CN105210266A - 物体检测系统和用于检测感应电能传输系统中的外来物体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径(3)的表面(2)上的车辆(1)传输电能，其中，感应电能传输系统包括初级绕组结构和次级绕组结构，其中，充电体积空间(CV)在感应电能传输期间被分配到感应电能传输系统，其中，物体检测系统包括至少一个感测装置，其中，感测装置具有检测体积空间(10)，其中，所述至少一个感测装置设置成使得检测体积空间(10)完全设置在充电体积空间(CV)外侧或仅包括充电体积空间(CV)的边缘部分。而且，本发明涉及一种用于检测外来物体的方法、一种感应电能传输系统和一种车辆。

Description

物体检测系统和用于检测感应电能传输系统中的外来物体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能。而且，本发明涉及一种用于检测在感应电能传输系统内的外来物体的方法。而且，本发明涉及一种感应电能传输系统和一种车辆。
背景技术
在行驶在路径上时，车辆需要用于驱动(即，推动力)的能量和用于不产生车辆推动力的辅助设备的能量。这种辅助设备包括例如发光系统、加热和/或空调系统、通风和乘客信息系统。不仅轨道限制的车辆(诸如，有轨电车)、而且公路汽车也可利用电能操作。如果行驶车辆和沿路径的电轨或线缆之间的连续电接触不被期望，则可从车载能量存储器抽取电能或可通过由路径的电线的布置结构的感应接收电能。
通过感应向车辆传输电能形成本发明的背景。用于感应电能传输的系统的初级单元的路径侧导体布置结构(初级绕组结构)产生电磁场。所述电磁场由结合在车载的接收装置中的次级绕组结构接收，以使得所述电磁场由感应产生电压。被传输的能量可用于推动车辆和/或用于其他目的，诸如给车辆的辅助设备提供能量。
这种装置的问题在于，基本不可能机械地防止外来物体(尤其由金属制成的物体)在感应电能传输系统的初级单元附近放置、尤其在初级和次级绕组结构之间的空气间隙内放置。这种外来物体例如可包括硬币、金属罐、钥匙、工具以及其他物体。由初级绕组结构产生的变化磁场可在由金属制成的外来物体中及在其他物体或流体中感应电流。这种电流可引起电能损失和物体加热。尤其在包括初级绕组结构的路径侧充电垫和接收装置之间的充电空间中放置的金属物体可在感应电能传输期间变热。外来物体加热可能对于例如尝试碰触且移除外来物体的人而言是危险的、和/或可能损坏外来物体放置的表面或初级单元的一部分。同样，被加热的物体可引起火。例如，被金属化的纸可能着火。这种被金属化的纸或其他轻包装废弃物可能例如由于天气情况例如被吹入初级和次级绕组结构之间的空间。
期望的是一种在所有可预见情况下都可靠且安全的、用于私用或公用运输车辆的感应电能传输系统。例如，如果成人或儿童将金属物体放置到所述充电空间中，则期望的是自动关闭或降载感应传输系统。
文献WO2013/036947A2公开了用于无线能量传输系统的外来物体碎屑检测系统，其包括至少一个磁场传感器和用于测量所述至少一个磁场传感器的电参数的至少一个读数回路。所述至少一个磁场传感器定位在无线能量传输系统的磁场内。
文献GB1222712.0(还未公开)公开了用于感应电能传输系统的安全性系统，感应电能传输系统用于向在路径的表面上的车辆传输电能。所述文献公开了检测绕组可以是LC震荡回路的一部分。
文献US2008/0054905A1公开了金属检测器，其包括联接到模数转换器的感应线圈，模数转换器产生与位于感应线圈的有效区域中的导电物体相关的电信号的数字表征。所述文献描述了在LC震荡回路的交流电部分中的电信号被用于检测外来物体。
文献US5,029,300公开了包括震荡回路的传感器，震荡回路包括LC谐振回路，其中，检测信号在外来无线电波到达时被抑制。
公开发表的文献WO2014/063159A2申请以用于无线电能传输的设备、方法、以及系统为特征，它们包括以至少一个谐振器为特征的电源、以至少一个谐振器为特征的电能接收器、以一个或多个导电材料环为特征且配置成基于电源和电能接收器之间的磁场产生电信号的第一检测器、以导电材料为特征的第二检测器、以及联接到第一和第二检测器的控制电子装置，其中，在操作期间，控制电子装置配置成测量第一检测器的电信号且将第一检测器的受测电信号与用于第一检测器的基线电信息相比较，以确定有关碎屑是否在电源和电能接收器之间定位的信息。
文献JP2014-39369公开了传输装置，其包括：用于以非接触状态与包括设置在车辆中的次级线圈的电能接收部分传输电能的初级线圈；围绕初级线圈设置的至少一个检测线圈；连接到检测线圈的谐振回路；以及连接到谐振回路以确定是否基于来自谐振回路的输出检测到物体的处理区段。检测线圈通过缠绕检测线圈线缆形成，以便围绕检测轴线的周边，且检测轴线设置成相对于竖直方向倾斜。
发明内容
本发明的主要用意是提供一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，其包括提供幕帘状检测体积空间的线传感器，其中，检测体积空间可用于扫描充电体积空间和/或用于检测进入充电体积空间的外来物体。
本发明可尤其将能量传输场施加到任何陆地车辆，例如，诸如轨道车辆(例如，有轨电车)的轨迹限制车辆、尤其公路汽车、诸如单独(私用)乘客汽车或公用传输车辆(例如，公共汽车)。
提出一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能。感应电能传输系统包括用于产生交变电磁场的初级绕组结构。而且，电能传输系统包括用于接收所述交变电磁场的次级绕组结构。由初级绕组结构产生的电磁场、或由初级绕组结构产生的电磁场和在接收第一电磁场期间由次级绕组结构产生的另一交变电磁场的叠加可被称为电能传输场。
