机动车辆侧。通过设备10能够阻止金属物或者干扰体处于初级线圈和次级线圈之间的气隙中。当在充电过程中存在这类干扰体时，该干扰体能够变热。在最恶劣的情况中可能产生燃烧。
在使用两个线圈时，由接收信号UE的大小不能推断出，干扰现在是否仅通过小的干扰体以很小的间距而引起或者通过大的干扰体以大的间距而引起。这导致了几乎不可能在检测物体12和车辆底盘之间进行界定。
图3以示意图示出了接收装置18的一种实施方式。在当前的情况中，接收装置18由线匝形成。其包括四个接收线圈20，这些接收线圈并排地布置在接收装置18的主延伸方向hE上。接受装置18由线匝如此来形成，即这些线匝转动四次。因此，接收装置18在接收线圈20之间分别具有交叉点22，印制导线在交叉点处重叠但是不具有电连接。
因此，图3中示出的接收装置18具有四个接收线圈20，其也能够称为“环路(Loops)”。此外，其具有四个具有蝴蝶形状的结构。这些结构分别包括交叉点22。
发射装置14能够构造成与接收装置18基本上结构相同的。这就是说，发射装置14能够同样由线匝形成，其多次转动，从而形成相应的发射线圈24以及布置在发射线圈之间的交叉点26。发射线圈在此沿着发射装置14的主延伸方向hS并排地布置。
图4以示意图示出了发射装置12相对于接收装置18的可行的布置。在此，发射装置12和接收装置18相对于彼此如下地布置，即接收装置18的主延伸方向hE垂直于发射装置12的主延伸方向hS地布置。此外，接收装置18的交叉点22相对于发射装置的发射线圈24居中地布置。当发射线圈24穿流有电流IS时，形成电磁场形式的发射信号16。通过发射线圈24相对于两个接收线圈20的布置，磁场以相同的份额耦合到两个接收线圈中。通过使形成接收线圈20的线匝在交叉点22中转动，在两个接收线圈中分别形成了作为部分接收信号的感生电压，这些感生电压彼此抵消。因此能够在外电压测量点处测量到接收信号UE，其基本上具有零值或者低于预定阈值。
图5示出了阵列的示意图，该阵列在本实施例中具有十一个发射装置12和十一个接收装置18。这类阵列提供了明显更多的在转换侧脱耦的线圈，其使得能够附加地导出对于物体12或者干扰物体的尺寸信息。在此，相应的接收装置18和发射装置12彼此相似地设计。
在此，发射装置12和接收装置18相对于彼此如下地布置，即形成多个发射接收对。在此，每个发射接收对总是由环形的天线(“环路(Loop)”天线)和蝴蝶型的天线(“蝴蝶(Butterfly)”天线)形成，其在几何形状上如下地重叠，使得其磁脱耦。
在本实施例中，相应的发射装置12和接收装置18通过相应的光刻法安装到承载件28上。现在处于承载件28上侧的印制导线由实线代表。虚线代表处于承载件28下侧的印制导线。特别地，承载件28能够是电路板。
发射装置12相对于接收装置18如下地布置，即发射装置12的相应的主延伸方向hS垂直于接收装置18的相应的主延伸方向hE地布置。也就是说，涉及垂直的和水平的长形线圈，其在此处示出的11×11布置的实例中分别转动五次或者六次。通过适当的重叠，仅通过几何形状得出，每个水平的接收装置18在所有的十一个垂直的发射装置12处脱耦并且每个垂直的发射线圈12也与所有的十一个水平的接收装置18脱耦。
此外设置有控制装置30，利用该控制装置能够相应地控制各个发射装置12。发射装置尤其能够施加有发射电流IS。此外设置有测量装置32，其构造用于接收以及可能相应地评估各个接收装置18的接收信号UE。
如果现在使发射装置12中的每一个依序加载有发射电流IS并且分别读取接收装置18的十一个感生接收信号UE，那么在本实例121中就获得了不同的测量信号。这种布置的其他优点在于，发射电子件和接收电子件的偏移能够分别影响整个行结果和列结果并因此能够以自动校正消除。在转动的导体带结构的、分别形成发射装置12和接收装置18的端部区域处必然出现不均匀性，其能够导致发射装置12和接收装置18之间减弱的退耦。这能够通过适当地改变在该区域中的印制导线引导或者通过引入离散的组件来避免。
在图5中所示布置的位置处，发射装置12和接收装置18的任何另外的数量和布置都是可行的。通过奇数个发射装置12和接收装置18获得这样的优点，即产生双重轴对称布置，其相对于用于电动车辆的充电布置的初级线圈和/或次级线圈能够更好地布置。