充电体积空间被分配到感应电能传输系统。充电体积空间可表示被由初级绕组结构或由前述电能传输场产生的电磁场的磁性部分的至少一部分填充的体积空间。充电体积空间可例如表示被电磁场的至少80％、90％或95％或甚至100％填充的体积空间。尤其地，场体积空间可包括电磁场的所有场线或至少预定比例(例如，80％、90％或95％)的场线。在本篇上下文中，术语“包括”意味着由充电体积空间包括的电磁场的磁性部分的场线不延伸到充电体积空间外侧。
充电体积空间也可以是柱形体积空间。
柱形体积空间的基部区域对应于初级绕组结构的包络或初级单元的包络，并且其中，体积空间例如以预定高度沿竖直方向延伸(这将在后文说明)。柱形体积空间的基部区域可替换性地是包括初级绕组结构或初级单元的包络在内的矩形区域，并且其中，体积空间例如以预定高度沿竖直方向延伸(这将在后文说明)。
尤其地，充电体积空间可在感应电能传输期间分配到感应电能传输系统。这意味着充电体积空间以充电状态(即，在电能从初级侧传输到次级侧的情况下)提供。
这例如仅在以下情况下时是如此：初级绕组结构和次级绕组结构之间的相对位置和/或相对定向在预定的期望位置间隔和/或定向间隔内。换言之，充电体积空间可在初级和次级绕组结构的对齐状态下限定。
在本发明的上下文中，将定义以下初级侧参考坐标系统。可以是竖直轴线的第一轴线平行于由初级绕组结构产生的交变电磁场的传播主方向地定向。尤其地，第一轴线可正交于路径的平面表面或安装在路径上的充电垫地定向。可以是纵向轴线的第二轴线平行于初级绕组结构的纵向轴线地定向。这个纵向轴线可例如平行于提供初级绕组结构的电线的延伸方向。可以是横向轴线的第三轴线定向或正交于第一轴线和第二轴线。
次级侧参考坐标系统可包括可以是纵向轴线的第二轴线，第二轴线可平行于次级绕组结构的纵向轴线、例如提供次级绕组结构的电线的主延伸方向地定向。
可以是竖直轴线的次级侧参考坐标系统的第一轴线可定向或正交于包括次级绕组结构的平面或次级绕组结构的底表面。可以是横向轴线的次级侧参考坐标系统的第三轴线可定向或正交于第二和第一轴线。如果次级绕组结构安装在车辆上，则第二轴线可对应于车辆的翻滚轴线，第一轴线可对应于偏航轴线，且第三轴线可对应于车辆的俯仰轴线。如果车辆径直行驶，则第二轴线可沿车辆行驶的方向定向。
在理想对齐状态下，初级侧参考坐标系统和次级侧参考坐标系统的对应轴线可平行于彼此定向。在下文中，诸如下方、上方、前方、后方、旁边的方向术语可相关于这些参考坐标系统。
在对齐状态下，初级绕组结构的参考点、例如初级绕组结构的几何中心以沿第一、第二和第三轴线的移位相对于次级绕组结构的参考点、例如次级绕组结构的几何中心移位，其中，所述移位分别在预定期望移位间隔内。例如，在期望对齐状态下，沿第二和第三轴线的移位可以是零且沿第一轴线的移位对应于预定值，例如空气间隙的期望高度。因此，对齐状态可包括在初级和次级绕组结构之间的多个相对位置和/或相对定向。
而且，物体检测系统包括至少一个感测装置。感测装置是用于检测外来物体、尤其金属物体的装置。
感测装置具有检测体积空间。优选地，所述至少一个感测装置是线感测装置，其中，线感测装置具有幕帘状检测体积空间。尤其地，所述至少一个线感测装置及其检测体积空间可设置成：在垂直于前述第一方向的剖面上，检测体积空间的最大宽度一直大于检测体积空间的最大长度，或反之亦然。在本发明的上下文中，宽度沿第三轴线测量，长度沿第二轴线测量。
优选的是，所述至少一个感测装置被设计用于检测金属物体。然而，本发明并非受限于仅检测金属物体。也可以提供一种用于检测除了金属物体之外的其他物体的感测装置。
而且，所述至少一个感测装置设置成：使得检测体积空间尤其在先前说明的对齐状态下完全设置在充电体积空间外侧。这意味着尤其在先前说明的对齐状态下无重叠部分存在于前述充电体积空间和检测体积空间之间。如后文将更加详细说明的，该特征可等同于如下特征或包括如下特征：所述至少一个感测装置可设置在初级绕组结构和/或次级绕组结构前方、或旁边、以及或后方，其中，术语“前方”涉及前述第二轴线和第二方向。第二方向、例如纵向可例如对应于如果车辆径直行驶的行驶方向。
替换性地，所述至少一个感测装置设置成：使得检测体积空间仅包括充电体积空间的边缘部分。在这种情况下，充电体积空间和检测体积空间有重叠部分。然而，重叠部分设置在充电体积空间的边缘处或沿充电体积空间的边缘延伸。重要的是，检测体积空间不覆盖总充电体积空间或充电体积空间的内部部分。在本篇上下文中，边缘部分可表示位于充电体积空间的边缘处且伸入充电体积空间仅预定量的部分，预定量例如是比从充电体积空间的边缘到中心的距离的20％、10％或甚至5％小的量。
这个特征可等同于如下特征或包括如下特征：所述至少一个感测装置可设置在初级和/或次级绕组结构的边缘区域或包括初级和/或次级绕组结构的区域或包络的边缘区域处、或边缘区域下方、或边缘区域上方，初级和/或次级绕组结构的边缘区域例如是前边缘区域、后边缘区域或侧向边缘区域。
在所有情况下，所述至少一个感测装置设置成：使得如果具有预定尺寸的外来物体(例如，小硬币)从一个或多个方向、尤其从感测装置相对于充电体积空间设置的方向移动到充电体积空间中，所述外来物体不能在没有由所述至少一个感测装置测量到的情况下进入充电体积空间。
感测装置可设置在初级侧上。替换性地，所述至少一个感测装置可以设置在次级侧上、例如车辆上。在这种情况下，检测体积空间从次级侧朝向初级侧延伸。