在图5中示出的阵列结构与常规的金属探测器相比实现了简单的位置分辨并且由此实现了区分，尤其是在车辆底板和实际存在的导电体12或者干扰体之间进行区分。通过发射装置12的和接收装置18的转换侧脱耦能够提供足够的灵敏度并进而提供可使用的测量信号。此外，成行和列的布置提供了一种可行性，即发射电子件和接收电子件在运行时的偏移通过相应的校正来阻止。此外获得这样的优点，即承载件28或者电路板仅仅能够在边缘处被接触。因此在电路板中能够省弃可能产生干扰的布线。

Claims (12)

1.一种用于检验存在导电体(12)的设备(10)，具有至少一个用于提供电磁场形式的发射信号(16)的发射装置(14)，其特征在于，所述设备(10)具有至少一个接收装置(18)，用于从所述发射装置(14)提供的并且感应到所述接收装置(18)中的所述发射信号(16)生成接收信号(UE)，并且所述发射装置(14)和所述接收装置(16)构造成，使得在所述接收装置(18)中由于所感应到的所述发射信号，在存在所述导电体(12)时形成第一接收信号(UE)并且在不存在所述导电体(12)时形成与所述第一接收信号不同的第二接收信号(UE)，所述接收装置(18)具有预定数量的接收线圈(20)，所述发射装置(14)具有预定数量的发射线圈(24)，所述发射线圈并排地布置在所述发射装置(14)的主延伸方向(hS)上，所述接收装置(18)在两个并排布置的所述接收线圈(20)之间具有交叉点(22)，并且所述接收装置(18)相对于所述发射装置(14)布置成，使得所述交叉点(22)相对于所述发射线圈(24)中的一个发射线圈居中地定位。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述发射装置(14)和所述接收装置(18)构造成，使得在不存在所述导电体(12)时在所述接收装置(18)中由于所感应到的所述发射信号形成部分接收信号，所述部分接收信号在所述接收信号(UE)中基本上互相抵消。
3.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述接收线圈相对于所述发射装置(14)布置成，使得所述发射信号(16)以基本上相同的份额感应到相应的所述接收线圈(20)中。
4.根据权利要求3所述的设备(10)，其特征在于，所述接收线圈(20)并排地布置在所述接收装置(18)的主延伸方向(hE)上。
5.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述发射装置(14)构造成，使得分别相邻的所述发射线圈(24)提供了指向相反的磁场。
6.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于，所述发射装置(14)和所述接收装置(18)分别具有进行至少一次转动的线匝的形式。
7.根据权利要求1或2或5所述的设备(10)，其特征在于，所述发射线圈(24)和所述接收线圈(20)借助光刻法安装在承载件(28)上。
8.根据权利要求7所述的设备(10)，其特征在于，所述发射线圈(24)和所述接收线圈(20)分别具有布置在所述承载件(28)的上侧的部分区域和布置在所述承载件(28)的下侧的部分区域。
9.根据权利要求1或2或5所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)包括多个所述发射装置(14)和多个所述接收装置(18)，所述发射装置和所述接收装置相对于彼此布置成，使得所述发射装置(14)的主延伸方向(hS)垂直于所述接收装置(18)的主延伸方向(hE)。
10.根据权利要求9所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)具有奇数个所述发射装置(14)和奇数个所述接收装置(18)。
11.根据权利要求9所述的设备(10)，其特征在于，所述设备(10)具有控制装置(30)，利用所述控制装置能够依序地控制所述发射装置(14)，以用于相应地提供所述发射信号(16)。
12.一种用于为电动汽车感应充电的充电布置，具有根据权利要求1-11中任一项所述的设备(10)。
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