提出的物体检测系统有利地允许外来物体在进入充电体积空间以前检测外来物体。与分配到初级侧的表面检测装置相对照地，外来物体不仅在已经位于充电体积空间内的情况下被检测到、而且在进入所述充电体积空间的时刻或该时刻以前被检测到。因此，如果进入充电体积空间的外来物体被检测到，则感应电能传输可终止或减载。这明确地增加了感应电能传输的功能安全性。
当然，所述至少一个感测装置可以设置成：使得检测体积空间完全设置在安全体积空间外侧，其中，安全体积空间大于充电体积空间且包括或包封充电体积空间。
根据本发明，所述至少一个感测装置包括至少一个激励绕组结构和至少一个检测绕组结构。激励绕组结构可产生电磁检测场。所述至少一个检测绕组结构可接收所述检测场。激励绕组结构可例如被设计为具有第一匝数的激励器线圈。所述至少一个检测绕组结构可例如被设计为具有第二匝数的检测线圈。第一匝数和第二匝数可不同或等同。
优选地，所述至少一个感测装置包括至少两个或甚至更多个(例如，四个或六个)检测绕组结构。检测绕组结构的匝数可等同或不同。
所述至少一个检测绕组结构、在多于一个检测绕组结构的情况下所有检测绕组结构设置在激励绕组结构内。这意味着在共同投影平面上激励绕组结构包封所有检测绕组结构。
共同投影平面可以是正交于检测绕组结构和/或激励绕组结构的中心对称轴线地定向的平面，其中，相应绕组结构围绕对称轴线设置。
感测装置可以包括多于一个激励绕组结构。在这种情况下，所述至少一个检测绕组结构、在多于一个检测绕组结构的情况下所有检测绕组结构设置在由激励绕组结构包封的区域内。所有激励绕组结构可以以相同尺寸覆盖或包封检测绕组结构的部分(对称包封)。替换性地，所有或一些激励绕组结构可以以不同尺寸覆盖或包封检测绕组结构的部分(非对称包封)。而且，一个激励绕组结构可以覆盖或包封恰好一个或恰好预定数量的检测绕组结构或所述检测绕组结构的仅一部分。
尤其地，激励绕组结构的最大宽度可大于激励绕组结构的最大长度或反之亦然。而且，激励绕组结构的最大宽度和最大长度可大于一个检测绕组结构的最大宽度和最大长度。
激励绕组结构和所述至少一个检测绕组结构可具有预定几何形状，例如矩形形状。同样，激励绕组结构和/或检测绕组结构可具有圆形或部分圆形形状。
激励绕组结构和所述至少一个检测绕组结构可在不同层中、例如在不同高度等级上设置，其中，高度可沿前述第一方向测量。如果存在多于一个检测绕组结构，则这些检测绕组结构也可在不同层中设置和/或设置成使得至少两个检测绕组结构至少部分地重叠。
所述至少一个激励绕组结构和/或所述至少一个检测绕组结构可设置在一个共同电路板上。
尤其地，一个或多个检测绕组结构可部分地或优选完全地设置在由激励绕组结构包封的区域内或由多于一个激励绕组结构包封的区域内。因此，检测绕组结构可称为内部检测绕组结构，而激励绕组结构可称为外部激励绕组结构。如果激励绕组结构和所述至少一个检测绕组结构在不同层中设置，则一个或多个检测绕组结构可在共同投影平面内部分地或优选完全地设置在由激励绕组结构包封的区域内，其中，共同投影平面可平行于由激励绕组结构包封的区域地定向或包括所述区域。
激励绕组结构可通过交流电流(AC电流)操作。AC电流可具有变化频率和/或可具有多于一个频率。AC电流可以包括具有预定频率或在预定频率间隔内的一个或多个信号部分。频率可具有相对于彼此的预定光谱距离。频率或频率间隔可低于电能传输频率间隔的最小频率或高于电能传输频率间隔的最大频率，其中，电能传输频率间隔包括电能传输场的一个或多个频率。检测场由激励绕组结构在所述AC电流被施加到激励绕组结构的情况下产生。检测场由所述至少一个检测绕组结构接收，其中，感应电压由所述至少一个检测绕组结构产生。依据感应电压的至少一个特性、尤其是时间相关的特性、尤其感应电压的幅度的时序和/或相位的时序的至少一个特性，在检测体积空间内的外来物体、尤其外来金属物体可被检测到。
提出的所述至少一个激励绕组结构和所述至少一个检测绕组结构的布置结构有利地允许非常敏感地检测外来金属物体。
在一个优选实施方式中，所述至少一个感测装置被设计为感应式感测系统。感应式感测系统有利地允许以高敏感性检测金属物体。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置尤其在前述对齐状态下设置在充电体积空间前方或在充电体积空间的前边缘区域处。术语“前方”涉及第二方向、例如纵向。
这个特征等同于如下特征：在所述至少一个感测装置设置在次级侧上的情况下，所述至少一个感测装置可设置在次级绕组结构前方。替换性地，所述至少一个感测装置可设置在次级绕组结构的前边缘区域处/下方/上方。如果所述至少一个感测装置设置在初级侧上，所述至少一个感测装置可设置在初级绕组结构前方。替换性地，所述至少一个感测装置可设置在初级绕组结构的前边缘区域处/下方/上方。
尤其地，所述至少一个感测装置可沿第二方向以预定距离设置在充电体积空间、或次级绕组结构、或初级绕组结构的边缘前方。
如果次级绕组结构相对于初级绕组结构沿第二方向移动，例如如果包括感测装置的车辆在沿纵向方向的向前方向上在初级绕组结构之上行驶，则这种布置结构有利地允许扫描充电体积空间。
如果感测装置设置在充电体积空间前方，则对应的检测体积空间可尤其在可垂直于第一方向(例如竖直方向)地定向的共同投影平面上具有比充电体积空间、或次级绕组结构、或初级绕组结构的宽度大的宽度。
在共同投影平面上检测体积空间的宽度也可以大于充电体积空间、或次级绕组结构、或初级绕组结构的宽度预定比例，例如大于80％、90％或甚至95％。而且，检测体积空间可沿第三方向(例如侧向)延伸，这意味着如果感测装置设置在充电体积空间前方，则检测体积空间的最大宽度可大于最大长度。
而且，所述至少一个感测装置可设置在充电体积空间前方，使得初级绕组结构的几何中心、和/或次级绕组结构的几何中心、和感测装置的几何中心(例如，所述至少一个激励绕组结构的几何中心)设置在平行于第二方向的共同线上。
同样，在包括充电表面的平面上，检测体积空间的最大宽度可大于在所述平面上充电体积空间的最大宽度的至少50％、优选大于90％或100％。换言之，在所述平面上检测体积空间的最大宽度也可大于初级绕组结构和/或次级绕组结构的最大宽度的至少50％、优选大于90％或100％。充电表面可由充电体积空间沿第一方向在路径的表面或充电垫的上表面上的投影定义。而且，所述至少一个感测装置可设置成：使得对于第三方向，检测体积空间在可垂直于第二方向地定向的共同投影平面上包括充电体积空间、或初级绕组结构或次级绕组结构的至少一部分、优选全部。
在另一实施方式中，物体检测系统包括至少另一感测装置、尤其至少一个其他感测装置，其中，所述至少一个其他感测装置设置在充电体积空间旁边或在充电体积空间的侧向边缘区域处。这个特征可等同于如下特征：所述至少一个其他感测装置可设置在初级绕组结构和/或次级绕组结构旁边。所述至少一个其他感测装置可以设置在初级和/或次级绕组结构的侧向边缘区域处/下方/上方。
所述至少一个其他感测装置可沿第三方向(例如侧向)以预定距离设置在充电体积空间或初级绕组结构或次级绕组结构的边缘旁边。这有利地允许补偿侧向停泊容差。
在这种情况下，所述至少一个其他感测装置的检测体积空间可沿第二方向延伸，这意味着检测体积空间的最大长度一直大于检测体积空间的最大宽度。
而且，在包括充电表面的平面上，检测体积空间的最大长度可大于在所述充电表面上充电体积空间、或初级绕组结构、或次级绕组结构的最大长度的至少50％、80％、90％或甚至大于100％。
当然，所述至少一个物体检测系统可包括设置在充电体积空间旁边的多于一个感测装置。
替换性地，所述至少一个其他感测装置反向于第二方向(例如纵向)尤其以距充电体积空间、或次级绕组结构、或初级绕组结构的边缘的预定距离设置在充电体积空间后方。然而，所述距离可小于设置在充电体积空间前方的感测装置和充电体积空间、或初级绕组结构、或次级绕组结构的边缘之间的距离。同样，所述至少一个其他感测装置可设置在充电体积空间的后边缘区域处。在这种情况下，所述至少一个其他感测装置可设置在初级和/或次级绕组结构的后边缘区域处/下方/上方。
这种感测装置可被设计成类似于前述设置在充电体积空间前方的感测装置。所述至少一个其他感测装置可设置在次级侧上或初级侧上。
所述至少一个其他感测装置尤其在设置在次级侧上的情况下可以以固定高度安装。也可以将所述其他感测装置设置在接收装置上。在接收装置的位置尤其沿第一方向可被调整的情况下，所述其他感测装置的位置也可被调整。
通过利用先前说明的布置结构提供一个或多个附加感测装置，充电体积空间可至少部分地、优选完全地由感测装置的检测体积空间包封。这些感测装置可提供围绕充电体积空间的幕帘状检测体积空间。这继而允许非常可靠地独立于进入方向检测进入充电体积空间的外来物体。
在另一实施方式中，至少一个屏障装置设置在充电体积空间旁边和/或充电体积空间后方。这个实施方式可提供独立发明的保护主题。这个保护主题可根据在权利要求和说明书中提供的一个或多个方面进一步设计。屏障装置提供用于机械地阻挡物体进入充电体积空间的元件。所述至少一个屏障装置可在设置在充电体积空间旁边的情况下沿第二方向延伸。如果设置在充电体积空间后方，则所述至少一个屏障装置可沿第三方向延伸。所述至少一个屏障装置可具有在前述对齐状态下可例如等于或大于从次级绕组结构或接收装置到初级绕组结构的距离的预定高度。优选地，所述至少一个屏障装置由柔性材料制成，例如橡胶或塑料。可设置一个或多个屏障装置，诸如外来物体被物理性地防止从侧面或从后方进入充电体积空间。
所述至少一个屏障装置可设置在初级侧上或优选在次级侧上。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置和/或所述至少一个其他感测装置设置在感应电能传输系统的次级侧上。尤其地，感测装置可设置在车辆上、尤其车辆的底侧上。感测装置可设置在路径的表面上方的预定的固定高度处。替换性地，所述至少一个感测装置和/或所述至少其他感测装置可以以可变高度设置。尤其地，所述至少一个其他感测装置可附连到车辆的接收装置。
在一个替换性实施方式中，所述至少一个感测装置和/或所述至少一个其他感测装置设置在感应电能系统的初级侧上。尤其地，感测装置可设置在路径的表面上或充电垫的表面上。尤其地，所述至少一个其他感测装置可附连到包括初级绕组结构的初级单元或充电垫。
在另一实施方式中，物体检测系统包括至少一个定位器件，以用于调整所述至少一个感测装置和/或所述至少一个其他感测装置的位置。尤其地，定位器件被设计成：使得所述至少一个感测装置和/或所述至少一个其他感测装置的竖直位置、尤其在路径的表面或充电垫上方的高度可被调整。当然，所述至少一个感测装置的纵向和/或侧向位置也可以由所述至少一个定位器件调整。这个实施方式可提供独立发明的保护主题。这个保护主题可根据在权利要求和说明书中提供的一个或多个方面进一步设计。
当然，物体检测系统可包括多个定位器件，例如每个感测装置各有一个定位器件。尤其设置在充电体积空间旁边和/或后方的感测装置的定位器件可通过接收装置的升降装置提供，其中，升降装置允许调整接收装置和次级绕组结构的位置。优选地，然而，在充电体积空间前方的感测装置的定位器件独立于接收装置的升降装置设计。
在另一实施方式中，物体检测系统包括至少一个评价处理单元。借助于所述至少一个评价处理单元，所述至少一个感测装置的输出信号的至少一个信号特征是可确定的。信号特征可例如是时间特性但也可以是其他信号特征。受测物体的至少一个特性可依据所述至少一个信号特征确定。
尤其地，输出信号的频率和/或幅度和/或相位可被确定。更尤其地，频率改变和/或幅度改变和/或相位可被确定。所述改变可以是随时间改变。替换性地，所述改变可以是相对于可被确定的参考信号的改变。参考信号可以是激励绕组结构由之操作的信号。替换性地，参考信号可以是在无外来物体出现的情形下产生的理想输出信号。
已经发现，相位改变和/或幅度改变相关于外来物体的几何形状或尺寸。因此，外来物体的几何形状或尺寸可依据相位改变和/或幅度改变来确定。
而且，已经发现，频率或频率改变相关于检测场在外来物体中的穿透深度。穿透深度相关于外来物体的材料。因此，外来物体的材料可依据频率或频率改变来确定。
受测物体的特性可例如是受测物体的尺寸、体积、形状、材料或类型。特性也可以是受测物体相对于感测装置的位置。如果感测装置包括多于一个检测绕组结构，则每个检测绕组信号的输出信号可被评价处理。这尤其增强前述位置的确定。
依据受测物体的所述至少一个特性，可进行感应电能传输的控制。例如，如果受测物体小于预定尺寸和/或由预定材料制成，则可以不终止或减载感应电能传输过程。同样，移除外来物体的适当措施、例如充电体积空间的自动清洁可依据所述至少一个特性而开启。
进一步提出的是一种用于检测外来物体、尤其外来金属物体的方法。尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能的感应电能传输系统包括初级绕组结构和次级绕组结构，其中，充电体积空间被分配到感应电能传输系统。物体检测系统包括至少一个感测装置，其中，所述至少一个感测装置具有检测体积空间。
而且，所述至少一个感测装置设置成：使得检测体积空间完全设置在充电体积空间外侧或仅包括充电体积空间的边缘部分。
因此，所述方法可通过利用根据前述实施方式之一描述的物体检测系统执行或进行。继而，提出的物体检测系统可被设计成：使得根据提出的实施方式之一所述的方法可由所述物体检测系统进行。
尤其地，所述至少一个感测装置可包括至少一个激励绕组结构和至少一个检测绕组结构，其中，所述至少一个检测绕组结构设置在激励绕组结构内。这在先前已经说明。
所述至少一个感测装置在感应电能传输以前和/或在感应电能传输期间启动。通过以预定时序将AC电流施加到前述激励绕组结构，所述至少一个感测装置可例如被启动。如前所述，AC电流的特征是可在一时间点处和/或沿AC电流的时序具有多于一个频率。尤其地，AC电流的至少一个频率可沿时序改变。而且，由激励绕组结构产生的检测场可由所述至少一个检测绕组结构接收。感应电压的合成时序可例如由对应评价处理单元分析。依据感应电压的至少一个特性，在检测体积空间内的外来物体可被检测到。这有利地提供用于检测从一个或多个、尤其所有可能的进入方向进入充电体积空间的外来物体的方法。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置在次级绕组结构相对于初级绕组结构的对齐操作期间启动。对齐操作表示被进行以提供前述对齐状态的操作。例如在次级绕组结构接近初级绕组结构的情况下、尤其在附连有次级绕组结构和所述至少一个感测装置的车辆接近例如结合在充电垫中的路径侧初级绕组结构的情况下，所述至少一个感测装置可启动。尤其地，在所述至少一个感测装置定位到被分配到初级绕组结构的有效区域之上以前，所述至少一个感测装置可启动。有效区域可限定为路径的表面的区域，其中，由初级绕组结构产生的交变电磁场或电能传输场的场线的至少预定部分、优选全部延伸穿过有效区域。有效区域可对应于前述充电表面。有效区域也可包封前述充电体积空间的横截面，其中，截面平面由路径的表面或充电垫提供。然而，在所述至少一个感测装置定位到有效区之上的时间点以前或在该时间点处，所述至少一个感测装置也可启动，其中，有效区包括前述有效区域以及附近区域。提出的实施方式尤其施加到物体检测系统，其中，所述至少一个感测装置设置在尤其车辆上的次级侧上。
所述启动可继续用于整个对齐操作，例如直到次级绕组结构相对于初级绕组结构对齐以允许感应电能传输。这个实施方式有利地允许在感应电能传输进行以前扫描有效区域。因此，如果车辆移动到初级绕组结构之上，则位于(将来)充电体积空间内的外来物体可被可靠地检测到。在该情形下，幕帘状检测体积空间移动穿过将来充电体积空间、尤其穿过有效区域。
所述至少一个感测装置可尤其设置成：使得尤其总有效区域的期望有效区在初级和次级绕组结构之间的期望对齐状态实现以前被扫描。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置设置在充电体积空间前方或在充电体积空间的前边缘区域处、尤其在次级绕组结构的前边缘区域的前方或在次级绕组结构的前边缘区域处/下方/上方，并且所述至少一个感测装置在次级绕组结构以预定方向(例如纵向)移动到初级绕组结构之上以前及移动期间被启动。在该移动期间，所述至少一个感测装置将在期望对齐状态达到以前移动到有效区域之上。对应地，例如在车辆向后移动的情况下，在次级绕组结构反向于第二方向移动到初级绕组结构之上以前及移动期间，设置在充电体积空间后方、尤其在次级绕组结构后方的感测装置可启动。概括而言，感测装置可依据在对齐操作期间次级绕组结构相对于初级绕组结构的移动方向而启动。
在另一实施方式中，在次级绕组结构相对于初级绕组结构对齐以后且在感应电能传输以前和/或在感应电能传输期间、例如在达到对齐状态以后，启动在充电体积空间前方或在充电体积空间的前边缘区域处设置的所述至少一个感测装置、和/或在充电体积空间旁边或后方或在侧向边缘区域处或在后边缘区域处设置的所述至少一个其他感测装置。例如，在对齐操作期间被启动的感测装置在相对移动期间可继续启动。附加地，在对齐操作期间停用的感测装置可在对齐操作已经完成以后且在感应电能传输以前和在感应电能传输期间被启动。这有利地允许在电能传输过程以前和/或在电能传输过程期间检测进入充电体积空间的外来物体。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置的位置、尤其竖直位置被调整。尤其地，在对齐操作开始以前，所述至少一个感测装置可朝向路径的表面移动。如果次级绕组结构进入围绕初级绕组结构的预定体积空间，则对齐操作可例如开始。这可例如利用定位传感器和/或物体检测器件被检测到。在结束对齐操作或结束感应电能传输以后，所述至少一个感测装置可例如尤其沿竖直方向移动远离路径的表面。这个实施方式可提供独立发明的保护主题。这个保护主题可根据在权利要求和说明书中提供的一个或多个方面进一步设计。
在一个优选实施方式中，如果外来物体由所述至少一个感测装置检测到，则产生检测信号。外来物体可在次级绕组结构和初级绕组结构的相对移动期间或在感应电能传输以前和在感应电能传输期间被检测到，其中，次级绕组结构相对于初级绕组结构对齐。
感应电能传输过程依据检测信号受控。例如，如果外来物体被检测到，则正在进行的感应电能传输过程可终止或减载。同样，如果外来物体被检测到，则计划的感应电能传输被禁止。这例如意味着感应电能传输过程不能开始。
在另一实施方式中，所述至少一个感测装置的输出信号的至少一个信号特征被确定，其中，受测物体的至少一个特性依据所述至少一个信号特征被确定。这已经在先前描述。感应电能传输过程可因此依据所述至少一个信号特征被附加地控制。
进一步提出的是一种感应电能传输系统，其中，感应电能传输系统包括根据先前说明的实施方式或在本发明中描述的实施方式之一所述的物体检测系统。
进一步提出的是一种车辆，其中，所述车辆包括根据先前说明的实施方式或在本发明中描述的实施方式之一所述的物体检测系统。
进一步描述的是一种制造尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能的物体检测系统的方法。所述方法包括以下步骤：
-提供感应电能传输系统的至少一部分，尤其是初级绕组结构和/或次级绕组结构，
-提供至少一个感测装置，并且
-设置所述至少一个感测装置，使得所述至少一个感测装置的检测体积空间完全设置在分配到感应电能传输系统的充电体积空间的外侧或仅包括所述充电体积空间的边缘部分。
附图说明
将参考附图描述本发明。附图示出：
图1是车辆、和感应电能传输系统以及物体检测系统的示意性侧视图，
图2是在图1中示出的物体检测系统的近视图，
图3是在图1中示出的车辆、感应电能传输系统和物体检测系统的正视图，
图4是在图3中示出的物体检测系统的近视图，
图5是在图1中示出的车辆、感应电能传输系统以及物体检测系统的仰视图，
图6是感测装置的示意性方框图，
图7是另一车辆、感应电能传输系统和物体检测系统的正视图，
图8是在图7中示出的车辆的仰视图，以及
图9是另一车辆、和感应电能传输系统以及物体检测系统的示意性侧视图。
具体实施方式
图1示出在路径3的表面2上的车辆1的示意性侧视图。可被设计为充电垫且包括初级绕组结构(未示出)的初级单元4设置在路径3内。包括次级绕组结构(未示出)的次级侧接收单元6附连到车辆1的底侧5。
物体检测系统包括用于检测物体、尤其是金属物体的前检测器7、后检测器8和侧检测器9。检测器7、8、9被被设计为具有幕帘状检测体积空间10的线感测装置(参见图2)。
在图1中，初级绕组结构和次级绕组结构以对齐状态设置。在这个对齐状态内，充电体积空间CV(参见图2)被分配到感应电能传输系统。
在图2中示出前检测器7设置在充电体积空间CV前方、在初级单元1前方且在接收装置2前方。在本发明的上下文中，术语“前方”涉及在车辆1的次级侧参考坐标系统中的纵向方向xs或在初级单元4的初级侧参考坐标系统中的纵向方向xp。次级绕组结构的几何中心提供次级侧参考坐标系统的起点。进一步示出的是参考坐标系统的竖直轴线zp、zs。竖直轴线zp、zs从下到上地定向。参考这些坐标系统，初级和次级绕组结构的对齐状态在沿竖直轴线zp、zs的起点之间的距离对应于初级单元4和接收装置6之间的期望空气间隙的情况下提供。沿纵向轴线xp、xs的起点和横向轴线yp、ys的起点之间的距离在包括零距离的预定距离间隔内。后检测器8相对于次级侧参考坐标系统的纵向方向xs设置在充电体积空间CV后方。而且，后检测器8在对齐状态下也设置于接收装置6和初级单元4后方。
在图2中示出前和后检测器7、8的检测体积空间10。这些检测体积空间10从车辆1延伸到路径3的表面2。示出的是，前和后检测器7、8设置成：使得检测体积空间10完全设置在充电体积空间CV外侧。检测体积空间10也可表达为车辆1的底盘和表面2之间延伸的安全幕帘。
还示出了安全关键的金属物体11。朝向充电体积空间CV移动的金属物体11的移动方向被指示。示出的是，金属物体11将穿过前检测器7的检测体积空间10。因此，即将到来的金属物体11可由前检测器7检测到。如果金属物体11被检测到，则控制感应电能传输的充电控制系统可例如通过检测信号获知。因此，正在进行的感应电能传输可以被终止或减载，或预期的感应电能传输不能被批准。
图3示出在图1中示出的车辆1的示意性正视图。设置在车辆1的底侧5上的侧检测器9被示出。图4示出侧检测器9的、从车辆1(尤其底盘)延伸到路径3的表面2的检测体积空间10。
图3和图4示出侧检测器9在充电体积空间CV旁边设置。而且，侧检测器9在接收装置2和初级单元1旁边设置。在图4中示出的侧检测器9和坐标系统中的每个的起点的距离可依据车辆1相对于初级单元4的侧向停泊容差选定。从侧面沿着到充电体积空间CV的方向移动的外来金属物体11也被示出。在所指示的移动期间，金属物体11将穿过侧检测器9的检测体积空间10。因此，即将到来的金属物体11可被检测到且充电控制系统可获知。如从图1至图4看到的，前、后和侧检测器的检测体积空间10环绕或包封包括充电体积空间CV但大于充电体积空间CV的内部体积空间。通过示出的布置结构，进入内部体积空间且因此可能进入充电体积空间CV的外来金属物体11可被可靠地检测到。
图5示出在图1中示出的车辆的仰视图。示出了初级单元4、接收装置6和充电体积空间CV。还以虚线示出了前、后和侧检测器7、8、9和对应的检测体积空间10。可看出的是，由检测体积空间10环绕的内部体积空间包括充电体积空间CV而且包括在充电体积空间CV旁边的体积空间部分。
检测器7、8、9可在感应电能传输进行以前和在感应电能传输进行期间启动。如果外来金属物体11(参见例如图2)进入内部体积空间且在所述金属物体11进入充电体积空间CV以前，感应电能传输可以被终止或减载。因此，用于感应电能传输的交变电磁场和外来物体11的相互作用的风险被最小化，这继而提供较高的操作安全性。
图6示出根据本发明的感测装置12的示意性方框图。在图1至图5中示出的检测器7、8、9可被设计为在图6中示出的感测装置12或类似于在图6中示出的线感测装置12。
感测装置12包括矩形形状的激励器线圈13。激励器线圈13包封内部体积空间或内部区域14。在这个内部体积空间或内部区域14内设置有多个、尤其六个检测线圈15。这些检测线圈15均具有矩形形状。还示出了激励器线圈13和检测线圈15的端子。为了检测金属物体，AC电流被施加到激励器线圈13的端子。AC电流沿AC电流的时序可具有不同的频率。由于AC电流通过激励器线圈13产生的检测场将由检测线圈15接收。对应的感应电压在检测线圈15的端子处被测量，且感应电压的至少一个信号特征、尤其时间特性被确定。依据该信号特征，金属物体11在检测体积空间10内的出现、估计尺寸和估计类型(例如，金属物体11的材料)可被确定。所述至少一个信号特征可例如依据受测物体的尺寸和类型而变化。这也允许区别外来金属物体11和也由金属制成、尤其由铜制成的初级绕组结构。
图7示出车辆1的另一正视图，接收装置6设置在具有初级单元4的路径3的表面2上。与在图3中示出的车辆1相对照，在图7中示出的车辆包括附连到接收装置6的屏障元件16。屏障元件16可例如由橡胶垫或塑料垫提供且附连到接收装置6的侧向侧。屏障元件16从车辆1、尤其从接收装置6朝向表面2延伸。示出的是，接收装置6和初级单元4之间的空气间隙由屏障元件16完全覆盖。通过利用屏障元件16，外来物体11(参见例如图4)可物理性地被防止进入充电体积空间CV。
图8示出在图7中示出的车辆的仰视图。示出了前检测器7和接收装置6，其中，如在图7中示出的屏障元件16设置在接收装置6的侧向侧上且设置在接收装置6的后侧上。然而，无屏障元件16设置在接收装置6的前侧上。还示出了次级侧参考坐标系统。前检测器7设置在车辆1的底侧5上。示出了前检测器7距离接收装置6的前侧沿纵向方向xs以预定距离设置。
还示出了突伸在车辆1的底侧5上的初级单元4和初级侧参考坐标系统。前检测器7和接收装置6前侧之间的距离选定成：使得当车辆1沿纵向方向xp移动到初级单元4之上以达到用于感应电能传输的对齐状态时，前检测器7在这种对齐状态达到以前移动到整体初级单元4之上。如果前检测器7在描述的移动期间启动，初级单元、尤其初级单元的有效区域将由检测体积空间10扫描(参见图2)。
因此，两步骤方法可利用前检测器7进行。在第一步骤中，在对齐操作(例如如果车辆1移动到初级单元4之上)期间，前检测器7启动。在该步骤中，路径3的表面2(参见图7)由前检测器7扫描。如果外来物体11由前检测器7在第一步骤中测量到，则充电控制系统可获知且预期的感应电能传输将不被同意或批准。而且，安全单元或甚至车辆1的驾驶员可注意到外来物体11位于充电体积空间CV中或至少靠近充电体积空间CV。如果在第一步骤没有物体11被测量到，则感应电能传输可开启。
在所述移动期间，初级绕组结构的一部分可由前检测器7检测，其中，所述初级绕组结构和外来金属物体11可基于前检测器7的输出信号的至少一个信号特征来区别。尤其地，在检测体积空间内由于初级绕组结构的一部分产生的输出信号的至少一个信号特征可以是例如由预试验或校准确定的预定信号特征。如果受测信号特征与预定信号特征的偏差大于预定估量、例如预定阈值，则金属外来物体11可被检测到。这也允许在金属物体11位于初级绕组结构的一部分的正上方的情况下区别外来金属物体11和初级绕组结构。由于初级绕组结构可由铜制成，尤其不由铜制成的金属物体可被可靠地检测到。
在所述感应电能传输以前和在所述感应电能传输期间，可启动前检测器7，且如果可行的话可启动后和侧检测器8、9。在感应电能传输期间，如果外来物体11进入内部体积空间、尤其充电体积空间CV，则所述外来物体将由启动的检测器7、8、9之一检测到。然后，充电控制系统可获知且正在进行的感应电能传输将终止或减载。而且，安全单元或甚至车辆1的驾驶员可注意到，外来物体11已经进入充电体积空间CV或靠近充电体积空间CV的体积空间。
图9示出另一车辆1的示意性侧视图。与在图1中示出的实施方式相对照，前检测器7附连到可沿着和逆着次级侧参考坐标系统的竖直方向zs移动的定位器件17。例如扫帚状装置或刮板状装置的清洁装置18也附连到定位器件17。在对齐操作开始时，例如在前检测器7定位到有效区域或包括有效区域的有效区之上以前，定位器件17可下降直到清洁装置接触路径3的表面2。在对齐操作期间，有效区域将由清洁装置18清洁且外来物体11(参见例如图2)将被物理性地移除。然而，剩余的外来物体11可由前检测器7检测到。随着前检测器7移动得更靠近表面2，检测敏感性也可提高，因为位于表面2上的外来物体11也将更靠近前检测器5定位。

Claims (18)

1.一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径(3)的表面(2)上的车辆(1)传输电能，其中，感应电能传输系统包括初级绕组结构和次级绕组结构，其中，充电体积空间(CV)被分配到感应电能传输系统，其中，物体检测系统包括至少一个感测装置(12)，其中，感测装置(12)具有检测体积空间(10)，其中，所述至少一个感测装置(12)设置成：使得检测体积空间(10)完全设置在充电体积空间(CV)外侧或仅包括充电体积空间(CV)的边缘部分，
其特征在于，
所述至少一个感测装置(12)包括至少一个激励绕组结构和至少一个检测绕组结构，其中，所述至少一个检测绕组结构设置在激励绕组结构内。
2.根据权利要求1所述的物体检测系统，其特征在于，所述至少一个感测装置(12)被设计为感应式感测系统。
3.根据权利要求1至2之一所述的物体检测系统，其特征在于，所述至少一个感测装置(12)设置在充电体积空间(CV)前方或在充电体积空间(CV)的前边缘区域处。
4.根据权利要求1至3之一所述的物体检测系统，其特征在于，所述物体检测系统包括至少一个其他感测装置(12)，其中，所述至少一个其他感测装置(12)设置在充电体积空间(CV)旁边或在充电体积空间(CV)的侧向边缘区域处、和/或在充电体积空间(CV)后方或在充电体积空间(CV)的后边缘区域处。
5.根据权利要求1至4之一所述的物体检测系统，其特征在于，至少一个屏障装置设置在充电体积空间(CV)旁边和/或在充电体积空间(CV)后方。
6.根据权利要求1至5之一所述的物体检测系统，其中，所述至少一个感测装置(12)和/或所述至少一个其他感测装置(12)设置在感应电能传输系统的次级侧上。
7.根据权利要求1至5之一所述的物体检测系统，其中，所述至少一个感测装置(12)和/或所述至少一个其他感测装置(12)设置在感应电能传输系统的初级侧上。
8.根据权利要求1至7之一所述的物体检测系统，其中，所述物体检测系统包括至少一个定位器件，以用于调整所述至少一个感测装置(12)和/或所述至少一个其他感测装置(12)的位置。
9.根据权利要求1至8之一所述的物体检测系统，其中，所述物体检测系统包括至少一个评价处理单元，其中，所述至少一个感测装置的输出信号的至少一个信号特征能够由所述至少一个评价处理单元确定，其中，受测物体的至少一个特性能够依据所述至少一个信号特征来确定。
10.一种用于检测感应电能传输系统中的外来物体的方法，感应电能传输系统尤其用于向在路径(3)的表面(2)上的车辆(1)传输电能，其中，感应电能传输系统包括初级绕组结构和次级绕组结构，其中，充电体积空间(CV)被分配到感应电能传输系统，其中，物体检测系统包括至少一个感测装置(12)，其中，所述至少一个感测装置具有检测体积空间(10)，其中，所述至少一个感测装置(12)设置成使得检测体积空间(10)完全设置在充电体积空间(CV)外侧或仅包括充电体积空间(CV)的边缘部分，其中，所述至少一个感测装置(12)在感应电能传输以前和/或在感应电能传输期间启动，
其特征在于，
所述至少一个感测装置(12)包括至少一个激励绕组结构和至少一个检测绕组结构，其中，所述至少一个检测绕组结构设置在激励绕组结构内。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个感测装置在次级绕组结构相对于初级绕组结构的对齐操作期间启动。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个感测装置(12)设置在充电体积空间(CV)前方或在充电体积空间(CV)的前边缘区域处，所述至少一个感测装置(12)在次级绕组结构沿预定方向移动到初级绕组结构之上以前和在次级绕组结构沿预定方向移动到初级绕组结构之上期间启动。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，在次级绕组结构相对于初级绕组结构对齐以后且在感应电能传输以前和/或在感应电能传输期间，启动在充电体积空间(CV)前方或在充电体积空间(CV)的前边缘区域处设置的所述至少一个感测装置、和/或在充电体积空间(CV)旁边或后方或在充电体积空间(CV)的侧向边缘区域或后边缘区域处设置的所述至少一个其他感测装置。
14.根据权利要求10至13之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个感测装置(12)的竖直位置被调整。
15.根据权利要求10至14之一所述的方法，其特征在于，检测信号在外来物体被所述至少一个感测装置(12)检测到的情况下产生，其中，感应电能传输过程依据检测信号受控。
16.根据权利要求10至15之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个感测装置的输出信号的至少一个信号特征被确定，其中，受测物体的至少一个特性依据所述至少一个信号特征被确定。
17.一种感应电能传输系统，其特征在于，该感应电能传输系统包括根据权利要求1至9之一所述的物体检测系统。
18.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1至9之一所述的物体检测系统。
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